V poslednej dobe je značný záujem o štúdium probiotík a ich účinku ako jednej z možných alternatív antibiotickej liečby. Už teraz sú probiotiká využívané ako podporná liečba pri viacerých črevných ochoreniach a pri liečbe antibiotikami s cieľom urýchliť obnovu prirodzenej črevnej mikrobioty. Typickými zástupcami probiotických mikroorganizmov sú baktérie reprezentované rodmi Lactobacillus a Bifidobacterium. Podľa svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) sú probiotiká definované ako živé mikroorganizmy, ktoré prospešne vplývajú na zdravie hostiteľa, ak sa užívajú v primeranom množstve. Avšak veľmi dôležité je zabezpečiť, aby probiotické mikroorganizmy po perorálnom podaní prežili transport cez kyslé prostredie žalúdka a boli tak schopné kolonizovať črevo a zahájiť proliferáciu [1]. Jedným z najznámejších spôsobov ako ochrániť probiotické mikroorganizmy pred drsnými a stále sa meniacimi podmienkami gastrointestinálneho traktu (GIT) je proces mikroenkapsulácie, pri ktorom dochádza k uzatvoreniu probiotík do polymérových mikrokapsúl (MCs). MCs dokážu transportovať „žijúci náklad“ na miesto určenia bez toho aby stratil svoju funkčnosť [2,3].
Mikroenkapsulácia je vo všeobecnosti proces, pri ktorom sú nie len probiotiká, ale aj enzýmy, prírodné bioaktívne látky, plyny, atď. zabudované do matrice alebo membrány nosiča [4,5]. MCs dokážu ochrániť náklad od degradačných vplyvov počas prechodu GIT, ale aj počas procesu stabilizácie (napr. lyofilizácie) a skladovania pri izbovej teplote. MCs dokážu taktiež zabezpečiť uvoľnenie nákladu za priaznivých podmienok v kontrolovateľných dávkach. Polymér, ktorý sa používa pri mikroenkapsulácii nesmie byť cytotoxický, antimikrobiálneho charakteru, ale musí byť priepustný pre živiny a metabolity, aby nedošlo k usmrteniu buniek, ktoré sú zabudované v MCs [6,7]. Medzi množstvom polymérov, ktoré sú vo všeobecnosti označené ako bezpečné materiály (napr. alginát, chitozán, xantánová guma, škrob, pektín, kazeín, atď.), práve alginát je najčastie využívaný ako nosič pre probiotiká. Je to hlavne vďaka jeho nízkej cene, biokompatibilite, jednoduchej výrobe kapsúl a ľahko modifikovateľnému povrchu. [1]
Synergický efekt probiotík a prebiotík na zloženie ľudskej črevnej mikrobioty je nepopierateľný. V mnohých štúdiách inkorporovali do MCs probiotiká spolu s prebiotikami, a tak zvýšili ich stabilitu a antibakteriálne vlastnosti [8,9]. Atia et al. (2018) študovali ako alginátové MCs, ku ktorým pridávali inulín v rôznej koncentrácii, dokážu ochrániť nasledovné probiotické kmene: Lactobacillus reuteri, Lactobacillus salivarius a Pediocucus acidilactici. Zistili, že vďaka prídavku inulínu, antimikrobiálne a probiotické vlastnosti bakteriálnych kmeňov neboli ovplyvnené procesom mikroenkapsulácie, a zároveň sa zvyšovala účinnosť ochrany voči kyslému prostrediu GIT [10]. O výrobu produktov obsahujúcich omega-3 mastné kyseliny a probiotické kmene je taktiež veľký záujem, pretože bolo dokázané že funkčné produkty obsahujúce spomínané bioaktívne zložky poskytujú zdravotné benefity konzumentovi [11]. Štúdie kombinujúce obe zložky ukazujú, že mastné kyseliny zvyšujú účinnosť probiotických mikroorganizmov a naopak probiotiká dokážu modulovať metabolizmus tukov. Bolo dokázané, že poly-nenasýtené mastné kyseliny ovplyvňujú adhéziu laktobacilov na konkrétnych miestach v čreve, pravdepodobne zmenou zloženia membránových mastných kyselín v epitelových bunkách čreva [12-14]. V súčasnosti sa využívajú mastné kyseliny a probiotíká ako doplnková terapia najmä pri ochoreniach ako je IBD, alergia a reumatoidná artritída so sľubnými výsledkami. Probiotiká aj mastné kyseliny hrajú dôležitú úlohu v imunitnom systéme a majú súvis s lokálnymi a systémovými zápalovými mechanizmami. Eratte a kol. (2015) uviedli, že koacerváty tvorené z komplexu srvátkového proteínového izolátu a arabskej gumy dokážu úspešne enkapsulovať tuniakový olej a Lactobacillus casei a tak synergicky zvýšiť oxidačnú stabilitu omega-3 mastných kyselín tuniakového oleja. Taktiež bola potvrdená viabilita a vitalita L. casei počas doby uskladnenia a zároveň hydrofóbnosť povrchu buniek a schopnosť L. casei priľnúť na črevnú stenu bola významne zvýšená spolu-uzatvorením („co-microencapsulation“) s omega-3 mastnými kyselinami do MCs [15-17].
V súčasnosti je záujem o priemyselnú výrobu MCs, v ktorých je mikroenkapsulovaných viacero bioaktívnych zložiek, a to hlavne vďaka technológii zabezpečujúcej stabilitu, účinnosť, znížené náklady na výrobu konečného produktu a možnosť aplikácie vo funkčných potravinách. Napriek spomínaným mimoriadnym vlastnostiam MCs, sú nevyhnutné ďalšie in-vivo a klinické štúdie zaoberajúce sa potenciálnou toxicitou týchto komplexných systémov. Zároveň aj štúdie ohľadne cielenej aplikácie jednotlivých kmeňov probiotických mikroorganizmov pri konkrétnych ochoreniach.
Táto práca vznikla za podpory grantov: APVV 16–0176 a VVGS 2018-890.
[1] B. A. Shori (2017) HAYATI J Biosci. 24, 1. 2017
[2] L. H. Cui, C. G. Yan, H. S. Li, W. S. Kim, et al. (2018) Microbiol Biotechnol. 28, 510
[3] M. G. Díaz, D. Birch, F. Wan, H. M. Nielsen (2018) Adv Drug Deliv Rev. 124, 107.
[4] K. G. H. Desai, H. J. Park (2005) Drying Technol. 23, 1361
[5] F. Zhu (2017) Food Chem. 229, 542.
[6] T. Huq, C. Fraschini, A. Khan, et al. (2017) Carbohydr Polymer. 168, 61.
[7] M. T. Sánchez, M. A. Ruiz, A. (2017) Lasserrot, M. Hormigo, M. E. Morales, Food Hydrocolloids. 69, 67.
[8] H. A. Albadran, A. Chatzifragkou, V. V. Khutoryanskiy, et al. (2015) Food Research International. 74, 208.
[9] D. Y. Ying, L. Sanguansri, R. Weerakkody, et al. (2016) J Funct Foods. 25, 447.
[10] A. Atia, A. Gomaa, B. Fernandez, et al. (2018) Probiotics Antimicrob Proteins. 10, 157.
[11] D. Eratte, K. Dowling, C. J. Barrow, et al. (2018) Trends Food Sci. Technol., 71, 121.
[12] P. E. Kankaanpaa, S. J. Salminen, E. Isolauri, et al. (2001) FEMS Microbiol Lett. 194, 149.
[13] A. Bomba, R. Nemcová, S. Gancarčíková, et al. (2003) Berl. Munch. Tierärztl. Wochenschr. 116, 312.
[14] R. Nemcová, R. Borovská, J. Koščová, et al. (2012) Res Vet Sci, 93, 39.
[15] D. Eratte, S. McKnight, T. R. Gengenbach, et al. (2015) J Funct Foods. 19, Part B, 882.
[16] D. Eratte, B. Wang, K. Dowling, et al. (2016) J Funct Foods. 23, 485.
[17] D. Eratte, K. Dowling, C. J. Barrow, et al. (2017) Food Chem. 227, 129.