Prebiotici, probiotici i postbiotici. Ima li koristi od funkcionalne hrane i pripravaka?

Probiotici su s nama oduvijek a mnogi prebiotici su korišteni u našoj prehrani već tisućama godina, iako nismo znali koja je njihova dobrobit. Najnoviji termin su postbiotici, koji obećavaju iskorak u odnosu na obje prethodne skupine ukoliko uspijemo ovladati njima, piše Tamara Čačev.

• Naslovna fotografija: Dodatak prehrani s probioticima (Unsplash)

• Dr. sc. Tamara Čačev viša je znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta Ruđer Bošković. Čačev je također članica Savjeta Ideje.hr

Mikrobiom i funkcionalna hrana, kako to važno i magično zvuči. Nisi u trendu ako ne spomeneš mikrobiom, za sve prije ili kasnije bude okrivljen, postoji tisuću i jedan pripravak/funkcionalna hrana koja bi ga trebala poboljšati, no ima li taj marketinški trend stvarnog znanstvenog utemeljenja? Jednom sam prilikom na nekom predavanju čula kako na nama i u nama živi nekoliko kilograma mikroorganizama. Oni čine naš mikrobiom. Zapravo, možda je točnije reći mikrobiome, jer se mikroorganizmi koji žive na koži razlikuju od onih koji žive u probavnom ili mokraćnom sustavu. Dakle, svuda po nama i u nama žive uglavnom bakterije, ali ima tu i gljivica, virusa, protista i arhea kao naših standardnih podstanara. Smatra se da je broj bakterija u našem organizmu jednak broju naših stanica, no ako pogledamo genom koji te bakterije nose, zapravo imamo ogromnu genetsku raznolikost (preko 600 tisuća gena) koja nije vezana uz našu DNA a također može proizvoditi proteine i druge molekule i utjecati na funkciju našeg organizma. Možda ova činjenica nekome izaziva anksioznost i želju da se instantno dezinficira iznutra i izvana, no nema za to potrebe, dapače to može biti štetno jer tako remetimo ravnotežu koja se uspostavila u mikrobiomskom ekosustavu.

Kako se razvijala molekularna mikrobiologija postalo je moguće identificirati mikroorganizme sekvenciranjem njihovog genoma direktno iz nekog uzorka često i bez potrebe uzgajanja u nekom mediju tj. u kulturi in vitro. Time se preskočila značajna barijera u istraživanju mikrobioma jer su se u prethodnim vremenima mogli identificirati i karakterizirati samo oni mikroorganizmi koji su se mogli uzgojiti na laboratorijskim podlogama, a to je tek manji dio svega što u tome svijetu obitava. Danas znamo da  unutrašnjost našeg organizma koja se nekad smatrala sterilnom  to uopće nije. Stoga se biološki naš organizam može smatrati i simbiotskim metaorganizmom u kojem mi mikroorganizmima dajemo hranu i stanište a oni nam pomažu u probavi i metabolizmu ali i nizu drugih životnih funkcija. Ovakvi tehnološki pomaci u identifikaciji mikroorganizama doveli su do prave eksplozije istraživanja populacija mikroorganizama na različitim staništima, od tla i rijeka do našeg organizma. I tada je skovan pojam mikrobiom koji označava cjelokupnu populaciju mikroorganizama nekog staništa.

Smatra se da je broj bakterija u našem organizmu jednak broju naših stanica. Ti različiti mikroorganizmi žive kako na tako i u nama, u relativnom miru i ravnoteži. (Flicker NIH National Human Genome Research Institute)

Različiti mikroorganizmi žive u/na nama u relativnom miru i ravnoteži populacija. Radi se o dinamičkoj ravnoteži koja odgovara na podražaje iz okoline. Primjerice, mikrobiom crijeva ovisan je o našoj prehrani ili korištenju antibiotika. Pokazalo se da osobe različitih stilova prehrane imaju i različite sastave mikrobioma crijeva. Također ukoliko osoba promijeni prehranu, mijenja se i sastav njenog mikrobioma crijeva, no također se pokazalo kako su te promjene kratkog vijeka jer se vraćanjem na neki uobičajeni način prehrane, ili prestankom korištenja antibiotika, naš mikrobiom vraća na početno stanje sastava koje smo usvojili kod prve kolonizacije našeg organizma pri rođenju. Vezano uz tu primarnu kolonizaciju, razmatrale su se i razlike u tome je li netko rođen carskim rezom ili vaginalnim porodom jer je i o tome ovisna primarna kolonizacija i sastav našeg budućeg mikrobioma. Naravno, uočene su razlike, no jesu li one uistinu bitne za naš daljnji život to je još dvojbeno. Kad smo objasnili pojam dinamičke ravnoteže jasno je da se ona može poremetiti i taj se to obično naziva disbioza te može imati značajni utjecaj na zdravlje organizma, od nedvojbeno utvrđenih zdravstvenih problema ali i do maglovitih općih stanja umora, mozgovne omaglice i sličnih pojava koje ovo često prate.

Poremećaji ravnoteže mikrobioma potencijalno mogu uz kratkoročne izazvati i dugoročne negativne učinke na zdravlje te se sve više i više poremećaji mikrobioma određenih organskih sustava povezuju s pojavom kronične upale, pretilosti te protumorskih procesa. Svi znamo za utjecaj bakterije Helicobacter pylori na pojavu karcinoma želuca, no postoji sve više indicija i da neke bakterije koje obitavaju u našim crijevima također doprinose nastanku tumora debelog crijeva. Da stvar bude još kompliciranija i sami tumori imaju svoj mikrobiom, odnosno mikroorganizme koji u njima žive te tako mogu primjerice utjecati na napredovanje samog tumora te njegov odgovor na terapiju budući da mogu utjecati na metabolizam lijekova te također i na naš imunosni sustav da se bolje ili lošije nosi s tumorom. Iz svega navedenog jasno je zašto je bitno spoznati sastav zdravog funkcionalnog mikrobioma svakog našeg organskog sustava kao i njegove promjene koje imaju pozitivan ili negativan učinak na naše zdravlje.  Mikrobiom u našem organizmu obavlja niz važnih  uloga kao što su nadvladavanje patogena ali i sinteza i degradacija čitavog niza bioaktivnih molekula. Mikrobiomni organizmi često koriste spojeve koji ne bi bili dostupni domaćinu da ih prethodno upravo oni nisu razgradili. No mikroorganizmi se mogu i natjecati sa stanicama domaćina za metabolite koji su im bitni za život.

Različiti produkti metabolizma mikroorganizama u ljudskom organizmu te njihov utjecaj na različite organske sustave i fiziološke procese. (Preuzeto iz Spivak I i sur. (2022) EMBO reports 23: e55664)

Sljedeći korak u razmišljanju jest manipulacija sastavom mikrobioma kako bi ga se usmjerilo u za naše zdravlje povoljnijem smjeru. Ovdje na scenu stupaju prebiotici, probiotici i postbiotici. Iako su ove kovanice relativno novijeg datuma, probiotici su s nama oduvijek a mnogi prebiotici su korišteni u našoj prehrani već tisućama godina iako nismo znali koja je njihova dobrobit. Postbiotici su najnoviji pojam u ovom nizu i budući da se do njihove identifikacije došlo recentnijim znanstvenim istraživanjima može se reći da bi mogli ako ih savladamo i njima ovladamo, predstavljati iskorak u odnosu na prije navedene skupine.

Probiotici se nalaze u određenoj hrani ili preparatima a radi se o živim mikroorganizmima koji se smatraju blagotvornima za naš organizam. Najpoznatiji predstavnici su Lactobacillus rhamnosus GG poznatiji kao LGG ili Saccharomyces boulardii. Danas ih možemo konzumirati u raznim mliječnim proizvodima ali i kao farmaceutske pripravke koji su dostupni u različitim oblicima u slobodnoj prodaji. Mehanizmi njihovog djelovanja su različiti a uključuju kompeticiju s bakterijama koje su štetne za naše zdravlje. To čine lučenjem antimikrobnih metabolita koje nazivamo bakteriocinima i defenzivnima. Također mogu djelovati imunomodulatorno tako da utječu na lučenje protuupalnih molekula a mogu i ojačati mukozni sloj naših crijeva. Ova svojstva ih čine zanimljivima u kroničnim upalnim bolestima crijeva koje između ostalog karakterizira nedostatak bakterijskih populacija s protuupalnim aktivnostima kao i povećani udio bakterija s proupalnim učinkom. Stoga je ideja moduliranja sastava mikrobioma crijeva kod ovih bolesnika u cilju pomaka ka zdravoj dinamičkoj ravnoteži vrlo plauzibilna.

Najpoznatiji predstavnik probiotika, Lactobacillus rhamnosus GG, redovito se može pronaći u brojnim mliječnim proizvodima, kao i u raznim farmaceutskim pripravcima. (Wikimedia Commons)

Prebiotici su tvari koje se nalaze u hrani poput biljnih vlakana koja ne možemo probaviti bez pomoći bakterija u našem probavnom sustavu. Mogli bismo reći kako su prebiotici hrana mikroorganizmima koji se nalaze u probioticima. Radi se o tvarima koje su supstrat mikroorganizmima kako bi iz njih proizveli za nas korisne spojeve. Najčešće se nalaze u povrću, voću i žitaricama i po kemijskom sastavu ulaze u skupine oligosaharida, neprobavljivih ugljikohidrata te nezasićenih masnih kiselina. Najviše istraživani predstavnici su inulin, pektin i galaktani. Kako se radi o spojevima iz hrane, logično je da djeluju na naš probavni sustav, no utvrđeni su njihovi učinci i u drugim organskim sustavima. Prebiotici su korisni u našoj obrani od patogena ali i u jačanju imunosne tolerancije. Pokazalo se kako pogoduju rastu bifidogenih bakterija koje su korisne za naš organizam te tako utječu na održanje crijevne barijere te propusnosti. Kako su ove funkcije bitne za osobe s kroničnim upalnim bolestima crijeva, prebiotici su i najviše istraživani najprije u tom kontekstu. Preliminarne in vitro studije su u nekim slučajevima indicirale da bi korištenje prebiotika moglo smanjivati parametre upale, no u kliničkim studijama još nije izveden konačni zaključak. Također, u nekim studijama se pokazalo kako čisti izolati inulina u nekim modelima suplementacije u najmanju ruku nisu korisni a mogu biti potencijalno i štetni za našu jetru. Radna je hipoteza da takav pročišćeni visokokoncentrirani inulin izvan konteksta prave namirnice u kojoj se nalaze i druga vlakna, dolazi „serviran“ crijevnim bakterijama prebrzo i u velikoj dozi što nije fiziološko stanje stvari. Na taj način pogoduje više određenim bakterijama koje se namnože i poremećuju dinamičku ravnotežu na štetu nekih drugih sojeva.

Masne kiseline kratkih lanaca po definiciji sadrže između dva i šest atoma ugljika. Najznačajniji predstavnici su acetat (dva ugljika), propionat (tri ugljika) i butirat (četiri ugljika).

Kako se pokazalo da zbog razlika u mikrobiomu različito metaboliziramo prebiotike a dodavanje probiotskih bakterija u vidu suplemenata izvana nije uvijek učinkovito, najnoviji trendovi u ovom području usmjeravaju se ka konačnim produktima tj. postbioticima. Postbiotici su tvari koje nastaju kada probiotski mikroorganizmi metaboliziraju prebiotske tvari. Anaerobne bakterije u našem crijevu prilikom fermentiranja vlakana unesenih prehranom stvaraju postbiotike. To su dakle konačni produkti djelovanja prebiotika i probiotika. Primjer takvih spojeva su masne kiseline kratkih lanaca (engl. SCFA, short chain fatty acids), a najznačajniji predstavnici SCFA su acetat, propionat i butirat. Butirat nastaje najviše kao rezultat metabolizma bakterija iz skupine Firmicutes dok su bakterije iz skupine Bifidobacterium proizvođači propionata i acetata.

SCFA su glavni izvor energije stanica debelog crijeva i sudjeluju u nizu različitih procesa u crijevu poput pokretljivosti, imunomodulacije ali imaju utjecaj i na razini ekspresije gena. Pokazalo se da SCFA poboljšavaju funkciju crijevne barijere te da osobe s kroničnim  upalnim bolestima crijeva imaju snižene razine SCFA u sluznici i stolici. Stoga se smatra kako one imaju protuupalnu funkciju u organizmu. Butirat je trenutno najviše istraživana SCFA te se pokazalo kako ima značajnu ulogu u regeneraciji epitela crijeva, protuupalna svojstva te smanjuje ekspresiju proupalnih citokina.

Osim što se nastanak postbiotika u našem organizmu odvija spontano (primjer su vitamin B12, vitamin K, folat kao i neke aminokiseline), danas je moguće u in vitro sustavima uzgojiti organizme koji ih proizvode te izolirati neke od tih spojeva. Najčešće korišteni sojevi bakterija i gljivica korištenih za proizvodnju postbiotika su Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Akkermansia muciniphila, Saccharomyces boulardii, Eubacterium hallii te Faecalibacterium. Postbiotici mogu djelovati lokalno ali i na čitav organizam. Ideja najnovijeg trenda istraživanja postbiotika je da ako se neki od tih spojeva pokažu djelotvornima, mogli bi se stvoriti izolati viših koncentracija i koristiti u terapeutske svrhe. Takvi spojevi su ujedno i stabilniji od probiotskih suplemenata koji moraju zadržati vijabilnost bakterija koje se nalaze u preparatu pa imaju relativno kratki rok trajanja. Također se izbjegava potencijalni rizik davanja preparata sa živim mikroorganizmima kao i nuspojave takvih tipova preparata.

Neki od učinaka postbiotika koji su dokazani u studijama in vivo. (Preuzeto iz Thorakkattu P i sur. (2022) Foods. 11(19):3094)

Osim produkata metabolizma anaerobnih bakterija u crijevu u skupinu postbiotika se također ubrajaju i dijelovi mikrobnih organizama poput primjerice spojeva njihove stanične stijenke koji mogu imati utjecaj na naš imunosni sustav. U tu skupinu svrstavamo proteine koji se nalaze na njihovoj površini (engl. surface-layer proteins, SLPs), peptidoglikani kod bakterija sa staničnom stijenkom te LTA i TA kiseline iz stanične stijenke gram pozitivnih bakterija. Njihov učinak na domaćina zasad je čini se dvojak jer u nekim segmentima imunosnog odgovora djeluju protuupalno no također potiču i neke proupalne signale te je konačni utjecaj na organizam rezultat neto zbroja svih učinaka koje je stoga teško istraživati i doći do nekog konačnog stava.

U skupinu postbiotika ulaze i bakterijski lizati, supernatanti dobiveni iz kultura kvasaca i bakterija, enzimi te egzo i lipopolisaharidi. Naravno, postoji i cjelovita hrana koja je izvor postbiotika poput svježeg sira i jogurta, ukiseljenih krastavaca, kimchija ili naše varijante ukiseljenog kupusa, kefira, kombuche ili miso juhe. Zanimljivo je i kako i sada vrlo popularni artisan pekarski proizvodi temeljeni na kiselom tijestu (sourdough) također sadrže spojeve koji su nastali fermentacijom a korisni su za naš organizam. Primijetit ćete također da se neke namirnice ponekad svrstavaju u prebiotike i probiotike. Ako ponovno pogledamo definiciju, to nije čudno jer je moguće da neka namirnica, poput kefira bude i prebiotik, da sadrži neke bakterije koje su povoljne za naš mikrobiom, a da sadrži i već fermentirane spojeve (postbiotike) koji su blagotvorni za naš organizam.

U budućnosti ćemo sigurno saznati više o ulozi prebiotika, probiotika i postbiotika i kako ih kontrolirano koristiti u terapijama, no blagodati fermentiranih mliječnih proizvoda i ukiseljeneg povrća možemo već uživati. (Unsplash)

Još jedan pojam koji se sve češće spominje su sinbiotici, preparati koji kombiniraju prebiotike i probiotike s ciljem da se dobije sinergistički ili aditivni učinak obje komponente kako bi probiotski mikroorganizmi bolje preživjeli u našem probavnom sustavu te bi se istovremeno izbjegli neželjene nuspojave.

Ovaj pregled uglavnom se temeljio na učincima prebiotika, probiotika i postbiotika direktno na probavni sustav, no postoje istraživanja njihovog učinka i na druge sustave. Poseban potencijal u tom pogledu mogli bi imati postbiotici budući da se radi o metabolitima koji mogu prelaziti u naš krvotok i djelovati sistemski. Uostalom bakterije to već i danas čine te je pokazano da neki od spojeva koji su rezultat metabolizma bakterija u našem probavilu mogu utjecati čak i na naš živčani sustav kao neurotransmiteri i neuromodulatori. Detaljnije spoznavanje uloge prebiotika, probiotika i postbiotika kao i njihova kontrolirana terapijska primjena zasigurno je stvar budućnosti no to nas ne sprečava da već danas koristimo blagodati fermentiranih mliječnih proizvoda kao i ukiseljenog povrća. Stoga ne čudi kako se nekoliko eminentnih profesora sa Stanforda nedavno u jednom američkom biomedicinskom podcastu (hubermanlab.com) pohvalilo da su pokrenuli trend kiseljenja kupusa u vlastitom domu a to je vještina u kojoj smo mi na ovim prostorima eksperti.

• Literatura

1) Lê A, Mantel M, Marchix J, Bodinier M, Jan G, Rolli-Derkinderen M. Inflammatory bowel disease therapeutic strategies by modulation of the microbiota: how and when to introduce pre-, pro-, syn-, or postbiotics? Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2022 Dec 1;323(6):G523-G553. doi: 10.1152/ajpgi.00002.2022.

2) Spivak I, Fluhr L, Elinav E. Local and systemic effects of microbiome-derived metabolites. EMBO Rep. 2022 Oct 6;23(10):e55664. doi: 10.15252/embr.202255664.

3) Cullin N, Azevedo Antunes C, Straussman R, Stein-Thoeringer CK, Elinav E. Microbiome and cancer. Cancer Cell. 2021 Oct 11;39(10):1317-1341. doi: 10.1016/j.ccell.2021.08.006.

4) Thorakkattu P, Khanashyam AC, Shah K, Babu KS, Mundanat AS, Deliephan A, Deokar GS, Santivarangkna C, Nirmal NP. Postbiotics: Current Trends in Food and Pharmaceutical Industry. Foods. 2022 Oct 5;11(19):3094. doi: 10.3390/foods11193094.