Microrganismi probiotici

Microrganismi probiotici

Che cos'è un probiotico?

Un probiotico è un microrganismo vivo che, quando somministrato in quantità sufficiente, è in grado di conferire un beneficio alla salute del consumatore (definizione riconosciuta dalla FAO). Quando non è il microrganismo vivo ad avere l’effetto positivo sul consumatore, non lo chiameremo probiotico, bensì para-probiotico o ghost-biotic.

Attualmente, la definizione non è accettata né da EFSA né dalla FDA (Food and Drug Administration - USA) perché secondo loro non ci sono sufficienti evidenze scientifiche che dimostrino in modo tangibile e misurabile per poter sostanziare il claim. Un claim riconosciuto in Europa è quello sui batteri lattici dello yogurt (L. delbrueckii + S. thermophilus - non sono m. probiotici) — EFSA ha riconosciuto una relazione tra causa ed effetto legata al consumo di prodotti contenenti colture da yogurt vive e vitali che devono essere almeno in concentrazione pari a 10^8 CFU vitali/g — aiutano alla digestione del lattosio.

Il primo scienziato a parlare di microrganismi probiotici fu Metchnikoff.

Perché probiotico?

La ricerca ha riconosciuto che le caratteristiche probiotiche (requisiti minimi) maggiormente riconosciute per i microrganismi sono:

• Capacità di migliorare le funzioni digestive
• Migliorare gli “side-effects” (controindicazioni) delle cure antibiotiche (soprattutto quelli a largo spettro)
• Capacità di ridurre il rischio di alcune infiammazioni acute
• Migliorare la tolleranza al lattosio
• Migliorare le funzioni immunitarie

Altri studi hanno riportato che i probiotici sono in grado di ridurre lo sviluppo di allergie cutanee nei bambini oppure sono in grado di ridurre la capacità di colonizzazione da parte Helicobacter pylori a livello dello stomaco e di migliorare alcune condizioni infiammatorie dell’intestino (colon irritabile).

Che cosa fa un probiotico?

Per essere probiotico, un microrganismo deve soddisfare tre condizioni: deve essere vivo quando viene consumato, deve avere documentati effetti benefici sulla salute, deve essere somministrato in quantità che devono essere sufficienti a conferire il beneficio.

Nel 2002 è stata fatta una valutazione più approfondita di quelli che sono i requisiti minimi per poter definire un microrganismo come probiotico — “Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food”, documento elaborato in modo congiunto dalla FAO e dalla WHO. Questo documento dice che un probiotico deve innanzitutto essere identificato a livello di genere, specie e ceppo mediante tecniche appropriate. Inoltre, i microrganismi probiotici, non necessariamente svolgono la loro funzione probiotica a livello dell’intestino e per questo un ceppo deve essere messo in relazione con il distretto corporeo in cui svolge la sua funzione.

Inoltre, il documento indica che un ceppo deve essere depositato in una collezione microbica internazionale riconosciuta in modo che chi vuole avere conferme su un determinato studio, può replicare lo stesso esperimento utilizzando lo stesso microrganismo. Infine, devono esistere appropriati studi in vitro e studi su animali o uomo, questo per poter meglio comprendere gli attributi fisiologici del ceppo (bidirezionalità nel dimostrare o ipotizzare le relazioni tra microrganismo probiotico e le caratteristiche fisiologiche dell’ospite).

Considerazioni sulla sicurezza d'uso

Prima del consumo di un probiotico, bisogna considerare in modo completo quella che è la sua sicurezza d’uso: bisogna valutare la potenziale vulnerabilità del consumatore o paziente; bisogna considerare dose e durata di questo consumo oltre al modo (in pillola, mediante alimenti funzionali,...) e la frequenza della somministrazione. Una caratteristica unica dei microrganismi probiotici è che devono essere vivi quando devono essere somministrati — bisogna considerare una moltitudine di fattori per reputarli sicuri.

Inoltre, devono essere condotti dei “controlled-studies” per poter dimostrare e quindi documentare l’effetto benefico sul soggetto target.

Role of probiotics in health

I microrganismi probiotici non sono essenziali per una dieta come un macronutriente (carboidrati, lipidi, proteine). L’insorgenza di nuovi rischi sulla salute ha suggerito un ruolo protettivo dei microrganismi nel contrarre determinate malattie o nel mitigare gli effetti di determinate malattie (es.: microrganismi probiotici sostengono il sistema immunitario).

Proposed uses:

• Infectious diarrhea
• Immune system enhancement (miglioramento)
• Antibiotic-associated diarrhea
• H. pylori infections
• IBD, IBS, and pouchitis
• Dental caries
• Necrotizing Enterocolitis
• Radiation induced diarrhea
• Bacterial vaginosis
• Cardiovascular risk reduction
• Recurrent UTI’s
• Constipation
• Atopic diseases
• Rheumatoid arthritis

Meta analisi

Una meta analisi è una tecnica statistica che permette di mettere insieme tutti i risultati (ma anche le metodologie utilizzate) su un determinato argomento e vedere cosa si può effettivamente dire su questi determinati studi. I probiotici devono avere la capacità di rimanere vitali per tutta la shelf-life del prodotto finito. Sulla vitalità del microrganismo probiotico hanno influenza molti fattori (processo tecnologico, pH, ossigeno, conservazione,...).

Paradosso probiotico

Duplice funzione delle cellule, sia vive che morte, le quali interagiscono con la mucosa intestinale del consumatore e interagiscono non solo con gli enterociti ma anche con i microrganismi che troviamo all’interno dell’intestino (microflora intestinale).

Paradosso probiotico: ovvero, le cellule probiotiche hanno un effetto sia come cellule vive che come cellule morte. Come cellule vive interagiscono con la microflora intestinale. Come cellule morte interagiscono invece con la mucosa gastrointestinale (quindi gli enterociti — andando a stimolare la risposta infiammatoria). L’intestino è il primo organo del nostro corpo coinvolto nella risposta immunitaria: all’interno dell’intestino ci sono le cellule dendritiche che reagiscono alla presenza di estranei e producono immunoglobuline — risposta immunitaria.

Requisiti minimi non inclusi

La lista dei requisiti minimi non include attributi quali: capacità di adesione alla parete intestinale, resistenza a sali e acidi biliari,... perché? Perché non sono fondamentali in quanto non fanno parte dei requisiti minimi perché dipende molto dal target, dal soggetto,...

Generi e specie probiotiche

Which Probiotics?

I generi tipicamente riconosciuti come microrganismi probiotici sono Lactobacillus spp. e Bifidobacterium — vi è stata recentemente una nuova riclassificazione. Non sono i soli, esistono anche probiotici che non sono batteri come per esempio il Saccharomyces boulardii. Miscela probiotica VSL no. 3: batterio terapia.

Divisione in:

• GRAM +, low G+C — appartengono principalmente le specie del genere Lactobacillus e Streptococcus, oltre che a batteri sporigeni come Baciulls substilis e clausii
• GRAM +, high G+C — appartengono principalmente le specie del genere Bifidobacterium

Recenti scoperte hanno rivelato nuovi batteri con potenziale probiotico. Essi sono stati isolati nel tratto gastro-intestinale, più precisamente nella parte finale (distale) — grazie al miglioramento delle tecniche colture-dipendenti è stato possibile isolare da questo tratto distale le specie Akkermansia municiphila e Faecalibacterium prausniitzii. Il primo è in grado di modulare la risposta immunitaria dell’ospite in cui si trova e di modulare il microbiota del tratto gastro-intestinale. Il secondo, appartiene al phylum dei Firmicutes, e ha caratteristiche importanti riguardo la sua probioticità. Questi due sono molto difficili da individuare in quanto sono presenti in un ecosistema grande e complesso e presenti in quantità inferiori rispetto agli altri microrganismi del microbiota intestinale. In più sono fortemente anaerobi e difficili da coltivare.

Next-generation probiotics

Microrganismi di cui non si ha una storia “di utilizzo” perché sono stati scoperti di recente. La loro presenza nel tratto gastro-intestinale umano e il loro coinvolgimento negli effetti benefici che essi possono avere attraverso il metabolismo, l’interazione con il tratto gastro-intestinale, microbiota è RECENTE. Essi sono definiti anche come “live biotherapeutics” in quanto essi stanno diventando sempre più simili a dei farmaci, quindi non più utilizzati all’interno di alimenti ma essere utilizzati come bio-terapie.

Il genere Lactobacillus

Il genere Lactobacillus include diversi microrganismi GRAM +, anaerobi/anaerobi facoltativi (non utilizzano l’ossigeno come accettore finale degli elettroni quindi sono anaerobi/anaerobi facoltativi perché hanno gli enzimi che sono in grado di detossificare le forme tossiche dell’ossigeno). I Lactobacillus fanno parte dei LAB (batteri lattici), dove all’interno troviamo Lactococcus, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus,... — tutti hanno in comune la capacità di utilizzare zuccheri a 6 atomi di carbonio (esosi) e trasformarli in acido lattico — produzione di un ambiente acido in grado di inibire la crescita di altri microrganismi — conservabilità.

Nell’organismo umano sono presenti lattobacilli in diversi distretti corporei: genitali femminili, tratto gastro-intestinale, intestino del neonato (si è visto che vi è un passaggio di microrganismi attraverso la placenta). Il momento del parto è un momento fondamentale per definire quelle che sono le caratteristiche del microbiota intestinale di un bambino. Si è visto che un parto cesareo comparato ad un parto spontaneo porta alla colonizzazione dell’intestino del neonato da parte di microrganismi completamente diversi rispetto a quello spontaneo. Questa iniziale differente colonizzazione dovuta alla modalità di parto ha un grande peso su aspetti neuronali, sullo sviluppo di allergie, sul sistema immunitario,... Si può intervenire nel contribuire nella creazione di un corretto ecosistema del microbiota gastro-intestinale: es. — utilizzo di probiotici nell’ultimo trimestre della gravidanza, utilizzo dei probiotici nei primi mesi di vita del neonato, allattamento al seno,...

Lactobacilli such as:

Perché questi lattobacilli sono riconosciuti come microrganismi probiotici?

• Alta tolleranza agli acidi e ai sali biliari — importanti per quei microrganismi che devono agire a livello intestinale e quindi devono resistere a vari stress acidi
• Capacità di aderire alla superficie intestinale
• Sopravvivere e rimanere vitali a un basso pH
• Capacità di inibire i microrganismi potenzialmente patogeni attraverso un’attività antimicrobica (competizione nutrizionale, competizione rispetto all’adesione alla superficie intestinale, produzione di sostanze “fastidiose” agli altri microrganismi, come per esempio l’acido lattico o batteriocine)
• Resistenza agli antibiotici (l’antibiotico resistenza è una caratteristica positiva se e solo se è una resistenza INTRINSECA, ovvero che è scritta nella parte del genoma del microrganismo che non è trasferibile. Se invece la resistenza è scritta in uno degli elementi mobili, ciò è negativo).

Altre caratteristiche utili sono: la produzione di esopolisaccaridi (EPS) - ottima nel settore lattiero-caseario in quanto permettono di ottenere determinate reologie, grazie alla loro capacità di trattenere acqua -, a livello intestinale è interessante perché l’EPS funge da prebiotico, quindi funge da sostanza che alimenta in modo selettivo alcune specie buone del microbiota intestinale (stimolo della crescita di microrganismi probiotici). Altra caratteristica interessante dei lattobacilli è la loro capacità di rimuovere colesterolo (evitano che il colesterolo si accumuli all’interno dei vasi sanguini).

Lactobacillus rhamnosus CRL1505 è un ceppo che ha dimostrato avere un'efficacia di riduzione del danno polmonare legato a virus.

Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus rhamnosus GG, Saccharomyces boulardii, Bifidobacterium bifidum and Bacillus coagulans sono utilizzati tutti insieme, a formare un “cocktail probiotico”, per curare la cosiddetta “diarrea del viaggiatore”.

Bifidobacterium

Microrganismi GRAM +, strettamente anaerobi (difficili da coltivare), non mobili. Si trovano in endosimbiosi nel tratto gastro-intestinale umano e nel tratto vaginale delle femmine di mammifero. Questo genere è reputato probiotico grazie alla sua resistenza ai sali biliari. Le cellule dei bifidobatteri hanno diversi meccanismi attraverso i quali possono resistere ai sali biliari, in particolare hanno diverse proteine di membrana che sono coinvolte nella traslocazione di sali biliari che eventualmente si accumulano all’interno della cellula. Questa caratteristica di resistenza ai sali biliari è ceppo-specifica ma si è vista che anche i ceppi “wild” sono in grado di adattarsi gradualmente alla presenza dei sali biliari.

Questi bifibatteri sono molto utili come microrganismi probiotici nel prevenire e nel proteggere gli enterociti da parte di microrganismi patogeni attraverso un meccanismo che coinvolge la produzione dell’acetato.

Several strains of bifidobacteria are considered as important probiotics including:

Bifidobacterium infantis, B. adolescentis, B. longum e B. adolescentis sono in grado di utilizzare glucosio e fruttosio producendo acetato il quale ha un effetto ANTI-APOCTOSI, ovvero che la membrana degli enterociti rimane intatta e i microrganismi patogeni, come per esempio E. coli O157:H7, non sono in grado di oltrepassare la barriera intestinale per causare l’infezione sistemica.

Bifidobacterium animalis subsp animalis, B. animalis subsp lactis, B. bifidum, B. longum, B. breve.

Lactococcus

Il genere è composto da batteri lattici GRAM+, utilizzati largamente nel settore caseario (come starter selezionato). Sono molto utilizzati in quanto in grado di prevenire lo sviluppo di microrganismi indesiderati responsabili di spoilage grazie alla produzione di metaboliti con effetto antimicrobico e grazie all’acidificazione.

Lactococcus lacis subsp lactis è stato studiato per la capacità di adesione all’epitelio cellulare della vagina che è in grado di produrre la batteriocina “nisina” — la nisina è in grado di inibire lo sviluppo di microrganismi patogeni.

Saccharomyces

Lievito — la specie S. boulardii è utilizzato come probiotico in forma liofilizzata nel trattamento della sindrome del colon-irritabile o nel trattamento delle infezioni causate da Clostridium difficile (batterio patogeno di difficile rimozione). Il problema dell’utilizzo di questo lievito come probiotico è quello che in soggetti immuno compromessi può causare fungemia o infezioni localizzate.

Le proprietà probiotiche di S. boulardii sono legate in particolare al fatto che è vitale fino a 55°C, non produce spore, è tollerante a un basso pH e non aderisce alle membrane mucose.

Streptococcus ed Enterococcus

Pur esistendo ceppi con caratteristiche infettive (sia nell’uomo che negli animali) e alcuni di essi dotati di antibiotico-resistenza, tuttavia si è dimostrato che alcuni ceppi di entrambi i generi si trovano come nomali commensali nel microbiota della bocca, della pelle, dell’intestino anche nell’uomo. Alcuni di questi microrganismi sono stati studiati ed è stato dimostrato che hanno delle caratteristiche probiotiche.

All’interno del genere Enterococcus il problema dell’antibiotico resistenza apre numerose perplessità nell’utilizzare questo microrganismo come probiotico al tal punto che alcuni ceppi probiotici si sono rivelati dei patogeni opportunisti. Inoltre possiedono un reservoir di antibiotico resistenza e di geni virulenti (quindi dentro il loro genoma sono scritte le informazioni dell’antibiotico resistenza e dei geni virulenti che possono essere trasferite) — questi particolari ceppi non sono ritenuti GRAS (non sicuri) per l’uomo ma sono utilizzati tutt’oggi come probiotici per gli animali (per migliorare la crescita e in pre-macellazione per sfavorire la proliferazione di microrganismi patogeni).

Gli Enterococchi sono utilizzati come starter e sono stati proposti come microrganismi probiotici però l’efficacia come tali è stata da tempo messa in relazione con la loro natura di patogeni-opportunisti e quindi devono essere monitorati e devono essere fatte delle attente valutazioni prima di etichettarli come sicuri.

Are Enterococci good choices for probiotics?

• RISK: antibiotico-resistenza, immuno-resistenza, connessione con il cancro al colonretto, fattori di virulenza.
• BENEFITS: immuno-modulatore (?) + produzione di una batteriocina (enterocina).

Genere Bacillus

Include microrganismi GRAM+, sporigeni, aerobi facoltativi o aerobi. Le specie probiotiche sono: B. subtilis, B. coagulans, B. cereus. Di quest’ultimo esiste un ceppo, il NVH 75/95, che è stato dimostrato essere un efficace probiotico per uso animale. B. subtilis è stato proposto nel trattamento di sintomi diarroci e anche nel trattamento di infezione da parte di H. pylori. L’utilizzo di questi microrganismi deve essere sempre valutato in quanto, essendo sporigeni, determinati soggetti potrebbero essere sensibili alle loro spore.

Escherichia

All’interno della specie coli esistono certi probiotici come per esempio, Escherichia coli Nissle 1917 che, insieme all’utilizzo di altri probiotici, è in grado di trattare la stipsi e infiammazioni dell’intestino.

Che benefici apporta E. coli Nissle 1917 al microbiota intestinale e all’ospite stesso?

• Attività antagonista diretta