Полянская И.С. Тераевич А.Л., Топал О.И., Новок..

УДК 637.146
ПОЛЯНСКАЯ И.С., ТЕРАЕВИЧ А.С., ТОПАЛ О.И., НОВОКШАНОВА А.Л., ЗАБЕГАЛОВА Г.Н.

Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические
основы разработки и производства продуктов с пробиотиками
Рецензенты:
Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное учреждение «Всеросийский научно-исследовательский институт молочной промышленности»;
ведущий научный сотрудник ГНУ ВНИИМИ, доктор технических наук А.Г. Галстян,
зав. лабораторией ГНУ ВНИМИ, доктор биологических наук Г.А. Донская

Монография

Авторы: коллеквив сотрудников ФГБОУ ВПО
«Вологодская государственная молочнохозяйственная
академии имени Н.В. Верещагина»

Гл. 1.1, 1.2., 1.4., 1.5., 1.6. и 2. написаны Полянской И.С., гл. 1.3. – совместно Полянской И.С. и Топал О.И, гл. 1.4.1. – совместно Полянской И.С. и Тераевич А.С., 1.6.1 – Топал О.И., гл. 1.7. – Тераевич А.С., гл. 3. – Новокшановой А.Л., гл 4. – Забегаловой Г.Н.

Для научно-технических и практических специалистов переработки молока и ветеринарии, аспирантов. Материалы можно использовать также в учебном процессе: в лекционном материале или проектной деятельности по микробиологии, физиологии, технологии молока и молочных продуктов, химии пищи в разделах: нормальная флора, дисбактериозы, пробиотики, продукты функционального питания, химия пищи, химия биоэлементов при подготовке бакалавров, магистров ветеринарных, сельскохозяйственных и технологических пищевых направлений.




Используемые в работе сокращения:
БАВ – биологически активное вещество
БАД – биологически активная добавка
БП – бактериальный препарат
ГММО – генетически модифицированные микроорганизмы
Да – дальтон-единица измерения массы атомов, молекул, фагов, клеток и их структур (хромосом, плазмид и др.), КДа – килодальтон, равный 103 дальтон; МДа – мегадальтон, равный 106 дальтон
ЖКТ – желудочно-кишечный тракт
ИВДП – инфекции верхних дыхательных путей (инфекции уха, синуситы, стрептококковый фарингит, нестрептококковый фарингит, ринит и ларингит)
КР - колонизационная резистентность пищеварительного тракта
КОЕ – колониеобразующая единица
М – микрофлора – мукозная микрофлора
МТКК – микробно-тканевый комплекс кишечника
МПА – мясопептонный агар
П-микрофлора – полостная микрофлора
ПФП – продукты функционального питания
РИЗ – распространенные инфекционные заболевания
т.п.н. – тысячи пар нуклеотидов – единица измерения ДНК фагов, хромосом, плазмид и др.
FOS – фруктозоолигосахарид

Устойчивость штамма к антибиотику:
Cm – хлоромфениколу
Sm – стрептомицину
Ар – ампицилину
Тс – тетрациклину
Кm – канамицину
Пn – пенициллину
Gm – гентамицину
Пmr – полимиксину




Предисловие
Название научного издания «Нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы разработки и производства продуктов с пробиотиками» авторов И.С. Полянской, А.С. Тераевич, О.И. Топал, А.Л. Новокшановой, Г.Н. Забегаловой полностью соответствует содержанию издания.
Издание содержит полное и всестороннее исследование одной проблемы несколькими авторами, т.е. соответствует требования ВАК к монографиям. Перечень использованной литературы содержит 712 наименований, в том числе аннотированные в научных журналах, патенты, публикации зарубежных изданий и публикации авторов монографии.
Научный уровень работы соответствует современным достижениям в области разработки и производства продуктов с пробиотиками, в то же время развивает нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические основы этой проблемы. Монография содержит авторские исследования, авторские теоретические обобщения и практические выводы для дальнейшей реализации экономически и социально значимой проблемы производства продуктов с пробиотиками.
Общая схема построения монографии логична. Монография снабжена необходимым иллюстративным материалом, схемами и таблицами для обобщения излагаемого материала, а также глоссарием. Иллюстративный материал полностью соответствует содержанию монографии.
Публикация полезна для научно-технических и практических специалистов переработки молока и ветеринарии, аспирантов, магистров и бакалавров биологических, сельскохозяйственных и инженерных специальностей, связанных с переработкой сельскохозяйственного сырья.
Зав. лабораторией ГНУ ВНИМИ, доктор биологических наук Г.А. Донская



Веком пробиотиков был провозглашен XXI век на многочисленных научных конференциях, и в частности на Международном конгрессе по пробиотикам, состоявшемся в США в 2001 г., Международной научно-практической конференции «Технологии живых систем», Москва, 2002 г.
Актуальность рассматриваемой темы дополнительно усиливается широким охватом различных нутрициологических, микробиологических, генетических и биохимических аспектов, представляющих собой взаимопроникающие смежные грани единой задачи разработки и производства эффективных продуктов с пробиотиками.
В первой главе монографии определены предмет, объект науки нутрициологии и ее направлений, обосновывается использование конкретных пробиотиков и пребиотиков в условиях современного фундамента функциональной нутрициологии и необходимого функционального эффекта.
Во второй и третьей главах рассматриваются вопросы, связанные с особенностями генетической селекции молочнокислых микроорганизмов и биохимическими механизмами влияния конкретных нутриционных элементов как на заквасочные микроорганизмы, так и на макроорганизм (человека или животного).
Собственные научно-практические выводы по названным вопросам развивают известные представления российских и зарубежных исследователей. В четвертой главе рассматривается влияние тяжелых металлов на развитие микроорганизмов закваски и способы детоксикации ксенобиотиков. Она также содержит не только обзорный материал, но и авторские результаты исследований, которые показывают перспективность нутриционной оптимизации молока-сырья при производстве продуктов с пробиотическими культурами.
В целом монография представляет собой завершенную работу, включающую теоретические разработки и пути их практического использования.
Ведущий научный сотрудник ГНУ ВНИИМИ, д-р технических наук А.Г. Галстян




Введение
Последние десятилетия прошлого века и начало нынешнего характеризуются интенсивным развитием нутрициологии как науки о питании здорового человека и физиологии лечебно-профилактического кормления животных. Это связано с разработкой и широким внедрением в производство новых видов бактериальных препаратов (БП) и продуктов функционального питания (ПФП) с пробиотической микрофлорой, заданными функциональными свойствами и др. [15, 452, 502 и др.].
Международный конгресс по пробиотикам, состоявшийся в США в 2001 г., по общему согласию констатировал перспективность применения пробиотиков и предложил считать ХХІ век «Эрой пробиотиков». В международной научной печати за три года (2009–2011 гг.) опубликовано свыше 2500 сообщений по проблеме пробиотиков. Одним из главных аспектов этого интереса является возросший спрос потребителей к качеству продуктов питания и их безопасности для здоровья, т.к. широко используемые химические консерванты и антибиотики, увеличивающие срок хранения продуктов питания, вызывают изменение нормальной микрофлоры. Противостоять изменениям микробного состава организма под воздействием экологических, лекарственных, хирургических и других стрессовых агентов можно, обогатив микрофлору ЖКТ полезной микрофлорой, вносимой извне. Это открытие дало импульс развитию целого направления в микробиологии: учению о пробиотиках – живых микроорганизмах, которые, попадая в организм при приеме пищи в определенных количествах, оказывают благотворный эффект на здоровье человека или животного. Поэтому все большее внимание уделяется созданию ПФП и кормления с пробиотиками, способными оказывать определенное регулирующее действие на организм в целом или на его определенные системы и органы.
Однако реальное развитие концепций нутрициологии, функционального питания и пробиотиков возможно в случае [166]:
- государственной поддержки этого направления, опережающего развитие научных исследований в области нутрициологии и связанных с нею научных дисциплин;
- разработки новых биотехнологий, которые позволят создавать активные БП и ПФП – более физиологичные и безопасные средства для профилактики и лечения различных инфекций;
- информации населения о преимуществах регулярного употребления индивидуально подобранных продуктов данного сектора пищевого рынка, интереса, доверия и понимания широкими массами покупателей значимости ФПП для сохранения их здоровья и уменьшения риска возникновения заболеваний;
- технологических возможностей биофабрик и пищевой промышленности по созданию продуктов с гарантированным содержанием биологически активных функциональных ингредиентов, лишенных побочных эффектов и сохраняющих все привлекательные для покупателя потребительские характеристики традиционных пищевых продуктов.
В теоретическую основу этой монографии положен анализ многочисленных работ отечественных и зарубежных авторов, которые развивают и совершенствуют нутрициологические, микробиологические, генетические и биохимические подходы к разработке и производству БП и ПФП. В настоящей работе приводятся также результаты собственного развития теоретических и практических основ разработки пробиотической и синбиотической продукции для пищевой промышленности и ветеринарии.
Термины глоссария, приведенного в конце работы, выделены в тексте подчеркнутым курсивом.
1 Нутрициология и нутрициологическое значение молочнокислой заквасочной микрофлоры в производстве ферментированных функциональных молочных продуктов
1.1 Происхождение «нутрициологии» и ее связь с другими науками. Диетология и нутрициология
Нутрициология (греч. «нутрицио» – питание) – наука о питании, включающая в себя изучение пищевых веществ и компонентов, содер-жащихся в продуктах питания, законы влияния пищи, правил ее приготовления и приема на здоровье человека. Термин нутрициология хорошо известен в странах Запада и США. В России были попытки «привить» его широкой массе, например, д-ром техн. наук, профессором И.М. Скурихиным [407].
Кратко: «нутрициологическая» – связанная с питанием.
Науки о питании больного (диетология) и здорового человека (нутрициология) восходят к иатрохимии. В старинных рукописях имеются указания на то, что уже до нашей эры египтяне, греки, евреи, римляне, арабские народности применяли различные пищевые продукты для лечения и предупреждения болезней. В IV веке до н.э. Гиппократ в «Диетике» писал: «Наши пищевые вещества должны быть лечебным средством, а наши лечебные вещества должны быть пищевыми веществами» [161].
Научные основы питания заложены в конце XVIII – начале XIX вв., после работ Антуана Лавуазье (1743–1794) – одного из основоположников совре-менной химии, развития физиологии и химии питания, изучения физиологических норм и значения питательных веществ. В учение о питании внесли вклад немецкие ученые: Ю. Либих, М. Рубнер, русские: Е.О. Мухин, И.И. Вечь, И.П. Павлов, И.Е. Дядьковский, М.Я. Мудров, А.П. Доброславин, В.Ф. Эрисман, Н.И. Лунин, А.М. Уголев, В.И. Вернадский, А.П. Виноградов, М.Н. Шатерников, А.А. Покровский и многие другие.
Выяснение участия химических элементов в сохранении здоровья началось примерно 150 лет назад. Большая заслуга в этом принадлежит русским ученым Д.Н. Зайковскому, С.С. Боткину, П.Н. Булатову, дис-сертации которых посвящались изучению влияния на организм меди, рубидия, цезия и никеля.
В конце XIX и в XX веке, в условиях ускоренного роста информа-ционного материала и с развитием теорий адекватного (Уголев А.М.), элементного (Уинитц и др.) и сбалансированного (Покровский А.А.) питания, появилась специализация (профилизация) врачей-диетологов и наметилось формирование отдельной науки о питании здоровых людей – нутрициологии [161].
Важнейшими постулатами теории адекватного питания были:
- пища состоит из нескольких компонентов, различных по физио-логическому значению, – нутриентов, балластных веществ (от которых она может быть очищена) и вредных, токсичных соединений;
- идеальным считается питание, при котором поступление пищевых веществ соответствует их расходу.
Именно на теории адекватного питания базировались агротехнические разработки, которые сводились к улучшению свойств потребляемой пищи за счет уменьшения доли балластных веществ. Однако к настоящему времени стало очевидно, что рафинированные продукты служат причиной многих заболеваний [161] (табл. 1.1.).
Идея элементного питания заключалась в том, что потребляемую пищу заменяли набором всех необходимых пищевых веществ (глюкозы, амино-кислот, жирных кислот, витаминов, солей и т.д.). Ряд таких диет разработал один из руководителей американской программы элементного питания профессор Уинитц (Winitz). Элементные диеты иногда целесообразны при некоторых заболеваниях и при определенных условиях (стресс, спортивные соревнования, специальные условия работы и т.п.).
Вместе с тем исследования показали [161], что в ходе эволюции человек лучше приспособился не к мономерным, а к полимерным рационам, т.е. к той пище, которую он потреблял многие тысячи лет.
Таблица 1.1 – Синдромы, связываемые преимущественно с нарушениями питания
Избыточное питание

Рафинированным крахмалом и сахарами
Белками

Заболевания сердечно-сосудистой
системы
Хронический бронхит
Заболевания желудочно-кишечного
тракта (язвы, гастрит и др.)
Аппендицит, холецистит, желчнокаменная и почечнокаменная болезни, диабет
Токсикоз беременности
Депрессия
Рассеянный склероз
Парадонтоз
Заболевания сердечно-сосудистой системы (инфаркт, гипертония, атеросклероз, тромбофлебит, варикозное расширение вен и др.)
Сахарный диабет
Гиперхолестеринемия
Токсикоз беременности


Профилактика

Уменьшение потребления лекгоусвояемых и рафинированных углеводов
Уменьшение потребления белков


Кризис теорий адекватного и полного элементного питания и новые открытия в области пищеварения привели к формулировке новой теории сбалансированного питания. Охарактеризуем некоторые постулаты и следствия из нее:
- питание обеспечивает энергетические и пластические потребности организма;
- балластные вещества, или пищевые волокна, являются эволюционно важным компонентом пищи.
В отсутствие балластных веществ бактериальная флора желудочно-кишечного тракта вырабатывает значительно больше токсических веществ, менее эффективно выполняет защитную функцию. Так, потребление человеком, в частности, цельнозернового хлеба приводит к снижению холестерина, которое сопоставимо с результатом холестеринвыводящих препаратов.
Дальнейшие представления о здоровом питании, чаще всего назы-ваемого рациональным или оптимальным, дополнены данными В.А. Ту-тельяна и сотрудников [449], А.Ю. Барановским [35, 36], Б.Л. Смолянским [404] и др., при этом весомая часть работ ориентирована на здоровых людей [164, 256, 421, 428 и др.]. Кратко основные принципы рационального пита-ния, основанного на теориях адекватного и сбалансированного питания, формулируют так: умеренность, разнообразие и режим. При этом спектр эссенциальных и других минорных компонентов, которые влияют на здо-ровье, значительно расширен [198, 458].
По мнению В.А. Тутельяна, под термином «практически здоровый человек» следует понимать как состояние организма, когда все параметры находятся в пределах нормы, так и наличие резервных возможностей, обеспечивающих адаптивные реакции [161]. Не менее 30% заболеваний, по оценкам специалистов, связано с неправильным питанием.
Употребление в пищу функциональных продуктов питания повышает общую резистентность организма и предупреждает появление ряда заболеваний. Здоровый человек не ходит к врачу-диетологу за советом как ему питаться.
Необходимо предоставить возможность каждому желающему знать основы науки о здоровом питании – нутрициологии, быть нутрициологом для себя, своей семьи.
Поэтому сегодня диетология (клинический уровень) и нутрициология (на технологическом уровне) – науки, которые должны быть разведены (табл. 1.2.).
Таким образом, диетология и нутрициология – науки, имеющие свой объект, предмет, методы, а, следовательно, и круг изучаемых дисциплин будущими специалистами диетологами и нутрициологами (табл. 1.2).
Если говорить коротко, то изучением оптимального уровня всех важных нутриентов для больных и здоровых людей и оценкой адекватности питания занимается в первую очередь диетология, а нутри-циология, основываясь на данных клинической диетологии, занимается обеспечением сбалансированного питания для здоровых людей.

Таблица 1.2 – Сопоставление диетологии и нутрициологии [349]
Диетология (клиническая)
Нутрициология (технологическая)

Объект

Диетическое или лечебное питание – питание при острых и хронических заболеваниях на всех этапах, от обострения до ремиссии включительно
Здоровое или рациональное питание – питание, удовлетворяющее физиологические потребности человека в энергии и пищевых веществах, и обеспечивающее поддержание здоровья, хорошего самочувствия, высокой работоспособности

Предмет науки включает

- Оценку состояния всех звеньев пищеварительного конвейера организма больного человека, детальная характеристика его метаболических процессов.

- Диагностику нутриционного статуса пациента.

- Назначение лечебного питания.
- Обеспечение контроля эффективности проведения лечебного питания
- Создание здоровых (функциональных, профилактических) продуктов питания с повышенной пищевой ценностью на основе оптимизации пищевых веществ, пищевых добавок и биологически активных минорных компонентов.
- Обеспечение профилакт. питания – направленного на профилактику различных заболеваний, а также предотвращение неблагоприятных факторов внешней среды, устойчивость к действию инфекций, токсинов и др.

Методы науки:

Различные анализы крови, сыворотки крови, плазмы, мочи и другие методы диагностических исследований заболеваний
Спектральные, электрохимические, хроматографиические, ферментативные и др. методы анализа пищевых продуктов

Основные средства:

Оценка адекватности питания.
Оптимизация незаменимых нутриентов.
Индивидуализацию назначения питания (нутриционной коррекции) путём подбора лекарств, диет, БАДов
Оптимизация незаменимых нутриентов, посредством создания функциональных продуктов питания для конкретной группы лиц (дети, подростки, спортсмены, беременные, кормящие матери, пожилые люди и т.д.).
Оценка адекватности питания

Основные компетенции (дисциплины):

Диагностика метаболических расстройств
Клиническая биохимия
Физиология пищеварения и обмена веществ
Патофизиология
Гигиена питания
Эпидемиология
Трофология
Диетология и др.
Функциональная нутрициология
Химия пищи
Безопасность пищевой продукции
Нутрициология элементов
Оценка адекватности питания
Биохимия продуктов
Процессы и аппараты пищевых производств
Технологическая нутрициология и др.

Взаимосвязь наук:

Оценка адекватности питания.
Оптимизация незаменимых нутриентов


Поскольку в большинстве стран мира науку о лечебном питании называют не диетологией, а клинической нутрициологией, а специалиста в области лечебного питания – нутрициологом, то нутрициологию, как науку о здоровом питании для всех (чтобы не путать ее с клинической), важно обозначить разграничивающим эпитетом. Среди таких определений могут быть: эле-ментарная, общая, практическая, функциональная или технологическая.
По толкованию определений и их логической взаимосвязи и основ психологии обучения (повторение не менее 3-х раз) нам представляется следующая последовательность изучения науки о здоровом питании:
Элементарная (элементарный – простейший, такой, который должен быть известен каждому) нутрициология, включая пирамиду сбалансированного питания (рис. 1.1.) должна появиться в начальной школе, в курсе, близком сегодняшнему «Мир вокруг нас» в главе о здоровье.

Р и с. 1.1. Пирамида сбалансированного питания
Если школьник несколько раз нарисует, более или менее упрощенную, подобную пирамиду и попробует составить в соответствии с ней свой дневной рацион, то будет большая вероятность того, что он не станет пи-таться одноообразно, к примеру, весь день одними чипсами. Конечно, при этом важно иметь представление о пирамиде и родителям.
2) Общая (общий, т.е. для всех) нутрициология – общие представления об основных нутриентах (правая часть рис. 1.3.) и их основных необходимых соотношениях – в средней школе, возможно как глава в предмете «Химия» или «Биология». Главным в общей нутрициологии считают соотношение жиры: белки: углеводы близкое к 1:1:4.
3) Практическая (практический – относящийся к области жизненного опыта, реальных потребностей) нутрициология – как профориентационный факультатив в средней школе, предмет бакалавриата сельскохозяйственных, технических, педагогических, экономических и др. специальностей.
Наука об оптимальном уровне потребления нутриентов, которых известно около 600, и с каждым годом открывают новые, с практи-ческими основами оценки адекватности питания.
4) Функциональная – наука о пищевых веществах и компонентах, содержащихся в продуктах питания, их метаболизме и функциональном действии на организм – как уровень бакалавриата пищевых техноло-гических специальностей [349] .
Выше указывалось, что предмет функциональной нутрициологии близок к изучаемой технологами пищевых производств различных специальностей «Химии пищи». Функциональная нутрициология (и/или «Химия пищи») углубляет знания о трех «китах» – группах нутриентов, из которых состоят продукты питания:
1. Пищевые вещества: белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества и др. (напомним, их около 600).
2. Пищевые добавки и ароматизаторы (натуральные, идентичные натуральным и синтетические). Их включение в состав пищевых продуктов направлено на улучшение или сохранение органолептических свойств продуктов, придания им требующейся консистенции, цвета, вкуса и др.
Известно более 500 различных пищевых добавок, безопасность которых для человека подтверждена исследованиями, показавшими отсутствие мутагенных, канцерогенных и иных неблагоприятных факторов.
Часть из них обладает функциональным влиянием на организм. Например, добавки пребиотиков способствуют росту полезных для кишечника микроорганизмов-пробиотиков.
3. Биологически активные минорные нутриенты пищи включают фла-воноиды, изофлавоны, фитостерины, фироэстрогены, нуклеотиды и др.
К их числу относятся, например:
- тирамин, содержащийся в сырах, рыбе, и др. продуктах, который оказывает возбуждающее и депрессорное действие на организм,
- алкалоиды кофеин и теобромин (в чае, кофе, шоколаде, кока-коле и др.);
- биофлавоноиды, обладающие высокой антиоксидантной активностью;
- гистамин (в клубнике, апельсинах, креветках и др.) – медиатор аллергических реакций;
- тиаминаза (в сырой рыбе), разрушающая витамин В1.
5) Технологическая нутрициология (представляющая собой совокупность производственных методов и процессов, щадяще воздействующих на нативные функциональные свойства продуктов, а также научное описание способов производства оптимизированных функцио-нальных продуктов) – как предмет специалитета (магистратуры) в различных пищевых и сельскохозяйственных вузах, а возможно, как профилирующий предмет новой специальности, которая в будущем появится – «инженер-нутрициолог».
Взаимосвязь и взаимообогащение диетологии и нутрициологии проявляются на двух полях деятельности:
- при оценке адекватности питания;
- в области оптимизации незаменимых нутриентов в функциональных и диетических продуктах питания.
Функциональными пищевыми продуктами называют такие, которые способны укреплять здоровье, влиять на функции организма, оказывать профилактическое действие. По возможности, его следует отличать от другого термина – продукты диетического питания – предназначенные для лечебного и профилактического питания (Федеральный закон «О качестве и безопасности пищевых продуктов»).
Диетические продукты нецелесообразно использовать в питании здо-рового человека.
Применяются преимущественно с целью лечения заболеваний [161]. Однако всегда можно будет найти продукт, который с успехом можно отнести и к функциональным, и к диетическим.
1.2 Нутрициология и нутрициологическая химия элементов среди других наук о питании

Всеобщая наука о питании имеет 3 основных направления (см. рис.. 1.2):
1. Технологическая нутрициология – производство продуктов питания с использованием технологических приемов и средств, направленных на сохранение и преумножение лечебно-профилактических свойств пищи.
2. Диетология и гигиена питания – научная разработка проблем лечебного питания, соответственно современным взглядам медицины.
3. Функциональная нутрициология – наука о пищевых веществах и ком-понентах, содержащихся в продуктах питания, о их метаболизме и функциональном действии на организм. Включает в себя большинство вопросов, рассматриваемых в «Химии пищи» и «Безопасности пищевых систем».
При этом на стыке первого и третьего направлений к настоящему времени сформировалось новое направление науки о питании: «Произ-водство функциональных продуктов питания». А на стыке второго и третьего разделов – направление: «Организация здорового питания», практически осуществляющая специальные пищевые рационы.
«Нутрициологическая химия элементов», в свою очередь, является частью «Фнкциональной и технологической нутрициологии» и рассматривает химические соединения элементов, содержащиеся в про-дуктах питания, их метаболизм и функциональное действие на организм.
Нутрициологическая химия элементов – теоретический и прикладной раздел естествознания о химических соединениях элементов (химических веществах) пищи, воды, окружающего пространства и их превращениях, влияющих на сохранение здоровья человеком/животными [349].
Каждую науку определяют, прежде всего, ее объект и предмет.
Объектом, или автономным элементом реальности, порождающим проблемную ситуацию, для нутрициологической химии элементов являются элементы, поступающие в организм человека (и животных) с веществами (нутриентами) пищи и воды и окружающего пространства.
Предмет науки, или главный аспект, «срез» объекта – предлагаем определить как процессы попадания того или иного элемента в организм, влияющие на здоровье.

Р и с. 1.2. Взаимоотношение различных частей науки о питании:
1 – технологическая нутрициология; 2 – функциональная нутрициология; 3 – гигиена питания и диетология; 4 – организация здорового питания и производство функциональных продуктов питания 5 – нутрициологическая химия элементов

Нутрициологическая химия элементов рассматривает элементы с пяти взаимосвязанных сторон:
1) где в окружающем пространстве находятся элементы? Их применение (промышленность, сельское хозяйство, медицина и др.) Распространение в природе и продуктах питания; 2) сколько элементов необходимо? Проявления дефицита и избытка; 3) как оптимизировать адекватный уровень поступления? Синергисты и антагонисты усвоения; 5) анализ нутриционного статуса в организме, определение элементов в водах, продуктах, пищевых добавках.
Для более тонкой детализации взаимосвязей различных существующих наук, и предполагаемых специалистами «наук будущего» можно составить Цветок Бачинского [66] нутрициологической химии элементов. В самой сердцевине будет теоретическая (общая, неорганическая) химия, в большом круге – технологическая нутрициология, а в шестнадцати лепестках – смеж-ные науки (рис. 1.3.):
1) Диетология и гигиена питания.
2) Функциональная нутрициология.
3) Организация здорового питания (см. рис. 1.4.).
4) Химия пищи и безопасность пищевых систем.
5) Эпидемиология питания [459] – новое для России направление, которое предложил развивать директор Института питания РАМН, г. Москва, академик В.А. Тутельян, включающее комплексные исследования химического состава, пищевой ценности продуктов; разработку принципов обогащения продуктов микронутриентами.
6) Биохимия как наука о качественном и количественном содержании и преобразовании в жизненных процессах соединений, образующих живую материю в одном из направлений своих исследований рассматривает функциональную активность комплексов неорганических ионов с органическими лигандами. Этот раздел биохимии называется бионеорганическая химия.
7) Физическая и коллоидная химия. При углубленном изучении химических процессов с использованием физических подходов требуется помощь физической химии, а при рассмотрении коллоидного состояния веществ (с диаметром частиц дисперсной фазы 10–9 – 10–6 м3 – коллоидной химии.
8) Микробиология, генетика, молекулярная биология и нанотехнологии. Повышение качества пищевых продуктов, вырабатываемых с помощью ферментации полезными микроорганизмами, связано с интенсификацией микробиологических процессов. С одной стороны, для нормального разви-тия микроорганизмам нужны катионы и анионы многих элементов, с другой стороны использование генной инженерии (в частности методов гене-тической рекомбинации) для получения культур с заданными свойствами, например с улучшенными антибиотическими свойствами, открывает дополнительный путь увеличения функциональной ценности продуктов.
9) Процессы и аппараты пищевых производств. Рассматривают физические и биохимические процессы и пути их осуществления в конкретных технико-экономических условиях. В наш рацион прочно вошли продукты и полуфабрикаты промышленного производства, а они, как правило, более бедны элементами, чем нативные продукты. Например, при получении белой муки мелкого помола из цельной пшеницы исчезает 68% цинка, 83 – марганца, 55 – меди и 8% железа. Уровень сохранения био-логических свойств элементов в промышленных продуктах во многом зависит от применяемых на производстве процессов и аппаратов.
10) Технология продуктов питания.
11) Биогеохимическая экология. Элементный анализ жителей каждого отдельно взятого региона имеет существенную специфику по избытку или нехватке каких-то элементов, что является предметом указанной науки. Автомагистрали и производственные выбросы тоже сильно нарушают кругооборот элементов в природе и отражаются на составе человеческого организма: ведь мы с вами – часть пути, который проходят минеральные элементы в своем круговороте [399, 359].
12) Землепользование. Культура земледелия, в том числе «мода» на использование тех или иных удобрений, меняет состав почвы. В частности, в ней уменьшается содержание важных элементов [349]. С начала ХХ века содержание железа в американских яблоках сократилось почти на 90%, кальция – на 48%, магния – на 83%.
13) Гомеопатия и кристаллотерапия. «Попробуйте испытывать лекарство (гомеопатическое) на здоровом» – говорил Ганеман [194]. Прин-цип «Подобное лечат подобным» относится не только к гомеопатическим средствам, но и к кристаллам, и к пище.
Многие современные врачи-гомеопаты, часто уже не вспоминающие указанный принцип, всё же считают, что гомеопатия – средство для практически здорового человека поддерживать свое здоровье [354]. В гомеопатии используются маленькие разведения веществ (часто 1 : 1020, т.е. примерно одна молекула на литр растворителя).
14) Медицинская элементология [405]. В 2001 г. основано Российское общество медицинской элементологии (РосМЭМ) в Оренбургском госу-дарственном университете. С 2001 г. выходит периодический журнал «Микроэлементы в медицине», с 2004 г. «Биоэлементология», а в Германии международный журнал «Trace Elements in Medicine and Biology».
15) Магнитология и гелиобиология. Сегодня является фактом, что химические и биохимические реакции протекают по-разному, в зависимости от солнечной активности и движения Земли [97]. Центр изучения зако-номерностей ее движения находится в Крыму – в Таврическом университете им. В.И. Вернадского. Каждые два года там проводятся конференции по гелиобиологии.
16) Аналитическая химия, биохимические и физико-химические методы и другие науки. В изучении химических элементов пищи технологам пищевых производств, в частности, разрабатывающим новые обогащенные функциональными ингредиентами продукты питания, принадлежит одна из ведущих ролей. Ведь обогащение пищевых продуктов – это серьезное вме-шательство в традиционно сложившуюся структуру питания человека. Осуществлять его можно только с учетом научно обоснованных техно-логической и функциональной нутрициологией и проверенных медицинской диетологической практикой принципов.

Р и с. 1.3. Модель взаимосвязи нутрициологии и нутрициологической химии
элементов с другими науками [Полянская, 2011]


И традиционные, естественные продукты подчас обладают не меньшими биологическими функциями, о которых необходимо в полной мере знать, в стремлении их сохранения, добросовестным производителям продуктов питания.
Поскольку в настоящее время в России нет специальности «Технолог-нутрициолог», знания «Технологической нутрициологии» и «Нутрициологической химии элементов» должны стать обязательным багажом технологов и инженеров-пищевиков.


Любые рациональные научные исследования базируются на предыдущих достижениях и ошибках, гипотезах и фактах, т.е. на истории своего развития.
Формирование «нутрициологической химии элементов» в недрах иатрохимии и диетологии создало такое положение, что современный анализ работ проводится в основном с позиции медицины.
Тем самым большой пласт влияния элементов на технологии про-изводства продуктов здорового питания остался мало исследован.
Следствием этого стала своеобразная профессиональная разобщенность, в частности: физики и химики читают студентам-технологам только соответствующие теоретические предметы, а тех-нологам пищевых производств зачастую не хватает теорий для решения практически важных физико-химических проблем.
Главным условием развития теории и прикладных аспектов «Нутрициологии» и «Нутрициологической химии элементов», по-видимому, как и любой интеграционной науки, является преодоление междисциплинарного барьера, разобщенности исследователей смежных наук.

1.3 Нутрициологическое значение молочнокислой заквасочной микрофлоры в производстве ферментированных функциональных молочных продуктов
На рубеже веков во всем мире получило широкое признание развитие нового направления в пищевой промышленности – продуктов функци-онального питания (ПФП) [451]. В России впервые понятие ПФП было введено акад. РАСХН И.А. Роговым. Точного определения понятия «фун-кциональные продукты» долгое времени не существовало. Место функци-онального (позитивного) определяли как среднее между обычным, когда человек ест с целью насытить организм и лечебным питанием, пред-назначенным для больных людей [77].
Функциональные продукты питания должны иметь вид обычной пищи и потребляться регулярно в составе нормального рациона питания. При употреблении функциональных продуктов питания «спрятанные» в них функциональные пищевые добавки усваиваются организмом в ряде случаев лучше, в частности из-за присоединения элементов к амино-кислотам.
Важно не только содержание того или иного минерального вещества в пище, но и влияние отдельных нутриентов друг на друга в процессе их усвоения организмом. Функциональные продукты рассматривают как средство активного лечебно-профилактического воздействия на организм, которое повышает сопротивляемость организма к неблагоприятным факторам внешней среды, способствует сохранению физического и психического здоровья, снижает риск развития любой патологии и увеличивает продолжительность жизни [324]. Согласно британскому определению [526] функциональные – специальным образом обработанные продукты, содержащие ингредиенты, способствующие выполнению тех или иных физиологических функций и являющиеся питательными веществами. По американскому определению – это «продукты, имеющие в своем составе потенциально целебные вещества, включая генетически модифицированные продукты или пищевые ингредиенты, способные обеспечить пользу для здоровья [565]».
Официальное определение функциональных пищевых продуктов, включающее дополнительное понятие функциональных пищевых ингредиентов, узаконено документом «Термины и определения в области пищевой и перерабатывающей промышленности, торговли и общественного питания», 2007 г.
Оно сформулировано следующим образом.
Функциональный пищевой продукт – пищевой продукт, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами населения, снижающих риск заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет включения в его состав физиологически функциональных пищевых ингредиентов.
Физиологически функциональный пищевой ингредиент – вещество или комплекс веществ животного, растительного, микробиологического, минераль-ного происхождения или идентичные натуральным, а также живые микроорганизмы, входящие в состав функционального пищевого продукта, обладающие способностью оказывать благоприятный эффект на одну или несколько физиологических функций, процессы обмена веществ в организме при систематическом употреблении в количествах, составляющих от 10 до 50% суточной физиологической потребности.
Таким образом, ПФП обладают повышенной пищевой ценностью вследствие обогащения их биологически активными веществами (микроорганизмами, олигосахаридами, минеральными веществами, витаминами, аминокислотами и др.), и предназначенны для профилактики нарушений физиологических функций практически здорового человека [349].
В категорию ПФП следует включать [509, 669]:
- продукты питания, содержащие требуемые количества функционального ингредиента или их группы, в естественном виде;
- натуральные продукты, дополнительно обогащенные каким-либо функциональным ингредиентом или несколькими;
- натуральные продукты, из которых удален компонент, препятствующий проявлению физиологической активности присутствующих в них функциональных ингредиентов;
- натуральные продукты, в которых исходные потенциальные функциональные ингредиенты модифицированы таким образом, что они проявили свою физиологическую активность или эта активность усилилась;
- натуральные пищевые продукты, в которых в результате тех или иных модификаций биоусвояемость входящих в них функциональных ингредиентов увеличивается;
- натуральные или искусственные продукты, которые в результате применения комбинации вышеуказанных технологических приемов приобретают способность сохранять и улучшать физическое и психическое здоровье человека и/или снижать риск возникновения РИЗ.
Принципиальным различием между ПФП и БП к пище является лишь форма, в которой недостающие организму человека функциональные ингредиенты доставляются в организм человека. Если в виде препарата или добавки, схожей с лекарством для орального применения (таблетки, капсулы, порошки и т. д.), то следует говорить БП как форме БАДа.
Хотя в настоящее время продукты функционального питания составляют не более 5% всех известных пищевых продуктов, судя по прогнозам, в ближайшие 15 лет их доля достигнет 30% всего продуктового рынка. При этом они на 35–50% вытеснят многие традиционные лекарственные препараты из арсенала средств сохранения здоровья. Если 15–20 лет назад ни одна из 250 самых крупных фармацевтических фирм мира не занималась БАДами и ПФП, то в 1993 году 2/3 из них имели отделы подобного направления. Схожие тенденции наблюдаются и в крупнейших фирмах-производителях тра-диционных пищевых продуктов [166, 298].
В рамках программы ЕЭС на 2002–2006 годы, посвященной вопросам обеспечения качества и безопасности пищевых продуктов, было выделено 685 миллионов евро на научные разработки в области продуктов функцио-нального питания [637].
Обеспечение современного человека в необходимых количествах хорошей с санитарно-гигиенической и физиологической точек зрения водой, биодоступными макро- и микроэлементами, «полезными» микро-орга-низмами или соединениями, обеспечивающими необходимый их баланс и жизнедеятельность, а также нутриентами, оптимизирующими работу оксидантно/антиоксидантной системы человека, ликвидация белковой недостаточности, обеспечение безопасности пищи и повышение уровня знаний населения в вопросах здорового питания – это первоочередные на-правления современной нутрициологии и восстановительной медицины, реализация которых позволит в XXI веке при минимальных экономических затратах за счет сбалансированного и правильно организованного питания создать реальные предпосылки увеличения средней продолжительности жизни россиян, длительного сохранения их физического и духовного здоровья, социального и нравственного удовлетворения, активной жизни у пожилых и рождения здорового поколения [102, 338].
Значение молочнокислой (а также, не молочнокислой) микрофлоры, законы ее влияния и правил приготовления и приема на здоровье человека большей частью связаны с понятиями пробиотиков, пребиотиков и синбиотиков. Именно от состояния кишечника, его нормальной микрофлоры на 70–80% зависит сопротивляемость организма к болезням [102], которое, как доказано, может быть скорректировано перорально (через пищу, микробные препараты).
Одной из частых причин развития дисбактериоза кишечника является широкое применение антибактериальных средств в соответствии со струк-турой заболеваемости и современными лечебными стандартами. Как осложнение антибиотикотерапии в первую очередь развивается так называемая антибиотико-ассоциированная диарея [504]. По разным данным, ее диагностируют в 4,9–25% случаев [536, 709]. Многочисленные проявления болезней, расстройства в функционировании тех или иных органов и систем часто напрямую связаны с нарушениями микробиоценоза ЖКТ [68]. Увеличение частоты и тяжести острых инфекционных заболеваний, латентное течение воспалительных процессов, в частности ЧВДП, и переход их в хроническое состояние многими специалистами связываются с нарушениями качественного и количественного состава нормальной микрофлоры, что побуждает к поиску новых и эффективных приемов их коррекции.



Уже более 100 лет назад Илья Ильич Мечников выдающийся биолог и патолог, почетный член Петербургской АН Илья Мечников (Нобелевский лауреат 1908 г.) обобщил разрозненные экспериментальные данные в области изучения явления антагонизма молочнокислых бактерий [266, 267] и доказал, что употребление кисломолочных продуктов полезно для здоровья и долголетия. Основным средством в борьбе против самоотравления организма и старения человека Мечников считал болгарскую молочнокислую палочку – Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus – вид лактобацилл.
Конечной целью борьбы с преждевременной старостью Мечников считал ортобиоз – достижение «полного и счастливого цикла жизни, заканчивающегося спокойной естественной смертью». И.И. Мечников ввел в оборот термин пробиозис (probiosis), обозначающий улучшение здоровья человека в процессе модификации (восстановления) собственной кишечной микрофлоры [Мечников, Шандуренко, Бондаренко, LACTOBACILLUS].


Сергей Александрович Королёв, профессор, первый зав. кафедрой микробиологии и зоологии в Вологодском молочнохозяйственном институте, занимаясь улучшением качества молочных продуктов и повышения сроков хранения (в 1922–1926 годах), отводил определяющую роль в решении проблемы антагонизму молочнокислых бактерий.
С.А. Королёв является автором книги «Техническая микробиология молока и молочных продуктов», признанной лучшим пособием в данной отрасли науки [219]. В соавторстве с Г.С. Иниховым им был издана «Химия и бактериология молока и молочных продуктов» (1923 г.).


Феномен пробиозиза определяется как «ассоциация двух организмов, которая стимулирует жизненные процессы каждого из них» [357], а «живая микробная кормовая добавка, которая оказывает полезное действие на человека или животное-хозяина путем улучшения его кишечного микробного баланса» [577], получила название пробиотика. Термин «пробиотики», что означает «для жизни», был предложен в 1974 г. Р. Паркером [493]. По мнению Б.А. Шендерова, пробиотики – это препараты и продукты питания, в состав которых входят вещества микробного и немикробного происхождения, оказывающие при естественном способе введения благоприятные эффекты на физиологические функции и биохимические реакции организма хозяина через оптимизацию его микробиологического статуса. Это определение предполагает, что любые живые или убитые микроорганизмы, их структурные компоненты, метаболиты, а также вещества другого происхождения, оказывающие позитивное влияние на функционирование микрофлоры хозяина, способствующие лучшей адаптации его к окружающей среде в конкретной экологической нише, могут рассматриваться как пробиотики.
Факторы, способствующие нарушению состава микрофлоры и приводящие к развитию дисбактериозов и РИЗ на их фоне, весьма многочисленны: это не только прием лекарственных препаратов различных групп, стрессы, неблагоприятная экологическая обстановка, неправильный рацион питания, голодание, стрессы. При антибиотикотерапии в первую очередь в нормальной микрофлоре уменьшается количество «нормальных» кишечные палочки, и их место занимают условно патогенные и патогенные эшерихии, способные вызывать как местные, так и генерализованные инфекционно-воспалительные процессы. Известен так же термин «Диарея путешественников». Частота возникновения этого заболевания варьирует в пределах от 5 до 50% в зависимости от места путешествия. Основными в профилактике диареи являются диетические рекомендации. Комбинации L.acidophilus и В.bifidum достоверно предотвращают возникновение диареи и предложены в качестве эффективного и безопасного метода профилактики. [211, 334, 411]
С учетом действующего начала, содержащегося в пробиотиках, их подразделяют на ряд групп: аутопробиотики – действующим началом являются штаммы нормальной микрофлоры, выделенные от конкретного животного или человека, которые используются для обеспечения собственного нормального микробиоценоза.
Гомобиотики – действующим началом являются штаммы, выделенные от конкретного вида животных, или человека и для них использующиеся.
Гетеропробиотики – предназначены для животных и человека без учета видовой принадлежности хозяина, первоначального носителя штамма пробиотических бактерий.
Существуют определенные требования к мироорганизмам – пробио-тикам [15, 442] (рис. 1.4.), которые необходимо соблюдать.
Пробиотики должны:
1) выживать при пассировании через желудочный тракт, что предполагает их резистентность к кислоте и жёлчи;
2) адгезироваться на эпителиальных клетках кишечника с последующей колонизацией;
3) стабилизировать кишечную микрофлору;
4) не иметь признаков патогенности;
5) сохранять жизнеспособность как в пищевых продуктах, так и в процессе получения фармакопейных лиофилизированных препаратов;
6) быстро размножаться, колонизируя кишечный тракт.
Указанным критериям в наибольшей степени соответствуют группа микроорганизмов нормальной микрофлоры, включающая таких постоянных обитателей кишечной экосистемы, как лакто- и бифидобактерии, кишечная палочка [576, 584].
Важнейшим фактором, определяющим приживление или элиминацию пробиотических микроорганизмов в кишечнике больного, является со-стояние колонизационной резистентности, что, в свою очередь, связано с биологическими свойствами пробиотических бифидо- и лактобактерий и других индигенных представителей кишечной микрофлоры. С одной стороны, между колониями микроорганизмов и кишечной стенкой скла-дывается тесная взаимосвязь, объединяющая их в единый микробно-тканевой комплекс [243, 271], а с другой – между самими микро-организмами формируется определенный тип взаимоотношений и, как следствие, их конкурентоспособность или совместимость.
Иммуномодулирующий эффект пробиотиков зависит от исходного иммунологического статуса больного.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Р и с. 1.4. Требования к микроорганизмам – пробиотикам по Шендерову [15]

Предотвращение развития аллергических реакций гарантированно может быть достигнуто лишь при использовании аутопробиотиков. В данном случае штаммы нормальной микрофлоры изолируются от конкретного индивидуума и используются для коррекции его микроэкологии. Однако указанный способ неприемлем для массового применения в условиях пищевых или фармацевтических производств [256]. Именно для профилактической коррекции микроэкологических нарушений в кишечнике и преодоления бионесовместимости предлагается производить новые поливалентные или комбинированные препараты с иммобилизованными бактериями различных таксономических групп [102, 156–158] или использовать пробиотики, эффективность которых клинически доказана с участием широкомасштабного эксперимента, в частности в составе ферментированных молочных ПФП (гл. 1.4.1.).
Ферментированные молочные продукты получают сквашиванием молока или сливок чистыми заквасочными культурами молочнокислых бактерий, иногда с участием дрожжей и уксуснокислых бактерий. В процессе сквашивания протекают сложные микробиологические и физико-химические процессы, в результате которых формируются вкус, запах, консистенция и внешний вид готового продукта. Качество и функциональные свойства кисломолочного продукта во многом определяются тем, насколько благоприятной является среда – молоко для развития культур молочнокислых бактерий [432].
Микроэлементы относятся к биологически активным веществам, входящим в состав активного центра многих ферментных систем. Они активизируют действие многих ферментов, или входят в их активные группы, участвуют в построении клеточных компонентов, а также влияют на создание в среде определенных физико-химических условий. В состав бактериальной клетки входят свыше 70 элементов, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности. Особенно важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов играют переходные элементы периодической системы, имеющие переменную валентность и отличающиеся высокой каталитической активностью.
Работами Л.А. Банниковой, А.В. Гудкова, Г.Д. Перфильева, А.И. Кузина и др. исследователей [33, 148, 238, 239, 393] показано, что среда для развития пробиотичеких микроорганизмов должна содержать зольные элементы (фосфор, серу, кальций, магний, железо) и микроэлементы (бор, молибден, кобальт, марганец, цинк, никель, медь, хлор, натрий, кремний и др.).
Эти вещества необходимы для многих биосинтетических процессов у бактерий, однако потребность в них у разных видов микроорганизмов неодинакова. С учетом имеющегося недостатка в питании современного человека многих микронутриентов (железа, кальция, магния, иода, цинка, селена и др.) [217] обогащение функциональных продуктов с пробиотиками является задачей вдвойне актуальной. При этом важно знать, какова должна быть степень обогащения ПФП для эффективного стимулирования развития пробитической микрофлоры в нем и восполнения дефицита микронутриента у потребителей, для которых продукт предназначен.
С другой стороны, тяжелые металлы, попадая в молоко-сырье, тормозят развитие пробиотической заквасочной микрофлоры. Кроме того, тяже-лые металлы, в чатности кадмий и свинец, попадая в организм человека из многочисленных источников, оказывают мутагенное, канцерогенное, токсическое действие (331, 416, 405(. Токсическое действие производных тяжелых металлов связано с тем, что ионы этих элементов образуют прочные комплексы с белками, в т.ч. с ферментами, которые, вследтвие этого, уже не могут выполнять свои функции.
Содержание наиболее высокотоксичных элементов (ртути, свинца, кадмия, мышьяка) в продовольственном сырье и продуктах питания в недопустимых количествах выявляется на 15–20 территориях Российской Федерации [174]. При высоком содержании они оказывают сильное токсическое действие на живые организмы и могут аккумулироваться в органах или тканях человека. Тяжелые металлы не только негативно влияют на организм, но и часто ухудшают технологические свойства растительного и животного сырья, затрудняя или делая невозможным приготовление высококачественных продуктов питания [174, 175]. Кроме того, было установлено, что молоко с содержанием кадмия, свинца и ртути в количестве ПДК и Ѕ ПДК показывало высокую мутагенную активность и подострую или скрытую токсичность при значительном потреблении молочных продуктов. Другими словами, проявляя скрытую хроническую или подострую токсичность, образцы полностью соответствовали требованиям высококачественных продуктов [284].
Кадмий – сильнодействующее токсическое канцерогенный элемент, который коммулятивно накапливается в организме в течение всей жизни, в основном в печени и почках, и трудно поддаётся выведению из них. При сепарировании молока 95% кадмия переходит в обезжиренное молоко.
Свинец – сильнодействующий токсический элемент, также способный накапливаться в организме. Установлено, что 50% свинца, содержащегося в воздухе, переходит в сухое молоко. Значительная доля свинца попадает в организм с молоком. Свинец – главный антропогенный элемент из группы тяжелых металлов из-за высокого индустриального загрязнения и выбросов автомобильного транспорта.
Отравление кадмием и свинцом обычно представляют собой хроническую форму у практически здоровых людей, с периодически проявляющимися симптомами (раздражительность, нарушения сна, головные боли), при этом высок риск отдаленных последствий, связанных с повреждениями мозга. Удаление токсичных металлов из организма человека представляет собой серьезную проблему, поскольку действие связывающих агентов должно быть достаточно специфичным, не затрагивающим течение других естественных процессов в организме. Введение в продукты большого количества растительной клетчатки, необходимого для удаления тяжелых металлов, приводит к плохому усвоению из этих продуктов биологически важных кальция, магния, железа, цинка и других элементов [196].
Комплексообразующие медицинские препараты (пентацин, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, тримефацин, пеницилламин и аналогичные им [262], в дозах 0,15ч4,00 г в сутки, применяемых в медицине при острых и хронических отравлениях тяжелыми металлами, имеют побочные эффекты в виде нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта и почек, анемии. Имеются противопоказания – нефриты, нефрозы, заболевания печени с нарушением ее функции. Применение препаратов может вызывать нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта и почек, также может уменьшаться содержание в крови гемоглобина, железа, витамина В12, вводиться кальций, цинк и др. биоэлементы. Поэтому актуальна разработка мягких нутрициологических способов детоксикации тяжелых металлов, в частности кадмия, свинца, меди и ртути.
Дойных коров, в молоке которых содержание тяжелых металлов (свинца, меди, ртути) на 100% превышало предельно допустимые концентрации (ПДК), выпаивали биомосом, представляющим собой раствор комплексообразователя [61], в дозе 10 мг/кг массы тела в четырех литрах слабого раствора патоки на корову. Воздействие биомосами приводило к снижению содержания тяжелых металлов в молоке до уровня ПДК. В молоке коров, получавших раствор патоки без биомосов, концентрация этих металлов не снижалась. Имевший место побочный эффект – снижение на 40% содержания кальция и магния в молоке получавших биомосы коров – может быть устранен путем дополнительного введения кальция и магния в пищу потребителя.
Известно также, что для такой очистки применяют активированный уголь разных марок, полифепан [174], комплексные соединения, в частности производные этилендиаминтетрауксусной кислоты, графены.
Нами получено четыре патента на изобретение [318, 319, 344, 345] по очистке и детоксикации молока-сырья от тяжелых металлов для функциональных продуктов питания с пробиотиками и один патент на способ обогащения минеральными веществами ПФП. [343].
Как недостаток, так и избыток в среде тех или иных минеральных компонентов тормозит многие биохимические процессы в микробной клетке. Молоко, как питательная среда для развития молочнокислых бактерий, не содержит сбалансированный состав микроэлементов, необходимых для развития микроорганизмов (железо, медь, марганец, цинк и др.), содержание которых в основном определяется кормовыми рационами. Однако, учитывая то обстоятельство, что кормовоспроизводящие земельные ресурсы эксплуатируются без коррекции минерального состава, можно предположить дефицит важнейших минеральных элементов в кормах и, как следствие, недостаток их у самих животных, продуцирующих молоко, а также и в самом молоке. Следует отметить, что бактериальная клетка не способна синтезировать минеральные элементы и использует при своем развитии только содержащиеся в молоке. В связи с этим целенаправленное внесение в молоко дефицитных в кормах микроэлементов должно оказать положительное влияние на микробиологические и биохимические процессы при производстве продуктов. В ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академии имени Н.В. Верещагина» в результате многолетних исследований в области функционального питания разработан ряд способов производства продуктов с пробиотиками [310-319].
Таким образом, при дальнейшем развитии теоретического направления ПФП и практичекой реализации производства продуктов с пробиотиками необходимо:
- научиться преодолевать бионесовместимость пробиотических штаммов функциональных продуктов с индигенными представителями кишечной микрофлоры (нормофлоры);
- изучать молекулярно-генетические характеристики и пробиотический потенциал штаммов, с целью сохранения свойств выживания пробиотических микроорганизмов в неблагоприятных условиях микроэкологического окружения организма;
- использовать кишечно-бактериологические исследования как основу формирования представления об уникальности индивидуального микробного консорциума у людей и животных, создавать индивидуальные пробиотики на основе аутоштаммов и аутоассоциаций симбиотических микроорганизмов для конкретных групп людей или животных;
- учиться компенсировать (отрицательные нивелировать, положительные оптимизировать) факторы нутриционного статуса молока-среды для молочных ПФП, в том числе с помошью очистки-молока сырья от тяжелых металлов (см. гл. 4), обогащения нутриционными элементами и пребиотическими веществами, избирательно стимулирующими рост и/или активность пробиотических бактерий в толстой кишке (см. гл 1.6.)

1.4 Современные представления о нормофлоре как базовый вектор выбора пробиотических культур для ПФП
Подсчитано, что в кишечном тракте взрослого человека обнаружено 17 различных семейств, 45 родов, свыше 500 видов микроорганизмов, их количество составляет 1013, что на порядок выше общей численности клеточного состава человеческого организма [506, 565, 693].
В кишечнике млекопитающих и птиц обитает более 400 видов [581, 624] различных микроорганизмов, которые выполняют различные функции. По численности и физиологической значимости преобладают бифидо- и лактобактерии. Лактобактерии являются факультативными анаэробами, бифидобактерии – анаэробами (размножаются без доступа кислорода).
Пищеварительный тракт представляет собой микробиоценоз, обеспечивающий защиту и развитие организма. С первых минут жизни в желудочно-кишечный тракт поступает множество разнообразных групп микроорганизмов, однако не все они приживаются в кишечнике. В процессе эволюционного развития сформировался определенный микробиоценоз ки-шечника, обусловленный постоянной нормальной, или резидентной, микрофлорой. Нормальной следует считать эволюционно сложившуюся микрофлору, которая формировалась во взаимодействии с организмом че-ловека (или животного) в течение основного периода его существования как биологического вида [114, 115].
До настоящего времени нет общепринятой классификации нормальной микрофлоры [317, 359, 541, 647], однако чаще всего принято подразделять нормальную микрофлору кишечника здоровых людей и животных на три группы:
- индигеная (постоянная, резидентная), которая, колонизуя поверхность клеток слизистой, примыкает к мембранам энтероцитов, или локализована в непосредственной близости от поверхности эпителия, в слое муцина, прилежащего к клеткам ворсин в нижних отделах тонкого и толстого кишечника и образует биопленку, покрывающую мембраны эпителиальных клеток. С учетом этого принципа микроорганизмы, ассоциированные со слизистой оболочкой, еще называют мукозной микрофлорой (М-флорой), т.е. обитающей в толще слоя муцина, покрывающего эпителий и составляющей микробно-тканевый комплекс кишечника МТКК, участвуя в примембранном пищеварении;
- аутохтонная микрофлора, которую составляют бактерии, локализующиеся в просвете кишечника, ее еще называют полостная (П-микрофлора); микроорганизмы аутохтонной микрофлоры в сотни раз менее устойчивы к воздействию неблагоприятных факторов по сравнению с бактериями, находящимися в составе биопленки, но сравнительно более постоянны, чем аллохтонная микрофлора.
- аллохтонная (транзиторная или временная) (подробнее гл. 1.7.).
Нормофлору подразделяют так же на облигатную факультативную и условно патогенную. Количество и функции основных представителей нормофлоры приведены в табл. 1.3
Биопленка индигенной микрофлоры имеет толщину от 0,1 до 0,5 мм. Биопленка представляет собой полисахаридный каркас, состоящий из микробных полисахаридов и муцина, который продуцируют клетки макроорганизма. В этом каркасе иммобилизованы микроколонии бактерий – представителей нормальной микрофлоры, которые могут располагаться в несколько слоев, верхние из которых сотавляют аутохонную микрофлору.
В состав нормальной микрофлоры входят как анаэробные, так и аэробные бактерии, соотношение которых в большинстве биоценозов составляет 10:1–100:1. Транзиторная микрофлора представлена сапрофитными условно патогенными микроорганизмами, которые обитают на коже или слизистых оболочках в течение нескольких часов, дней или недель, не вызывая заболеваний. Присутствие транзиторной микрофлоры определяется не только поступлением микроорганизмов из окружающей среды, но и состоянием иммунной системы организма хозяина и составом постоянной нормальной микрофлоры.
Все три группы бактерий кишечника вырабатывают в процессе своей жизнедеятельности целый ряд биологически активных веществ, играющих роль тонких регуляторов гомеостаза (подробнее в гл. 1.4.2.).
Заселение бактериями различных областей тела начинается в момент рождения человека и продолжается на протяжении всей его жизни. Формирование качественного и количественного состава нормальной микрофлоры регулируется сложными антагонистическими и синергическими отношениями между отдельными ее представителями в составе биоценозов.
Нормальная микрофлора характеризуется неоднородностью и отно-сительным постоянством в разных отделах желудочно-кишечного тракта. Б.В. Пинегин, В.П. Мальцев, В.М. Коршунов (1984); R. Selwood (1984) отмечают, что состав П- и М-микрофлоры пищеварительного тракта может существенно различаться по количественной и качественной ха-рактеристикам в зависимости от рациона питания и внешних воздействий.
Состав транзиторной микрофлоры может меняться в зависимости от:
 возраста,
 условий внешней среды,  условий труда, рациона питания,
 перенесенных заболеваний,  травм и стрессовых ситуаций.
Основная функция индигенной микрофлоры фомулируетя как поддержание колонизационной резистентности КР, обеспечение защиты кишечника от колонизации чужеродными микроорганизмами, и в частности, поддержание иммунокомпетентных клеток слизистой оболочки толстой кишки, что обеспечивает более быстрый ответ на инфекцию [275]. Термин КР впервые введен Van der Waaij D., под ним понимают совокупность взаимосвязанных физиологических, микробиологических и иммуно-логических факторов организма, препятствующих колонизации организма патогенами [101, 541]. КР обеспечивается за счет нормальной пери-стальтики кишечника, препятствующей избыточной колонизации тонкой кишки, конкуренции за места адгезии, подавления адгезии условно патогенных бактерий, ингибирования транслокации, за счет продукции антибиотических веществ и ряда опосредованных механизмов.
В последние годы в экспериментах установлена способность нормофлоры снижать концентрацию холестерина в крови, липидов в сыворотке крови, что способствует профилактике атеросклероза. Связывание микробными метаболитами пробиотиков азота имеет значение в предупреждении печеночной энцефалопатии, фосфатов – риска развития хронической почечной недостаточности, а гидролиз производных ща-велевой кислоты (оксалатов) защищает от образования почечных камней. Известна способность молочнокислых бактерий инактивировать гистамин, что снижает проявление аллергии. У лиц с гипертонией, получавших йогурт, сквашенный лактобациллами, продемонстрировано снижение повышенного кровяного давления.
Пробиотическая микрофлора образует биологически активные соединения – летучие или короткоцепочечные жирные кислоты, участву-ющие в регуляции абсорбции ионов натрия, калия, хлора и воды, а также кальция, магния и цинка, поддерживающих водный, электролитный и кислотно-щелочной баланс в организме.
Бактерии синтезируют также витамины К, В1 – тиамин, В2 – рибофлавин, В3 – никотиновую кислоту, В6 – пиридоксин, В12 – цианко-баламин, пантотеновую и фолиевую кислоты.
По мнению Р.В. Веселухина (1971), И. Жуковой (1966), участие сим-бионтных микроорганизмов в азотистом (белковом) питании является одной из основных их функций.
В результате сложных биохимических процессов, протекающих в желудочно-кишечном тракте хозяина, микроорганизмы, усваивая по-ступающие питательные вещества, размножаются, растут и быстро уве-личивают свою биомассу.
Отмирая, они перевариваются и усваиваются организмом, являясь источником белка.
Лактобациллы широко применяются в гастроэнтерологической практике, так как:
·предотвращают развитие колита, в том числе язвенного (снижают активность фермента миелопероксидазы);
·колонизируют защитный покров слизистой, не проникая в крипты (применяют при неспецифическом язвенном колите);
·оказывают ингибирующее действие на Helicobacter pylori.
В последнее время появились данные о противоопухолевой активности лактобактерий, механизм которой связан с действием бактериоцинов (гл. 1.4.2.):
- L. аcidophilus обладают выраженной противоопухолевой активностью в отношении злокачественных новообразований в кишечнике;
- L. casei обладают наиболее высокой противоопухолевой активностью в отношении сарком. Назначение 58 больным с раком мочевого пузыря L. casei в течение года снизило в 1,8 раз риск рецидива.

Таблица 1.3 – Количественное содержание и функции представителей микробиоценоза кишечника [211]
Наименование
микроорганизма
Количество микроорганизмов в одном г фекалий
Функция микроорганизма


человека
мышей


Облигатная микрофлора
Bifidobacterium (большинство
Bifidum)
109 – 1010
109 – 1010
Физиологическая защита кишечного барьера от проникновения микробов и токсинов внутрь организма; выработка жирных кислот; активация пристеночного пищеварения; синтез АК, витаминов; усиление всасывания ионов металлов и вит.D; иммуномодулирующее действие; препятствуют деградации sIgA, стимулируют интерферонообразование и вырабатывают лизоцим


Lactobacterium sp.
106 – 108
109
Продуцируют молочную кислоту, перекись водорода, пируват, ацетат, пропионовую кислоту, манитол, низин; высокая антагонистическая активность против протея; иммуномодуляция – стимуляция фагоцитарной активности нейтрофилов, макрофагов, синтеза иммуноглобулинов, образование интерферонов, ИЛ-1, фактора опухоли
·; рециркуляция желчных кислот и холестерина; сохранение баланса состава микробных популяций после приема антибиотиков


Propionobacterium acnes
106 – 107
нд
Нормальные кислотообразователи, обладают антагонистическим действием в отношении патогенов


Escherichia coli
107 – 108

С нормальной ферментативной активностью
Стимулируют антителообразование и оказывают иммуномоделирующее действие; способствуют гидролизу лактозы; синтез витаминов (особенно вит.К) вырабатывают колицины; способстуют активации гуморального и местного иммунитета; пристеночно расположенные E. coli характеризуются низкой метаболической активностью, что делает их менее уязвимыми к действию ряда антибиотиков



106 – 107
106 – 107
Со сниженной ферментативной активностью




106 – 107

Лактозонегативные



Enterococcus sp
105 – 106
105 – 106
Общее их количество не должно превышать число кишечных палочек. Обладают антогонистической активностью в отношении патогенных микроорганизмов

Факультативная и условно патогенная микрофлора
Streptococcus sp
105 – 106

Пептострептококки – образуют водород, превращающийся в перекись, тем самым поддерживают кислый рН, участвуют в протеолизе белков молока, ферментации углеводов. Непатогенные стрептококки способствуют выработке Ig.


Bacteroides
107 – 1011
107 – 108
Расщепляют желчные кислоты, участвуют в процессе липидного обмена


Peptococcus
105 – 106

Метаболизируют пептон и АК с образованием жирных кислот, вырабатывают широкий спектр органических кислот


Staphylococcus
<104
104



Bacillus
105 – 106
103
Антатогистическая активность к широкому спектру патогенных и условнопатогенных микроорганизмов, высокая ферментативная активность, противоаллергенное и антитоксическое действие


Дрожжеподобные грибы
<104
106



Proteus
<104
104



Klebsiella, Serratia, Citrobacter etc.
<105




Fusobacterium, eubacterium, cathenobacterium etc.
<104

Участвуют в синтезе пептидаз, расщепляющих короткие пептиды до АК


Лактобациллы обладают свойствами адгезии к энтероцитам и уротелию, благодаря чему они особенно важны при патологии желудочно-кишечного и урогенитального тракта. Карбогидратные группы, распо-ложенные на поверхности бактериальной клетки, усиливают адгезию ионов кальция, норализуют рН среды. Существуют убедительные данные, что некоторые виды лактобацилл уменьшают риск камнеобразования в почках, обладая оксалатмодифицирующей активностью. Доказано, что снижают экскрецию оксалатов с мочой L. аcidophilus, L. plantarum, L. casei, L. delbrueckii, L. fermentum, L. helveticus, а L. plantarum уменьшают объем оксалатных камней в анаэробных условиях на 30–70% [502].
Таким образом, интегрально все представители симбиотической нормальной микрофлоры выполняют следующие функции [441, 500, 710]: совместно со слизистой оболочкой кишечника служат барьером от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма; обеспечивают организм хозяина некоторыми питательными веществами, включая короткоцепочные жирные кислоты, а также витаминами К и группы В, аминокислоты образуют биологически активные вещества, определяющие высокую антагонистическую активность резидентных представителей нормофлоры по отношению к патогенным и условно патогенным микроорганизмам; участвуют в утилизации пищевых субстратов и ксенобиотиков; усиливают всасывание через стенки кишечника ионов кальция, железа; регулируют гуморальный и клеточный иммунитет, предупреждая многие заболевания и инфекции, представленные в табл. 1.4.
В качестве индигенных пробиотических микроорганизмов используют чаще культуры 3 родов: [539, 545, 574, 680] лактобациллы Lactobacillus (L. delbreuckii subsp. bulgaricus, L.plantarum, L. acidophilus, L.rhamnosus, L. fermentum L. аmylovorus, L. brevis, L. cellobiosus, L. lactis, L. reuteri) бифидобактерии Bifidobacterium (B.bifidum, B.longum, B.breve B. adolescentis, В. animalis, В. infantis, В. thermophilum и др.) и кишечную палочку E (E.coli). В функциональных кисломолочных продуктах видовой состав пробиотической микрофлоры ограничен лактобациллами, бифидо-бактериями, лактококками и термофильным стрептококком, ввиду того, что КГКП относятся к технически-вредной микрофлоре, способной вызвать пороки продуктов.
Таблица 1.4 – Оздоравливающие эффекты пробиотиков
1. Стимулирование иммунной системы
Стимулируют производство В-лимфоцитов, распознающих чужие микробы, а также фагоцитов, уничтожающих их. Повышают производство антител, действующих в качестве противоядия. Увеличивают численность цитокининов, объединяющих иммунную систему в единое целое; стимулируют выработку в организме альфа-, бета- и гамма-интерферона, ответственного за состояние иммунной системы и уничтожающего вирусы

2. Противоопухолевый эффект на толстую кишку
Антимутагенная активность; изменяют проканцерогенную активность колонизированных микробов; оказывают влияние на концентрацию желчных солей

3. Избыточный рост в тонких кишках
Лактобациллы влияют на активность избыточного роста через снижение количества токсических метаболитов и их антибактериальных характеристик

4. Заболевания сердца
Ассимиляция холестерола бактериальными клетками; антиокислительный эффект; изменяют гидролазную энзимную активность

5. Антигипертензивный эффект
Бактериальные пептидазы воздействуют на молочный протеин - результат антигипертензивных трипептидов; компоненты клеточной стенки действуют как АСЕ-ингибиторы

6. Урогенитальные инфекции
Адгезия к уринарному и вагинальному трактам; ингибируют Н202 продукции; восстановление нормальной микробной флоры

7. Инфекции, вызванные Helicobacter Pylori
Конкурентная колонизация, подавляют развитие Helicobacter Pylori

8. Аллергии
Предохраняют от транслокации антигенов в кровяном токе

9. Устойчивость к внутренним патогенам
Устойчивость к колонизации; создают неподходящие условия для патогенов (pH, бактериоцины)

10. Печеночная энцефалопатия
Ингибируют уреазо-продуцирующую флору;

11. Способствуют усвоению
лактозы
Воздействует на лактозу в тонких кишках посредством бактериальной лактазы


Для разработки БП и ПФП используют и другие микроорганизмы. Впервые стрептококки применили в виде кислого молока или йогурта. До сих пор штамм S. salivarius subsp. Thermophilus (рис. 1.5.) – основа для производства йогурта, является одной из наиболее известных пробиотических культур. Среди изолятов из кишечной микрофлоры применяют штаммы Streptococcus faecium. Два из них (М74 и SF68), выделенные из кишечника человека, широко используют в ветеринарии [677]. Некоторые БП и ПФП в своем составе содержат другие виды кокков – L.lactis sp. lactis (рис. 1.6.), L. lactis sp. cremoris, L. lactis sp. diacetylactis [577], а также микроорганизмы родов Leuconostoc, Propionibacterium [15].



Р и с. 1.5. Streptococcus thermophilus
[Food microbiology]
Р и с. 1.6. Lactococcus lactis sp. lactis ATTC 11454 [Visualphotos]


Лактококки, по требованиям к пробиотикам, не отвечают требованию способности приживания в кишечнике, но используются в составе ПБ и ПФП с пробиотиками в симбиозе с лактобациллами или бифидобактериями, т.к. способствуют лучшему росту и функционированию последних. Интерес по использованию лактококков, вырабатывающих бактериоцины, ис-пользуемых в составе функциональных продуктов, резко возрос [434] (подробнее гл 1.5.).
Как показали практические наблюдения, пробиотические эффекты могут быть вызваны и некоторыми группами аллохтонных микро-организмов. Примером тому служит пробиотическое использование куль-туры дрожжей Saccharomyces boulardii, которые не являются нормофлорой желудочно-кишечного тракта человека, но вместе с тем способны пред-отвращать рецидив псевдомембранного колита, вызываемого Clostridium difficile.
Протеаза, секретируемая S. boulardii, разрушает токсин Cl. difficile, образуемый на поверхности эпителиальных клеток кишечника. Оказалось, что некоторые представители обширной группы спорообразующих бактерий – Bacillus, Brevibacillus, Clostridium, Sporolactobacillus своим при-сутствием способны предотвращать кишечные расстройства, и порой даже в большей степени, чем традиционные пробиотики на основе лакто- и бифидобактерий.
Вместе с тем спорообразующие бактерии в качестве пробиотиков применяются редко и с большими ограничениями, чем лакто- и бифидобактерии. Главными сдерживающими факторами является родство спорообразующих бактерий с патогенными и токсигенными видами, такими как Bacillus anthracis, Clostridium рerfringens, С. botulinum (подробнее гл. 1.7.).
Таким образом, имеющиеся сведения о микробной флоре кишечника [565] и опыт практического использования побиотиков, дают основания считать, что МТКК, совместно аллохтонными микроорганизми ЖКТ, является системой, сопоставимой по значимости с другими системами организма и обладает следующими важнейшими физиологическими функциями:
1. Морфокинетическая (трофическая): продукты метаболизма микробов служат источником питания эпителиоцитов и стимулируют моторику кишечника.
2. Защитная: обеспечение резистентности колонизации, формирование биопленки, предотвращающей адгезию инородных микробов, продукция лизоцима, органических и свободных желчных кислот, конкуренция за рецепторы и пищевые субстраты, увеличение скорости обновления клеток и др.
3. Пищеварительная: участие в метаболизме клетчатки и неусвоенных нутриентов.
4. Синтетическая: синтез холестерина, витаминов и других биологически активных веществ.
5. Иммуногенная: стимуляция синтеза иммуноглобулинов и иммунокомпетентных клеток.
6. Участие в патогенезе ряда патологических состояний и заболеваний (канцерогенез, ожирение, гиперхолестеринемия, артериальная гипертензия, аллергия, артриты, оксалатурия и мочекаменная болезнь, болезнь Альцгеймера и др.) [215].
Однако коммерческие продукты (это касается ПФП, БАД и БП), эффективность которых не доказана в исследованиях у человека (животных), не должны называться пробиотиками, несмотря на то, что они могут содержать «потенциально полезные культуры микроорганизмов» [11], т.е. термин «пробиотики» должен использоваться только для обозначения продукта или препарата, содержащего живые микроорганизмы в адекватном количестве, сохраняющемся на протяжении всего периода хранения и имеющего доказательства эффективности по результатам многочисленных контролируемых исследований у человека (животных).

1.4.1 Зависимость пробиотического эффекта от конкретного пробиотического штамма
Многие из известных в настоящий момент пробиотических штаммов микроорганизмов являются частью нормальной микрофлоры организма или присутствуют в пищевых продуктах, потребляемых уже несколькими поколениями людей по всему миру. Поэтому ВОЗ, Управление по контролю над пищевыми продуктами и лекарственными препаратами США (FDА) и Организация по продуктам питания и сельскому хозяйству ООН (FАО) заключают, что пробиотики в целом считаются безопасными и имеют GRAS статус (Generally Regarded As Safe). Это означает, что они могут использоваться без ограничения в пищевой и фармацевтической промышленности.
С 1995 по 2000 гг. в Финляндии проводилась национальная программа мониторинга безопасности пробиотиков с целью оценить возможное влияние увеличения применения пробиотиков (в частности, лактобацилл на частоту возникновения бактериемии, вызванной пробиотиками. Результаты исследования свидетельствуют о том, что увеличение применения пробиотиков не привело к росту частоты возникновения бактериемии, вызванной, в частности, Lactobacillus.
Всемирная организация здравоохранения совместно с Продовольственной и сельскохозяйственной Организацией Объединенных Наций разработала четкие рекомендации по оценке продуктов пробиотического направления. Так, бактерии, входящие в состав такого рода продуктов, рекомендовано депонировать в международно признанном депозитарии микроорганизмов, идентифицировать валидированными методами, а их пробиотические свойства и безопасность должны быть доказаны экспериментами и подтверждены клиническими испытаниями [11, 352, 544, 591, 667].
Тем не менее в настоящее время часто наблюдается тенденция «обобщения» полезных эффектов пробиотиков, в основе которой лежит ошибочное мнение о том, что результаты исследований специфического пробиотического штамма лактобацилл или бифидобактерий могут быть перенесены на любой продукт, заявляемый как пробиотик на фармацевтическом рынке или на рынке пищевой продукции. Это в корне неправильно, ведь каждый приписываемый пробиотику эффект связан именно с конкретным штаммом, входящим в его состав. Эффекты, свойственные определенному штамму, не следует переносить на другие штаммы этого же вида, т.е. полезные эффекты пробиотиков являются, в первую очередь, штаммоспецифическими [11], и лишь во вторую очередь могут быть усилены правильным подбором консорциума.
Как показали результаты многочисленных экспериментальных и клинических наблюдений, вызвать продолжительные качественные и количественные изменения микрофлоры кишечника у взрослого иммунокомпетентного человека тяжело. Даже использование пробиотиков обычно не приводит к устойчивому изменению того или другого микробиологического показателя. В экспериментах введение бактерий приводило к изменению состава микрофлоры на короткое время, но первичный состав вскоре восстанавливался. Легче подвергается изменению микрофлора у детей на этапе неонатальной колонизации, когда состав микрофлоры более простой, чем у взрослых.
Недостаточная эффективность многих пробиотиков обусловлена инактивацией действующей субстанции препарата под влиянием кислотного (в желудке), желчного (в двенадцатиперстной кишке) и ферментативного барьера (все отделы тонкой кишки). Но и после достижения пробиотическим микроорганизмом толстой кишки колонизация происходит не всегда. В толстой кишке пробиотическую культуру могут «недружелюбно» встретить, во-первых, оппортунистическая микробиота условно патогенных бактерий, во-вторых, резидентная нормобиота пациента, в-третьих, его местная иммунная система.
Антагонизм между микроорганизмами, как известно, формируется вследствие выделения антимикробных веществ, конкуренции за источники питания и места адгезии в толстой кишке. На этих механизмах основан эффект бионесовместимости резидентной и пробиотической микрофлоры.
В ходе изучения взаимоотношений пробиотических и индигенных лактобацилл хозяина в условиях совместного культивирования in vitro выявлено [68, 129] 3 типа взаимодействия: отсутствие антагонизма – биосовместимость (15,2%), подавление роста индигенных микроорганизмов МТКК – биосовместимость по типу «пробиотик против хозяина» (62,3%) и ингибирование роста пробиотических бактерий – биосовместимость по типу «хозяин против пробиотика» (22,5%).
В исследованиях с использованием двух клинических изолятов индигенных лактобацилл, изолированных из фекалий больных (L. аcidophilus № 1, L. brevis № 2), было показано, что оба изолята проявляли антагонистические взаимоотношения (по типу «хозяин против пробиотика») с бифидо- и лактобактериями, выделенными из биотических препаратов бифидумбактерин и лактобактерин.
Полученные результаты еще раз свидетельствуют о необходимости предварительного исследования взаимоотношения пробиотических культур с индигенными культурами.
Как преодолеть указанные препятствия снижения эффективности применения пробиотиков?
При чрезмерном росте условнопатогенной микрофлоры для достижения клинического эффекта пробиотического препарата необходимы:
- предварительная или одновременная селективная деконтаминация кишечника. С этой целью традиционно используют биологические или синтетические энтеросептики;
- использование штаммов пробиотиков, клинический эффект которых многократно доказан;
- повышение КР конкретного штамма, обеспечение защиты кишечника от колонизации чужеродными микроорганизмами.
В частности, антибиотики различных групп обладают способностью снижать адгезивность микроорганизмов, но при исследовании их воздействия на патогены (Salmonella и уропатогенные E.coli) и представителей нормофлоры (кишечная палочка, лактобактерии) показано, что последние значительно более сильно подвержены антиадгезивному действию антибиотиков.
Отсюда очевидна необходимость поиска агентов (в частности веществ с пребиотическим эффектом), способных ингибировать адгезивность патогенов, воздействуя при этом на нормофлору незначительно.
В приведенной ниже таблице указаны основные эффекты штаммов пробиотических микроорганизмов, применявшихся в монокультуре, полезность которых доказана по результатам клинических исследований у людей.
Таким образом, достаточная клиника пробиотического эффекта имеется лишь у 8 штаммов лактобацилл (L. rhamnosus GG, L. reuteri SD2112, L. casei DN-114001, L. acidophilus NCFM, L. plantarum 299V, L. casei Shirota YIT9029, L. johnsonii La1 (Lj1), L. salivarius UCC118) и 5 штамов бифидобактерий.
Причем, только у лактобацилл клинически доказана профилактика и лечение инфекционной диареи, профилактика антибиотик-ассоциированной диареи, профилактика рецидивов рака.
Усиление иммунного ответа официально зарегистрировано лишь у трех штаммов лактобацилл и одного бифидобактерий.
Эти штаммы прошли широкую диагностику и имеют доказательства эффективности по результатам контролируемых исследований у человека и включаются в состав ПФП следующих марок [11]:
Lactobacillus rhamnosus (рис. 1.7.) – кисломолочный напиток Имунеле, кисломолочные и соевые напитки Lifeway Kefir (США)
Lactobacillus rhamnosus, штамм LGG (ATCC 53103) – йогурты, фруктовые творожки и кисломолочные кефирные продукты Био Баланс (Россия), йогурты и кисломолочные продукты Gefilus (Финляндия), спреды (мягкое масло, маргарин) Lдtta (Германия, Швеция), йогурты Aktifit (Швейцария), молоко Avonmore Milk Plus и кисломолочный напиток Everybody (Ирландия).
Lactobacillus rhamnosus, штаммы LGG и Lc705 – кисломолочные продукты Gefilus Max (Финляндия).
Lactobacillus rhamnosus – кисломолочный напиток Имунеле, кисломолочные и соевые напитки Lifeway Kefir (США).
Lactobacillus casei (рис. 1.8.) – кисломолочные напитки Имунеле (Россия), йогурт Horizon Organic, кисломолочные и соевые напитки Lifeway Kefir, йогурты Mountain High и Stronyfield Farm (США).
Lactobacillus casei, штамм DN114-001 – кисломолочные напитки Actimel (Россия).
Таблица 1.5 – Штаммы пробиотиков, прошедшие длительные клинические исследования по влиянию на организм людей [11]
Штамм пробиотика
Положительное влияние на макроорганизм

L. rhamnosus GG
Усиление иммунного ответа, профилактика и лечение инфекций дыхательных путей у детей, профилактика и лечение инфекционной диареи у детей, профилактика антибиотик-ассоциированной диареи, профилактика атопического дерматита у детей, улучшение эрадикации H. Pylori

L. reuteri SD2112
Усиление иммунного ответа, профилактика инфекций дыхательных путей у взрослых, лечение ротавирусной диареи

L. casei DN-114001
Усиление иммунного ответа, лечение диареи

L. acidophilus NCFM
Снижение непереносимости лактозы, уменьшение выраженности синдрома избыточного бактериального роста, лечение и профилактика урогенитальных инфекций у женщин, лечение инфекций дыхательных путей у детей, лечение диареи у детей, улучшение эрадикации H. Pylori

L. plantarum 299V
Синдром раздраженного кишечника, применяется в восстановительном периоде после хирургических вмешательств

L. casei Shirota YIT9029
Профилактика рецидивов поверхностного рака мочевого пузыря, усиление иммунного ответа

L. johnsonii La1 (Lj1)
Улучшение эрадикации H. pylori, усиление иммунного ответа

L. salivarius UCC118
Воспалительные заболевания кишечника

B. lactis BB-12
Профилактика инфекций дыхательных путей у детей, профилактика и лечение инфекционной диареи и желудочно-кишечных расстройств у детей, профилактика антибиотик-ассоциированной диареи

B. infantis 35624
Синдром раздраженного кишечника

B. longum BB536
Лечение атопической экземы, улучшение эрадикации H. pylori, лечение неспецифического язвенного колита

B. lactis HN019 (DR10)
Усиление иммунного ответа, особенно у пожилых

B. animalis DN173-010
Нормализация времени прохождения пищи по кишечнику

S. thermophilus (большинство штаммов)
Уменьшение лактазной недостаточности


Lactobacillus casei, штамм Shirota – кисломолочный напиток Yakult (Япония).
Lactobacillus reuteri SD2112 (рис. 1.9.) – кисломолочные напитки (Швеция).
Lactobacillus johnsonii, штамм NCC533 (LC1) – йогурты LC1 Nestlй (Швейцария).
Lactobacillus acidophilus NEU2011 (рис. 1.11) и др. – кисломолочные продукты Biomax (Россия), соевый йогурт Sojasun (Франция), йогурт и кисломолочный напиток Muller Vitality (Великобритания), йогурт Mountain High (США), йогурт LG 21 (Япония), кисломолочные и соевые напитки Lifeway Kefir (США).
Lactobacillus plantarum – кисломолочные и соевые напитки Lifeway Kefir (США), фруктовый напиток ProViva (Швеция), GoodBelly и ProVita (фирма NextFoods Probi, США).




Р и с. 1.7. Культура
Lactobacillus rhamnosus
[Joseph Milton]
Р и с. 1.8. Культура
Lactobacillus casei
[Joseph Milton]
Рис. 1.9. Культура
Lactobacillus reuterii [Microbe Wiki]

Кефирные грибки, широкое практическое использование которых во всем мире, а также исследования, доказывающие, что они могут подавлять бактерии сальмонеллы и кишечные палочки общеизвестны: включают в свое число лактококки, лактобациллы (табл. 1.6), различные виды дрожжевых культур, уксуснокислые бактерии.
Таблица 1.6 – Lactobacilli, входящие с состав кефирных грибков
1
Lactobacillus acidophilus
10
Lb. delbrueckii subsp. Lactis

2
Lb. Brevis (рис.1)
11
Lb. Fructivorans

3
Lb. casei subsp. casei (рис.0.1)
12
Lb. helveticus subsp. Lactis

4
Lb. casei subsp. rhamnosus (рис. 0)
13
Lb. Hilgardii

5
Lb. paracasei subsp. Paracasei
14
Lb. helveticus (рис. 4)

6
Lb. fermentum
15
Lb. Kefiri

7
Lb. Cellobiosus
16
Lb. kefiranofaciens subsp. Kefirgranum

8
Lb. delbrueckii subsp. Bulgaricus (рис.3)
17
Lb. kefiranofaciens subsp. Kefiranofaciens

9
Lb. Parakefiri





[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]



Р и с. 1.10 Культура Lactobacillus brevis [Microbe Wiki]
Р и с. 1.11. Культура Lactobacillus acidophilus NEU2011 [Microbe Wiki]
Р и с. 1.12. Культура Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgariсus [Стрептококки]
Р и с. 1.13. Культура Lactobacillus helveticus [Food microbiology]

Как известно, с возрастом наблюдается снижение иммунитета, что приводит к предрасположенности к заболеваниям, провоцирует болезненное состояние и слабость. Одним из возможных способов поддержания оптимального состояния иммунной системы является использование пробиотических продуктов. В исследовании Makino S. и соавт. оценивали эффективность употребления йогуртов, ферментированных с Lactobacillus Delbrueckii ssp. bulgaricus (L. bulgaricus) OLL1073 R-1, на устойчивость к простудным заболеваниям. Авторы провели два независимых исследования, в которых приняли участие 57 (средний возраст 74,5 лет) и 85 здоровых пожилых человека (средний возраст 67,7 года). В каждом исследовании испытуемые были разделены на две группы в зависимости от возраста и пола и употребляли 90 г йогурта или 100 мл молока один раз в день ежедневно в течение 8 или 12 недель. Метаанализ результатов этих исследований показал, что риск заразиться простудой был примерно в 2,6 раза ниже (ОР 0,39, P = 0,019) в группе йогурта, чем в группе молока, и увеличение активности естественных клеток-киллеров была значительно выше в группе йогурта, чем в группе молока (P = 0,028). Кроме того, качество жизни после приема было значительно выше в группе йогурта, чем в группе молока. То есть потребление йогуртов, ферментированных L. bulgaricus OLL1073 R-1, дополняет естественную активность клеток-киллеров и снижает риск заражения простудными заболеваниями у пожилых людей [639].
В исследовании Guillemard E. и соавт. изучали воздействие молочного продукта Actimel, содержащего пробиотический штамм Lactobacillus casei DN-114 001, на сопротивляемость пожилых людей к РИЗ. В исследовании приняло участие 1072 добровольца (средний возраст 76 лет), которых разделили на две группы: потреблявших по 200 г в день в течение трех месяцев Actimel (n = 537) или контрольный молочный продукт (n = 535); после завершения исследования наблюдение осуществлялось в течение еще одного месяца. Результаты показали, что для всех РИЗ Actimel значительно сокращал среднюю продолжительность эпизодов РИЗ (6,5 против 8 дней в контрольной группе; P = 0,008) и совокупную продолжительность РИЗ (7 против 8 дней в контрольной группе; P = 0,009).
Сокращение и эпизодов, и общей продолжительности было также существенным для всех ИВДП (P < 0,001) и ринофарингита (P < 0,001). Это сопровождалось увеличением L. casei в стуле в течение потребления Actimel (2–3,8 Ч 107 КОЕ/г стула, P < 0,001). Таким образом, потребление пожилыми людьми Actimel, содержащего пробиотический штамм L. casei DN-114 001, приводит к уменьшению продолжительности РИЗ, особенно ИВДП (ринофарингит). Общее количество РИЗ не отличалось между группами по тяжести РИЗ, лихорадке, иммунным показателям в крови, лечению и качеству жизни; при этом Actimel был безопасен и хорошо переносился испытуемыми [582].
Что касается сравнительной эффективности пробиотических препаратов и продуктов функционального питания с пробиотической микрофлорой, то в настоящее время нет полных достоверных сравнительных данных в идентичных условиях (включающих те же микроорганизмы, пребиотики и широкую популяцию подопытных). Современные исследования показывают, что пробиотические микроорганизмы сертифицированных БП часто гибнут (табл. 1.7.), не преодолевая естественные барьеры желудочно-кишечного тракта [156, 487]. До толстой кишки доходит лишь десятитысячная доля процента от их исходной численности. Те же остаточные количества пробиотических микроорганизмов, которые достигли толстой кишки в жизнеспособном состоянии, являются чужеродными для естественной микрофлоры, не приживаются в биопленке кишечника и отторгаются, оказывая негативное воздействие на иммунную систему и макроорганизм в целом.
В то же время, с расширением спектра показаний для назначения препаратов пробиотиков стала появляться информация о том, что их положительный эффект даже при длительном применении носит транзиторный характер, а порой и полностью отсутствует [131, 271, 455]. Одной из главных причин снижения или отсутствия пробиотического эффекта называется чужеродность для пациента микроорганизмов, входящих в состав пробиотических препаратов, а также высокая видовая, индивидуальная и анатомическая специфичность нормальной микрофлоры пациента [131, 271]. Безусловно, пробиотики создают положительный эффект при дисбактериозе кишечника, но «не всегда и не такой, как предполагалось» [271].
Таблица 1.7 – Выживаемость пробиотических микроорганизмов в модельных средах и условиях, имитирующих процесс пищеварения у человека* [157]

Название препарата
Предприятие, страна изготовления
Форма выпуска
Видовой состав микроорганизмов и их содержание в единице формы (дозе)
Содержание бактерий в пробе на конец опыта, КОЕ /мл

1
Ацилакт
ЗАО «Фирма Витафарма», Россия
Таблетки
B.bifidum №1 100 аш, L. acidophilus NK, , L. acidophilus K5Ш24, 1
·107 бактерий
(1,8±0,5)·103

2
Аципол
ЗАО «Фармацевтическая фирма «ЛЕККО»», Россия
Капсулы
Lactobacillus sp., 1
·107 бактерий
(1,2±0,3)·103

3
Бактисуптил
ЗАО «Фарми-Фирма «Сотекс»», Россия
Капсулы
B.cereus IP 5832, 35 мг субстанции, без указания содержания микроорганизмов
(1,6±0,4)·108

Окончание таблицы 1.7

4
Биоспорин
Филиал ФГУ ЦНИИ МЩ РФ ЦВТП БЗ, Россия
Таблетки
B.cereus 3, B.lichenitornus 31, 1
·109 бактерий

(1,4±0,3)·107

5
Бифидумбактерин
ФГУП НПО «Микроген», Россия
Таблетки
B.bifidum №1 или № 791, 1
·107 бактерий
(2,6±0,3)·102

6
Бифидумбактерин форте
ЗАО «Партнер», Россия
Порошок
B.bifidum №1, в пакете 1
·107 бактерий
(1,5±0,4)·103

7
Бифилиз
ООО «Фирма «Фермент»», Россия
Таблетка
B.bifidum №1, 1
·107 бактерий
(1,6±0,5)·105

8
Бификол
ФГУП НПО «Микроген», Россия
Порошок
B.bifidum №1, E.coli, в дозе 1
·107 бактерий
(1,6±0,2)·103

9
Бифистам лакто
ОАО «Биомед» им. И.И. Мечникова, Россия
Порошок
L. acidophilus, B.bifidum, B.longum, в 2 г порошка 1
·107 бактерий
(1,8±0,3)·103

10
Бифиформ
«Ферросан А/С», Дания
Капсулы
B.longum, E.faccium, 4
·107 бактерий
(1,5±0,2)·103

11
Бифиформ (комплекс)
«Ферросан А/С», Дания
Таблетки
Bifidobacterium BBIM, 1
·109 КОЕ, L.rhamnosus GG, 1
·109 КОЕ, L. acidophilus, 2
·108 бактерий
(6,5±0,5)·104

12
Бифолак
«Бифодан А/С», Дания
Капсулы
L.rhamnosus, L.longum без указания количественного содержания
(4,6±0,7)·104

13
Колибактерин
ОАО «Биомед» им. И.И. Мечникова, Россия
Порошок
E.coli М17, в дозе 1
·109 бактерий
(1,0±0,3)·102

14
Лактобактерин
ФГУП НПО «Микроген», Россия
Порошок
L.plantarum 8P-A3 ( возможны L.plantarum 38, L.fermentum 90T-C4, L.fermentum 39), в дозе 2
·109 бактерий
(2,1±0,5)·103

15
Линекс
Лек g.g., Словения
Порошок, капсулы
L. acidophilus, B.infantis, E. faecium, в капсуле 280 мг,в 1 г порошка по 300 мг каждого из микроорганизмов
(4,0±0,3)·103

16
Нарине
ООО «НАРЕКС», респеблика Армения
Капсулы
L. acidophilus n.v.Ep 317/402, 100 мг лиофилизированной культуры
(3,8±0,5)·103

17
Нормобакт (пробиотик + пребиотик)
Chr.Hansen А/С, Дания, Медана Фарма А.О., Польша
Капсулы
L. acidophilus La-5, Bifidobacterium BB-12, 1
·107 бактерий + фруктозоолигосахариды
(3,1±0,7)·104

18
Биокомплекс «Нормофлорин-Б1»
ООО «Бифилюкс+», Россия
Супензия
B.bifidum, B.longum, 1
·1010 бактерий
(1,7±0,5)·103

19
Биокомплекс «Нормофлорин-Д»
ООО «Бифилюкс+», Россия
Суспензия
L.cacei, B.longum, B.bifidum, 1
·108 бактерий
(1,5±0,3)·104

20
Биокомплекс «Нормофлорин-Л»
ООО «Бифилюкс+», Россия
Порошок
L. acidophilus, 1
·109 бактерий
(1,4±0,5)·104

21
Примадофилус
Нейчере Вэй Продакте. Инк., США
Капсулы
B.breve, B.longum, L. acidophilus, L.rhamnosus, 3,9
·109 бактерий
(2,0±0,4)·103

22
Пробифор
ЗАО «Партнер», Россия
Порошок
B.bifidum № 1, в пакете 5
·108 бактерий
(1,8±0,4)·103

23
Споробактерин
ООО «Бакорен», Росcия
Суспензия
B.subtilis 534, в 1 мл 1
·109 КОЕ
(1,8±0,3)·108

* Выращивание пробиотических микроорганизмов проводили на плотных питательных средах рекомендованного состава [Иванов А.П.,Лихачева А.Ю.,1992] in vitro, с имитацией процесса пищеварения у человека.

Несмотря на то, что пробиотические микроорганизмы в составе препаратов при энтеральном поступлении хорошо переносятся пациентами, описаны случаи их выделения из других биотопов организма людей.
Отмечается [11], что пробиотики теоретически могут вызывать 4 типа нежелательных лекарственных реакций:
Системные инфекции.
Негативное влияние на метаболизм.
Чрезмерную стимуляцию иммунной системы у чувствительных лиц.
Перенос генов резистентности.
Проблема использования пробиотиков зависит не только от их доказанной клинической эффективности, но и от безопасности для конкретного потребителя. Многие производители пробиотических продуктов декларируют их антибиотикорезистентность, призывая тем самым назначать пробиотик как часть «сервис-терапии» при проведении антибактериальной терапии каждому пациенту.
Необходимо помнить, что у некоторых пациентов пробиотический штамм иногда становится патогенным возбудителем. Были случаи, когда пробиотические лактобациллы вызвали бактериемию у больных с выраженными иммунодефицитными состояниями. Этим пациентам была необходима антибиотикотерапия (имипенемом, пиперациллином/тазобактамом, эритромицином или клиндамицином), и смертность при сепсисе, вызванном лактобациллами, достигала 39% [675].
Известно также, что у пациентов с лактазной недостаточностью и аллергией на молоко возможны нежелательные явления как ответ на недостаточно хорошо «очищенный» от компонентов производственной среды пробиотик [226].
Таким образом, предрасполагающими факторами возникновения нежелательных реакций при применении пробиотиков являются:
- недостаточная клиническая доказанность пробиотического эффекта конкретного штамма;
- выраженная иммуносупрессия, предшествующая длительная госпитализация, хирургическое вмешательство, тяжелые основные заболевания.
Согласно современным представлениям, к кисломолочным пробиотическим продуктам могут быть отнесены только те продукты, в которых содержание пробиотических штаммов микроорганизмов находится в достаточном количестве (не менее 108 колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1 мл на протяжении всего срока годности); которые способны оставаться активными при прохождении через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) человека, сохранять свои положительные свойства в течение всего срока хранения продукта; положительное влияние пробиотических бактерий на организм должно быть клинически доказано не только для пробиотического штамма, но и для готового продукта.

1.4.2 Функциональная нутрициология антибиотических свойств пробиотиков
Основными факторами влияния нормофлоры на микробиоценоз человека или животного являются алиментарный и физиологический (в т.ч. неспецифические и специфические механизмы резистентности), а во взаимоотношениях между микроорганизмами – микробный антагонизм, проявляющийся в антибиотической активности.
Нормофлора может угнетать рост других видов также за счет более высокого биологического потенциала, быстрого размножения и достижения максимальной концентрации при более короткой lag-фазе, изменении рН или окислительно-восстановительного потенциала среды [326, 572].
Антагонистическая активность реализуется благодаря конкуренции с патогенами за питательные субстраты, продукции большого спектра антибиотических веществ.
В большинстве случаев высокая антагонистическая активность пробиотиков, определенная в лабораторных условиях характеризует лечебно-профилактическую эффективность препаратов. Известны следующие основные антибиотические вещества, продуцируемые пробиотической микрофлорой (табл. 1.8. и 1.10): молочная кислота, углекислый газ, перекись водорода, лизоцим, бактериоцины.
Таблица 1.8 – Антибиотические вещества, продуцируемые пробиотиками и их функции
Механизм действия
Биологический эффект

Органические, в т.ч. короткоцепочные жирные кислоты

В синергизме с уксусной, пропионовой, масляной кислотами создает неблагоприятные для патогенов рН среды
Ингибирование роста условно патогенных микроорганизмов. Снижение роста токсинов у плесневелых грибов. Ингибирование роста железозависимых бактерий

Углекислый газ CO2

Поддержание анаэробных условий и высокого парциального давления. Акцептор водорода при биосинтезе ацетата из гексозы
Снижение дыхательного потенциала у аэробных кишечных бактерий

Перекись водорода, Н2О2

Способствует образованию гипотиоцината в бактериальных клетках. Повышение лактопероксидазной активности молока и молозива. Истощение ферментной системы у каталазозависящих микроорганизмов. Инактивация клеточных энзимов
Токсическое действие на каталазоположительную микрофлору. Повышение активности колострального иммунитета. Снижение синтеза белков, ограничение передачи генетической информации, снижение факторов адгезии у грамотрицательных бактерий

Лизоцим (мурамидаза, англ. lysozyme) – антибактериальный агент, фермент класса гидролаз

Связывание антилизоцимного фактора у энтеропатогенных бактерий. Разрушение межклеточных связей у грамотрицательных микроорганизмов. Лизис клеточных стенок грамположительных бактерий путем гидролиза пептидогликана клеточной стенки бактерий муреина
Повышение фагоцитарной активности макрофагов. Снижение колонизационной активности у грамотрицательных бактерий. Неспецифическая стимуляция макрофагального иммунитета

Бактериоцины

Ограничение синтеза белков. Нарушение процессов транспорта через клеточную мембрану, снижение синтеза ДНК, уплотнение ядерного материала, изменение рибосом и лизосом
Бактерицидное или бактериостатическое действие на сальмонеллы, шигеллы, клостридии, синегнойные палочки, стафилококк, стрептококки, грибы, микробактерии туберкулеза и др Сдерживание процессов деления бактериальных клеток. Нарушение передачи наследственной информации. Деструкция рецепторных связей. Противоопухолевый эффект


Таким образом, синтез антибиотических веществ, убивающих родственные или неродственные виды, или тормозящих их рост (перекись водорода, молочную, уксусную и другие органические кислоты, синтезировать лизоцим, бактериоцины), или имеющих более широкий спектр антибактериального действия – важный механизм проявления пробиотического эффекта.
Вещества с широким антагонистическим действием получили название бактериоцинов. Бактериоцины – это наиболее высокомолекулярные антибиотики белково-пептидной природы. Поэтому такая антагонистическая активность получила название антибиотической. Так, например, колицины имеют молекулярную массу 50000–90000 Д. Многие виды лактобактерий также выделяют специфические для них бактериоцины, характеризующиеся широким спектром антимикробной активности.
Известны лактоцины B, F, J, M, ацидолин и лактоцидин, продуцируемые Lactobacillus acidophilus, булгарицин – L.delbrueсkii subsp. bulgaricus, лактобревин – L. brevis, гельветицин – L. helveticus, лактолин – L. plantarum, реутерин – L. reuteri. Эти бактериоцины ингибируют рост и размножение бацилл, клостридий, сахаромицетов, стрептококков, стафилококков, энтеробактерий, псевдомонад, листерий, грибов рода Candida [68, 296, 513, и др.].
Наиболее изученным и разрешенным для применения в качестве биологического консерванта (код Е234), является бактериоцин низин, единственный из антибиотиков с 1997 года имеющий «GRAS» (Generally Recognized As Safe) статус, т.е. признанный Европейским парламентом как безопасный. Являясь низкомолекулярным белком, низин легко переваривается с пищей, не токсичен [57, 672].
Описаны несколько форм низинов (А, В, С, D, Е, Z, R, Q) и родственных им лактицинов, отличающихся между собой по ряду физико-химических свойств, аминокислотному составу и спектру антибактериального действия, но продуцентами которых являются разные штаммы одного вида Lactococcus lactis subsp. lactis. Тем не менее активность известных в литературе природных штаммов низкая (от 579 до 1886 МЕ/мл), антимикробный спектр их действия распространяется, в основном, на грамположительные бактерии.
Кисломолочные кефирный и ряженковый продукты c лактоглобулином и сиропом лактулозы подавляют рост и размножение по отношению к 4 изучаемым патогенным и уловно патогенным Escherichia coli, Salmonella typhimurium Proteus mirabilis Shigella sonnei [236].
Артюховой С.А. с соавт. [15] была изучена антагонистическая активность исходных ассоциатов бактериального концентрата для йогурта, простокваши, напитка «Снежок» (термофильного стрептококка Streptococcus salvarius subsp. thermophilus и болгарской палочки Lactobacillus delbrukii subsp. bulgaricus), концентрата пропионовокислых бактерий (Propionibacterium freudereichii (подвиды shermanii и globosum) и разработанного на их основе микробного консорциума к наиболее часто встречающимся 8 патогенным и условно патогенным микроорганизмам: E.coli, S.aureus, Pr.vulgaris, Ps.mirabilis, Kl.pheumonia, Sh.flexneri, Sh.sonnei, S.кottbus
Бактериостатическое действие к исследуемым восьми тест-культурам – угнетение роста наблюдалось в разведениях от 1:32 до 1:128, что свидетельствует об эффективной задержке их роста антибиотическими веществами, в т.ч. бактериоцинами.
Таким образом, антибактериальная активность отдельных пробиотических штаммов и их симбионтов обусловлена способностью продуцировать перекись водорода, молочную, уксусную и другие органические кислоты, синтезировать лизоцим и бактериоцины широкого спектра действия (лактоцины, низин, ацидолин, лактоцидин, раутерин и др.).
Наследственная особенность микроорганизмов, проявляющаяся в том, что каждый штамм способен образовывать один или несколько определенных, строго специфичных для него бактериоциногенных веществ, открывает простор для селекции более ценных штаммов.
Продолжая фундаментальные исследования по вопросам функциональных продуктов питания, в т.ч. с пробиотиками (на лечебные свойства молочнокислых микроорганизмов указывал Сергей Александрович Королев в 1918–1926 годах (основатель кафедры микробиологии Вологодского молочнохозяйственного института и его ученики), сотрудниками Вологодской государственной молочнохозяйственной академии в последние годы получено более 20 патентов на изобретения, в том числе авторами монографии – 9 патентов РФ [314, 315, 317–320, 343–345].

1.5 Бактериофаги и бактериоцины
Несмотря на то, что технические (связанные с пищевыми производствами) фагология и бактерициология – отдельные области прикладной микробиологии, имеющие свои различные задачи, имеются некоторые данные [26, 564], в пользу того, что бактериофаги и бактериоцины – продукты одной эволюционной ветки.
То, что некоторая часть бактериоцинов является дефектными бактериофагами, потерявшими ДНК, позволяет «на стыке» разделов мобилизовать методы, применяемые искючительно (или преимущественно) в какой-либо одной из указанных областей для решения единой задачи гарантированного получения молочных ферментированных ПФП с использованием пробиотических заквасочных культур.
С этой целью мы провели сравнение основных задач, объектов, их свойств и методов фагологии и бактерициологии (табл. 1.9.).
При рассмотрении экологической роли бактериофагов и бактериоцинов отмечают, что те и другие играют большую роль в природных бактериальных сообществах.
Они имеют значение для конкуренции внутри популяции и между популяциями. Обсуждаются вопросы эволюции бактериофагов и бактериоцинов – разнообразие их структур, как эволюционная дивергенция, связанная с разнообразием конкурирующих между собой видов [564].

1.5.1 Таксономия бактериофагов молочнокислых микроорганизмов
В основе процесса выработки ферментированных молочных продуктов, в том числе ПФП с пробиотиками, лежит ферментация лактозы в молоке под действием микроорганизмов.
Наиболее часто встречающейся и трудно устранимой причиной является поражение заквасочной микрофлоры бактериофагами.
В результате поражения многокомпонентной закваски фагом часть заквасочных микроорганизмов (или все) лизируются, что приводит к снижению пробиотической активности ПФП, а в крайнем случае – полному прекращению нарастания кислотности и невозможности выработать качественный продукт [422].
Предотвращение фаголизиса при производстве ферментированных молочных продуктов включает мероприятия по контролю и ограничению развития фагов при угрозе фаголизиса и окончательном подтверждении роли фага как причины выработки некачественного продукта.
Наблюдение (контроль), оценка и прогноз фаговой ситуации на предприятии получило название «фаговый мониторинг».
В широком смысле слова, фаговый мониторинг включает также принятие оперативных решений на основании полученных данных и разработку комплекса стратегических мероприятий, направленных на улучшение фаговой ситуации на предприятии.

Таблица 1.9 – Сопоставление фагологии и бактерициологии
Фагология (техническая)
Бактерициология (техническая)

Задачи

Фагология техническая – раздел прикладной микробиологии, изучающий влияние бактериофагов на технологические свойства промышленных заквасочных штаммов микроорганизмов и методологии предупреждения фаголизиса производственных заквасок
Бактерициология техническая – раздел прикладной микробиологии, изучающий антагонистическую активность заквасочных микроорганизмов с помощью бактериоцинов и методологии с их помощью нормализации микробного ценноза у человека и животных

Объект

Бактериофа
·ги (фаги) – вирусы, неспособные к самостоятельному размножению, избирательно поражающие бактериальные клетки. Бактериофаги размножаются внутри бактерий и чаще всего вызывают их лизис, или, встраиваясь в факторы наледственности клетки, сосущестуют с ней (профаг). Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала (ДНК, реже РНК). Размер частиц от 20 до 200 нм, масса 18–25 МДа. Вирулентность (количество фагов, репродуцирующихся в одной клетке одновременно) до 300 частиц
Бактериоцины – биологический феномен, широко распространенный в природе и связанный с синтезом микроорганизмами белковоподобных антибактериальных субстанций весом, как правило до 1 МДа, способных фиксироваться на  специфических рецепторах других микробных клеток и оказывать на них угнетающее действие. Микробная клетка, синтезирующая бактериоцин, погибает в большинстве случаев без лизиса. Все представители микробной популяции, к которой относилась погибшая клекта, не восприимчивы к этому бактериоцину

Специфичность действия объекта

Специфичность действия бактериофагов определяется наличием рецепторов на поверхности чувствительных бактерий, ДНК-аз рестрикции-модификации и механизма абортивной инфекции внутри бактериальной клекти
Специфичность действия бактериоцинов определяется наличием рецепторов на поверхности чувствительных бактерий, на которых адсорбируются бактериоцины. Штаммы бактерий, утратившие способность синтезировать рецепторы, становятся резистентными к бактериоцинам

Фагология (техническая)
Бактерициология (техническая)

Методы разделов:

Для определения родства фагов - ДНК-ДНК гибридизация, для выявления индивидуальных различий – электронная фотография с определением размеров бактериофагов и их отделдьных частей по отношению к наиболее изученному, рестрикционный анализ ДНК фагу E.coli Т4 (рис. 2.8.), спектр литического действия и вирулентность и длительность латентного периода при стандартных условиях и др.
Для определения родства бактериоцинов используется анализ поледовательностей аминокислот. В частности лактицин 481, содержит 27 остатков аминокислот, в т.ч. дегидробутирина, лантионина и метиллантионина. Установлена полная структура бактериоцина и локализованы тиоэфирные мостики, положение которых отличается от известного для лантибиотиков других типов [167]

Взаимосвязь разделов:

В среде естественного обитания микроорганизмов за счет гибели части популяции и подавления развития других бактерий, нуждающихся в тех же питательных субстратах, обеспечивается преимущественное развитие фагоустойчивых, бактериоциногенных популяций
Получить бактериоциногенную и фагоустойчивую бактериальную клетку можно естетвенным отбором, воздействием ультрафиолетовыми лучами и другими индуцирующими факторами и генно-инженерными методами
Свойства устойчивости к бактериофагу и синтез бактериоцинов кодируются плазмидами и могут быть переданы бактериям того же или близкородственного вида при совместном культивировании путем конъюгации
И бактериофаги, и бактериоцины, в силу эволюционно-высокой рекомбинации, имеют неограниченно большое число моновидуумов, но, в силу родственных признаков, классифицируются по таксонам, что помогает более эффективному решению задач фагологии и бактериологии


Предупреждение и ограничение развития бактериофагов можно достичь двумя путями: с одной стороны, обеспечением асептического выращивания (или активизации) заквасок с целью предупреждения его попадания из окружающей атмосферы, с оборудования и персонала, с другой – препятствием деятельности фагов посредством применения противофаговых сред, ротации, создания заквасок с оптимальными защитными свойствами.
При поддержании асептического режима необходимо учитывать, что бактериофагфаг устойчив к высоким температурам, а также ко многим инактивирующим агентам [296]. Установлено, что фаг более устойчив к нагреванию, чем его штамм-хозяин и подавляющее большинство вегетативной микрофлоры. Пастеризацией молока при температуре 72–75°С с выдержкой 20 сек и при 89° без выдержки достигнуто было только частичное инактивирование бактериофагов лактококков.
Для полной инактивации бактериофагов молоко следует пастеризовать при (90+1) 1 мин или применять более низкие температуры при более длительной экспозиции (63°С – 30 мин, 85 °С – 10 мин) [152]. Использование противофаговой среды, не содержащей кальция, осложняется тем, что не все закваски хорошо растут на такой среде [4, 152].
Наиболее эффективными дезинфицирующими средствами, инактивирующими бактериофаг, которые могут быть применены в пищевой промышленности считают: гипохлорид, диэтиловый эфир пировиноградной кислоты. Выявлена довольно значительная способность хлорной извести, четвертичных аммонийных соединений [163], эстерола [237], диэтилкарбоната [394], ультрафиолетового облучения к уничтожению бактериофагов.
При действии ультрафиолетового облучения фаг лактококков активируется только в том случае, если он подвергался действию лучей в тонком слое среды. Эффективность применения ультрафиолетовых лучей на фаг в воздухе: пятиминутное облучение воздуха ультрафиолетом (длина волны 2357 А) приводит к сильному снижению количества фага, а 25-минутное – к полной его инактивации [359, 556 и др.]. Из синтетических моющих средств, используемых в отечественной молочной промышленности для дезактивации фага, рекомендуют растворы вимола и триаса в концентрации 0.5–1.0% с 2-минутной продолжительностью контакта с обрабатываемой поверхностью при 60–70°С и минутной – при температуре 45–50°С.
Исследования фаговой ситуации на молочных предприятиях России и ближнего зарубежья показали [422], что за последние десятилетия не только увеличилась концентрация выявляемых на заводах фагов, но и расширился спектр литической активности. Чаще стали выделяться фаги, способные лизировать большое число штаммов одного подвида или даже штаммы разных подвидов. Особенно это характерно для сыродельных заводов.
По распространенности на первом месте стоят бактериофаги лактококков – лактококкофаги, на втором – фаги термофильного стрептококка. Фаги термофильных лактобацилл на заводах встречаются сравнительно реже. Тем не менее, они также наносят ущерб качеству крупных сыров и других молочных продуктов, вырабатываемых с участием лактобацилл. Впервые специфические для L. helveticus фаги выделены в Финляндии при производстве Эмменталя и описаны в 1955 г. Изучение вирулентного и умеренного фагов этого вида показало, что они имеют изометрическую головку размером 53 нм, сокращающийся чехол длиной 150 нм, что свойственно фагам группы А по Бредли, продолжительность латентного периода 2 и 4 ч, выход фага 300 и 100 частиц. Авторы предполагают, что источником фагов термофильных лактобацилл в сыроделии являются лизогенные штаммы [466].
В Финляндии выделен фаг Lbc. lactis LL-K, который был причиной снижения качества крупных сыров. Продолжительность латентного периода его на L. lactis LL-23, применяемой в производстве сыров группы Швейцарского, равнялась 150–180 мин, выход 250–300 частиц, головка изометрическая, отросток длиной 170 нм и диаметром 7 нм. Kunz et al. выделили два фага термофильных лактобацилл с размерами головки 64–76 нм и длиной отростка 256–366 нм. Sozzi et al. отмечают морфологическое разнообразие бактериофагов лактобацилл. Всего идентифицировано 6 основных морфологически различных типов бактериофагов (Bradley,1967):
А – фаги с сокращающимся отростком, содержащие двунитевую ДНК;
В – фаги с длинным несокращающимся отростком, содержащие двунитевую ДНК;
С – фаги с коротким несокращающимся отростком, содержащие двунитевую ДНК;
D – фаги без отростка, с большим капсидом, содержащие однонитевую ДНК;
Е – фаги без отростка, с маленьким капсидом, содержащие однонитевую ДНК;
F – нитевидные фаги, содержащие однонитевую ДНК;
По дополнительной классификации для фагов морфотипов А, В, С (Ackermann, H.-W., 1996) фаги А1, В1 и С1 имеют изометрическую головку, а фаги А2, В2 и С2 – головки удлиненной (пролатной) формы.
Наиболее часто встречаются 2 типа лактококкофагов [356, 359, 696]:
- с маленькой изометрической головкой, морфотип В2 (тип Р008) (рис. 1.13 и 1.15);
- фаги с пролатной (вытянутой) головкой, морфотип В1 (тип Р001) (рис. 1.14);
Реже встречаются фаги, характеризующиеся морфологическим разнообразием, касающимся воротничка, базальной пластинки, отростка. В России более распространены фаги В2, за рубежом – B1 [356, 359]:




Р и с. 1.13.Фаги морфотипа В1 коллекции с изометрическим капидом из ВНИИМС, статистически достоверно различаются по морфометрическим показателям, что позволило выделить 4 морфогруппы
Р и с. 1.14.Фаг P00l морфотипа В1 из коллекции Тойбер,
Германия
Р и с. 1.15.Фаг Р008 морфотипа В2 (справа) из коллекции Тойбер, Германия (рядом фаг Т4)

Лактококкофаги морфотипа В2 более морфометрически однородны и схожи с фагом Р008 из коллекции Тойбер. Фаги термофильного стрептококка исследованы весьма скудно. Они принадлежат к морфотипу В2, имеют изометрическую головку размером 49–60 нм, несокращающиеся отростки длиной 130–960 нм, диаметром 8–9 нм со щеткообразной пластинкой на конце или пластинки с нитями. Сведений о фагах, лизирующих бифидобактерии, нет.
В системе предупрежления фаголизиса заквасочной микрофлоры при производстве ферментированных продуктов с участием штаммов-пробиотиков важно предупредить фаголизис не только лактобацилл, но и лактококков и термофильного стрептококка, которые часто входят в состав закваски ПФП.
Созданная в результате многолетней совместной работы сотрудников ВНИИМС и Экспериментальной биофабрики, при нашем участии, систематическая коллекция бактериофагов, а также получение производственно-ценных заквасочных штаммов по модифицированной нами методике генетической рекомбинации (конъюгации) и разработанные «Методические указания по проведению фагового мониторинга на сыродельных предприятиях» – научный вклад в осущетвление реальных практических задач, стоящих перед производителями ферментированных молочных продуктов (Перфильев Г.Д., Сорокина Н.П., Протасова (Полянская) И.С., Ахвердян В.З. и др.):
- поддержание высокого уровня санитарии и гигиены как условие в борьбе с поражением молочнокислых бактерий бактериофагом;
- повышение устойчивости молочнокислых бактерий к фагам, имеющимся на заводе, путем отбора в состав БК фагоустойчивых штаммов и ротации заквасок.
Подобного рода коллекция бактериофагов является единственной в России и в настоящее время содержит 380 вирионов фагов молочнокислых микроорганизмов, выделенных на предприятиях России, Белорусии, Казахстана и выделенные из субстратов (молочных продуктов, заквасок и бактериальных концентратов) дальнего зарубежья.

1.5.2 Современная классификация бактериоцинов пробиотиков
Называют бактериоцины, как правило, по виду микроорганизма, его продуцирующего, например: болгарская палочка – булгарицин, ацидофильная палочка – ацидоцин и т.д. (табл. 1.10).
Таблица 1.10 – Бактериоцины, образуемые бактериями, входящими в состав различных БП и ПФП [167; 534]

Название
Продуцент

1
Амиловорин 471
Lactobacillus amylovorus 471119

2
Ацидоцин В
Lactobacillus acidophilus

3
Лактоцины B, F, G, M
Lactobacillus acidophilus

4
Булгарицин
Lactobacillus bulgaricus

5
Баварицин МN
Lactobacillus bavaricus MN

6
Бактериоцин
Streptococcus salivarius subsp. Thermophilus

7
Саливарцин А
Streptococcus salivarius subsp. Thermophilus

8
Бактериоцин N5
Bifidobacterium sp.

9
Вариацин
Lactococcus lactis sp. Lactis

10
Диацетин В-1
Lactococcus lactis sp diacetylactis

11
Kазеицин
Lactobacillus casei

12
Kурвацин FS47
Lactobacillus curvatus FS47

13
Kурвацин А
Lactobacillus curvatus LTH1174

14
Лактицин 3147
Lactococcus lactis 3147

15
Лактицин 481
Lactococcus lactis

16
Лактококцин 140
Lactococcus lactis 140

17
Лактококцин В и G
Lactococcus lactis

18
Лактоцин S
Lactobacillus sake L 45

19
Липоцин М18
Brevibacterium linens M18

20
Низин
Lactococcus lactis sp lactis

21
Низин Z
Lactococcus lactis sp lactis 10-1

22
Лактострепцин
Lactococcus spp. Lactis

23
Диплоцин
Lactococcus lactis sp cremoris

Окончание таблицы 1.10

24
Плантарицин А и С
Lactobacillus plantarum

25
Плантацин 154
Lactobacillus plantarum LTF154

26
Сакацин 674
Lactobacillus sake Lb674

27
Гельветицин
Lactobacillus helveticus

28
Раутерин
Lactobacillus reuteri

29
Лактобревин
Lactobacillus brevis

30
Саливаримицин А
Lactococcus lactis sp lactis

24
Термофилин А
Streptococcus thermophilus ST134

25
Энтерококцин
Enterococcus faecium

26
Энтероцин А
Enterococcus faecium

27
Энтероцин 4
Enterococcus faecalis INIA4


По спектру антибактериальной активности бактериоцины делят на две группы. Представители первой группы характеризуются узким спектром антибактериального действия: вызывают гибель организмов, близких к организму-продуценту.
В эту группу входят лактоцин В и F-27, амиловорин, педиоцин N5P, теpмофилин А, курвацин А, амиловорин L471, энтерококцин.
Бактериоцины, относящиеся ко второй группе, ингибируют рост многих видов грамположительных, иногда и грамотрицательных микроорганизмов, в том числе 13LINK "http://nature.web.ru/db/search.html?not_mid
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
· и др. К бактериоцинам второй группы относятся: педиоцин А, ацидоцин В, диацетин В-1, курвацин FS47, лактицин 3147, плантарицин С, энтерококцины, саливарцин, низин, саркацин 674, мутацин.
Лантибиотики – это бактериоцины, в состав которых входят такие редкие тиоэфирные аминокислоты, как лантионин и метиллантионин. Эти вещества имеют также широкий антимикробный спектр действия.
По механизму биосинтеза лантибиотики можно разделить на две группы: низины и субтилин, продуцируемый B.subtilis, которые синтезируются на рибосомах, и лантибиотики, биосинтез которых происходит не на рибосомах. Механизм биологического действия лантибиотиков, в том числе низина, связан с нарушением проницаемости бактериальных цитоплазматических мембран.
Нарушение мембранного потенциала инициируется образованием пор, через которые проходят молекулы лантибиотиков [167, 546].
К лантибиотикам, образуемым молочнокислыми бактериями, относятся: лактицин 481, стрептококцин АFF22, саливаримицин А, вариацин, лактицин 3147, бактериоцин из Streptococcus salivarius SBT1277, низин [604].
Хорошо изучены бактериоцины у бифидобактерий. Эти соединения – бифидин и бифилонг, достаточно стабильны при температуре 100°С, активны при кислой рН и проявляют антимикробную активность в отношении многих видов энтеробактерий, вибрионов, стрептококков и стафилококков [70, 645].
Одним из самых мощных антимикробных средств, активным в отношении многих грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также дрожжей, плесеней и простейших [534], является бактериоцин реутерин, который продуцируют Lactobacillus reuteri и некоторые лактококки.
Реутерин синтезируется in vitro при рН, температуре и анаэробных условиях, близких к условиям желудочно-кишечного тракта. Первоначально Lactobacillus reuteri были выделены из грудного молока. Они представляют собой наиболее распространенный вид лактобактерий, которые обнаруживаются в желудочно-кишечном тракте человека и животных [618, 703].
Как и другие лактобактерии, L. reuteri образуют конечные продукты метаболизма с кислотными свойствами (молочную и уксусные кислоты), которые обладают выраженной противомикробной активностью [534].
Известно, что L. reuteri эффективно колонизируют кишечник человека после употребления молочных продуктов; в настоящее время подобные продукты широко продаются в Швеции.
Исследования на животных и людях показали, что определенные штаммы Lb. reuteri, используемые в качестве пробиотиков, могут обеспечить защиту от вредного воздействия некоторых микробиологических, химических и физических стресс-факторов, снизить уровень холестерина; модулировать иммунный ответ, а также улучшить развитие ткани подвздошной кишки [553, 651, 702, 684, 698, 704].
In vivo, синтез активного реутерина может происходить в толстой кишке в процессе метаболизма Lb. reuteri, при наличии достаточного количества глицерина, который является продуктом микробиологического брожения в просвете кишечника, переваривания жиров в просвете кишечника, отторжения слизи и десквамированных эпителиальных клеток и кишечного клиренса эндогенного глицерина плазмы.
Реутерин является водорастворимым, эффективным в широком диапазоне рН, устойчивым к протеолитическим и липолитическим ферментам и поэтому изучен как пищевой консервант или вспомогательное терапевтическое пробиотическое средство [702].
Было предположено, что реутерин может ингибировать активность бактериальной рибонуклеотидной редуктазы, фермента, катализирующего первый этап синтеза ДНК, путем конкуренции (HPA-димер) с рибонуклеотидами за места связывания или с помощью реакции (3-HPA) с нестабильными сульфгидрильными группами рибонуклеотидной редуктазы или с тиоредоксином, необходимым для ферментативной активности.
Ингибированием превращения рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды объясняют широкий спектр действия реутерина [205, 553, 563].

1.6 Функциональная нутрициология веществ, обладающих пребиотической активностью
Функциональная нутрициология – наука о пищевых веществах и компонентах, содержащихся в продуктах питания, их метаболизме и функциональном действии на организм.
Под пребиотиком понимают:
- неперевариваемый пищевой ингредиент, способный улучшать состояние здоровья человека посредством избирательной стимуляции роста и/или активности одного или ограниченного количества видов бактерий в толстой кишке [587];
- избирательно ферментируемые кишечными микроорганизмами ингредиенты пищи, специфически меняющие состав и/или активность микрофлоры, что ведет к улучшению самочувствия и здоровья человека [669];
- вещества, обладающие устойчивостью к желудочному соку, неперевариваемые ферментами желудочно-кишечного тракта и не всасывающиеся в нем, а также ферментируемые ферментными системами нормальной микрофлоры и избирательно стимулирующие ее размножение и/или меняющие ее функциональную активность, вследствие чего отмечается улучшение самочувствия и состояния здоровья человека [134, 587].
Таким образом, с точки зрения двух принципиально важных моментов – специфической ферментации только бактериальным пулом и изменения активности/численности строго определенных полезных популяций микроорганизмов (преимущественно бифидо- и лактобактерий) – собственно пребиотиками могут считаться только фруктоолигосахариды и галактоолигосахариды. Из фруктоолигосахаров в наибольшей степени этим критериям удовлетворяет инулин [669].
Однако следует признать, что такой подход также неоправданно сужает спектр пребиотических субстанций и не может в полной мере объяснить широкий спектр клинических эффектов собственно пробиотической терапии, связанной с применением других натуральных пребиотических веществ и комплексов. В связи с этим предлагается вместо пребиотиков использовать термин вещества, обладающие пребиотической активностью.
Например, дисахарид лактоза, которой богато молоко, а точнее, получающаяся из нее галактоза, является источником энергии для микроорганизмов, причем, наиболее активно метаболизируется лактобациллами и бифидобактериями, стимулируя из приоритетное развитие. N-ацетилглю-козамин, содержащийся в женском, но отсутствующий в коровьем молоке, стимулирует рост бифидобактерий. Это способствует опережающему размножению бифидобактерий и их повышенному содержанию в кишечнике новорожденных при естественном вскармливании [265].
В суточном рационе взрослого человека должно содержаться не менее 30–45 г веществ, обладающих пребиотической активностью, тогда как в нашей стране суточная потребность населения в них удовлетворяется лишь на 1/3. Поэтому для обеспечения энергией микрофлоры кишечного тракта необходимо вводить соответствующие субстраты.
Список веществ, обладающих пребиотическим действием, достаточно обширен. В табл. 1.11 приведены основные группы веществ [265, 285, 511].
Охарактеризуем некоторые из перечисленных веществ с пребиотическим эффектом более подробно.
Ксилит и сорбит – пяти- и шестиатомные алифатические спирты со сладким вкусом. Не утилизируются в ЖКТ, в толстой кишке ферментируются бифидо- и лактобактериями. Сорбит утилизируется большинством встречающихся штаммов бифидобактерий.
Аналогичный эффект присущ раффинозе и ксилобиозе. Последняя широко используется в пищевой промышленности Японии как бифидогенный фактор. Она обладает низкой сахаристостью (1/3 обычного сахара), низкой точкой замерзания (–10°С), хорошо удерживает воду и таким образом способствует сохранению свежести продуктов.
Таблица 1.11 – Примеры веществ, обладающих пребиоитическим действием
Группа веществ, обладающих пребиотическим действием
Вещества, обладающие пребиотическим действием

Моносахариды, дисахариды, спирты
Ксилит, мелибиоза, ксилобиоза, раффиноза, сорбит, лактоза и др. 

Oлигосахариды
Лактулоза,  лацитол, соевый олигосахарид, латитололигосахарид, фруктоолигосахарид, галактоолигосахарид, изомальтоолигосахарид, диксилоолигосахарид и др. 

Полисахариды
Пектины, пуллулан, декстрин, инулин, хитозан и др. 

Ферменты
Микробные галактозидазы, протеазы сахаромицетов и др. 

Пептиды
Соевые, молочные и др. 

Аминокислоты
Валин, аргинин, глутаминовая кислота и др. 

Антиоксиданты
Витамины А, С, Е и каротин, глутатион, убихинон, соли селена и др. 

Ненасыщенные жирные кислоты
Эйкозопентаеновая кислота и др.

Органические кислоты
Пропионовая, уксусная, лимонная и др. 

Растительные и микробные экстракты
Морковный, картофельный, кукурузный, рисовый, тыквенный, чесночный, дрожжевой, экстракты водорослей, лекарственных растений и др. 

Другие
Лецитин, пара-аминобензойная кислота, лизоцим, пищевые волокна, лактоферрин (содержится в женском молоке, естественным путем стимулирует рост микрофлоры у младенца), глюконовая кислота, крахмальная патока и др.


Лактоза при воздействии кишечных и микробных ферментов превращается в глюкозу и галактозу, последняя стимулирует рост бифидобактерий. Галактоза входит в состав всех 130 олигосахаридов женского молока, стимулирующих рост микрофлоры. В женском молоке концентрация олигосахаридов достигает 1 г/100 мл. После лактозы (7 г/100 мл) олигосахариды являются второй по значимости группой углеводов материнского молока. Олигосахариды не перевариваются в тонкой кишке под воздействием пищеварительных ферментов и достигают толстой кишки неизмененными. В нижнем отделе толстой кишки олигосахариды подвергаются ферментации бифидобактериями. Это приводит к увеличению общей бактериальной массы, повышению моторики кишечника.
В мировой практике наибольшее коммерческое значение имеют олигосахара (их получают прямой экстракцией естественных полисахаридов из растительного сырья, гидролизом растительных полисахаридов или путем энзиматического синтеза) и пищевые растворимые волокна типа инулина. В США в сутки человек потребляет 3–4 г олигосахаридов. К ним относят соединения, молекулы которых построены из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Строго разграничить олигосахариды и полисахариды сложно, поскольку природные углеводы представлены почти непрерывным рядом соединений от моносахаридов до высших полисахаридов. С методической точки зрения олигосахаридными соединениями считают те, которые содержат 8–10 моносахаридных звеньев, а к полисахаридным относят более высокомолекулярные сахара.
Как было сказано выше, важнейшим источником олигосахаридов являются продукты частичного гидролиза полисахаридов, при этом полисахариды расщепляются на олигомерные фрагменты. Кроме кислотного гидролиза используют ферментативное расщепление с помощью полисахаридаз. Принципиальным преимуществом ферментативного гидролиза перед кислотным является его специфичность. Базовая группа олигосахаридов получается из сахара, который выделяют из натуральных сахаров. Олигофруктоза, получаемая частичным энзиматическим гидролизом инулина, имеет степень полимеризации менее 10 (рафтилоза, Orafti).
В реакции, катализируемой 1,2-фруктан 1-фруктозилтрансферазой с сахаром в качестве субстрата, получается низкомолекулярный олигосахарид со степенью полимеризации менее 4-фруктоолигосахарид (неосахар, или актилайф, Beghin-Meji Industries, Paris, Франция). Короткоцепочечные фруктоолигосахариды – смесь олигосахаридов, содержащих глюкозу, связанную с фруктозой (n=4).
Олигосахарид, состоящий из остатка галактозы и остатка фруктозы, называется лактулоза («Лактулоза сироп», Италия, «Лактофильтрум», Россия). Олигосахариды в природе подвергаются расщеплению с помощью ферментов, катализирующих расщепление гликозидных связей – гликозидаз. Эти ферменты обычно индуцируются, то есть их выработка стимулируется добавлением субстрата ферментов.
Микроорганизмы кишечника утилизируют олигосахариды с помощью гликозидаз, и введение олигосахаридов приводит к увеличению продукции и усилению активности этих ферментов. Для многих гликозидаз характерно также и трансферазное действие, то есть они способны катализировать не только гидролиз гликозидной связи, но и перенос моносахаридного остатка с образованием нового олигосахарида. Из сказанного следует, что олигосахариды – не только энергетический субстрат для микроорганизмов кишечника, но, видимо, они запускают каскад ферментативных реакций.
Фруктозоолигосахарид (FOS) – смесь три-, тетра- и пентасахаридов глюкозы и фруктозы, входит в состав ряда коммерческих препаратов: Бифидо Бак и незарегистрированные в РФ средства: Neosugar, NutraFlora, Actilight. Промышленное производство путем энзиматического процессинга сахарозы осуществляет фирма Meiji Seika, производственные площади которой имеются в Японии, Южной Корее, Таиланде. Основной потребитель продукта – Япония (75% общего объема на сумму 1 миллиард иен), остальное экспортируется в США и Францию. Ежегодный прирост продаж составляет 30%. Фруктозоолигосахарид утилизируется большинством известных штаммов бифидобактерий, некоторыми штаммами лактобацилл, стрептококками, энтеробактериями, за исключением Echerichia coli и Salmonella. Не утилизируется клостридиями.
При назначении пожилым людям с дисбактериозом по 8 г в сутки фруктозоолигосахарида, качественный и количественный состав микрофлоры у них нормализовался. При запорах, диарее, язвенном колите назначали 1–4 г фруктозоолигосахарида. Отмечено снижение уровня холестерина. С лечебной целью назначают от 5 до 15 г в сутки в течение трех недель. Калорийность препарата низкая, он перспективен для борьбы с ожирением. Коэффициент сладости 0,4–0,6. Согласно данным японских исследователей, причиной существенного снижения смертности от рака толстой кишки в Японии по сравнению с североамериканцами (16 и 25 случаев на 100 000 соответственно) является широкое использование NutraFlora. Полагают, что антиканцерогенное действие NutraFlora реализуется за счет снижения уровня глюкуронидазы, гидролазы, гликолевой кислоты, ферментов, отвечающих за увеличение риска развития рака.
FOS входит в состав более 500 японских продуктов и считается стратегическим продуктом для поддержания здоровья нации. Французы вводят FOS в состав йогурта «Данон». В США выпускают 2 йогурта с FOS. Средняя цена суточной дозы FOS для потребителя составляет 60 центов. FOS получают микробиологическим синтезом с использованием сахарозы и Aspergillus niger. 450 г FOS стоит 5–9 долларов. Голландским ученым удалось имплантировать ген FOS в сахарный тростник. Пищевые волокна сахарного тростника, накапливающего FOS, создают дополнительные поверхности для адгезии и размножения бифидобактерий. Стоимость получения FOS из трансгенного сахарного тростника в 5–10 раз ниже микробиологического метода.
Не меньшее распространение получил инулин, относящийся, по мнению Roberfroid M.B., к истинным пребиотикам. Инулин является полисахаридом, построенным из остатков фруктозы, поэтому такие полисахариды называют растительными фруктанами, степень полимеризации инулина равна приблизительно 35 моносахаридным остаткам. Продукт со степенью полимеризации от 2 до 60 и выше, экстрагируемый из корней цикория, также идентифицируют как инулин. Так как инулин легко растворим в горячей воде и выпадает в осадок при охлаждении, он может быть экстрагирован водой из подземных частей многих растений, в которых он накапливается в качестве запасного углевода: артишока, девясила, одуванчика, цикория, фасоли и др. Корни одуванчика к осени накапливают до 40% инулина. Инулин, из которого получают олигомеры с низким молекулярным весом, называют «hight-performance inulin» (рафтилин, Orafti, Tienen, Бельгия). Для фруктанов, так же, как и для олигосахаридов, характерна устойчивость к ферментам верхних отделов ЖКТ, в нерасщепленном виде они достигают слепой кишки, после чего начинается микробная ферментация. Интересной особенностью инулина как пребиотика является то, что он не влияет на рост бифидофлоры в случае нормального ее содержания, но стимулирует при уменьшении титра. Инулин назначают от 9 до 34 г в сутки. В виде муки из топинамбура он входит в состав комбинированного американского пробиотика Optiflora. В составе отечественных БАД инулин встречается часто. Инулин обладает синергетическим действием с олигосахаридами.
Исследования in vitro и in vivo продемонстрировали также его устойчивость к протеолитическому воздействию соляной кислоты желудочного сока и пищеварительным ферментам желудочно-кишечного тракта, кроме того, не вызывает сомнений бактериальная ферментация инулина и его стимулирующее влияние на рост бифидофлоры. В эксперименте на животных [134, 607], а затем и в исследованиях на добровольцах было показано, что назначение инулина пациентам с избыточной массой тела способствует снижению веса и в то же время позволяет улучшить состояние нормофлоры кишечника [712]. Еще одним потенциально важным направлением применения инулина и пробиотиков является гипогликемический и гиполипидемический [554] потенциал данной комбинации.
В последние годы именно эти вещества: лактулоза (лактусан), лактилол (гл. 1.6.1.) и инулин – все чаще используются как добавки к пробиотическим препаратам.
Вещества, обладающие пребиотическим действием, не могут «работать» быстро, подавляющее большинство их эффектов связано с повышением функциональной активности бифидо- и лактобактерий, а также увеличением численности их популяции. По этим и ряду других причин именно профилактическая эффективность этой группы препаратов (т.е. заблаговременный прием) может считаться основной [134].
Сравнительное изучение пребиотиков и веществ, обладающих пребиотической активностью, показало, что чем короче цепь полисахарида, тем меньше специфичность ферментации определенными микроорганизмами кишечника. Поэтому использование низкомолекулярных олигосахаридов обеспечивает более эффективную ферментацию многими микроорганизмами нормальной микрофлоры кишечника.
Таким образом, концепция функциональной нутрициологии веществ, обладающих пребиотичекой активностью, достаточно молода и продолжает интенсивно развиваться. Она подразумевает смену узколокалистического представления о доминировании бифидо- и лактогенных эффектов, а также распространение оценки пребиотического воздействия с позиций профилактики нарушений микробиоценоза у человека или животных. Последнее, в свою очередь, позволит расширить арсенал современных средств пребиотической направленности.

1.6.1 Лактоза и лактозопроизводные с пребиотическими и лечебными свойствами
Химик К. Шелле в 1780 г. установил, что молочный сахар по химическому составу является углеводом, и внес его в этот класс соединений под названием «лактоза» (lactose) от lacto – кормлю молоком. Таким образом, термины «молочный сахар» и «лактоза» синонимы [479]. По современной номенклатуре углеводов лактоза относится к классу полисахаридов. Молекулярная масса, структура и свойства лактозы полностью соответствуют классификации первой группы полисахаридов – олигосахаридам (от греч. олигос – немногий), а именно дисахаридам (биозам).
Как и все природные олигосахариды, лактоза, являясь гликозидом, имеет химическую формулу С12 Н22 О11, идентичную сахарозе и мальтозе.
Структурная формула лактозы по Э. Фишеру:

В соответствии с теорией сбалансированного питания суточная потребность человека в углеводах составляет около 410 г, что значительно больше потребности в белках (102 г) и жире (97 г). Лактоза, как и все углеводы (сахара), служит в организме источником энергии, необходимой для осуществления биохимических процессов. Энергетическая ценность лактозы составляет 15 700 кДж/кг (3750 ккал/кг), т.е. равноценна энергетической ценности сахарозы, белковых веществ.
Рассматривая питательную ценность лактозы как комплекс свойств, включающих понятия пищевой, биологической и нутриционной ценности, необходимо отметить следующее: лактоза, поступающая в организм, практически полностью (99,7%) усваивается. Ей, как углеводу животного происхождения, присущи специфические функции. Считается, что лактоза является в большей степени структурным углеводом, тогда как другие – энергетическими.
Известный специалист в области гигиены питания проф. К.С. Петровский, рассматривая значение углеводов в питании, отметил, что лактоза может быть рекомендована для употребления от рождения до глубокой старости. Исключением являются противопоказания или так называемая непереносимость молока, которая по современным воззрениям приписывается составной части лактозы – галактозе.
Рассмотрим характеристику пищевой ценности лактозы. Методом предельных разведений установлено [480], что сладость лактозы в 6 раз меньше, чем сладость сахарозы, и в 4,6 раза – чем глюкозы. Сравнительная сладость углеводов по точечной шкале составляет (в ед.): сахароза – 100, фруктоза – 125, глюкоза – 72, лактоза – 38. Лактоза по сравнению с сахарозой примерно в 3 раза менее растворима в воде и практически нерастворима в спирте и эфире.
Отличительной особенностью лактозы является медленное всасывание (усвоение) стенками желудка и кишечника, что объясняется ее плохой гидролизуемостью. Поглощение углеводов в кишечнике в течение 1 ч составляет (в мг): глюкоза – 114, галактоза – 97, фруктоза – 90, сахароза – 78, лактоза – 42, ксилит – 15. Достигая отдела толстого кишечника, лактоза стимулирует жизнедеятельность бактерий, продуцирующих молочную кислоту, которая подавляет жизнедеятельность гнилостной микрофлоры. На этом принципе основана разработка и производство пребиотиков и синбиотиков.
Установлено, что лактозе присуща серологическая и бифидогенная активность, она оказывает остеогенное и гепазащитное действие. Способствуя усвоению кальция, а также магния и фосфора, лактоза препятствует декальцинированию костей, вследствие чего предупреждается развитие рахита у детей, что особенно важно для растущего организма.
Составная часть лактозы – галактоза необходима для синтеза церебро-зидов и мукополисахаридов, которые являются составляющими элементами тканей смутентной оболочки головного мозга. В организме ребенка глюкоза не может трансформироваться в галактозу. Следовательно, для обеспечения нормального физического и умственного развития детей раннего возраста лактоза должна поступать в организм с пищей (женское молоко или полноценные заменители). Взрослый организм сам обладает способностью синтезировать галактозу из глюкозы крови.
Физиологическое действие лактозы липотропно холину: увеличивая содержание лецитина, она тем самым уменьшает количество нейтральных жиров. Потребление лактозы не приводит к ожирению, как это имеет место при избыточном потреблении сахарозы.
При гидролизе лактозы не образуются токсичные вещества. В целом считают, что потребление лактозы благоприятно сказывается на углеводном, жировом и холестериновом обмене. Продолжительность жизни животных, которым с кормом давали молочный сахар, больше, чем животных, получавших сахарозу. Имеются сведения, что лактоза предохраняет организм от отравления, например аллоксаном, что было доказано на опыте с крысами.
Лактоза обладает также лечебной ценностью. Так, лактоза является мочегонным и послабляющим средством без побочных явлений. Слабительное действие лактозы проявляется при потреблении 2 г на каждый килограмм массы тела. Следовательно, взрослому человеку (80 кг) для этой цели необходимо потребить более 3 л молока в сутки, что значительно больше физиологической нормы (0,5 л молока).
Непосредственное употребление чистого препарата лактозы в пищу является нежелательным из-за незначительной сладости, малой растворимости и твердости кристаллов.
Наиболее целесообразный путь использования лактозы – с молоком и молочными продуктами, а также в качестве наполнителя или основы при производстве медицинских препаратов и продуктов для диетического и функционального питания.
Действующим отраслевым стандартом «Сахар молочный» ТУ 9229-128-04610209–2003 предусмотрен выпуск следующих видов и сортов молочного сахара: сахар молочный фармакопейный; сахар молочный рафинированный: обычный, мелкокристаллический; лактоза пищевая; лактоза пищевая распылительной сушки; сахар молочный пищевой; сахар молочный сырец: улучшенный, высшего сорта, первого сорта; молочный сахар кристаллизат.
Технология получения молочного сахара включает совокупность приемов и методов удаления из сыворотки балластных веществ. Для выделения молочного сахара необходимы перенасыщенные растворы лактозы, что достигается сгущением сыворотки. Кристаллизацией лактозы с обезвоживанием кристаллов, центрифугированием и сушкой получают готовый продукт. При необходимости проводят вторичную кристаллизацию или очистку для улучшения ее качества [479].
Из молочного сахара (лактозы) возможно получение целой гаммы производных: галактоза (медпрепарат), глюкозо-галактозный сироп, лактулоза, лактитол, этанол, метан, полиуретановые пены, лактобионовая кислота и др.
Дисахарид лактулоза (фруктозо-галактозид) – мощный пребиотик (промотор) бифидобактерий, обладающий рядом специфических уникальных свойств. Лактулозу широко используют также как профилактическое и терапевтическое средство при ряде заболеваний. Она считается классическим средством воздействия на метаболизм микрофлоры кишечника.
В последние годы лактулозу применяют при производстве продуктов детского питания, молочно-белковых паст, кисломолочных напитков, хлебобулочных изделий, безалкогольных и алкогольных напитков в качестве пищевых добавок и лечебных препаратов, а также как бифидогенные кормовые средства для молодняка сельскохозяйственных животных.
Органолептические показатели лактулозы и продуктов на ее основе приведены в табл. 1.11а.
Концентрат лактулозы «Лактусан» выпускают в виде сиропа с концентрацией сухих веществ 55%. В качестве сырья используют рафинированный молочный сахар или сахар-сырец не ниже высшего сорта.
Продукт предназначен для использования в качестве бифидогенной пищевой добавки при выработке продуктов питания.
Продукт вырабатывают по технологии, аналогичной технологии производства лактулозы.

Таблица 1.11а – Органолептические показатели лактулозы [479]
Продукт
Консистенция
Вкус и запах

Сироп лактолактулозы
Однородная, слегка вязкая жидкость. Допускается наличие кристаллического осадка лактозы, легко растворимого при нагревании до 60–70°С
Сладкий, чистый, без посторонних привкусов и запахов


Лактулоза пищевая



Концентрат лактулозы «Лактулак»:



«Лактулак-1»



«Лактулак-2»



«Лактулак-3»



Углеводный модуль
«Алкософт»
Однородная, вязкая жидкость. Допускается небольшой осадок лактозы, растворяющийся при нагревании до 75–80°С
Кисло-сладкий, чистый, без посторонних привкусов и запахов


«Лактусан»
Однородная, вязкая жидкость. Допускается небольшой осадок молочного сахара
От кисло-сладкого до сладкого, чистый, без посторонних запахов и привкусов


Диапазон медицинского использования Лактусана очень широк и объясняется это его благотворным влиянием на общий обмен веществ, осуществляемым через толстый кишечник. Наиболее известны аспекты, связанные с его непосредственным влиянием на толстый кишечник (дисбактериозы, кишечные инфекции, запоры), в меньшей степени – опосредованные влияния (холестаз, атеросклероз, сахарный диабет и др.).
В детском питании Лактусан используют в качестве высокоэффективной бифидогенной добавки для новорожденных детей, страдающих от дисбактериоза из-за отсутствия материнского молока, т.е. находящихся на искусственном вскармливании, также после терапии антибиотиками, после перенесения инфекционных заболеваний [480].
При запорах, особенно хронических, из организма не выводятся шлаки и вредные вещества, предназначенные на выброс. Начинается гниение, образование газов, которые закупоривают и растягивают кишку, вызывая боли и спазмы. Кишечник теряет свою эластичность, становится вялым. Кроме того, нарушения стула часто сигнализируют о каком-то неблагополучии в организме, например, об опухоли или полипах в кишечнике, недостаточной работе щитовидной железы, обезвоживании, раздражении слизистой кишечника. Хронические запоры повышают риск развития патологии и злокачественных образований не только в кишечнике, но и в желчном пузыре, желудке, двенадцатиперстной кишке. По виду и консистенции испражнении иногда можно судить о заболеваниях. Например, обилие в них слизи говорит о раздражении кишечника, а черный дегтеобразный стул о язве или эрозии желудка. Еще полвека назад была поставлена задача заменить широко применяемые слабительные средства для лечения хронического запора на менее вредные. Применявшиеся препараты сенны, крушины нельзя признать полностью безвредными, т.к. действующее начало этих препаратов представлено антрахинонами, способными быть причиной колоректального рака. Запоры относятся не только к бытовым неудобствам в жизни человека. Они представляют потенциальную опасность ряда заболеваний. Запоры усиливаются у больных на постельном режиме, особенно у послеоперационных больных вследствие применения анестезии, а также у здоровых людей преклонного возраста.
Заболеванию портально-системная (печеночная) энцефалопатия бычно бывают подвержены люди преклонного возраста, и возникает оно при отказе работы печени. Цирроз печени, на фоне которого оно возникает, может наблюдаться и в молодом возрасте, соответственно и это нервное заболевание может развиться у молодых людей. Нарушения психической и нервной деятельности при этом заболевании могут носить тяжелый характер и быть причиной смерти больного. Механизм, лежащий в основе этого заболевания, состоит в медленном отравлении центральной нервной системы продуктами микробного метаболизма белковых веществ, образующихся в толстой кишке и проникающих в кровь. Здоровая печень обычно обезвреживает эти продукты и очищает от них кровь, потому их действие на центральную нервную систему не проявляется.
Среди токсичных продуктов, поступающих из толстой кишки в кровь, особое место занимает аммиак. Его влияние изучено в наибольшей степени, а состояние больного, выражающееся в избыточном накоплении аммиака в крови, соответственно именуют гипераммонизацией.
Для объяснения механизма действия лактусана в данном случае принимается в расчет его влияние по следующим направлениям:
- ферментация лактусана в толстой кишке под действием бактерий нормофлоры приведет к снижению рН ее содержимого, что затруднит всасывание аммиака из толстой кишки в кровь;
- в присутствии лактусана бактерии толстой кишки не будут использовать аминокислоты для извлечения из них энергии, что резко снижает накопление в толстой кишке токсичных продуктов метаболизма белков;
- лактусан стимулирует синтез бактериальной массы, что приводит к связыванию аммиака в клетках бактерий.
- лактусан может влиять на обмен холестерина, в частности на его уровень в печени и желчи.
Образование камней в печени есть результат нарушения жирового обмена. Механизм влияния лактусана основывается на его способности ускорять кишечный транзит. Профилактика образования камней в печени и желчевыводящих путях, а также лечение хроническою запора представляет собой фактически одно и то же действие на организм, т.к. фактором образования камней в печени являются частые или хронические запоры.
Известно, что при пониженном кишечном транзите происходит накопление в толстой кишке и всасывание в кровь так называемых вторичных желчных кислот. Так как желчные кислоты постоянно находятся в состоянии печеночно-кишечной циркуляции, то при запорах происходит значительное увеличение доли вторичных желчных кислот в составе желчи. Содержание дезоксихолевой кислоты, образующейся в толстой кишке под действием микроорганизмов из холевой кислоты, может достигать 30% от суммы желчных кислот в желчи. Такое высокое содержание дезоксихолевой кислоты в желчи является следствием кишечно-печеночной циркуляции желчных кислот, вызывающей многократное попадание одних и тех же кислот в толстую кишку в течение одного дня.
Нарушение статуса желчных кислот оказывается экологически неблагоприятным для здоровья человека, т.к. избыточное содержание дезоксихолевой кислоты в желчи приводит к повышенному удерживанию холестерина в растворенном состоянии и, следовательно, перенасыщение желчи холестерином. Дезоксихолевая кислота способна удерживать значительно больше холестерина в растворенном состоянии, чем холевая кислота. Перенасыщение холестерином желчи служит основной причиной его кристаллизации. Мелкие кристаллы могут выводиться из печени и желчного пузыря в кишку, но иногда возникают условия для роста отдельных индивидуальных кристаллов холестерина, т.е. образования камней и их роста.
При ускорении кишечного транзита и вследствие подкисления среды в толстой кишке трансформация первичных желчных кислот во вторичные приостанавливается, и через какое-то время анализ желчи показывает снижение уровня дезоксихолевой кислоты.
Этот аспект применения лактусана при почечной недостаточности и азотемии основывается на том, что часть азотистых шлаков, продуктов катаболизма белков, выделяется не через почки, а через кишечник.
Лактусан оказывает и общее оздоравливающее действие на стареющий организм. Один из факторов старения человека в современной жизни – его практика неправильного питания в течение многих лет. Это, прежде всего, относится к недостаточному потреблению пищевых волокон. Лактусан по своему действию представляет собой один из важнейших компонентов пищевых волокон – ферментируемые углеводы. Главное направление его действия – подкисление содержимого толстого кишечника.
Показано, также, что в качестве вещества, обладающего пребиотическим действием с успехом используется лактилол (4-О-бета-D-галакто-пиранозил-D-сорбит). Это связано с тем, что, попадая в толстую кишку без изменений, он используется микрофлорой кишечника как источник энергии [15, 285].
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. 1.16. Механизм позитивного действия лактитола в организме [15]
По типу метаболизма лактитол похож на пищевые волокна (рис. 8), он не гидролизуется и не всасывается в желудке и тонком кишечнике, а в толстом кишечнике ферментируется сахаролитической микрофлорой, преобразовываясь в низшие жирные кислоты, углекислый газ, водород и биомассу.
На основании результатов проведенных исследований [463] было доказано, что лактитол избранно действует на бифидобактерии и лактобациллы, это в целом вызывает понижение уровня рН толстой кишки за счет снижения роста гнилостных бактерий, отвечающих за синтез проканцерогенных ферментов.
Влияние лактитола на кишечную флору изучено in vitro и in vivo у человека и животных. При лечении печеночной энцефалопатии, цирроза и гепатита лактитол способен изменять соотношение протеолитических и сахаролитических бактерий в пользу последних, что приводит к значительному уменьшению концентраций эндотоксина у пациентов [569]. Образующиеся при ферментации лактитола жирные кислоты активно всасываются и метаболизируются в организме, не влияя на уровень глюкозы и инсулина в крови. Поэтому лактитол служит неинтенсивным сахарозаменителем в продуктах питания для больных сахарным диабетом.
Лактитол практически не окисляется бактериями, присутствующими в полости рта, что предотвращает образование зубного налета и кислотной среды. В этой связи он рассматривается как «дружественный по отношению к зубам» [285]. Лактитол не влияет на экскрецию мочи или кальциевый обмен, поэтому не препятствует всасыванию кальция, его обмену в костной ткани или удерживанию его в почках. Уровень кальция в плазме также остается неизменным [569].
В научной литературе [15, 597] имеются ссылки на сравнение лактитола с другими пребиотиками. Компанией «PURAC biochem bv» были проведены исследования для сравнения пребиотиков лактитола и инулина. По результатам исследований оба пребиотика оказали позитивное влияние на уменьшение скорости роста патогенной микрофлоры. Также было установлено, что по сравнению с инулином лактитол менее гигроскопичен. Главным преимуществом лактитола стала его устойчивость к воздействию высоких температур, низких значений рН, по сравнению с инулином. Эти свойства позволяют использовать лактитол для пищевых продуктов, подвергающихся воздействию высокотемпературной обработки, в то время как инулин претерпевает при этом значительные изменения (частично разрушается), что снижает пребиотический эффект [580].
В качестве вещества, обладающего пребиотическим действием, лактитол может использоваться как самостоятельно, так и для производства синбиотических продуктов. Исследования, проведенные на базе Стэндфордского университета (Великобритания), доказали, что пребиотический эффект лактитола усиливается при ежедневном приеме 20 г препарата, причем его можно вводить в рацион детей с 1 года, в количестве 2,5 г [579, 632, 638]. Доказано, что внесение лактитола увеличивает жизнеспособность микроорганизмов закваски в течение всего срока годности продукта.
Учитывая позитивное воздействие лактусана и лактитола на рост пробиотических культур, их целесообразно использовать при производстве кисломолочных продуктов для функционального питания [586].

1.7 Пробиотики на основе аллохтонных микроорганизмов
Многочисленные исследования показали, что пробиотический эффект, а именно «полезное действие на хозяина путем улучшения его кишечного микробного баланса», способны оказывать не только автохтонные микроорганизмы, типичные для экосистемы кишечника и постоянно присутствующие в ней, но и некоторые группы аллохтонных (транзиторных, не колонизирующих пищеварительный канал) микроорганизмов, которые не являются нормофлорой желудочно-кишечного тракта. Такие свойства обнаруживаются у культуры дрожжей Saccharomyces boulardii, бактерий рода Bacillus, Brevibacillus, Clostridium, Sporolactobacillus [109, 440, 603,678].
Представители микрофлоры желудочно-кишечного тракта очень чувствительны к действию неблагоприятных факторов. Поэтому для профилактики нарушений в медицине и ветеринарии традиционно используются их культуры на сквашенном молоке. Для этих же целей в ветеринарии предложено много препаратов, замещающих молочнокислые культуры, но пока еще не получивших однозначной оценки: большинство из них не стандартизированы, легко инактивируются, имеют короткий срок годности. На кафедре фармакологии МВА ведутся исследования по сравнительной оценке имеющихся средств и созданию более совершенных препаратов [334].
Дольше всех в истории человечества из пробиотических аллохтонных микроорганизмов известны спорообразующие бактерии рода Bacillus (а именно Bacillus subtillis). Их используют для приготовления японских соевых бобов натто, корейской соевой пасты мейзу, западноафриканских приправ огири и сумбала, обладающих высокой вкусовой и питательной ценностью в рамках национальных вкусовых привычек [453]. Благотворное влияние этих продуктов на организм человека было известно задолго до обнаружения И.И. Мечниковым в начале XX века полезных свойств молочнокислых продуктов с живыми лактобактериями. Позднее обнаружили, что некоторые штаммы Bacillus subtilis угнетают рост плесневых грибов, инактивируют микотоксины, чем обеспечивают длительное хранение зернобобового сырья, снижают риск пищевых отравлений и токсикоинфекций, улучшают пищеварение и влияют на защитные силы организма.
Эти наблюдения способствовали росту популярности спорообразующих бактерий в качестве пробиотических микроорганизмов. Однако сдерживающим фактором их широкого использования является близкое родство с патогенными и токсигенными видами (Bacillus anthracis, Clostridium bo-tulinum и Cl. perfringers) [406].
Использование методов генной инженерии позволяет осуществить новый подход к получению лечебно-профилактических препаратов для конструирования пробиотиков из сапрофитных трансформированных штаммов бацилл. Выбор сапрофитных бацилл в качестве бактериального вектора оправдан, так как бациллы не проявляют токсичности даже в дозах, в 1000 раз превышающих рекомендуемые [42; 199].

1.7.1 Распространение аэробных спорообразующих бактерий
Спорообразующие бактерии широко распространены в природе в связи с тем, что они являются типичными космополитами, способны образовывать споры и имеют высокие адаптивные свойства. Бациллы прекрасно себя чувствуют в самых различных условиях и активно участвуют в биологических процессах [84].
В большом количестве они находятся в почве. Бациллы, содержащиеся в почве, отличаются меньшими размерами клеток, чем в лабораторной культуре. Наряду с обычными палочковидными клетками встречаются клетки в виде кокков, которые жизнеспособны и при определенных условиях приобретают форму палочки, свойственную данному виду [231]. Экология и содержание бацилл в почвах зависят от состава почвы, ее адсорбционных свойств, температуры, уровня почвенных вод, растительного покрова и др.
В почвах на юге страны, где активно идут процессы нитрификации, преобладают Bac. subtilis, Bac. mesentericus, Bac. megaterium, Bac. idosus и другие виды, легко усваивающие минеральные источники азота [275, 272, 281].
Эти бациллы в большом количестве содержатся в черноземе (Mishustin, 1968). В бурых и сероземных почвах сухих степей их количество не превышает 10 %. В дерново-подзолистых почвах и в тайге бациллы встречаются редко и их количество не превышает 1%. Bac. subtilis активно размножаются в почвах с глубоким уровнем почвенных вод, а в почвах с низким уровнем (35–84 см) преобладает Bac. ctreus [183].
По данным Э.К. Африкян (1954), с увеличением содержания в почве Bac. subtilis количество Bac. mуcoides уменьшается. По мнению автора, это связано с антагонистическими взаимоотношениями между этими бациллами. Спорообразующие бактерии могут находиться в почве, как в состоянии спор, так и в виде вегетативных клеток. При уменьшении в почве органических веществ образуются споры. При увеличении в почве органических соединений споры могут трансформироваться в вегетативные клетки. Понижение температуры почвы до 0°С также сопровождается образованием спор [281]. Поэтому максимальное количество спор наблюдается в почве в осенне-зимний период.
В кислых почвах Bac. subtilis преимущественно (до 70%) находится в виде вегетативных клеток, а в щелочных их количество составляет всего 10–30%. В присутствии почвенных грибов активизируется размножение клеток бацилл и прорастание спор [589].
Аэробные спорообразующие бактерии входят в состав эпифитной микрофлоры многих растений [159]. Распространение этих бактерий зависит от видового состава растений. В ризосфере риса, ячменя, кукурузы активно развивается Bac. subtilis.
Бациллы довольно часто встречаются в воде озер, морей и океанов. Согласно исследованиям Denis (1971), от общего количества штаммов бактерий, выделенных в водах Атлантического океана, Северного и Средиземного морей бацилл содержится до 8%. Спектор выделенных бацилл включает 17% морских экотипов Bac. Subtilis и 42% Bac. cereus, Bac. pumilus, Bac. polymyxa, Bac. macerans.
По результатам исследований Коцур и Мартинеу (1961), Е.Н. Мишустина (1974), Bac. cereus, Bac. subtilis и Bac. megoterium в большом количестве содержатся в воде рыбоводных прудов. Из воды открытых водоемов в 80% случаев выделяется Bac. cereus [330]. Аэробные бациллы в значительных количествах содержатся и в микрофлоре воздуха. В воздухе имеются бациллы, способные вызывать гемолиз эритроцитов человека и лабораторных животных.
Таким образом, аэробные спорообразующие бактерии широко распространены в природе благодаря тому, что обладают высокими адаптивными свойствами и могут существовать в экстремальных условиях.
Изучению спорообразующих бактерий, находящихся в пищевых продуктах, посвящено много работ. По данным В.А. Мерзаева (1959), Bac. subtilis и Bac. mesentericus содержатся в молочных, зерновых и других продуктах.
Из общего количества бацилл, обнаруженных в мясных полуконсервах, 26% составляют Bac. subtilis [326].
Согласно исследованиям Afifi и Muller (1975), Bac. subtilis выделялись из колбас, кондитерских изделий, рыбных продуктов. Термическая обработка продуктов даже при температуре 120°С в течение 1 ч не убивает споры.
По данным Jonescu (1966), Bac. subtilis в молоке содержались в количестве 103 микробных клеток в 1 мл. Отдельные штаммы Bac. subtilis, выделенные из молока, обладали устойчивостью к антибиотикам. Bac. subtilis, выдерживающие пастеризацию, при охлаждении молока активно размножаются и отрицательно влияют на его качество [708].
Бациллы выделяли и из вареных колбас [664]. После термической обработки в вареной колбасе преобладала Bac. subtilis [662].
Согласно исследованиям [162], в фарше бактерий содержалось от 106 до 1010 клеток/г, а при хранении в течение 48 ч при температуре 4°С их количество увеличивалось в 2–8 раз.
Rogers (1988) выделил 95 штаммов бацилл из теста, пшеничной муки и зерен пшеницы.
Bac. subtilis. и Bac. mesentericus выделяли из алкогольных напитков, кондитерских изделий, консервов, пищевых дрожжей, сахара, хлебобулочных изделий [202, 263, 617, 655, 1963].
На основе Bac. coagulans производятся пробиотические йогурты торговой марки enLiven (Enliven), а также безмолочный кефир серии KeVita (США) (Kevita).
Таким образом, бактерии рода Bacillus имеют широкое распространение не только в природе, но и в пищевых продуктах. Анализ данных литературных источников указывает на то, что в продуктах питания из бацилл преобладает Bac. subtilis.
Аэробные спорообразующие бактерии – перспективная для современной биотехнологии группа микроорганизмов, среди которых обнаруживаются все новые и новые продуценты самых разнообразных биологически активных веществ. Особый интерес для создания новых пробиотических препаратов представляет Bac. subtilis. С использованием этой бациллы созданы десятки новых пробиотических препаратов. В связи с этим возникает необходимость в дальнейшем изучении влияния Bac. subtilis на обменные процессы, иммунный статус человека и животных, микробиоценозы органов пищеварения, в выяснении природы токсинов этих бактерий и их генной регуляции, возможности обмена генетической информацией с другими видами бактерий.

1.7.2 Краткая характеристика аллохтонных микроорганизмов
Бациллы (лат. Bacillus) – обширный (около 217 видов) род строго аэробных или факультативно анаэробных хемоорганогетеротрофных палочковидных бактерий, образующих внутриклеточные термоустойчивые эндоспоры [31]. Особенностью этой группы бактерий является широкий диапазон оснований ДНК 32-69 мол. % гуанина и цитозина. Размножаются поперечным делением клеток. Ветвление и почкование клеток как способ размножения не отмечены. Поперечный размер клеток варьирует в пределах 0,4–2 мкм. Вегетативные клетки имеют вид прямых или слабоизогнутых палочек с параллельными сторонами и округлыми концами, которые в редких случаях резко обрезанные.
Расположение клеток различное – от одиночных до длинных цепочек. За исключением сибиреязвенной бациллы бактерии этого рода подвижные, снабжены перитрихиально расположенными жгутиками.
Большинство видов является грамположительными бактериями, часть – грамвариабильными. Клетки хорошо окрашиваются обычными анилиновыми красками. Ни один представитель рода не является типично кислотоустойчивым организмом. У многих видов отмечается наличие внутриклеточного жира, гликогена, волютина и других включений. Капсула встречается лишь у сибиреязвенной бациллы и некоторых других видов при специфических условиях роста.
Большинство видов, исключая некоторые, главным образом энтомопатогенные формы, хорошо растут на мясопептонном агаре (МПА) при реакции среды, близкой к нейтральной. Отдельные виды развиваются в щелочной среде и требуют особых источников азота или углерода.
Культуральные особенности видов, выросших на разных средах, резко различны. На твердых питательных средах образуются колонии от 1–2 до 5 мм и более в диаметре: гладкие, зернистые, пленчатые, складчато-морщинистые и сухие, слизеобразующие и пастообразные с характерной структурой края. При развитии на жидких средах обнаруживается тенденция к образованию поверхностной пленки. Встречаются виды, образующие на поверхности агаризованных сред подвижные колонии.
Большинство видов активно продуцируют ферменты, гидролизующие белки, крахмал и другие субстраты. Многие виды обладают антагонистическими свойствами и бациллы вырабатывают антибиотики полипептидной природы. Отдельные виды нуждаются в присутствии витаминов, аминокислот и других дополнительных факторов роста. Кислоту и газ продуцируют лишь бактерии некоторых видов, все остальные при росте на углеводах образуют кислоты. Оптимальная температура роста обычно варьирует в пределах 30–40° С. Встречаются виды, развивающиеся при температуре ниже 12°С и выше 50°С.
До 1991 года в род Bacillus входило большое количество весьма несхожих видов, как на генотипическом уровне, так и на уровне фенотипа (Internacional Journal of Systematic Bacteriology, 1997). Сравнения нуклеотидных последовательностей 16S рРНК 51 вида выявило по крайней мере 5 филогенетических групп. Хорошо изучены только те виды, которые имеют практическое значение (патогенные, бродильные формы, продуценты различных антибиотиков, ферментов и т.д.). Вопросы систематики спорообразующих бактерий изучались специалистами прикладных наук для диагностических целей, в основном санитарно-гигиенического назначения. Систематика рода Bacillus претерпела большие изменения за прошедшее время в связи с разъяснением филогенетических отношений внутри семейства Bacillaceae.
Представители Bacillus отличаются высоким и разнообразным спектром биологической активности. Часто обладая явным антагонизмом к патогенным микроорганизмам, они продуцируют целый ряд ферментов, лизирующих крахмал, пектины, целлюлозу, жиры, белки, производят различные аминокислоты и антибиотики [413, 496, 590]. Пробиотические препараты разработаны на основе таких видов, как coagulans, subtilis, clausii, cereus, toyoi, lichemiformis, mesentericus, polymyxa, amyloliquefaciens и др. [605] (табл. 1.12).
Bacillus subtilis (сенная палочка) – грамположительные крупные палочки (рис. 1.17.) с закругленными концами (1,0–1,3Ч4,6–5,5 мкм). Температура роста, °С: минимальная 5–20, оптимальная – 37±1, максимальная – 45–55. Споры размером 0,8Ч1,2 мкм, эллиптической или цилиндрической формы, расположены центрально.
Факультативный аэроб. На жидких питательных средах образует пленку серовато-белого цвета; на плотной питательной среде образует R-форму –


Р и с 1.17. Ваcillus subtilis
[Microbe Wiki]

складчатые колонии телесного цвета с изрезанными краями размером 3Ч5 мм, легко снимающиеся петлей. Разлагает глюкозу на кислоту, ацетон, газ не образует. Окрашиваемость вегетативных клеток по Граму, спор – по Цилю-Нильсону. Являются нормальными обитателями кишечника человека и животных. Широко распространены в природе. Обнаруживаются в пресной и морской воде, в почве (особенно в загрязненной фекалиями и навозом). Участвуют в процессах аммонификации (разложении белков и нуклеиновых кислот), минерализуют органические соединения азота, обеспечивают пополнение запасов минерального азота в почве. Являясь обитателями ризосферы, могут ингибировать рост растений. Являются продуцентами биологически активных веществ – ауксинов. Используются при биологической переработке и обеззараживании фекальных нечистот и сточных вод на полях ассенизации, орошения. Восстанавливают железо. Патогенны для гусениц тутового шелкопряда – вызывают кишечный токсикоз. При снижении иммунной защиты у человека и животных вызывают гнойно-вос-палительные процессы. Часто обнаруживается в сыром молоке, а также молочных продуктах. Способствуют ферментации молочного белка, в результате которой образуются вещества с горьким вкусом и продукт теряет свои вкусовые качества [31].


Р и с. 1.18.Ваcillus polymixa
[Microbe Wiki]

Bacillus polymixa – палочковидная бактерия размером 2–5Ч0,6–0,8 мкм (рис. 1.18), формирует термостабильную овальную эндоспору, превышающую размер клетки (клетка имеет форму лимона). Синтезируют леван из сахарозы, формируют слизистую капсулу. Растет на простых питательных средах. На агаризованных питательных средах формируют бесцветные, плоские или выпуклые, гладкие и слизистые колонии с пильчатым краем.
Образует каталазу, гидролизирует казеин, желатин и крахмал. Некоторые штаммы способны гидролизовать целлюлозу. В аэробных условиях разлагает пектиновые вещества, которые склеивают клетки деревенеющих растений. Деятельность этих микробных клеток проявляется при замачивании льна, конопли и других подобных растительных культур. Бациллы участвуют в процессах восстановления марганца, являются азотфиксаторами. Некоторые штаммы являются продуцентами полисахаридов, лектинов, полипептидных антибиотиков – полимиксинов.
Bacilius licheniformis – палочковидные, грамположительные бактерии (рис. 1.19.), в почве образуют споры, что используется в промышленных целях для производства ферментов, антибиотиков (бацитрацин), моющих средств и метаболитов, обладающих фунгицидным действием.


Р и с. 1.19. Ваcillus licheniformis
[Microbe Wiki]

Оптимальная температура роста (37±1)°С. Факультативный анаэроб. На МПБ (pH 7,3±0,1) через 24 ч инкубирования образует помутнение среды, на поверхности – сухую пленку; на МПА (7,3 ± 0,1) – слабо выпуклые сухие колонии вытянутой звездчатой формы с неровными краями диаметром 4–6 мм, врастающие в питательную среду. Реакция Фогес-Проскауэра положительная. Ферментирует глюкозу с образованием кислоты и газа. Редуцирует нитраты, образует газ в среде для нитрификации в анаэробных условиях. Утилизирует пропинат. Гидролизует крахмал. Расщепляет аргинин. Не образует индол, лецитиназу, кислоту в лакмусовом молоке.
Содержание гуанина и цитозина в ДНК составляет около 46,2 моль%. Производит протеазы устойчивые к высокому уровню рН.
Эндоспоры эллипсоидные, расположены центрально, не выходят из размеров спорангия, очень устойчивы к температурным, радиоактивным и химическим факторам.
В большом количестве находится в пыли и на птичьих перьях. Загрязненные Bacillus licheniformis молочные продукты, овощи, хлебобулочные и колбасные изделия вызывают пищевую токсикоинфекцию.


Р и с. 1.20. Ваcillus cereus
[Microbe Wiki]

Bacillus cereus – грамположительные спорообразующие палочки (0,5–2,5Ч1,2–10 мкм). Подвижные, перитрихи. Располагаются цепочкой или штакетообразмыми скоплениями, реже в виде одиночных клеток (рис. 1.20.). Аэробы или факультативные анаэробы. Споры в спороносной клетке распологаются эксцентарично, при этом клетка приобретает веретенообразную форму. Наиболее распространенные в почве микроорганизмы. Являются условно патогенными. Нередко обнаруживаются в молоке и молочных продуктах. Микроорганизмы этого вида при размножении в продуктах (в т.ч. молочных) способны вызывать пищевые отравления.
Bacillus coagulans – представлены грамположительными, спорообразующими, подвижными палочками (0,9Ч3,0–5,0 мкм). Факультативный анаэроб. В процессе культивирования образует молочную кислоту (рис. 1.21.). Оптимальная температура роста 30–55°C. Имеет статус GRAS «В целом безопасные» для производства медикаментов в ветеринарных и медицинских целях.


Р и с. 1.21.Ваcillus coagulans
[Microbe Wiki]

Часто используется в ветеринарии в составе пробиотиков для свиней, крупного рогатого скота, птиц, а также в аквакультуре. Литературные данные свидетельствуют об эффективности применения Bacillus coagulans при синдроме раздраженного кишечника, кольпите, для повышения иммунного ответа [28]. Один штамм (Bacillus coagulans GBI-30, 6086) оценен по безопасности в качестве пищевого ингридиента, используется при производстве йогуртов и кефира.


Р и с. 1.22. Ваcillus clausii
[Microbe Wiki]

Bacillus clausii - грамположительная, аэробная, эндоспорообразующая, факультативная палочко-видная бактерия (рис. 1.22.). B. clausii продуцирует каталазу и оксидазу, гидролизует желатин и крахмал, восстанавливает нитраты, растет при температуре от 30 до 50°C и в присутствии NaCl (до 10%). Совокупное содержание гуанина и цитозина в ДНК составляет около 43 моль% [656].
Часто обнаруживаются как составляющие микрофлоры почвы, используются в промышленности и биотехнологии в производстве щелочной протеазы и ксиланазы [560, 627]. Наряду с прочими спорообразующими бациллами является важным для человека пробиотиком [677].


Р и с. 1.23. Вrevibacillus
[Visualphotos]

Род Brevibacillus. Этот род аэробных спорообразующих бактерий возник после повторной генетической классификации штаммов, ранее входивших в группу Bacillus brevis [682]. В настоящее время все 10 видов (brevis, agri, centrosporus, choshinensis, parabrevis, reuszeri, formosus, borstelensis, latero-sporus, thermoruber) официально признаны как представители рода Brevibacillus (рис. 1.23.). Пробиотические свойства представителей рода Brevibacillus исследованы мало. Тем не менее, на основе бревибацилл уже созданы два пробиотика (см. табл. 1.12). Было обнаружено, что культура Br. laterosporus обладает ларвицидной активностью, Br. Magula вырабатывает антибиотик грамицидин, а штаммы Br. agri, Br. brevis и Br. laterosporus даже опасны для человека. Показано, что штаммы Br. laterosporus отличаются значительным генетическим разнообразием – у 29 из них были выделены 14 отдельных фрагментов на хромосоме [711].
Род Clostridium. Спороносные бактерии, клетки которых при спорообразовании раздуваются в центре и приобретают форму веретена (Clostridium; от греч. kloster – веретено). В большинстве – анаэробы и хемоорганотрофы с бродильным типом метаболизма. Одни виды сахаролитические, другие – протеолитические, третьим свойственны в разной степени те и другие качества. Некоторые виды фиксируют азот, сульфаты не восстанавливают, каталазы обычно не образуют. Встречаются в почве, осадках водоемов и в пищеварительном тракте человека и животных [233]. В настоящее время описан 61 вид, но только 12 из них патогенные микроорганизмы.
Клинически значимые виды клостридий – C. tetani, C. botulinum, C. perfringens, C. chauvoei, C. septicum, C. novyi, C. histoliticum, C. sordelli, в вегетативном состоянии секретируют мощные экзотоксины, вызывая такие очень тяжелые заболевания человека и животных, как столбняк, ботулизм, газовая гангрена, пищевые токсикоинфекции.
Еще один вид – C. difficile опасен тем, что он, часто обитая в толстом кишечнике, при лечении антибиотиками может вызывать серьезную инфекцию – псевдомембранный колит [636]. А C. chauvoei вызывает эмфизематозный карбункул у крупного рогатого скота. Вместе с тем, другие виды клостридий входят в состав нормальной микрофлоры кишечника человека и животных, достигая уровня численности 8,1 x 109 КОЕ/г [228].
Пока только три вида Clostridium – С. thermocellulolyticus, C. locheadii [440] и C. butyricum [660], являются компонентами пробиотиков.
Последний из них был найден доктором Miyairi еще в 1938 г. и поныне популярен в Японии и Корее [666].


Ри с. 1.24. Clostridium butyricum
[Microbe Wiki]

Clostridium butyricum – это типовой представитель рода Clostridium (рис. 1.24). Нередко встречается в молоке, натуральных и плавленых сырах, молочных консервах. Способен вызывать пороки вкуса, запаха и консистенции молочных продуктов, вспучивание сыров. Микроорганизмы данного вида представляют собой крупные прямые или слегка искривленные палочки, толщина которых колеблется от 0,7 до 1,9 мкм, а длинна – от 3,5 до 7,0 мкм. Клетки распологаются обычно по одиночке или парами, реже в коротких цепочках. Споры в спороносных клетках распологаются эксцентрично, при этом спороносная клетка слегка раздувается. Спора овальная (Клив де В. Блэкберн, 2010).
Ри с. 1.25. Saccharomyces boulardii [Microbe Wiki]
Род Sporolactobacillus. Клетки прямые, подвижные, грамположительные, образуют эндоспоры. Хемоорганотрофы. Метаболизм бродильный. Гексозы расщепляют по типичному гомоферментативному пути с образованием одной лишь молочной кислоты. Каталазу не образует. Факультативно анаэробные или микроаэрофильные бактерии с температурой роста 25 - 40°C. (Kitahara,196). К настоящему времени извесны 8 видов Sporolactobacillus – Sp. dextrus, Sp. inulinus, Sp. kofuensis, Sp. laevis, Sp. lactosus, Sp. nakayamae, Sp. terrae, Sp. vineae. Для этого рода мольное содержание G+C пар составляет 43–47%.
Первоначально представителей Sporolactobacillus относили к роду Lactobacillus, но впоследствии их повысили до статуса рода, но уже в семействе Bacillaceae. Различие Sporolactobacillus от рода Lactobacillus было выявлено по исследованию ДНК-ДНК гибридизации (Dellaglio 1975). Кроме того, жирнокислотная конфигурация и изопреноид-хиноновые компоненты клеток Sporolactobacillus оказались общими с группой Bacillus и отличались от таковых у Lactobacillus [552].
В настоящее время несколько штаммов Sp. inulinus и Sp. vineae в Китае и Южной Корее имеют патенты пробиотических культур. Препараты, содержащие эти штаммы, находятся на стадии опытной серии.
Дрожжи представляют собой одноклеточные крупные (3,0–5,3Ч3,5–12,0 мкм) неподвижные микроорганизмы (безмицелиальные грибы) круглой, овальной или продолговатой формы. Широко распростанены в природе. Они содержатся в почве, растениях, силосе, окрудающем воздухе. Нередко они присутствуют на оборудовании, откуда дрожжи попадают в молоко, производственные закваски, различные молочные продукты. Содержание дрожжей в молоке обычноот 100 до 10000 в мл, но может резко возрасти при скармливании коровам кормов на основе дрожжевой биомассы или обогащенных дрожжами кормов. Дрожжи используются при производстве ацидофильно-дрожжевого молока, молочного кваса, выработке кумыса и кефира. Излишнее развитие дрожжей может привести к появлению пороков молочных продуктов (дрожжевой вкус, вспучивание заквасок, бомбаж сгущенного молока). Дрожжевая микрофлора сырого молока довольно разнообразна, но чаще всего присутствуют дрожжи родов Candida, Torulopsis, Saccharomyces.
S.boulardii – овальные или сферические, реже удлиненные клетки диаметром до 10 мкм, соединены по два или в небольшие группы; мицелия не образуют. Эти непатогенные дрожжи выделены из тропических плодов личи в Индонезии (рис. 1.25.). Содержание гуанина и цитозина в ДНК составляет 26–48моль%. Оптимальная температура роста 37°C. В лиофилизированном виде применяются в качестве активного вещества в противодиарейных, антимикробных лекарственных препаратах. Клинические и эксперементальные исследования S.boulardii продемонстрировали иммуномоделирующий, противовоспалительный, антимикробный, ферментный, метаболический и антитоксический эффект. [28, 215].

1.7.3. Фармакологические аспекты применения биоэнтеросептиков
Способность некоторых микроорганизмов элиминироваться после оказания пробиотического действия привела к разработке препаратов нового поколения – так называемых биоэнтеросептиков (самоэлиминирующихся антогонистов) [226, 258]. На сегодняшний день в мире насчитывается около 60 препаратов, созданных на основе аллохтонных микроорганизмов, в т.ч. разработанных российскими учеными на основе представителей рода Bacillus и других спорообразующих бактерий для нужд медицины и ветеринарии (таб. 1.12.).
Механизм действия пробиотиков в достаточно полной форме был обоснован многими авторами (Тимошко, 1990; Слабоспицкая и др., 1990; Экпиньонг, 1990; Соколов и др., 1997; Шендеров и др., 1997;  Шевченко, 2001; Беркольд, Иванова, 2006; Ноздрин и др., 2006).
Пробиотики при введении в организм ведут себя как своеобразный «биореактор», осуществляющий синтез биологически активных веществ с последующей их «доставкой» к сайтам-мишеням макроорганизма.
При приеме препарата начинают выделяться биологически активные вещества и функционировать системы микробных клеток, оказывающие как прямое действие на патогенные и условно патогенные микроорганизмы, так и опосредованное – путем активации специфических и неспецифических систем защиты макроорганизма. В этот же период бактериальные клетки пробиотика, которые могут рассматриваться как биокатализаторы многих жизненно важных процессов в пищеварительном тракте, активно продуцируют ферменты, аминокислоты, антибиотические вещества и другие физиологически активные субстраты, дополняющие комплексное лечебно-профи-лактическое действие.
Последние данные по изучению механизма действия пробиотиков из бацилл свидетельствуют о том, что помимо локального действия во внутренних открытых полостях макроорганизма, где потенциальными мишенями являются клетки, выстилающие слизистые, бациллы могут в течение 5–10 мин персистировать в крови, проникая в органы и ткани, осуществляя к ним доставку БАВ, в частности пептидных антибиотиков [412, 441].
Штаммы в составе пробиотических препаратов отбираются по выраженности антагонистических свойств к патогенной микрофлоре. Они продуцируют большое количество антибиотических и других веществ, подавляющих многие патогенные микроорганизмы. Количество антибиотиков, продуцируемых аэробными спорообразующими бактериями рода Bacillus, приближается к 200, а видом B.subtilis – около 70 (выделено и описано к настоящему времени) [412]. Ни один пробиотик из представителей автохтонной флоры не обладает таким мощным антагонистическим действием на патогенную и условно патогенную микрофлору.
Биоэнтеросептики рекомендуют вместо антибиотиков для вытеснения патогенной микрофлоры, особенно при острых кишечных инфекциях. В отличие от готовых антибиотиков, к споровым пробиотикам не возникает привыкания и не вырабатывается устойчивости у болезнетворных микроорганизмов, поскольку бациллы продуцируют не отдельные антибиотики, а «семейства» пептидных антибиотиков сходных по базовой структуре, но отличающихся по концевым группировкам. Антибиотическое действие их оказывается разнообразным, а формирование устойчивых вариантов микроорганизмов замедленным [469]
Таблица 1.12 – Биопрепараты на основе аллохтонных микроорганизмов [29, 94, 221, 352]

Название
препарата
Производитель
Действующее начало
Форма
выпуска
Область
применения

Зарубежные

1
Анимавит (Animavit)
KRKA,
Словения
Bacillus subtilis CBS 117162
(4 x 109 КОЕ/г)
Порошок
Ветеринария

2
Бактисубтил
(Bactisubtil)
Hoechst Marion Merrell S.A. Bourgoin-Jallieu, Франция
B. cereus IP 5832 (АТСС 14893)
(1 x 109 КОЕ/г)
Капсула
Медицина

3
Флонивин БС
ICN Galenika, Югославия
(ныне Galenika A.D., Черногория)
B. cereus IP 5832
(1 x 109 КОЕ/г)
Капсула
Медицина

4
Bio-vita, Miyarisan
Vita, Miyarisan-FG
Nupharm Co., Ltd,
Южная Корея
B. cereus шт. IP 5832, B. subtilis и
Lb. Sporogenes (Bacillus coagulans)

Медицина

5
БиоПлюс 2Б (С, Б)
Biochem Gmbh, Германия
ООО «БиоПрогресс»,
Россия (Воронеж)
B. subtilis DSM 5750 (СН201)
(1,6 x 109 КОЕ/г),
B. licheniformis DSM 5749 (СН200) (1,6 x 109 КОЕ/г)
Порошок
Ветеринария

6
Biosaf SC 47
IRMM, Geel
Бельгия
Saccharomyces cerevisiae
NCYC Sc 47
(5 x 109 КОЕ/г)
Порошок
Ветеринария

7
Биоспорин,
бактерин-СЛ,
гинеспорин,
эндоспорин, БПС-44
Украина
B. subtilis ВКПМ 2335
бактерин-СЛ, (NB 2335), (3 x 109 КОЕ/г) B. licheniformis, ВКПМ 2336 (NB 2336) (1 x 109 КОЕ/г)
Таблетки Флаконы
Медицина
Ветеринария

8
Biosubtyl
«Nha Trang»
Nha Trang, Вьетнам
Biophar Co. Ltd., «B. subtilis» (B. pumulis) (1 x 106 КОЕ/г)
Пилюли
Медицина
Ветеринария

9
Biosubtyl «DL»
NationalInstitute of Vaccines and Biological Substances, Da Lat, Вьетнам
«B. subtilis» (B. Cereus)
(1 x 108 КОЕ/г)
Порошок
Медицина
Ветеринария

10
Biosprint®
ProSol SPA
Италия
Saccharomyces cerevisiae
BCCM / MUCL 39885
(1 x 109 КОЕ/г)
Кормовая добавка
Ветеринария

11
Bio-three

Cheil Jedang Corp,
Южная Корея
B.mesentericus Toa (1 x 105 КОЕ/г), Clostridium butyricum Toa (1 x 106 КОЕ/г), Strep. faecalis T-110
(1 x 107 КОЕ/г)
Таблетки гранулы
Медицина

12
Domuvar
Consorzio Farmaceutico e
Biotecnologico Bioprogress
a.r.i., Anagni-FR, Италия
«B. subtilis» (B. Clausii)
(1 x 109 КОЕ/г)
Флаконы
Медицина

13
Enterogermina
Sanofi Winthrop, Milan, Италия
«B. subtilis» (B. Clausii)
(2 x 109 КОЕ/г)
Флакон
Медицина

14
Enterol 250
Laboratories BIOCODEX,
Франция
Saccharomyces boulardii A07FA02
250 мг
Капсулы
Медицина

15
Esporafeed Plus
Norel, S.A. Madrid
Испания
Bacillus cereus CECT 953
(1 x 109 КОЕ/г)
Кормовая добавка
Ветеринария

16
Flora-Balance
Flora-Balance, Montana, США
Brevibacillus laterosporus
Капсулы
Медицина

17
Lactipan plus
Istituto Biochimico Italiano. S.p.A, Milan, Италия
«L. sporogenes» (Bacillus coagulans)
(2 x 109 КОЕ/г)
Капсулы
Медицина

18
Lacbon, Lacris
Uni-Sankyo, Япония
«L. sporogenes» (Bacillus coagulans)
(2 x 109 КОЕ/г)
Капсулы
Медицина

19
Lactospore
Sabinsa Corp., Piscataway, NJ, США
«L. sporogenes» (Bacillus coagulans)
(6-15 x 109 КОЕ/г)
Капсулы
Медицина

20
Levucell SC20®
CRL-FA, Geel
Бельгия
Saccharomyces cerevisiae CNCM I-1077 (CNCM I-1079)
Кормовая добавка
Ветеринария

21
Medilac
Hanmi Pharmaceutical Co Ltd., Корея и Китай
B.subtilis R0179, (1,5 x 107 КОЕ/г)
Streptococcus faecium
(1,3 x 108 КОЕ/г)
Гранулы
Медицина

22
Miyarisan
Miyarisan-рharmaceutical
Co, Ltd, Япония
Clostridium butyricum miyari II588
(
·3x105 КОЕ/г)
Таблетки
Медицина

23
Miyairi S (P)
Handong Co, Южная Корея
Clostridium butyricum miyari II588 (
·4.5x105 КОЕ/г)
Таблетки
Медицина

24
Nature's First Food
Nature's First Law, San Diego, CA, США
Смесь из 42 шт. в том числе Br. laterosporus, B. polymyxa, B. subtilis, B. pumilus
Капсулы
Медицина

25
Paciflor C10
N.D., Prodera, Vannes
Франция
B. cereus CIP 5832 (ATCC 14893)
(1x109КОЕ/г)
Кормовая добавка
Ветеринария

26
Protexin Bio-Kult
Probiotics International Ltd, Великобритания
Смесь из 14 шт. в том числе Bacillus subtilis PXN 21 (1x109КОЕ/г)
Капсулы
Медицина

27
Subtyl
Pharmaceutical Factory 24
Ho Chi Minh City, Вьетнам
«B. subtilis»(B. vietnami)
(1 x 106 КОЕ/г)
Капсулы
Медицина

28
Threelac Probiotic
Global Health Trax. Япония
B. сoagulans (1,5 x 109 КОЕ/г)
B. subtilis (1,5 x 109 КОЕ/г)
Enterococcus faecalis (1,5 x 109 КОЕ/г)
Порошок
Медицина

29
Цереобиоген
Xing Jian, Китай
B. cereus DM-423

Медицина

Разработанные в России

1
Бактиспорин
Bactisporinum
ГУДП «Биофаг» и ГУП «Иммунопрепарат»
(г. Уфа)
Ваcillus subtilis,
шт. 3Н
(1 - 5 x 109 КОЕ/г)
порошок ампулы
Медицина

2
Биоспорин*
ЦВТП БЗ МО РФ
(г. Екатеринбург)
ОАО «Днепрофарм»
(г. Киев)
Ваcillus subtilis, шт. ВКПМ-В2335
B. licheniformis, шт. ВКПМ В2336
(1 x 109 КОЕ/г)
Ампулы
Медицина

3
БАВ Ветом 1.1
Ветом 1.1
ОООНПФ «Исследовательский центр» (Новосибирская обл. р.п. Кольцово)











ОООНПФ «Исследовательский центр» (Новосибирская обл. р.п. Кольцово)


Ваcillus subtilis, шт. ВКПМ В-10641
(1 x 106 КОЕ/г)
Капсулы
Порошок
медицина
ветеринария

4
БАВ Ветом 1.23

Bacillus subtilis ВКПМ В-10641(DSM 24613)
Флаконы
Медицина

5
БАВ Ветом 2.25

B. amyloliquefaciens шт. ВКПМ В-10642 (DSM 24614)
B. amyloliquefaciens шт. ВКПМ В-10643,
Флаконы
Медицина

6
БАВ Ветом 2.26

B. subtilis ВКПМ В-10641 (DSM 24613) B. amyloliquefaciens ВКПМ В-10643 (DSM 24615)
Флаконы
Медицина

7
БАВ Ветом 3.22

Экстракт кукурузный, ферм. B. amyloliquefaciens штамм ВКПМ В-10642 (DSM 24614)
Флаконы
Медицина

8
БАВ Ветом 4.24

Экстракт кукурузный, ферм. Bacillus amyloliquefaciens штамм ВКПМ В-10643 (DSM 24615)
Флаконы
Медицина

9
БАВ Ветом 2
Ветом 2

B. amyloliquefaciens ВКПМ В-10642 B. amyloliquefaciens ВКПМ В-10643
(1 x 106 КОЕ/г)
Капсулы
Порошок
медицина
ветеринария

10
БАВ Ветом 3
Ветом 3

B. amyloliquefaciens ВКПМ В-10642
(1 x 106 КОЕ/г)
Порошок
медицина
ветеринария

11
БАВ Ветом 4
Ветом 4

B. amyloliquefaciens ВКПМ В-10643
(1 x 106 КОЕ/г)
Порошок
медицина
ветеринария

12
БАВ порошок Комарова

Bacillus subtilis штамм ВКПМ В-10641 (DSM 24613)
Сине-зелёная водоросль спирулина
Порошок
Медицина

13
БАВ капли назальные Ноздрин

B. amyloliquefaciens ВКПМ В-10642, продукты их метаболизма
Капли
Медицина

14
Биосептин (гель)

B. amyloliquefaciens ВКПМ В-10642 (ВКПМ В-10643).
Гель
медицина
ветеринария

15
Коредон-Форте (ВетКор**)
НПЦ "VITA EST"
(г. Новосибирск)
В. subtilis, шт. ВКПМ-7092 (ВКПМ В-7289). (1 x 106 КОЕ/г)
В. licheniformis
(1 x 105 КОЕ/г)
Таблетки
медицина
ветеринария

16
Витаспорин
ГУДП «Биофаг» и ГУП «Иммунопрепарат»
(г. Уфа)
Bacillus subtilis 11В ВКМ В-2218Д
(8 x 109 КОЕ/г)
Порошок
Медицина

17
Интестевит С
ООО ЦМВЭИ
(г. Москва)
B. subtilis, ВКПМ В-7048,
Bif. globosum
Ent. faecium
Порошок
Ветеринария

18
Биокорм Пионер

B. subtilis, ВКПМ В-7092
Порошок
Ветеринария

19
Бациллоспорин
ООО «Бакорен»
(г. Оренбург)
Смесь . Bacillus sphaericus ВКПМ В-4401
Порошок
Ветеринария

20
Ветбактерин

B. pulviformis ВКПМ В-4348
Порошок
Ветеринария

21
Споробактерин
ООО «Бакорен»
(г. Оренбург)
Bacillus sp. ВКПМ В-4401 (534)
(1 x 109 КОЕ/г)
Медицина

22
Споровит
ГУДП «Биофаг» ГУП «Иммунопрепарат»
(г. Уфа)
Bacillus subtilis штамма 12В
(1 x 108 КОЕ/г)
Флаконы
Ветеринария

23
Субалин
ООО «Биофарма»
В. subtilis, шт. ВКПМ-В 5020(2335/105) (1 x 109 КОЕ/г)
Флаконы
Медицина

24
Субтилис-С
Субтилис-Ж
ООО «НИИ Пробиотиков»
(г. Москва)
B. subtilis шт. 534
(1 x 109 КОЕ/г)
Субтилис-Ж. (5 x 109 КОЕ/мл).
Порошок
Ветеринария

25
Сахабактисубтил
ГНУ ЯНИИСХ, Сибирское отделение Россельхозакадемии
(г. Якутск)
B. subtilis ТНП-3
(1 x 107 КОЕ/мл)
Раствор
Ветеринария

26
Целлобактерин
ООО «Биотроф» НИИСХ
(г. Санкт-Петербург)
Clostridium thermocellulolyticus,
Ruminococcus albus,
Clostridium lochheadii
Порошок
Ветеринария

27
Эндобактерин

Bacillus pulvifaciens шт. 535
Порошок
Ветеринария


Преимущества биоэнтеросептиков в сравнении с антибиотиками заключается в: безопасности применения; отсутствии возникновения антибиотикорезистентности у патогенных бактерий; отсутствии побочных реакций; отсутствии ослабления иммунитета и развития дисбактериоза, сопутствующих назначению антибиотиков.
Анализ литературных данных [301, 425, 605, 678 и др.] свидетельствует о многогранном воздействии самоэлиминирующих пробиотиков на микроэкологию пищеварительного тракта и организм в целом (рис. 1.26.).
Наиболее важными аспектами взаимодействия пробиотических штаммов с микрофлорой кишечника являются образование антибактериальных веществ, конкуренция за питательные вещества и места адгезии, изменение микробного метаболизма (увеличение или уменьшение ферментативной активности), противораковое и антихолестеринемическое действие. Размножаясь, бактерии выделяют в процессе жизнедеятельности ферменты-протеазы, лизирующие вещества, не свойственные организму человека и животного. При этом нейтрализуются и уничтожаются бактериальные токсины, дефектные клетки.
Повышаются фагоцитарная активность лейкоцитов крови, иммунный статус и устойчивость организма к различным вирусным и бактериальным заболеваниям. Происходит стабилизация аллергической устойчивости организма, усиливаются регенеративные процессы в тканях, нормализуется обмен веществ. Бактерии, входящие в состав пробиотиков, в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают интерферон, который активизирует гуморальные факторы иммунного ответа.
































Р и с. 1.26. Механизм лечебно-профилактического действия аллохтонных пробиотиков
Пробиотики оказывают влияние на биохимические показатели крови. Происходит выведение солей тяжелых металлов: свинца, ртути, кобальта, цинка, кадмия и др. и радионуклеидов, снижение в сыворотке крови общего холестерина и липоптотеинов низкой плотности [533, 598].
По результатам морфологических и биохимических исследований крови наблюдается увеличение содержания общего белка и его фракций, витаминов, гемоглобина, альбуминов,
·,
·,
·-глобулинов на 5–12% в пределах физиологических норм, что свидетельствует о положительном воздействии на гемостаз [192, 303, 440 и др.].
Одним из преимуществ штаммов Bacillus является их технологичность: способность к росту на простых по составу, недорогих средах, высокий выход готового продукта, стабильность при хранении, что позволяет создавать высокоэффективные технологии и привлекает исследователей.
Наличие разработанных технологий и сред для культивирования бацилл, а также доступные знания физиологии и генетики этих микроорганизмов значительно облегчают разработку и выбор оптимальных условий получения новых биопрепаратов и функциональных продуктов питания на их основе [200].
Таким образом, у препаратов из аллохтонных микроорганизмов наблюдается многообразие механизмов лечебно-профилактического действия. Так, при различных острых и хронических заболеваниях желудочно-ки-шечного тракта, регистрируемых у человека и животных, терапевтическое действие в одних случаях может достигаться преимущественно за счет антагонистических свойств, в других – за счет продукции ими ферментов, в третьих – за счет стимуляции иммуннокомпетентных клеток, активации выработки интерферонов.
Но, как правило, в процессе участвуют одновременно несколько механизмов.

1.7.4 Перспективы использования аллохтонных микроорганизмов для разработки ПФП

При оценке безопасности спорообразующих бактерий как пробиотиков важен анализ фактов пищевых отравлений, связанных с некоторыми представителями Bacillus. Например, причиной картофельной болезни хлеба является Bacillus mesentericus (в других источниках: www.npo.lit.ru/pdf/instruction-baking_of_bred.pdf – В. subtilis) – микроорганизм, споры которого обычно присутствуют в муке и прорастают в хлебопродуктах при нарушении технологического режима их получения. Сообщалось о системных инфекциях и абортах, обусловленных Bacillus [678], о существенном количестве токсигенных штаммов среди Bacillus subtilis, Brevibacillus laterosporous и разработке эффективного способа обнаружения токсина у спорообразующих пробиотических бактерий. В работе других исследователей (Duc le, 2004) были подробно охарактеризованы пробиотические штаммы Bacillus cereus, Bacillus clausii, Bacillus pumilus по способностям колонизироваться, стимулировать иммунитет и по антагонистической активности. Три штамма B. cereus после перорального введения сохранялись в кишечнике мышей в течение 18 дней, но, вместе с тем, эти штаммы продуцировали Hbl (гемолитические) и Nhe (негемолитические) энтеротоксины, а также рвотный токсин (emetic toxin – cereulide). Известно, что каждый из энтеротоксинов состоит из трех белков – B, L1, L2 и NheA, NheB, NheC, соответственно, тогда как рвотный – всего лишь 1,2 кДа пептид. Продукция этих токсинов – ключевой фактор в пищевых токсикоинфекциях, вызываемых представителями группы Bacillus cereus, что делает их опасными для использования в пищевой промышленности и фармацие.
Пищевые отравления иногда вызывали и B. licheniformis, B. аmylo-liquefaciens, которые не принадлежит к указанной группе, давая иммунологические перекрестные реакции с энтеротоксином B. cereus. Исследования (Ouhib, 2004) показали, что продукция энтеротоксинов в значительной степени определяется углеводным составом пищи. Это наблюдение является достаточно важным в плане регламентации условий безопасного применения споровых пробиотиков.
Приведенные факты свидетельствуют о том, что пробиотики на основе спорообразующих бактерий перед выпуском на рынок должны подвергаться более строгой оценке на безопасность. Исследователи [678] обратили внимание на то, что у массового потребители благодаря рекламе сложилось неточное представление о присвоении некоторым видам Bacillus статуса «В целом безопасные» (Generally Recognized as Safe, GRAS). Фактически же статус GRAS Управление контроля за продуктами питания и лекарствами (FDA) США присвоило только тем видам Bacillus, которые являются продуцентами ферментов, и он не распространяется на применение их в качестве пробиотиков. Напротив, экспертиза бактерий родов Lactobacillus и Bifidobacterium на острую и хроническую токсичность показала их безопасность в качестве пробиотиков. Но даже безопасность некоторых молочнокислых бактерий в последние годы ставится под сомнение [606].
Во всем мире наблюдается рост производства пробиотиков, поскольку они все больше интересуют людей, поддерживающих свое здоровье при помощи натуральных средств. Продукция, содержащая пробиотические бактерии, востребована в качестве полезного функционального питания, а также в лечебно-профилактических целях. Лечебно-профилактические препараты из живых коли-, лакто-, бифидобактерий уже почти 80 лет применяются в практическом здравоохранении. Однако их недостаточный антагонизм в отношении некоторых патогенных бактерий и грибов, а также неблагоприятная экологическая обстановка, повлекшая за собой снижение их лечебного действия, подтолкнули ученых к поиску новых, более эффективных микроорганизмов.
Привлекательной оказалась группа аллохтонных микроорганизмов в составе родов Bacillus, Brevibacillus, Clostridium и Sporolactobacillus [29, 603, 678]. Это наиболее древние и широко распространенные в природе сапрофитные микроорганизмы, с которыми на протяжении всей истории своего существования сталкивался человек. Несмотря на то, что пробиотические штаммы бацилл являются транзиторными по отношению к микрофлоре кишечника человека и животных, некоторые полезные свойства делают их важным арсеналом пополнения полезных для здоровья биопрепаратов. Антагонизм в отношении широкого круга патогенных и условно патогенных микроорганизмов и самостоятельная элиминация из желудочно-кишечного тракта представляют конструирование лечебно-профилактических препаратов из пробиотических бацилл особенно перспективным. Привлекает также их стимулирующее влияние на пищеварение, противоаллергенное, антитоксическое, санирующее и общеукрепляющее воздействие на организм [42, 301, 659, 678].
В то же время нет еще четких положений относительно пригодности различных бактерий в качестве компонентов пищевых продуктов. Для большинства стран продукция из категории фармацевтических средств должна удовлетворять всем критериям по эффективности и безопасности. Такой подход направлен на обеспечение потребителей качественной продукцией. Обычно для использования пробиотиков как компонентов диетических добавок или продуктов питания не требуются специальные разрешения, что не дает оснований для доступа на рынок продукции без детальной сертификации ее безопасности. Во всех случаях изготовитель независимо от сфер продаж должен руководствоваться стандартом безопасности на продукт.
Для категории фармацевтических средств это вполне оправдано, тогда как для продуктов функционального питания или биодобавок, включающих пробиотические штаммы в незначительных концентрациях, такая оценка безопасности покажется слишком строгой. Многие компании заинтересованы в терапевтическом использовании Bacillus и других спорообразующих бактерий, что предполагает применение этих микроорганизмов в концентрированных дозах.
Для получения заключения о безвредности спорообразующих бактерий необходимы в обязательном порядке полноценные испытания всей номенклатуры препаратов.
Потребителей привлекают к своей продукции порой не самыми важными ее свойствами. Так, некоторые производители включают в аннотацию на споросодержащий препарат такое качество, как «стойкий в хранении» и рекламируют его при продаже.
Однако это свойство никогда не станет решающим в выборе препарата, если будут хоть какие-то сомнения относительно его эффективности и безопасности. Даже если на продукте будет точно указан штамм, это не всегда может гарантировать его безопасность. Так, кормовая добавка Paciflor по результатам оценки SCAN ЕС была недавно снята с производства, поскольку в ней присутствовали Hbl и Nhe энтеротоксины.
Заключение о риске Paciflor для здоровья человека было сделано из-за возможности инфицирования людей при забое скота.
Интересно, что основой Paciflor был штамм IP 5832 B. cereus. Этот же штамм указывается и в пробиотике Bactisubtil для медицинского применения (табл. 1.12). В этом препарате (le Duc и др.) обнаружили лишь Hbl энтеротоксин.
Штамм с идентичным обозначением, как предположили авторы, мог представлять производные общего предка и потеря Nhe энтеротоксина может быть связана с преднамеренной инактивацией гена nheA.
В безопасности и эффективности пробиотиков на основе лактобацилл и бифидобактерий убеждает достаточное количество, но даже и среди них имеются небезопасные штаммы [606, 666]. По безопасности для препаратов на основе спорообразующих бактерий – Bacillus, Brevibacillus, Clostridium и Sporolactobacillus, еще много вопросов, хотя они весьма широко внедрены не только в ветеринарную практику, но и в медицину.
Перспективны штаммы-изоляты лактококков и лактобациил для создания новых БП и ПФП, а также пробиотических ассоциатов бактерий (например, лактобацилл с грибами – Aspergillus и дрожжами –Sac-charomyces, Саndida).
Перспективны также композиции на основе кефирных зерен, включающих дрожжи родов Kluyveromyces, Candida, Saccharomyces, Pichia,. Много возможностей открывается при комбинировании препаратов, включающих пробиотические штаммы бактерий в сочетании с ферментами, полисахаридами и другими вещствами с пребиотичекой активностью.
Консорциум как пробиотик открывает неограниченные возможности для поиска новых формул пробиотиков.
Синбиотический консорциум включает в себя непробиотические микроорганизмы и пребиотики, что приводит к повышению пробиотической эффективности, снижению или устранению вреда последних для хозяина.
Участники консорциума могут быть расширены введением резко отличающихся таксономических групп.
Организму (человека или животного) не важно, «кто именно работает в подчиненном консорциуме», а важен положительный конечный результат [32].
Поэтому своего продолжения требуют исследования, направленные на развитие доказательной базы безопасности перспективных представителей аллохтонных микроорганизмов с целью их дальнейшего использования для изготовления ПФП.









2 Селектируемые производственно-ценные свойства культур для ферментированных функциональных молочных продуктов
В течение вековой практики использования для лечебных целей пищевых продуктов с пробиотиками молочнокислые бактерии для заквасок выделяют в специальных лабораториях из различных источников: рыночное молоко и кисломолочные продукты, растения, фрукты, овощи, хвоя (естественная селекция). При селекции ценных производственных штаммов молочнокислых бактерий, чаще всего, обращают внимание на:
- высокую энергию кислотообразования;
- способность накапливать ароматические вещества;
- фагоустойчивость;
- специфические свойства продукта, для которого предназначается штамм (характеристика сгустка, направленная на получение желательных аминокислот, протеолитическая активность, ограниченная липолитическая активность и т.д.);
- не обладать высокой частотой мутации, сохранять селектируемые свойства длительное время [432].
Важным требованием при подборе производственных штаммов для пробиотических продуктов должна быть их высокая колонизационная активность [576]. При этом особое внимание следует обращать на такие факторы колонизации, как антибиотическая (подробнее в гл.1.4.2.) и адгезивная активности.
Адгезивная активность является первым этапом развития колонизационного процесса и в большинстве случаев желательна для ПБ, тогда как у патогенных микроорганизмов рассматривается в качестве одного из стартовых механизмов развития инфекции. Таким образом, при подборе штаммов для пробиотического ПБ или ФПФ целесообразно сравнение адгезивных свойств патогенов и пробиотика целью выяснить, может ли данный ПБ конкурировать с патогенами за субстраты связывания и тем самым препятствовать колонизации последних в организме. Блокирование адгезии патогенов к субстратам связывания может предотвратить развитие инфекции на раннем этапе. Из литературы известны вещества, способные блокировать адгезию микроорганизмов, среди которых пептиды, моно- и олигосахариды, ферменты (подробнее гл. 1.6). Поэтому правильный подбор к пробиотическому штамму (или консорциуму штаммов) пребиотика – существенно повышает эффективность обоих.
Штаммы с новыми свойствами возникают в результате мутаций. Мутации – это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, проявляющиеся наследственно закрепленной утратой или изменением какого-либо признака или группы признаков. В их основе лежат ошибки копирования наследственной информации, возникающие при репликации. Фенотипическим проявлением мутации могут быть: изменение свойства штамма, в.т.ч. производственно-ценного. Мутации у бактерий носят ненаправленный характер [123].
Мутации возникают в природной и лабораторной популяции особей всегда [60] без видимых воздействий на популяцию. Такие мутации, причины возникновения которых нам неизвестны, называются спонтанными.
Вероятность возникновения спонтанных мутаций у микроорганизмов (1·10–10 – 1·10–6) ниже, чем у растений и животных (1·10–6–1·10–4). Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у всех других организмов, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто. Для выявления мутаций служат селективные среды, на которых способны расти мутанты, но погибают родительские клетки исходного штамма [9, 33, 359, 437 и др.]. Давно известно, что, например, лактококки, выделенные из природных источников показывают меньшую чувствительность к фагам, чем те культуры, которые длительное время поддерживались в питательной среде, свободной от фага.
В природе существуют селективные условия для отбора спонтанных (естественных) фагорезистентных мутантов. Один из объясняющих это механизмов связан с явлением фагоносительства (псевдолизогении), при котором культуры могут быть заражены фагом, не будучи впоследствии лизированными. Эти культуры, называемые лизогенными, несущие фаг (профаг), менее чувствительны к атаке другими бактериофагами, чем их бесфаговые копии.
На основании явления фагоносительства используют два варианта селекции заквасочных штаммов:
По существу отсутствие селекции в узком смысле слова, когда при производстве ферментированных молочных продуктов используют сбалансированную за многие годы смесь лизогенных, фагоустойчивых и фагочувствительных штаммов, что делает такие закваски исключительно устойчивыми. Пример: закваски «Флора Даника», использующиеся в Голландии и странах Скандинавии. В их фильтрате может содержаться до 108 вирионов, которые не мешают активности закваски.
Так называемая естественная селекция, когда штаммы закваски (чаще по одному) для «придания» им свойства резистентности культивируют в присутствии коллекционных или выделенных на конкретном производстве фагов.
В системе мероприятий по борьбе с фаголизисом при производстве ферментированных молочных продуктов одним из главных звеньев является селекция фагорезитентных культур закваски, т.е. направленный отбор клонов по ряду свойств, определяющих их производственную ценность, в т.ч. фагоустойчивость.
Генеральный путь селекции – это путь от слепого перебора вариантов к сознательному конструированию микроорганизмов с нужными свойствами, что стало возможным благодаря открытию и визуализации плазмид молочнокислых бактерий и разработке методов генетической рекомбинации [9, 23–25, 80, 359, 437 и др.].
Генетическая рекомбинация микроорганизмов, использование генетических методов анализа позволяет в дальнейшем, иметь хорошо разработанные стратегии модификацииважных свойств молочнокислых, в т.ч. пробиотических, верно прогнозируя их стабильность (подробнее в гл.3.3.).

2.1 Особенности генетической селекции молочнокислых микроорганизмов

Воздействуя на молочнокислые бактерии различными мутагенными факторами, можно быстрее получить новые штаммы микроорганизмов с требуемыми свойствами [33, 280, 296, 608, 695 и др.].
Повышать частоту мутаций по сравнению со спонтанным фоном, т.е. индуцировать их, могут физические, химические и биологические факторы, действующие на генетический материал клетки. Физические факторы – это, прежде всего, коротковолновое излучение (УФ-излучение и рентгеновские лучи), гамма-лучи.
К химическим мутагенам относятся аналоги оснований, производные акридина, алкилирующие и дезаминирующие агенты. Биологические факторы – это в первую очередь мигрирующие элементы (транспозоны и IS-элементы).
Мутации, независимо от того, имеют ли они спонтанное происхождение или индуцированы каким-либо мутагеном, по характеру перестроек, происшедших в ДНК, можно разделить на мутации, состоящие в изменении одного нуклеотидного остатка молекулы ДНК, так называемые точковые мутации, и мутации, при которых наблюдается изменение участка молекулы ДНК размером больше одного нуклеотида. Точковые мутации, в свою очередь, могут быть разделены на несколько классов в зависимости от того, какие конкретно химические перестройки происходят в молекуле ДНК в рамках одного нуклеотидного остатка: замена, вставка или выпадение. К мутациям, затрагивающим сегмент бактериальной хромосомы, ведут выпадение неско

Приложенные файлы

  • doc 8195161
    Размер файла: 8 MB Загрузок: 3

Добавить комментарий