Физиолого-биохимические свойства пробиотически ценных неспоровых и спорообразующих бактерий

Как уже упоминалось, чаще всего в состав пробиотических препаратов входят бактерии родов Lactobacillum и Bifidobacterium, являющихся неспорообразующими и относящихся к молочно-кислым бактериям. Данная группа обладает способностью, которой нет у других представителей микроорганизмов – они могут перерабатывать лактозу. Это свойство роднит их с кишечными бактериями, так как способность расщеплять лактозу представляет собой приспособленческую реакцию на среду, характерную для микробиоты кишечника млекопитающих. 

Большая часть молочно-кислых бактерий является хемоорганотрофами, т.е. они способны расти только на комплексных средах, ведь они утратили способность синтезировать необходимые им факторы роста. 

Данная группа микроорганизмов проявляет по отношению патогенным и условно-патогенным, а иногда и близкородственным штаммам ярко выраженную антагонистическую активность [1]. 

Среди всех бактерий данной группы наиболее значимыми для здоровья человека являются бактерии рода Bifidobacterium. Их основной функцией в организме является поддержание нормального баланса микрофлоры кишечника, подавляя активность патогенных микроорганизмов. Помимо этого, они способны стимулировать иммунитет организма, снижают концентрацию аммиака и холестерина, обладают противоопухолевой активностью и способность к поглощению канцерогенов, поступивших с жаренным мясом. Еще одним немалым плюсом для использования бифидобактерий (в частности Bifidobacterium lactis) является то, что они устойчивы к низким значениям pH и обладают высокими адгезивными свойствами, что позволяет им выжить в верхних отделах ЖКТ. 

На ровне с бифидобактериями для создания пробиотических препаратов активно используются и лактобациллы (L. acidophilus, L. Rhamnosus, L. lactis, L. Bulgaricus). Они оказывают стимулирующее и регулирующее действие на организм и обладают антагонистическими свойствами, влияющими на болезнетворные и условно-патогенные микроорганизмы желудочно-кишечного тракта [30]. 

Далее будет приведена более подробное описание бактерий рода Bifidobacterium и Lactobacillum

Устойчивость к тем или иным антибиотикам обусловлена генетически. Многие бактерии содержат в своем геноме такие гены устойчивости, отвечающие за реализацию ряда механизмов, направленных на преодоление негативного воздействия антибиотиков. За длительный период эволюции бактерии развили множество стратегий для выживания в среде с неблагоприятными условиями, включая и присутствие антибактериальных агентов. Это связанно и с тем, что мы активно используем эти агенты, побуждая микроорганизмы к совершенствованию механизмов выживания. 

Например известно, что для лактобацилл характерна природная высокая устойчивость к целому ряду антибиотических препаратов, а в особенности к ванкомицинам. При проведении типирования генов у 34 штаммов лактобацил (видов Lactobacillus acidophilus, L. casei и L. delbrueckii subsp. Bulgaricus) и бифидобактерий показало, что они имеют в своем генотипе гены, ответственные за устойчивость к азтреонаму, циклосерину, налидоксовой кислоте, каналицину, полимиксину В и спектиномицину. Устойчивость же к таким антибиотикам, как хлорамфеникол, гентамицин, линкомицин, метронидазол, неомицин варьируется среди различных штаммов [39, 49]. 

Так же есть исследования, где показана устойчивость лактобацилл к ципрофлоксациму и ванкомицину (84% и 68% исследуемых штаммов соответственно). Так же отмечают пониженную чувствительность к аминогликозидам – считается, что это природное явление и связанно оно с низкой проницаемостью этих препаратов через мембраны лактобацилл. А также большая часть продемонстрировала чувствительность к макролидам, хлорамфениколу, тетрациклину, а также к рифампицину, ампициллину и амоксициллину [21]. 

13 штаммов лактобацилл (4 штаммов L. plantarum, 4 штаммов L. helveticus, 3 штаммов L. casei/paracasei, L. rhamnosus и L. fermentum), взятых от людей (обитатели нормофлоры кишечника) показали относительную чувствительность к ампицилину, рифампицину, хлорамфениколлу, рокситромицину, эритромицину и азитромицину. При этом ни один штамм не был чувствителен ни к одному из указанных антибиотиков. Что интересно, это является самым выраженным отличием между штаммами, выделенными из организма и промышленными штаммами, демонстрирующими чувствительность к ряду указанных антибиотических препаратов [39]. 

Исследования бифидобактерий направленные на изучение антибиотикорезистентности показали, что микроорганизмы этого рода обладают природной устойчивостью к мупироцину. Более того, оказалось, что они не восприимчивы и к высоким концентрациям аминогликозидов. А вот низкие концентрации макролидов, ванкомицина, бета-лактамов, хлорамфеникола, рифампицина или спетиномицина, как и в случае с лактобациллами, ингибирует рост клеток [37]. 

Для пробиотиков важным свойством используемого микроорганизма является наличие ярко выраженной антагонистической активности. Это касается и штаммов молочнокислых бактерий. Данное свойство позволяет использовать пробиотики для усиления, коррекции, а, в некоторых случаях, и как альтернативу антибиотикотерапии [44]. 

Антагонистические взаимоотношения представляют собой всего лишь один из природных путей взаимоотношений между микроорганизмами. Они основаны на том, что рост одного вида микроорганизмов угнетает рост другого при совместном развитии. 

Известно достаточное число методов для определения антагонистической активности пробиотиков и штаммов бактерий in vitro. Они включают в себя методы совместного культивирования со штаммом-индикатором в жидкой или на плотной питательной среде. Наиболее распространенным способом является способ отсроченного антагонизма, при котором посев индикаторного штамма осуществляется после нарастания исследуемого штамма микроорганизма [49].

Антагонистическая активность молочнокислых бактерий, в частности и лактобацилл с бифидобактериями, проявляется несколькими путями: конкуренцией за питательные вещества, конкуренцией за сайты адгезии и в продукции ингибирующих рот культуры-конкурента веществ. 

Хорошо известно, что молочнокислые бактерии являются антагонистами сальмонел, а помимо этого еще и ингибируют рост представителей родав Staphulococcus, Enterococcus, Pseudomonas, Yersinia, Clostridium, Bacillus, Klebsiella, Campylobacter, Gardnerella и д.р. Большое значение в механизмах антагонистической активности молочнокислых бактерий по мнению многих ученых имеет их способность к синтезу органических кислот, оказывающих ингибирующее действие на рост патогенной кишечной флоры. Также широко известным фактом является и из способность к продукции бактериоцинов – веществ пептидно-белковой природы с выраженным антибиотическим действием на патогенные и условно-патогенные микроорганизмы [9]. 

В in vitro условиях лактобактерии проявляют свои антагонистические свойства за счет активного синтеза антибиотиков, ингибиторных протеинов, перекисей, бактериоцинов, органических кислот, алкоголей, лизоцима и многих других активных веществ, направленных на подавление роста конкурентной культуры. 

Представители рода бифидобактерий являются хемоорганотрофами. Они способны активно сбраживать углеводы: сахарозу, галактозу, мальтозу, фруктозу, раффинозу, мелибиозу и др. В результате в основном образуются уксусная и молочная кислоты в соотношении 3:2. Также могут образовываться примеси муравьиной и янтарной кислот, этанола, а к синтезу масляной, пропионовой кислот и СО2 они не способны [22]. 

Бифидобактерии не продуцируют каталаз, не производят индол и сероводород, не способны восстанавливать нитраты, не разжижают желатин. Они не выделяют побочным продуктом фенол или аммиак из аргинина. При развитии в лакмусовом молоке бифидобактерии вызывают частичное или полное его восстановление. Эти бактерии могут развиваться в бульоне из гидролизованного молока с добавлением 2%-ного раствора поваренной соли и содержанием 20%-ной желчи и фенола концентрацией 1:250. Бифидобактерии не используют в качестве источника энергии [3]. 

Большинство штаммов бифидобактерий не способны сквашивать стерильное молоко или сквашивают его минимум через 4-о суток. В процессе культивирования биохимическая активность микробов повышается и свертывание молока происходит через 24-36 ч. Биохимическая активность повышается также при добавлении в молоко ростовых веществ. При внесении 5-10 % посевного материала сквашивание наблюдается через 8-12 ч. Предельная кислотность достигает 120-130° Т.

Кроме кишечника теплокровных бифидобактерии обнаружены в ротовой полости, также у насекомых и в сточных водах [3].

Исходя из их характеристики, бифидобактерии активно применяются в процессе приготовления кисломолочных продуктов для детей раннего возраста, а также для изготовления пробиотиков для людей и животных. Они способны синтезировать витамины группы В, витамин К [38], а также незаменимые аминокислоты, используя аммиак в качестве источника азота. Эти микроорганизмы разрушают канцерогенные вещества, образуемые некоторыми представителями кишечной микрофлоры при азотном обмене, выполняя, таким образом, роль «второй печени» [16].