Biotyki (probiotyki, prebiotyki, synbiotyki, postbiotyki)

Mikrobiota

Definicje i terminologia

Mikrobiota – wszystkie drobnoustroje (bakterie, archeony, eukariony i wirusy) zasiedlające organizm człowieka, głównie przewód pokarmowy.

Mikrobiom – szersze pojęcie, obejmujące mikrobiotę i zbiór genów tworzonych przez mikrobiotę oraz środowisko zewnętrzne. Terminy „mikrobiota” i „mikrobiom” bywają stosowane zamiennie.

Mikroflora – termin historyczny, który wciąż jeszcze można spotkać w odniesieniu do mikrobioty, ale już nie powinno się go stosować po zmianie taksonomii drobnoustrojów, gdyż odnosi się do roślin („mikro-flora” to dosłownie „mała-roślinność”).

Dysbioza – zaburzenia ilościowe i czynnościowe mikrobioty, polegające na utracie pożytecznych drobnoustrojów, ekspansji patobiontów (potencjalnych patogenów) i utracie różnorodności gatunkowej.

Mikrobiota – podstawowe informacje

Liczba drobnoustrojów zasiedlających organizm człowieka jest o ~30% większa niż liczba jego komórek (proporcja 1,3:1), a nie – jak przypuszczano wcześniej – 10-krotnie większa. Liczba genów drobnoustrojów to ~150-krotność liczby genów człowieka, łączna masa mikrobioty jest bliska 1,5 kg.

Szacuje się, że w skład mikrobioty wchodzi ~2000 różnych gatunków drobnoustrojów, ale tylko 150–170 dominuje u danej osoby. W przewodzie pokarmowym bytuje ~95% drobnoustrojów, a pozostała część zasiedla m.in. układ oddechowy, skórę i drogi rodne.

Drobnoustroje, zwłaszcza zasiedlające przewód pokarmowy, nie są tylko „biernymi pasażerami”. Pełnią różnorodne funkcje, które w znacznej mierze decydują o zdrowiu lub chorobie gospodarza, takie jak:

1. ochrona przed drobnoustrojmi chorobotwórczymi:
   • rywalizacja z nimi o dostępne w jelitach składniki odżywcze,
   • wytwarzanie substancji o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych,
   • wspomaganie miejscowej odpowiedzi immunologicznej wobec tych drobnoustrojów,
   • modulacja ekspresji genów odpowiedzialnych za wzmacnianie tzw. bariery jelitowej,
   • wspomaganie bariery ochronnej przed drobnoustrojami chorobotwórczymi;
2. wspomaganie funkcji układu immunologicznego:
   • stymulacja i wspomaganie wytwarzania wydzielniczej IgA, biorącej udział w odporności miejscowej wobec bakterii i wirusów,
   • modulowanie miejscowej i ogólnej reakcji zapalnej,
   • stymulowanie ścisłych połączeń między komórkami nabłonka jelitowego (zmniejszenie przepuszczalności błony śluzowej jelita),
   • wspomaganie rozwoju tolerancji na pokarmy;
3. trawienne lub metaboliczne:
   • wytwarzanie witamin z grupy B (B₂, B₃, B₅, B₆, B₇, B₁₂), witaminy K i kwasu foliowego,
   • fermentacja niepoddających się trawieniu składników pokarmowych, zwłaszcza węglowodanów – w efekcie powstają krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (octowy, propionowy, masłowy), które wspomagają odbudowę i różnicowanie komórek nabłonka błony śluzowej jelita cienkiego i grubego; dzięki nim jelito sprawniej realizuje funkcje trawienne i tworzy skuteczniejszą barierę ochronną,
   • neutralizacja lub rozkład substancji rakotwórczych pochodzących z diety;
4. wpływ na układ nerwowy – modulacja osi jelito–mózg, czyli dwustronna sygnalizacja biochemiczna odpowiedzialna za regulację nastroju, lęku, stresu, bólu i funkcji poznawczych.

Czynniki wpływające na kształtowanie się mikrobioty

Na kształtowanie się mikrobioty przewodu pokarmowego wpływa bardzo wiele czynników. Najważniejsze z nich, odgrywające rolę we wczesnym okresie życia, działają na każdym etapie życia pre- i postnatalnego:

1. okres wewnątrzłonowy:
   • ekspozycja matki na stres, palenie papierosów, antybiotyki,
   • czas trwania ciąży (poród przedwczesny vs o czasie);
2. w czasie porodu:
   • sposób rozwiązania ciąży (poród drogami natury vs cięcie cesarskie),
   • środowisko w trakcie porodu,
   • kontakt noworodka z matką i personelem medycznym;
3. okres po urodzeniu:
   • sposób żywienia (karmienie piersią vs mlekiem modyfikowanym),
   • wprowadzanie pokarmów uzupełniających (czas wprowadzania, rodzaj pokarmów),
   • leki stosowane u dziecka (antybiotyki, inhibitory pompy protonowej),
   • miejsce zamieszkania (środowisko wiejskie vs miejskie),
   • zanieczyszczenie środowiska,
   • kontakty z najbliższymi krewnymi i innymi osobami.

Modyfikacja mikrobioty

Etiopatogeneza wielu chorób, w tym nieswoistych zapaleń jelit, zespołu jelita drażliwego, martwiczego zapalenia jelita, chorób alergicznych, cukrzycy, otyłości i zaburzeń ze spektrum autyzmu, wiązana jest na poziomie hipotez z zaburzeniami mikrobioty. Rzadko jednak (jeśli w ogóle) zaburzenia te stanowią jedyny czynnik etiologiczny. Uznanie roli mikrobioty przewodu pokarmowego sprawia jednak, że zainteresowaniem cieszą się próby modyfikacji mikrobioty (m.in. poprzez podawanie biotyków – probiotyków, prebiotyków, synbiotyków lub postbiotyków), a ten kierunek badań dynamicznie się rozwija.

Probiotyki

Definicja

Probiotyki to żywe drobnoustroje, które w odpowiednich ilościach wykazują korzystny efekt zdrowotny u gospodarza. Probiotykami nie są zabite drobnoustroje, wytwarzane przez nie substancje, jak również zawiesiny bakterii używane w celu przeszczepienia mikrobioty jelitowej.

Taksonomia

Przy omawianiu probiotyków ważne jest rozróżnienie: rodzaju (np. Lacticaseibacillus), gatunku (np. L. rhamnosus) oraz szczepu (np. L. rhamnosus ATCC 53 103; tab. 1). Pełna charakterystyka taksonomiczna jest niezbędna do celów badań naukowych. Producenci często używają jednak innych nazw (np. Lacticaseibacillus casei Defensis, Limosilactobacillus reuteri Protectis). Mają do tego prawo i tylko od ich dobrej woli – przynajmniej obecnie – zależy, czy nazwy nie są mylące (tzn. czy nie sugerują nieudowodnionych dla danego szczepu korzyści zdrowotnych).

W praktyce najczęściej stosowane są bakterie wytwarzające kwas mlekowy z grupy drobnoustrojów wcześniej klasyfikowanych jako Lactobacillus (aktualnie obowiązuje nowa taksonomia – tab. 2) i Bifidobacterium. Poza nimi tradycyjnie do probiotyków zaliczane są drożdżaki Saccharomyces boulardii.

Rodzaje produktów

Do produktów probiotycznych należą:

1. leki probiotyczne,
2. produkty specjalnego przeznaczenia medycznego,
3. produkty żywnościowe,
4. probiotyki inne niż doustne,
5. suplementy diety zawierające probiotyki,
6. preparaty zastępujące mleko kobiece z probiotykami.

Mechanizm działania

Nie ma jednego wspólnego dla wszystkich probiotyków sposobu działania, ale zasadniczo można wyróżnić 3 główne mechanizmy (tab. 3). Mechanizm działania poszczególnych probiotyków może być bardzo zróżnicowany, jednak wydaje się mało prawdopodobne, by dany szczep wykazywał wszystkie przedstawione w tabeli działania. Obecnie przeważa opinia, że efekty probiotyków są w znacznej mierze zależne od szczepu.

Zasady wyboru probiotyku

Wybierając preparat probiotyku w celu uzyskania korzyści zdrowotnych, należy się kierować następującymi wskazówkami:

1. rodzaj, gatunek i szczep (tab. 1) – powinno się wybierać dobrze zidentyfikowane probiotyki;
2. preparat jedno- czy wieloszczepowy – wieloszczepowość per se nie gwarantuje lepszego efektu, a aby uzyskać efekt opisany w wynikach badania klinicznego, zaleca się stosowanie takiego samego drobnoustroju (lub kombinacji drobnoustrojów) i w takiej samej dawce, jak w badaniu dokumentującym jego skuteczność;
3. termin ważności – producent powinien gwarantować minimalną liczbę żywych drobnoustrojów przez cały okres ważności preparatu;
4. warunki przechowywania – należy przestrzegać zaleceń producenta (niektóre preparaty wymagają przechowywania w lodówce, inne w temperaturze pokojowej);
5. dawkowanie (dawkę probiotyków najczęściej podaje się w jednostkach tworzących kolonie [colony forming units – CFU]) – nie ma jednego dawkowania odnoszącego się do wszystkich probiotyków, a większa dawka nie zawsze jest skuteczniejsza, dlatego uzasadnione wydaje się stosowanie takiej dawki, która w badaniu klinicznym określonego szczepu probiotycznego wykazała korzystny efekt;
6. jakość – każda postać (lek, suplement diety) podlega odrębnym regulacjom; preparaty zarejestrowane jako leki dają gwarancję wysokiej jakości, ale suplementy diety również mogą mieć dobrą jakość;
7. dane naukowe – każdy z probiotyków (szczepów) wymaga oddzielnych badań w celu określenia jego bezpieczeństwa i skuteczności w ściśle określonej sytuacji klinicznej; nie należy ekstrapolować danych dotyczących skuteczności i bezpieczeństwa określonego szczepu na inne, nawet jeśli dotyczą tego samego rodzaju (a nawet gatunku) drobnoustroju.

Zastosowanie

Aktualne zalecenia dotyczące stosowania probiotyków u dzieci – tab. 4.

Prebiotyki

Definicja

Prebiotyki to substraty, które są wybiórczo wykorzystywane przez drobnoustroje i w ten sposób korzystnie wpływają na stan zdrowia gospodarza.

Cechy prebiotyków

Wymagania, które powinien spełnić składnik żywności uznawany za prebiotyk, obejmują:

1. oporność na działanie enzymów trawiennych,
2. podatność na hydrolizę i fermentację w jelicie grubym,
3. stymulowanie rozwoju jednego lub ograniczonej liczby pożytecznych szczepów bakterii (uważa się, że powinny to być bakterie z rodzajów Bifidobacterium i Lactobacillus [wg dawnej taksonomii; p. tab. 2]) bytujących in vivo w okrężnicy.

Przykłady prebiotyków

Właściwości prebiotyczne wykazują występujące w mleku kobiecym oligosacharydy pokarmu kobiecego (HMO; p. rozdz. „Karmienie piersią”). Niektóre prebiotyki (oligofruktoza, inulina) można znaleźć w niewielkiej ilości w cebuli, czosnku, bananach, korzeniu cykorii lub topinamburze (słoneczniku bulwiastym). Prebiotyki są również dodawane do niektórych produktów spożywczych (jogurtów, płatków zbożowych, pieczywa, ciastek, deserów i napojów), jednak na etykiecie rzadko pojawia termin „prebiotyki”. Zamiast tego należy szukać takich nazw, jak galaktooligosacharydy (GOS), fruktooligosacharydy (FOS), oligofruktoza (OF), wło´kna cykorii lub inulina. GOS i/lub FOS są często dodawane do mleka modyfikowanego dla niemowląt (szacuje się, że na świecie ~50% preparatów dla niemowląt zastępujących mleko kobiece zawiera prebiotyki, przede wszystkim GOS/FOS). Prebiotyki są również dostępne jako suplementy diety. Większość prebiotyków stanowi błonnik pokarmowy, ale nie każdy jego rodzaj jest prebiotykiem.

Zastosowanie

Ograniczona liczba dostępnych wiarygodnych danych sprawia, że nie ma podstaw do zalecenia stosowania któregokolwiek z prebiotyków w leczeniu chorób u dzieci lub w zapobieganiu tym chorobom (tab. 5).

Synbiotyki

Definicja

Do niedawna terminem tym określano kombinację probiotyków i prebiotyków o potencjalnie synergistycznym działaniu. Według aktualnej (2020 r.) definicji synbiotyk to mieszanina składająca się z żywych drobnoustrojów i substratu/substratów wybiórczo wykorzystywanych przez drobnoustroje gospodarza i korzystnie oddziałujących na jego organizm.

Zgodnie z aktualną definicją wyróżnia się 2 rodzaje synbiotyków (ryc. 1):

1. komplementarny – mieszanina ≥1 probiotyku i prebiotyku, a każdy z nich działa niezależnie dla osiągnięcia korzyści zdrowotnych;
2. synergistyczny – mieszanina wybiórczo wykorzystywanych substratów i żywych drobnoustrojów wybranych ze względu na ich właściwości prozdrowotne, które współdziałają, aby przynieść korzyści zdrowotne (korzyści zdrowotne i wybiórcze wykorzystanie substratu przez podawane jednocześnie żywe drobnoustroje należy udokumentować w tym samym badaniu klinicznym).

Celem dla synbiotyku mogą być zarówno jelitowe, jak i pozajelitowe ekosystemy drobnoustrojów. Synbiotyki mogą wchodzić w skład produktów z różnych kategorii (żywność, produkty niespożywcze, kosmetyki, leki, suplementy diety).

Ryc. 1. Rodzaje synbiotyków zależnie do metody wytwarzania i różnice między nimi: A. synbiotyk komplementarny; B. synbiotyk synergistyczny (zmodyfikowano za zgodą na podstawie: International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics [ISAPP]: Synbiotyki. https://isappscience.org/wp-content/uploads/2021/09/Synbiotics_Polish_28-6-21.pdf)

Zastosowanie

Ograniczona liczba dostępnych wiarygodnych danych sprawia, że nie ma podstaw do sformułowania zaleceń dotyczących stosowania synbiotyków u dzieci w leczeniu chorób lub zapobieganiu im (tab. 6).

Postbiotyki

Definicja

Termin „postbiotyk” odnosi się do preparatu nieżywych (w wersji oryginalnej: nieożywionych [inanimate]) drobnoustrojów lub ich składników korzystnie wpływających na zdrowie docelowego gospodarza. W powyższej definicji ważne jest każde słowo:

1. post-biotyk – „post” czyli „po”, a „bio” odnosi się do żywych drobnoustrojów, ich metabolitów lub składników (stąd obrazowo można powiedzieć, że postbiotyk to „życie po życiu”);
2. preparat – matryca lub metoda inaktywacji drobnoustroju mogą odgrywać rolę w efektach zdrowotnych;
3. nieżywy/nieożywiony, czyli niebędący organizmem żywym – wybór tego przymiotnika był w znacznej mierze podyktowany faktem, że inne rozważane terminy (np. „zabity”, „martwy”, „nieaktywny”) mogłyby sugerować brak aktywności biologicznej, podczas gdy obecność nieożywionych, ale aktywnych biologicznie drobnoustrojów jest kluczowym elementem postbiotyku;
4. składniki – w tym fragmenty komórek lub metabolity (np. krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, enzymy, bakteriocyny, peptydy, kwasy tejchojowe, polisacharydy), o ile występują w nieożywionym preparacie mikrobiologicznym;
5. korzyści dla zdrowia – należy je udokumentować w wiarygodnych badaniach klinicznych.

Postbiotykiem nie są natomiast wyizolowane, oczyszczone metabolity (np. kwas masłowy lub maślan, witaminy). W odniesieniu do tych związków należy używać ich właściwej nazwy chemicznej. Postbiotykami nie są również: bakteriofagi, oczyszczone szczepionki, zasadniczo oczyszczone komponenty i produkty, takie jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, filtraty bez składników komórkowych, związki uzyskiwane dzięki syntezie chemicznej.

Metody pozyskiwania postbiotyków

Procesy technologiczne wykorzystywane do wytwarzania postbiotyków to m.in. inaktywacja termiczna (pasteryzacja; tyndalizacja [wielokrotna pasteryzacja]; autoklawowanie), inaktywacja ultrafioletem, obróbka chemiczna (np. formaliną), promieniowanie γ i sonikacja (rozbicie komórek ultradźwiękami [fale o częstotliwości 15–20 kHz]).

Zastosowanie

Można rozważyć zastosowanie:

1. L. acidophilus LB (inaktywacja wysoką temperaturą) w leczeniu wspomagającym ostrej biegunki infekcyjnej u dzieci;
2. niektórych doustnych lizatów bakteryjnych (mieszaniny kilku gatunków zabitych bakterii, które najczęściej wywołują infekcyjne zapalenie dróg oddechowych) o udowodnionej skuteczności w profilaktyce nawracających zakażeń dróg oddechowych, z wyjątkiem zapalania płuc (wg Europejskiej Agencji Leków [EMA]); ze względu na brak danych nie należy ich stosować w leczeniu aktywnego zakażenia lub w zapobieganiu zapaleniu płuc.

Dostępne są preparaty mleka modyfikowanego z postbiotykami – ich bezpieczeństwo i tolerancja są zbliżone do standardowego mleka modyfikowanego. Teoretycznie możliwy jest korzystny wpływ na niektóre objawy ze strony przewodu pokarmowego.

Dawkowanie biotyków

Nie ma uniwersalnego schematu dawkowania odnoszącego się do wszystkich biotyków. Należy stosować takie dawkowanie, które wykazało korzystny efekt w wiarygodnym badaniu przeprowadzonym u ludzi z określonym biotykiem w konkretnym wskazaniu.

Bezpieczeństwo

Probiotyki

Probiotyki są powszechnie uważane za bezpieczne, czego dowodem może być przyznanie im przez FDA statusu „Generally Recognized As Safe” (GRAS; tzn. powszechnie uznawane za bezpieczne). Na podstawie kilku opublikowanych badań stwierdzono, iż ryzyko zakażenia bakteriami probiotycznymi jest znikome oraz że spożycie preparatów zawierających probiotyki u osób bez dodatkowych obciążeń jest bezpieczne.

Aktualnie odstąpienie od stosowania probiotyków (przeciwwskazania), a na pewno ostrożność przy ich stosowaniu, są uzasadnione u:

1. pacjentów z niedoborem odporności,
2. ciężko chorych w stanie krytycznym leczonych na OIT, z cewnikiem wprowadzonym do dużych żył.

Zgodnie z wytycznymi ESPGHAN obowiązuje ostrożność podczas stosowania probiotyków u wcześniaków. O wprowadzeniu probiotyku należy poinformować lokalne laboratorium mikrobiologiczne, które powinno mieć możliwość rutynowego wykrywania (standardowymi metodami hodowli) bakteriemii lub fungemii wywołanej przez szczepy probiotyczne. Wcześniakom nie należy podawać szczepów probiotycznych produkujących D-mleczany (np. L. reuteri DSM 17 938 lub L. acidophilus NCDO 1748 [ATCC 4356, LA37 lub NCIMB 30 316]), ponieważ nie przebadano odpowiednio ich bezpieczeństwa w tej grupie dzieci. Usuwanie D-mleczanu z organizmu wcześniaka jest mało efektywne, a tego izomeru nie można oznaczać w rutynowej gazometrii. Może to stanowić problem przy ogólnej skłonności do występowania kwasicy u wcześniaków, choć nie zbadano znaczenia D-mleczanu w tej grupie. Póki nie pojawią się jednoznaczne dane dotyczące bezpieczeństwa, zaleca się wybierać szczepy produkujące L-mleczan (np. L. rhamnosus GG ATCC 53 103). Ponadto powinno się stosować wyłącznie szczepy pozbawione plazmidów zawierających geny oporności na antybiotyki, które mogą być przekazywane innym szczepom bakteryjnym. Zaleca się, aby podawać tylko probiotyki produkowane zgodnie z aktualnymi zasadami Dobrej Praktyki Wytwarzania (GMP), aby zapewnić tożsamość szczepu i uzyskać produkt wolny od zanieczyszczeń (bardzo mała wiarygodność danych).

Czynnikiem ryzyka może być również podawanie probiotyków przez chirurgiczną przetokę jelita cienkiego (jejunostomię) oraz stosowanie antybiotyków o szerokim zakresie działania, na które stosowane probiotyki są oporne. Wiele z tych stanów producenci uznają za przeciwwskazanie.

Prebiotyki i synbiotyki

W odniesieniu do prebiotyków przedmiotem dyskusji jest możliwość stymulacji rozwoju lub aktywności chorobotwórczych szczepów bakterii, stąd znaczenie właściwego ich doboru. Na podstawie dostępnych danych dotychczas oceniane w badaniach prebiotyki uważa się za bezpieczne. Dotyczy to również synbiotyków.

Podobnie jak w odniesieniu do skuteczności, bezpieczeństwo każdego pro- lub prebiotyku należy oceniać oddzielnie. Nie można ekstrapolować danych o bezpieczeństwie jednych szczepów na inne – nawet pokrewne – gatunki lub produkty.

Zgłaszanie skutków niepożądanych

Sposób zgłaszania skutków niepożądanych pozostaje przedmiotem dyskusji. W wielu badaniach dotyczących probiotyków lub prebiotyków był on niewystarczający.

Zalecenia

Stosowanie biotyków jest uzasadnione tylko pod warunkiem, że przepisywany jest produkt o dobrze udokumentowanym działaniu w zapobieganiu lub leczeniu danej jednostki chorobowej. Podejmując decyzję o podawaniu biotyku, zawsze warto przeprowadzić bilans korzyści (np. umiarkowane, ale być może istotne dla pacjenta lub jego rodziców, skrócenie czasu trwania choroby, łatwość i bezpieczeństwo stosowania) oraz niekorzystnych następstw (np. dodatkowe koszty poniesione na terapię). Brak badań klinicznych z danym biotykiem nie oznacza, że jest on nieskuteczny, ale że aktualnie brakuje podstaw naukowych do jego stosowania.

Preparaty dostępne w Polsce

U dzieci najlepiej udokumentowana jest skuteczność L. rhamnosus GG oraz S. boulardii. Coraz więcej wiarygodnych badań dotyczy także L. reuteri DSM 17 938. W Polsce dostępnych jest wiele preparatów zawierających wspomniane probiotyki (tab. 7). Część z nich to preparaty jednoskładnikowe, pozostałe – wieloskładnikowe, zawierające dodatkowo inne probiotyki i/lub prebiotyki (np. inulinę). Często wiadomo, jaki jest efekt kliniczny, którego można się spodziewać po zastosowaniu samego probiotyku. Zazwyczaj nie wiadomo natomiast, jakie są efekty kliniczne stosowania preparatów wieloskładnikowych.