Probiotika, prebiotika a synbiotika

SEZNAM ZKRATEK

Ag43 antigen 43 u Escherichia coli

AIs autoinduktory

AOAC folic acid médium

ATB antibiotika

CBD Calgary Biofilm Device

CCR koncentrický válcový reaktor

CFU kolonie tvořící jednotky

CLSM konfokální rastrovací laserová mikroskopie

EPS extracelulární polysacharidy

GM geneticky modifikovaný

GIT gastrointestinální trakt

HIC hydrofobní interakční chromatografie

IEC iontově výměnná chromatografie

LAB mléčné bakterie

LB lysogeny broth (Luria-Bertani médium)

MATH microbial adhesion to hydrocarbons

MATS microbial adhesion to solvent test

MRS de Man-Rogosa-Sharpe médium

PBS fosfátový pufr

QS quorum sensing

RDR rotační diskový reaktor

SAT salt aggreggation test

SEM rastrovací elektronová mikroskopie

TEM transmisní elektronová mikroskopie

TSB tryptone soya broth

UPEC uropatogenní Escherichia coli

1.ÚVOD A CÍL PRÁCE

Probiotické mikroorganismy jsou již dlouho využívány v potravinářském průmyslu, v poslední době se však intenzivně studují kvůli jejich pozitivnímu působení na zdravotní stav člověka i zvířat. Schopnost tvořit biofilm je dnes považována za vlastnost většiny mikroorganismů. Buňky se shlukují a pomocí extracelulární matrix vytváří heterogenní směs s rozmanitou strukturou. Strukturu bioflmu i fyziologický stav samotných buněk ovlivňuje vývojové stádium biofilmu i podmínky v okolním prostředí. Biofilm buňky chrání před škodlivými vnějšími vlivy a mimo jiné také zvyšuje jejich rezistenci k antimikrobiálním látkám.

Aby mohla probiotika působit v gastrointestinálním, urogenitálním či případně i respiračním traktu, musí být schopna adherovat na přítomné tkáně a dočasně v tomto prostředí perzistovat. Tato schopnost je předpokladem také pro vznik biofilmu, jehož tvorba je z těchto důvodů u probiotických mikroorganismů důležitým tématem. Probiotika jsou schopna adheze na biotické i abiotické povrchy a vznik biofilmu na těchto substrátech pro ně může představovat výhodu při kompetici s rezidentní mikroflórou i patogeny přítomnými v makroorganismu. Tvorba biofilmu na nepřirozených površích v organismu, jakými jsou třeba katetry a jiné medicínské pomůcky, však může mít na zdraví jedince i negativní vliv.

Cílem této bakalářské práce je shrnout a srovnat dostupné poznatky o probiotických mikroorganismech a jejich schopnostech adheze a tvorby biofilmu. Nedílnou součást tohoto tématu představuje také metodika průkazu a studia tvorby biofilmu, která se potýká s nedostatkem standardizovaných metod i obtížným hodnocením různých faktorů, které mají na vznik a tvorbu biofilmu vliv.

2.PROBIOTIKA, PREBIOTIKA A SYNBIOTIKA

2.1.probiotika v historii a současnosti

Používání probiotik má dlouhou historii. První záznamy o užívání nápojů obsahujících bakterie člověkem jsou staré přes 2000 let (Gibson 2004). Římský historik Plinio prosazoval použití fermentovaného mléka pro léčbu gastrointestinálních infekcí již roku 76 po Kristu. Francouzský pediatr Henry Tissier, který roku 1899 poprvé izoloval bifidobakterie, navrhoval, že bifidobakterie by mohly být účinné při prevenci infekcí u dětí, protože jsou převládající složkou střevní mikroflóry u kojených novorozenců (Stanton a kol. 2005). Princip působení probiotik jako první popsal I. I. Metchnikoff (1845-1916), ruský mikrobiolog a laureát Nobelovy ceny za medicínu. Začátkem minulého století Metchnikoff izoloval bakterii Lactobacillus bulgaricus z fermentovaného mléka, jehož konzumaci považoval za příčinu dlouhověkosti bulharských farmářů. Metchnikoff je autorem koncepce antibiózy, která popisuje potlačování růstu a jiných životních projevů jednoho mikroorganismu mikroorganismem druhým. Uskutečnění této teorie pak spatřoval v tzv. mikrobiální interferenční terapii. Její hlavní myšlenka - podávání živých mikroorganismů, které mění a stabilizují rezidentní střevní mikroflóru, tím následně zlepšují zdravotní stav hostitele a působí preventivně proti některým nemocem nebo zmírňují jejich průběh, zůstává i přes některé formální nedostatky stále platná (Frič 2007).

Termín „probiotika“ je odvozen z řeckého slova, které lze do češtiny přeložit spojením „pro život“. Poprvé ho použili Lilly a Stillvell v roce 1965 pro popis látek, jež jsou sekretovány jedním organismem a přitom podporují růst organismů jiných (Lilly a Stillvell 1965). Pracovní skupina FAO/WHO (Food and Agriculture Organisation of the United States/World Health Organisation), která v roce 2002 vydala „Pokyny pro hodnocení probiotik v potravinách“ probiotika definuje jako „živé mikroorganismy, které při podávání v příslušném množství pozitivně působí na zdraví hostitele“ (FAO/WHO working group 2002).

Organismy s probiotickými vlastnostmi se dnes užívají nejen při výrobě potravin, ale i v zemědělství a medicíně (Abe a kol. 1995). V medicíně vykazují pozitivní vliv při léčbě některých onemocnění. Navíc k výzkumu přispívá také vzrůstající poptávka pacientů po náhradě antibiotik přírodními přípravky (Reid a kol. 2003). Probiotika se užívají např. i ve vodním hospodářství (aquaculture) jako doplňky ke krmivu při chovu ryb, krevet a měkkýšů (Wang a kol. 2008) a pozitivní výsledky byly získány také při léčbě rostlinných chorob, v zemědělství jsou však využívány jen zřídka (Fravel 2005). V těchto případech se pro mikroorganismy s probiotickými vlastnostmi užívá název „biokontrolní agens“ (biocontrol agents) (Fravel 2005, Balcázar a kol. 2006). Ve funkčních potravinách mohou probiotika působit také nepřímo produkcí bioaktivních metabolitů při fermentaci (tzv. biogenics) (Takano 2002).

V souvislosti s probiotiky se objevují také výrazy „prebiotika“ a „synbiotika“. Prebiotikum je nestravitelná potravinová složka, která blahodárně působí na hostitele tím, že selektivně podporuje růst, aktivitu či obojí jednoho nebo omezeného počtu bakteriálních druhů vyskytujících se v mikroflóře tlustého střeva. Synbiotika jsou označením pro kombinaci probiotik a prebiotik (Gibson a Roberfroid 1995).