2-1-1 تاریخچه پروبیوتیک
تا نیمه دوم قرن نوزدهم ، مطالعات و تحقیقات علمی بر روی میکروارگانیسم ها و واکنش آنها با میزبان انسانی بر روی جنبه های منفی آنها متمرکز بود . درهمان زمان این عقیده که سلامتی از روده آغاز می شود بیان شد . از آنجا که مواد اضافی و سموم از روده به گردش خون وارد می شوند ، کاهش عفونت در روده به عنوان هدف برای برخی از درمان ها قرار گرفت .
Doderlein (1882) احتمالاً اولین دانشمندی بوده است که همکاری سودمند باکتری های واژینال را مطرح کرده است . به این صورت که آنها با تولید اسید لاکتیک از قندها سبب مهار رشد باکتری های بیماریزا می شوند . در سال 1906 Henry Tissier در مدفوع کودکان مبتلا به اسهال تعداد کمی باکتری ویژه به شکل Y (بیفیدوباکتریوم) یافت . او نشان داد که این باکتری ها به حفظ فلور روده در افراد مبتلا به اسهال کمک می کنند .در سال 1907 ، Elie Metchnikoff در پر تیراژترین کتاب خود یعنی طولانی کردن عمر (The prolongation of life) برای اولین بار از فرضیه مزایای سلامتی باکتری های لاکتیک اسید در فراورده های شیر فرمنته دفاع کرد . او ادعا کرد که مصرف فراورده های لبنی تخمیر شده عامل افزایش طول عمر در قفقازی ها می باشد و جانشینی میکروارگانیسم های ماست به جای میکروارگانیسمهای روده را مفید دانست .کارهای Metchnikoff و Tissier اولین اقدامات علمی در زمینه استفاده از باکتری های پروبیوتیک بودند(Scott Weese J. (2001))
2-1-2 تعریف واژه پروبیوتیک
واژه پروبیوتیک از کلمه یونانی پروبیوس (برای زندگی Bio=life ، Pro=for)اقتباس شده و اولین بار در سال 1953 توسط Kollath در مورد تمام ترکیبات آلی و غیر آلی به کار برده شده به صورت مکمل در فراورده های غذایی ارائه شد(Alhart and Stage.A.J.(2003)) . در سال 1965 ، Lilley و Stillwell پروبیوتیک ها را مواد ترشحی به وسیله یک میکروارگانیسم که رشد یک یا چند میکروارگانیسم دیگر را تحریک می کنند معرفی نمودند از این رو پروبیوتیک متضاد واژه آنتی بیوتیک به معنای حیات بخش تعریف شد.( Lilley DM, Stillwell RH. (1965)).در سال 1974 Parker واژه پروبیوتیک را به مواد و ارگانیسم هایی نسبت داد که در برقراری تعادل روده نقش دارند . پس از آن Fuller در سال 1989 پروبیوتیک را یک مکمل غذایی میکروبی زنده معرفی کرد که اثرات سودمندی در میزبان حیوان و انسان می گذارد و باعث بهبود تعادل میکروبی روده اش می شود.( Fuller R. (1991))
جدید ترین تعاریف در سال 1998 توسط Salminen و همکارانش بیان شد . آنها پروبیوتیک ها را به عنوان عوامل و عناصر غذایی میکروبی زنده معرفی کردند که برای سلامتی مفید هستند.( Goktepe I, (2005))
به طور کلی عبارت پروبیوتیک به میکروارگانیسم های زنده ای تعلق می گیرد که می توانند ضمن عبور از دستگاه گوارش زنده بمانند و اثرات مفید و سودمند بر روی میزبان بر جا گذارند.( Lee YK, (1995), Fuller R. (1993,).
2-1-3 باکتریهای اسید لاکتیک
گروهی از باکترهای گرم مثبت که در برخی خصوصیات مورفولوژیکی ،متابولیکی و فیزیولوژیکی اشتراک دارند.همگی گرم مثبت بدون اسپور،فاقد تنفس و به اشکال میله ای یا کروی دیده می شوند.( Lee WK,Lee SM,(2000))
2-1-3-1 طبقه بندی باکتریهای اسید لاکتیک
این باکتری ها اغلب در غذا ،محصولات تخمیری ،مخاط انسان و حیوانات سکونت دارند.تعین حدود این گروه مورد بحث است.اگرچه لاکتوباسیل ، لوکونوستوک ، پدیوکوکوس ،استرپتوکوکوس از گذشته دور هسته اصلی این گروه را تشکیل می دهند،بر اساس طبقه بندی یافته های جدید امروزه 20 جنس مختلف به این گروه نسبت داده می شود .جنس بیفیدوباکتریوم به علت تولید اسید لاکتیک و برخی خصوصیات مشترک جزء این گروه دسته بندی می شوند اگرچه این جنس خصوصیات فیزیولوژیکی و روش تخمیر متفاوتی دارند(Bae HS, Shin MS,(1996))
2-1-3-2 طبقه بندی بر اساس خصوصیات مورفولوژیکی
طبقه بندی باکتری های اسید لاکتیک در جنس های مختلف بر اساس خصوصیات مورفولوژیکی ،نحوه تخمیر گلوکز ،رشد در غلظت های بالای نمک و تحمل شرایط اسیدی و قلیایی است. از مارکرهای شیمیایی مانند ترکیب اسید های چرب و ساختار دیواره سلولی نیز در طبقه بندی استفاده می شود.
2-1-3-3 طبقه بندی بر اساس خصوصیات ژنتیکی
طبقه بندی باکتریهای اسید لاکتیک بر اساس آنالیز توالی s rRNA16 با طبقه بندی بر اساس خصوصیات فنوتیپی انطباق ندارد.تکنیک های مولکولی بخصوص تکنیک هایی که بر اساس روش PCR طراحی شده اند مانند PFGE(Pulse-Field Gel Electrophoresis) ، RFLP(Restriction Fragment length Polymorfism) ، Finger printing و Rep-PCR در شناسایی و ردیابی باکتریهای اسیدلاکتیک کاربرد زیادی دارند.امروزه از روش های غیر وابسته به کشت جهت مانیتورینگ و بررسی میکروفلور روده استفاده می شود بررسی ها نشان داده که TGGE(Temperature Gradiant Gel Electerophoresis ) و DGGE (Denaturing Gradiant Gel Electrophoresis) روش های کاربردی در آنالیز s rRNA16بوده و ابزاری مناسب برای تعیین و مانیتورینگ جمعیت باکتریایی می باشد.( Coeuret,Vand Dubernet.S.(2003))
2-1-4 میکروارگانیسم های پروبیوتیک
انواع باکتری های اسید لاکتیک شامل گونه های لاکتوباسیلوس ، گونه های بیفیدوباکتریوم ، گونه های انتروکوکوس فیشیوم ، لاکتوکوکوس لاکتیس ، لوکونوستوک مزانتروئیدس ، پدیوکوکوس اسیدیلاکتی ، استرپتوکوکوس ترموفیلوس از میکروارگانیسم های پروبیوتیک می باشند . طبقه بندی این باکتری ها بر اساس واکنش گرم و تولید اسید لاکتیک از کربوهیداتهای قابل تخمیر گوناگون می باشد . علاوه بر این برخی از باکتری های غیر اسید لاکتیک نظیر باسیلوس سوبتیلیس ، سویه نیسل اشریشیاکلی ، ساکارومیسس سرویزیه نیز در گروه میکروار گانیسم های پروبیوتیک قرار می گیرند . لاکتوباسیلوس ها مقیم طبیعی دستگاه گوارش و واژن انسان می باشند . سویه های بیفیدوباکتریوم نیز از فلور طبیعی دستگاه گوارش انسان و حیوان هستند که به هضم و جذب مواد غذایی کمک می کنند و توانایی ساخت برخی از ویتامین ها را نیز دارا می باشند.سویه های باسیلوس در خاک ، کود و اجزای گیاه وجود دارند . بیشتر سویه های آن مضر هستند اما دو سویه باسیلوس لیکنفورمیس و باسیلوس سوبتیلیس به عنوان باکتری های پروبیوتیک استفاده می شوند . سویه های انتروکوکوس نیز در روده انسان و حیوان وجود دارند . سویه های لاکتوکوکوس از تولید کننده های اسید لاکتیک می باشند که در شیر ترش موجودند و چندین سویه از آنها پروبیوتیک می باشند . سویه های لوکونوستوک که در محیط های گوناگون وجود دارند ، به باکتری های تولید کننده اسید لاکتیک تعلق دارند و برای افزایش کیفیت غذاهای فرمنته بکار می روند . سویه های پدیوکوکوس در غذاها و روی گیاهان یافت شده اند و به عنوان عوامل فاسد کننده آبجو شناخته شده اند . آنها اسید لاکتیک غیر فعال را تولید می کنند و برای تولید سبزیجات فرمنته و آبجو بکار می روند. سویه های ساکارومیسس از ارگانیسم های مخمر بکار رفته در تهیه آبجو و نان هستند و به عنوان مکمل غذایی استفاده می شوند .
2-1-5 جنس بیفیدوباکتریوم
بیفیدوباکتریوم نخستین بار در سالهای 1899 و 1900 توسط نیسیر جدا و تشریح شدند او میکروارگانیسمهای میله ای ،بی هوازی و بدون گاز دارای بیفیدومورفولوژی موجود در مدفوع نوزادان شیرخوار را باسیلوس بیفیدوس معرفی کرد.بیفیدوباکتریومها عموماً به عنوان بی هوازیهای گرم مثبت ، بدون اسپور ،غیر متحرک و کاتالاز منفی تعریف می شوند.آنها در اشکال متفاوتی از جمله میله های خمیده و کوتاه ،میله های تجمعی و یا میله های به شکل Y وجود دارند. در حال حاضر جنس بیفیدوباکتریوم 30 گونه را در بر می گیرد که از میان آنها 10 گونه مربوط به منافع انسانی (پوسیدگی دندانی ، مدفوع و دستگاه تناسلی )،17 گونه مربوط به دستگاه گوارش (روده) حیوانات ، 2 گونه مربوط به فاضلاب و 1 گونه به شیر تخمیری می باشد.طبقه بندی بیفیدوباکتریوم به صورت زیر می باشد:
|
Genus |
Order |
Subclass |
Class |
Phylum |
Kingdom |
|
Bifidobacterium |
Bifidobacteria |
Actinobacterida |
Actinobacteria |
Actinobacteria |
Bacteria |
بیفیدوباکتریومها دارای خصوصیات فنوتیپی مشترک با باکتریهای اسید لاکتیک هستند اما از نظر فیلوژنتیکی از این گروه متمایز است و جزء شاخه اکتینومایستهای باکتریایی گرم مثبت طبقه بندی می شوند .از خصوصیات عمده آنها محتوای بالای گوانین و سیتوزین (G+C) می باشد که بین 54 تا 67 مول در صد متفاوت است. در حالی که باکتریهای اسید لاکتیک حقیقی جزئی از شاخه کلستریدیوم با درصد G+C کمتر از 55 در صد است.در ضمن تفاوتهای قابل ملاحظه ای میان خصوصیات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی این گونه ها وجود دارد از جمله ترکیبات دیواره سلولی . بیفیدوباکتریومها ارگانیسم های ساکارولیتیکی هستند که اسید لاکتیک و اسید لاکتیک بدون تشکیل دی اکسیدکربن مگر در حین تجزیه گلوکونات تولید می کنند.(شکل 2-1 )هتروفرمانتاسیون توسط شکستن فروکتوز -6-فسفات به یک جزء 2 کربنی و یک جزء 6 کربنی آغاز می شود.تبدیل بخش 2 کربنی به استات به موازات تشکیل هپتوز-7-فسفات از بخش 4 کربنی و تشکیل یک جزء تریوز مشتق شده از یک مولکول فروکتوز-6-فسفات می باشد.هپتوز-7-فسفات متعاقباً به 2 مولکول پیروات شکسته می شود.بخش تریوز دوم باقی مانده از فروکتوز -6-فسفات به لاکتات تبدیل می گردد. به همین دلیل تخمیر 2 مول هگزوز منجر به تولید 3 مول استات و 2 مول لاکتات می شود.آنزیم کلیدی در چنین تخمیر گلیکولیتیکی فروکتوز-6-فسفات فسفوکتولاز که می تواند به عنوان یک خصوصیت تاکسونومیک در شناسایی این جنس استفاده شود اما قادر به تمایز بین گونه ها نیست(De vuyst L.,2000و Colins ,M.and Rodrigues U.(1991))در کنار گلوکز تمام بیفیدوباکتریومهای با منشأ انسانی قادر به مصرف گالاکتوز ، لاکتوز و معمولاً فروکتوز به عنوان منبع کربن هستند .گونه های بیفیدوباکتریوم همچنین در برخی موارد قادر به تخمیر کربوهیدراتهای پیچیده نیز هستند.سوبستراهایی که توسط بیشترین گونه ها تخمیر شدند عبارت بودند از D-گلاکتوز آمین ، D-گلوز آمین ،آمیلوز و آمیلوپکتین ،موسین معده ای ،پپسین فقط توسط بیفیدوباکتریوم اینفنتیس تخمیر شد و در حالی که بیفیدوباکتریوم اینفنتیس تنها گونه قادر به تخمیر D-گلوکورونیک اسید بود. سوشهایی از بیفیدوباکتریوم منگوم آرابینوگالاکتان، صمغهای عربی و تراگاکانت را تخمیر کردند(Leroy F.De Vuyst.L.(2004))بهینه pH برای رشد 6 تا 7 بوده و این در حالی است که در 0/5-5/4 pH< یا در 5/8-8 pH> عملاً هیچ رشدی صورت نمی گیرد.بهینه های رشد 37 تا 41 درجه سانتی گراد و حداکثر رشد در 43 تا 45 درجه سانتی گراد است و در دمای 25 تا 28 درجه سانتی گراد یا کمتر عملاً رشدی وجود ندارد.گونه بیفیدوباکتریوم لاکتیس که تا حد متوسطی قادر به تحمل اکسیژن می باشد اخیراً شناسایی شده است.( Gomes A.M.P.Malcata.F.X .(1999))
|
1 bifidobacterial fructose-6-phosphate shunt;
2, pyruvatekinase (pyk);
3, lactate dehydrogenase (ldh);
4, pyruvate formate lyase(pfl);
5, phosphotransacetylase (pta) and acetate kinase (ack);
6, acetaldehydedehydrogenase (adh) and alcohol dehydrogenase (adh);
7,phosphoenolpyruvate carboxylase (ppc);
8, malatedehydrogenase(coding sequence not found in either B. longum genome);
9, fumarase(coding sequence not found in either B. longum genome);
10, succinatedehydrogenase (sdh).
|
|
شکل2-1 : متابولیسم قند در بیفیدوباکتریوم ها(Roel Van der Meulen.etal. 2006
2-1-6 اکولوژی بیفیدوباکتریوم
بیفیدوباکتریومها در اکوسیستم فعال و پیچیده روده انسان و سایر حیوانات خونگرم و نیز زنبورهای عسل اهمیت بسیار بالایی دارند . آنها در مکانهای اکولوژیکی متفاوتی در مجاری تناسلی و معده ای- روده ای انسان پراکنده هستند که نسبت دقیق آنها عمدتاً توسط سن و نوع رژیم غذایی تعیین می گردد.میکروفلور طبیعی غالب در نوزادان بیفیدوباکتریوم است که سریعاً بعد از تولد استقرار می یابند.ترکیات گلیکوپروتئین کاپاکازئین موجود در شیر انسان عامل محرکی برای تکثیر این میکروارگانیسمها می باشد. با توجه به تعداد بیفیدوباکتریومها سومین جنس محسوب می گردد(در حدود 25 درصد از کل فلور روده انسان بزرگسال ) در سنین کهنسالی با کاهش شدید تعداد بیفیدوباکتریومها هراه است در حالی که باکتریهای آلوده کننده از قبیل کلستریدیا و کلی فرم ها معمولاً در اثر کاهش ترشح اسید معده در این گروه سنی افزایش می یابد.بیفیدوباکتریوم اینفنتیس و بروی که مربوط به نوزادان هستند در بزرگسالان توسط بیفیدوباکتریوم آدولسسنتیس جایگزین می شوند . در حالی که بیفیدوباکتریوم لنگوم در طول دوره زندگی همواره موجود است. این جریان سنی می تواند تحت تأثیر جذب رژیمی فاکتورهای بیفیدوژنیک و نیز فیزیولوژی میزبان متغیر است. عوامل بیفیدوس از دسته ترکیبات پری بیوتیک که پس از رسیدن به روده بزرگ در شرایط درون بدن رشد و فعالیت بیفیدوباکتریها را تشدید می کنند.زیرا باکتریها این ترکیبات را به عنوان منابع کربن و انرژی به مصرف می رساند.از مؤثرترین عوامل بیفیدوس به فروکتوالیگوساکارید ،لاکتولوز و نئوشوگر اشاره کرد.آزمایشات کلارک و همکاران و لانکاپوتر نشان داد که بیفیدوباکتریوم لانگوم علاوه بر مقاومت به اسید به غلظتهای 4 درصد از صفرا نیز مقاوم است و قابلیت چسبندگی بیفیدوباکتریوم ها به سلولهای روده در مقایسه با لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس بیشتر است.
فعالیت ضد میکروبی بیفیدوباکتریوم بدلیل تولید اسید آلی ممانعت از رشد اشرشیاکلی ،شیگلا ،سالمونلا تیفی و استاف اورئوس می شود. آنتی بیوتیک بیفیدین که از بیفیدوباکتریوم بیفیدوم جدا شده در برابر میکروکوکوس فلاووس و استافیلوکوکوس اورئوس فعالیت ضد میکروبی داشته و در 8/4 تا 5/5 فعال می باشد.بیفیدوباکتریوم اسیدهای صفراوی مزدوج را به اسیدهای صفراوی آزاد تجزیه کرد.این اسیدهای آزاد نسبت به اسیدهای صفراوی مزدوج فعالیت ضد میکروبی بیشتری داشته از طرفی دارای اثرات سودمندی برای میکروفلور روده می باشد.(محسن محمدی 76)
2-1-7 باکتریهای روده ای
یکی از ارگانهای کلیدی بدن سیستم گوارشی است که جمعیت تنوع میکروبی بسیار زیادی دارد.میکروبها در این اکوسیستم پیچیده بر یکدیگر و بر میزبان خود تأثیرات متفاوتی می گذارند.این سیستم با تمام پیچیدگی محل مناسب برای تبادل واکنش شیمیایی غذا است.سطح مخاط سیستم گوارشی به واسطه واحدهای حلقوی پرز و میکروپرزها بسیار گسترده شده است تا بتواند محلی مناسب برای تبادل واکنش های شیمیایی غذایی باشد.( Yang Huang.Michelle.Cand Adams (2004))تعداد باکتری در معده cfu 103-101 و در ژژنوم برابر 107 و در پایان ایلئوم این جمعیت به 109 می رسد.جمعیت میکروبی در GTT 10 برابر دیگر بافتهای انسان است.این جمعیت زیاد نشانگر پتانسیل بالای متابولیکی برای هضم غذا،سم زدایی و تحریک و تعدیل سیستم ایمنی توسط این ارگان است(David Collins M. and G Gibson R.(1999)).
Bacteriodes Eubacterium و Bifidobacterium بیشتر در روده بزرگ و Lactobacilli بیشتر در روده کوچک ساکن هستند. (Goktepe,I,Juneja Kand Ahmedna M.(2006))
باکتریهای مستقر در دستگاه گوارش تأثیر به سزایی روی سلامتی انسان دارد..اگرچه ترکیب میکروفلور روده تقریباً ثابت است اما توسط عوامل مختلفی مثل سن،رژیم غذایی ، استرس ، عوامل محیطی و مصرف داروها ممکن است تغییر کند.تغییرات قابل توجهی در فلور میکروبی روده از زمان تولد نوزاد تا زمان بلوغ به وقوع می پیوندد.میتسوکا و همکارانش در سال 1984 و دیگر دانشمندان بر روی توسعه فلور روده در آغاز تولد نوزادان و تغییرات آن در طول زمان رشد مطالعاتی را داشته اند.روده یک نوزاد تازه متولد شده خالی از هر نوع میکروارگانیسمی می باشد ولی فوراً بعد از تولد رشد باکتری آغاز می شود. (Roy Fuller,(1991))
نوزادانی که از شیر مادر تغذیه نمی کنند در نمونه های مدفوعی خود به طور عادی تعداد یک لگاریتم بیفیدوباکتریوم کمتر نسبت به نوزادانی که از شیر مادر تغذیه می شوند دارند.برای بچه هایی که از شیر مادر تغذیه نمی شوند سطح بالاتری از انتروباکتریوم و استرپتوکوکوس و دیگر باکتریهای فاسد کننده در نمونه مدفوعشان وجود دارد در حقیقت نوزادانی که از شیر مادر تغذیه می کنند نسبت به آنهایی که از شیر مادر تغذیه نمی کنند به دلیل وجود مواد ضد میکروبی تولید شده توسط بیفیدوباکتریوم در برابر عفونت ها مقاومترند.به مرور زمان با رشد و قطع شیر مادر تغییرات تدریجی در طیف میکروبی روده اتفاق می افتد و سهم بیفیدوباکتر از فلور روده به رتبه سوم نزول می یابد.86 درصد از فلورای کلی در شکم نوجوانان مربوط به باکتروئیدها می شود و به دنبال آن یوباکتریوم باکتریهای مفید می باشد.نوع فلور در نوجوانان ثبات بیشتری دارد ولی در میانسالی و دوباره در سنین پیری در فلور روده باز هم تغییراتی ایجاد می شود.
بیفیدوباکتریوم حتی به میزان بیشتری نیز کاهش می یابد. برای مثال یک حادثه مهیج تعداد بیفیدوباکتریوم را کاهش و باعث افزایش کلستریدیوم پرفرنجس شود که این موضوع باعث اسهال در سنین بالا می شود.ترکیب پیچیده فلورای روده ارتباط مستقیمی با سلامت بشر دارد.هرگونه اختلال در این توازن تغییراتی را در فلور روده ای باعث می شود که به طور متناوب و بتدریج منجر به چیره شدن میکروارگانیسمهای نامطلوب در روده می گردد که موجب بیماریهای عفونی می شود.(.Ouwehand. C (1998))
.با آنکه مطالعات زیادی روی اکولوژی روده صورت گرفته است اما هنوز تنها 400 گونه و جنس باکتری روده کشت و شناسایی شده اند.بیشتر باکتریهای مفید روده باکتریهای میله ای گرم مثبت از جنس لاکتوباسیلوس و بیفیدوباکتر است. بیفیدوباکتریومهای جدا شده از دستگاه گوارش شامل موارد زیر است.( Fennema.R.Hui,Y.Karel.(2001))
B. adolescentis, B. angulatum, B.bifidum , B. breve , B. cantenulatum , dentium , B. infantis , B. longum B.
2-1-8 نقش و عملکرد میکروارگانیسمهای روده
اپیتلیوم سالمی که جمعیت میکروفلور ثابت و پایداری دارد به صورت یک سد دفاعی زنده در برابر ورود و حمله باکتریهای بیماری زا، آنتی ژن ها و ترکیبات مضر عمل می نمایند.مکانیسم انتقال اختصاصی آنتی ژن در پرزهای اپیتلیوم وpatch s’Peyer پاسخ ایمنی اختصاصی را تحریک می کند.حدود 80 درصد سلولهای تولید کننده ایمونوگلوبولین در روده کوچک یافت می شود.جمعیت میکروبی روده برای تحریک سیستم ایمنی مخاطی و تکثیر سلولهای سازگاری ایمنی ضروری است(Rial .D.and Rolfe.(2000))
2-1-9 مکانیسم اثر پروبیوتیک ها
مکانیسم هایی که پروبیوتیک ها برای محافظت از میزبان به کار می گیرند ، این گونه پیشنهاد شده اند :
2-1-9-1 تولید مواد بازدارنده توسط باکتری های پروبیوتیک
پروبیوتیک ها مواد مختلفی را تولید می کنند که هم بر روی باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی اثر مهار کننده دارند.این ترکیبات مهار کننده شامل :
2-1-9-1- اسید های آلی
تجمع اسید های آلی و کاهش pH باعث ممانعت از رشد بسیاری از باکتری های گرم مثبت و گرم منفی می شود . اسید استیک در مقایسه با اسید لاکتیک خواص بازدارندگی بیشتری بر روی باکتری ها دارد .( Dvuyst E, Lvandamme J. (1994))
2-1-9-1-پر اکسید هیدروژن
پر اکسید هیدروژن می تواند باعث پراکسیداسیون غشاء لیپیدی باکتری ها شود و در نهایت سبب افزایش قابلیت نفوذپذیری غشاء باکتری گردد . متابولیتهای اکسیژن (H2O2 و OH و -O) علاوه بر اثرات اکسیداسیون قوی که دارند ، می توانند سبب تخریب ساختمان مولکول اسید نوکلئیک و پروتئین های سلولی نیز شوند. (Gilliland SE, Yap P. (2000))
2-1-9-1-دی اکسید کربن
دی اکسید کربن می تواند در فعالیتهای آنتاگونیستی باکتری های اسید لاکتیک نقش داشته باشد . دی اکسید کربن با خارج کردن اکسیژن ، شرایط بی هوازی ایجاد کرده و باعث کاهش pH در داخل و خارج سلول می شود که این امر منجر به تخریب غشاء سلولی می شود.( Bank SG, Bord RG, Sparks N. (1990))
2-1-9-1-دی استیل
یکی از محصولات نهایی متابولیکی باکتری های اسید لاکتیک است که در شرایط هوازی و بی هوازی از پیرووات تولید می شود و بیشتر بر روی باکتری های گرم منفی ، مخمرها و کپک ها موثر است . Jay (1980) گزارش کرد که دی استیل با پروتئین حامل آرژنین واکنش می دهد و در باکتری های گرم منفی مانع از متابولیسم آرژنین می شود . لازم به ذکر است که غلظت بالاتر از 400 میکرولیتر در میلی لیتر لازم است تا دی استیل خاصیت ضد میکروبی داشته باشد.( Jay JM. (1980))
2-1-9-1- استالدئید
استالدئید در طی متابولیسم کربوهیدرات ها توسط باکتری های اسید لاکتیک هتروفرمنتاتیو تولید می شود و به اتانول تبدیل می گردد . این واکنش توسط الکل دهیدروژناز انجام می گیرد . فقدان یا کاهش این آنزیم در باکتری های اسید لاکتیک ممکن است باعث تولید استالدئید اضافی شود .
2-1-9-1- باکتریوسین ها
باکتریوسین ها مواد ضد میکروبی پروتئین داری هستند که توسط سویه هایی از یک باکتری تولید شده و می توانند بر علیه باکتری های دیگر مورد استفاده قرار گیرند . معمولاً این مواد پپتیدهای کاتیونی هستند که ویژگی های هیدروفوبیک (آب گریز) دارند . در حقیقت باکتریوسین ها در فاز رکود (Stationary phase) تولید می شوند و به باکتری قدرت برتری نسبت به باکتری های دیگری که در همان شرایط وجود دارند را می دهد ..( Lebras G, Garel GR. (1998)) , Elke KA. (2004))
2-1-9-2 انسداد جایگاه های اتصال
مهار رقابتی جایگاههای اتصال باکتری بر روی سطوح اپی تلیال روده یک مکانیسم دیگر اثر بخشی پروبیوتیک هاست.گفته می شود که بسیاری از پاتوژنهای روده ای برای استقرار در روده و ایجاد بیماری بتوانند به روده متصل شوند با توجه به این مسئله تعدادی از گونه های پروبیوتیک ها به دلیل توانایی اتصالشان به سلولهای اپی تلیال انتخاب شده اند. Marteau.PR.Vrese.M.and Cellier CJ.(2001))
2-1-9-3 رقابت برای کسب مواد غذایی
رقابت برای جذب مواد غذایی به عنوان یک مکانیسم اثر پروبیوتیکی پیشنهاد شده است.پروبیوتیک ها از مواد غذایی که مورد مصرف باکتریهای بیماریزا قرار می گیرند،استفاده می کنند.بررسی شده که میکروارگانیسمهای رودهای در مقایسه با کلستریدیوم دیفیسل برای جذب گلوکزمونومریک ،N-acetyl-glucosamin ,sialic acid موجود در محتوای کولون کارآمدتر هستند.( Tamime A.(2005))
2-1-9-4 تحریک سیستم ایمنی
اگرچه مکانیسم های گفته شده به منظور ایجاد اثر سلامتی است اما باکتریهای پروبیوتیک باید توانایی زنده ماندن در دستگاه گوارش را داشته باشند و تحت شرایط سخت روده پایدار بمانند . ظاهراً سویه های پروبیوتیک چسبنده می توانند در دستگاه گوارش به طور موقت استقرار یابند و سبب افزایش میزان IgA شوند . نتیجه افزایش پاسخ IgA سرم ، اثر بر پاتوژن هایی از قبیل سالمونلاتایفی (Salmonella typhi Ty21a) می باشد . بسیاری از اثرات پروبیوتیک از طریق تنظیم ایمنی و بخصوص از طریق کنترل تعادل سایتوکین های پیش التهابی و ضد التهابی اعمال می شوند.( Isolauri E. (2001) و Maldonado A. (2004))
2-1-10 ویژگی های عملکردی پروبیوتیک ها
2-1-10-1 اثرات سودمند از نظر تغذیه :
- ساخت مواد مغذی نظیر ویتامین B,K ،اسیدهای آمینه ،آنزیم لاکتاز،لیپاز،پروتئاز که از جمله آنزیم های تولید شده هستند که هضم مواد غذایی را تسهیل می کنند.
- بهبود جذب املاح (P,Cu,Mn,Fe,Zn,Ca) به علت ساخت اسید توسط پروبیوتیک ها و با کاهش pH یونیزه شدن املاح تسهیل می شود و دسترسی زیستی آن برای بدن افزایش می یابد.
- افزایش میزان جذب پروتئین پروبیوتیک ها با کاهش تعداد باکتریهای مضر به دلیل رقابت پروبیوتیک ها با این باکتریها مقدار بیشتری پروتئین برای جذب در دسترس بدن قرار می گیرد. (Vergio,Fand Hippokrates .(1954), Toure.R,.(2005))
2-1-10-2 اثرات سودمند از نظر درمانی
2-1-10-2-تعدیل میکروفلور روده
ایده اولیه پروبیوتیک بر اساس تغییر میکروفلور طبیعی بالقوه مضر به میکروفلور با اثرات مفید شکل گرفته است در واقع پروبیوتیک با کاهش تعداد کلی فرم ها،کلستریدیا و افزایش لاکتوباسیل ها یا بیفیدوباکترها ترکیب میکروفلور روده را بهبود می بخشد.مصرف باکتری پروبیوتیکی که توانایی گذشتن از دستگاه گوارش را داشته باشد موجب افزایش تعداد این باکتری ها در مدفوع می گردد. گاهی با افزایش یک جنس باکتری پروبیوتیک ،شاهد افزایش باکتری از جنس دیگر در مدفوع هستیم برای مثال مصرف لاکتوباسیلوس رامنوز موجب افزایش تعداد بیفیدوباکتر شمارش شده می شود.(Arthure.c .(2002))
2-1-10-2-تولید ویتامین ها و سایر فاکتورهای غذایی
طبق آزمایشاتی که بر روی بیفیدوباکتریوم و لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس انجام شد ، مشخص شد که توانایی تولید ویتامین B1 را دارا می باشند . لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس ممکن است با مهار رشد باکتری های مصرف کننده تیامین که ویتامین B1 را تجزیه می کنند ، سبب جذب این ویتامین شوند. به دنبال مصرف خوراکی بیفیدوباکتریوم در نوزادان ، تعداد این باکتری ها در دستگاه گوارش افزایش یافت و در نهایت میزان تولید ویتامین B1 نیز چند برابر افزایش می یابد . علاوه بر این بیفیدوباکتریوم قادر است ویتامین های B6 و B9 و B12 ، فولیک اسید و اسیدهای آمینه مناسب را تولید کنند .
2-1-10-2-اسهال
پروبیوتیک ها دارای خاصیت آنتاگونیستی بر علیه اسهال عفونی (اسهال مسافرتی ، اسهال ویروسی حاد در کودکان)و اسهال ناشی از مصرف آنتی بیوتیک ها است. بیشترین عامل اسهال در کودکان روتا ویروس ها هستند.در یک مطالعه اثر لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس حرارت دیده به همراه بیفیدوباکتریوم لاکتیس زنده روی اسهال روتاویروسی بررسی و مشخص شد که این دو توأماً سبب کاهش دوره اسهال روتا ویروسی می شود (Diep DB, (2003)و Marteau P,. (2002)و Colombel JF, Cortot A, (1987))
2-1-10-2-کمک به تحمل لاکتوز
نقش پروبیوتیک ها در شکستن لاکتوز به خوبی مشخص شده است . میزان آنزیم شکننده لاکتوز که بتاگالاکتوزیداز است ، در افرادی که از عدم تحمل لاکتوز رنج می برند بسیار کم است . باکتری های موجود در محصولات غذایی تخمیری یا غیر تخمیری آنزیم بتاگالاکتوزیداز خود را در روده کوچک ، جایی که هضم لاکتوز در آنجا انجام می شود ترشح می کنند . اگر چه به نظر می رسد پروبیوتیک ها در هضم لاکتوز در روده کوچک نسبت به باکتری های آغاز گر (starter) ماست اثر کمتری دارند اما ممکن است بتوانند علائم بالینی که در اثر هضم نشدن لاکتوز ایجاد می شوند را تسکین بخشند.( Sanders ME. (2000)و Stegelmann A, De Verse M(2001))
2-1-10-2-تقویت سیستم ایمنی
به طور کلی پروبیوتیک ها تحریک سیستم ایمنی را از طریق قوی کردن دفاع غیر اختصاصی بر علیه عفونت ها و افزایش فعالیت فاگوسیتیک گلبولهای سفید خون و افزایش تولید IgA انجام می دهند.باکتری های پروبیوتیک توانایی افزایش ایمنی اکتسابی و ایمنی ذاتی را با افزایش فعالیت سلولهای کشنده طبیعی (Natural Killer Cells) و فاگوسیتوز ، تغییر مقدار سایتوکین و افزایش میزان ایمنوگلوبولین ها را دارا هستند . (Gill HS. (1998),Waard R, (2002))
2-1-10-2-کنترل بیماریهای آلرژیک
گزارشات متعددی از افزایش روز افزون بیماریهای آلرژیک ارثی در دنیای صنعتی امروز منتشر می شود.مطالعات نشان می دهد که میکروفلور نقش مهمی در بیماریهای آلرژیک دارد.اثر تنظیمی باکتریهای پروبیوتیک روی بیماریهای آلرژیک به صورت کاهش تکثیر لنفوسیت ها و تولید IL-4 به صورت invitro
،تقویت تولید سایتوکین های ضد التهابی IL-10 و کاهش پاسخ ایمنی به آنتی ژنهای غذا می باشد.
اخیراً پتانسیل پروبیوتیکی جهت کاهش بیماریهای آلرژیک مورد بررسی قرار گرفت در این بررسی اطفالی که احتمال ایجاد واکنش های ایمنی در آنها زیاد بود به مدت 6 ماه پروبیوتیک مصرف کردند نتایج نشان داد که پروبیوتیک موجب کاهش ابتلا به اگزما در این اطفال می شود.( Arthure.c.Ouwehand.A.(2002)
2-1-10-2-عفونت های دستگاه تنفسی
استفاده از ماست پروبیوتیک شامل لاکتوباسیلوس رامنوسوس GG و سویه های بیفیدوباکتریوم و لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس ، کاهش باکتری های پاتوژن موجود در بینی را در مقایسه با ماست شاهد نشان داده است.( Serovsika T, Faenova S. (2002)و Gluck U, Gebbers JO. (2003))
2-1-10-2-یبوست
یبوست از مشکلات عمده روده ای در سنین بالاست . در این حالت میکروفلور مدفوع تغییر می کند و جمعیت باکتری های بیفیدوباکتریوم ، باکتروئیدها و به ویژه کلستریدیوم ها کاهش می یابد . تعدادی از تحقیقات بر روی اثرات باکتری های اسید لاکتیک بر یبوست و حرکات روده ای انجام شده اند.در تحقیق انجام شده بر روی افرادی که شیر تخمیری با لاکتوباسیلوس کازئی سویه شیروتا را مصرف کرده اند یبوست به شدت کاهش یافت.( Ogata T, Nakamura T. (1997),)
2-1-10-2-عفونت های دستگاه ادراری – تناسلی
علاوه بر روده دستگاه ادراری – تناسلی هم زمینه ای مناسب برای عملکرد باکتری های پروبیوتیک است. در تحقیقی که بر روی 139 زن با عفونت حاد دستگاه ادراری و 185 زن به عنوان شاهد انجام شد ، مشخص شد که بین مصرف محصولات تخمیری حاوی باکتری های پروبیوتیک و کاهش ابتلا به عفونت های دستگاه ادراری ارتباط وجود دارد. ( Kontiokari. T (2003) Verse .M, (2002)).
2-1-10-2-عفونت هلیکوباکترپیلوری
استقرار هلیکوباکترپیلوری در مخاط معده با التهاب معده ، زخم های معده و سرطان معده همراه خواهد بود . چند سویه از پروبیوتیک ها اثر خود در مهار هلیکوباکترپیلوری را در شرایط In vitro نشان داده اند . تحقیقاتی که بر روی انسان انجام شده اند ، اثر بازدارندگی آنها بر روی هلیکوباکترپیلوری را تأیید کرده اند . این تحقیقات نشان داده اند که مواد ضد میکروبی تولید شده توسط چندین سویه لاکتوباسیلوس مانند اسید های آلی سبب مهار رشد این باکتری می شوند. (Fooks LJ. (2002) و Sanders ME. (1999))
2-1-10-2-کاهش ناراحتی های پوستی
همان طور که بدن به تغذیه از مواد غذایی جذب شده توسط روده نیاز دارد ، پوست هم نیاز به تغذیه دارد . یکی از راههای بهبود تعادل درونی بدن مصرف پروبیوتیک ها ست . استفاده از پروبیوتیک ها برای کنترل ناراحتی های پوستی به چند دهه قبل بر می گردد .در سال 1964 دکتر سیور (Dr.R.H Siver) با چاپ مقاله ای در این خصوص تحت عنوان Lactobacillus for the Control of Acne در مجله Medical Society of New Jersey توضیح داد که لاکتوباسیل ها برای درمان آکنه ، به خصوص در پسران و دختران زیر 18 سال ، مطمئن، ساده و به میزان 80 % موثر هستند . او بهبود در این افراد را پس از مصرف لاکتوباسیل ها با ارائه مدرک نشان داد . (Siver, R. (1964))
2-1-10-2-تسکین نفخ شکم
باکتری های اسید لاکتیک از رشد باکتری های بیماریزا و تولید توکسین ها و گازها جلوگیری می کنند . تفاوت در تولید گاز به دلیل گوناگونی باکتری های ساکن در دستگاه گوارش می باشد . استفاده از باکتری های اسید لاکتیک سبب تولید اسید لاکتیک و اسید استیک می شوند که pH محیط را کاهش می دهند . برخی از باکتری های پروبیوتیک با تغییر فلور روده تولید گاز و سایر ترکیبات را تغییر می دهند .
2-1-10-2-کاهش سموم
پروبیوتیک ها تولید مواد مضر از قبیل آمونیاک ، ایندول ، فنل ها و هیدروژن سولفید را که سرطان زا هستند و به کبد آسیب می رسانند ، مهار می کنند . بیفیدوباکتریوم ها سمومی از قبیل آمونیاک را به عنوان منبع مهمی از نیتروژن برای سنتز پروتئین خود در طی فاز رشد استفاده می کنند . لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس هم نیتروزآمین را تجزیه می کند و می تواند تولید آن را در روده مهار کند . این دو باکتری قادرند تولید ایندول و رشد باکتری های تولید کننده آن را کاهش دهند .
2-1-10-2-کاهش کلسترول سرمی
مطالعات نشان می دهندکه افزایش سطح کلسترول سرمی با حمله های قلبی ارتباط مستقیمی دارد .باکتری های روده ای با تبدیل کلسترول به کوپروستانول که کمتر جذب می شود ، سبب ایجاد اختلال در جذب آن از طریق دستگاه گوارش می شوند . در تحقیقی که بر روی نوزادان انجام شده ، مشاهده شده است که نوزادانی که با شیر فرمنته تغذیه شده اند میزان کلسترول سرم آنها پایین است. در تحقیق دیگری مشاهده شد که بیفیدوباکتریوم و لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس در شرایط In vitro کلسترول را تجزیه می کنند . آنها از سنتز کلسترول با مهار آنزیمی به نام HMG – CoA ردوکتاز که ساختن آن را به عهده دارد جلوگیری می کنند(Sanders ME. (1999))
2-1-10-2- پروبیوتیک ها به عنوان عوامل ضد موتاژن
آمین های هتروسیکلیک عوامل آغازگر سرطان روده بزرگ در حیوانات شناخته شده اند و تصور می شود یکی از علت های سرطان روده بزرگ در انسان نیز می باشد.این ترکیبات در طی پخت غذاهای مثل گوشت قرمز و ماهی بوجود می آیند .عموماً سرطان در اثر فعالیت غیر طبیعی ژنهای کنترل کننده رشد و تقسیم سلولی رخ می دهد این فعالیت غیر طبیعی ممکن است در اثر مصرف مواد سرطان زا و یا تولید آنها در طی فعالیت متابولیکی میکروب های ساکن روده ایجاد شود.رژیم های غذایی به ویژه گوشت و چربی بالا و فیبر پائین باعث تغییرات نامطلوبی در ترکیب فلور روده می شود.افزایش کلستریدیوم و باکتروئید و کاهش بیفیدوباکتریوم موجب افزایش فعالیت آنزیم های گلوکورونیداز ،آزوردوکتاز،اوره آز،نیتروردوکتاز،گلیکولیک اسید ردوکتاز می شود.این آنزیم ها عوامل پروکارسینوژن را به کارسینوژن تبدیل و احتمال ابتلا به سرطان را افزایش می دهندو( Rafter J. (2002) و Collins. JK (1998))