CHƯƠNG 1. Vài nét về probiotic 1. Định nghĩa Thuật ngữ probiotic là “for life”, nghĩa là “dành cho cuộc sống” và hiện nay được dùng để gọi tên VSV có lợi cho người và động vật. Năm 2001, hội nghị chuyên gia tư vấn của các nhà khoa học quốc tế làm việc thay mặt cho Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO) và Tổ chức Y tế thế giới (WHO) đã đề xuất định nghĩa mới cho probiotics như sau: “các vi sinh vật sống khi được sử dụng với số lượng thích hợp sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ”.
Vai trò của probiotic Khi quần thể vi sinh vật bên trong cơ thể vật chủ bị phá vỡ, chế phẩm probiotic được đưa từ ngoài vào cơ thể có thể tạm thời thiết lập sự xâm chiếm trong đường ruột, khôi phục sự ổn định chức năng cho hệ vi sinh vật trong đường ruột. Thông qua các cơ chế, probiotic phát huy tác dụng một cách đa dạng và nhiều mặt, bao gồm việc sản xuất các chất kháng khuẩn như điều hòa phản ứng miễn dịch, giảm nguy cơ dị ứng, tiết IgA để chống lại mầm bệnh tiềm ẩn, tăng cường chức năng hàng rào niêm mạc ruột, thúc đẩy sự phục hồi hệ vi sinh vật đường ruột, giải phóng các protein chức năng như enzyme tự nhiên hoặc lactase, cùng với đó là ức chế sự bám dính của mầm bệnh. [59] Cụ thể, probiotic có vai trò trong một số bệnh sau: [22] Điều trị một số bệnh tiêu hóa: - Phòng ngừa tiêu chảy do một số vi khuẩn và virus gây bệnh - Điều trị nhiễm Helicobacter pylori và các biến chứng - Sàng lọc sớm bệnh ung thư đại trực tràng (Colorectal cancer - CRC) - Khắc phục triệu chứng bệnh viêm ruột và hội chứng ruột Tăng cường chức năng hệ miễn dịch Giảm nguy cơ bị dị ứng Sử dụng men vi sinh ở người khỏe mạnh Hệ vi sinh vật đường ruột nhạy cảm với nhiều yếu tố như chế độ ăn uống và độ tuổi. Ngay cả ở những người có vẻ khỏe mạnh, những thay đổi về chất lượng chế độ ăn uống và lượng rượu nạp vào có thể ảnh hưởng đáng kể đến hệ VSV trong đường ruột.
Một chế độ ăn nghèo trái cây và rau quả (như một nguồn prebiotic tốt) có thể không cung cấp thực phẩm cần thiết cho sự tồn tại và duy trì probiotic. Điều này có thể giải thích nhu cầu thường xuyên về thực phẩm và chất bổ sung probiotic để duy trì sự cộng sinh và sức khỏe đường 2 ruột. Việc bổ sung men vi sinh cần phải một quá trình liên tục để duy trì sự thay đổi hệ vi sinh vật đường ruột ở người trưởng thành khỏe mạnh. [35] Những lo ngại về an toàn của probiotic Một số chủng probiotic nhất định có thể hoạt động như mầm bệnh cơ hội ở những quần thể bị suy giảm miễn dịch, người già hoặc trẻ sơ sinh.
Ví dụ như khi hàng rào ruột bình thường bị phá vỡ, men vi sinh có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn, dẫn đến nhiễm trùng xâm lấn. Nói chung, ở những nhóm người dễ bị tổn thương, khi có yếu tố nguy cơ như tình trạng suy giảm miễn dịch thì cần thận trọng khi sử dụng men vi sinh. Probiotic từ bào tử Probiotic có thể bị tổn thương hoặc mất khả năng sống sót do các điều kiện bất lợi trong quá trình sản xuất một số loại thực phẩm hoặc trong quá trình đi qua dạ dày của người, động vật. Để khắc phục những hạn chế đó, việc nuôi cấy probiotic tạo bào tử sẽ tăng khả năng chống chịu với môi trường khắc nghiệt.
Cụ thể, một số loài có khả năng hình thành bào tử như chi Bacillus, Clostridium, Sporolactobacillus và Brevibacillus. Khả năng đề kháng cao của bào tử vi sinh vật với nhiệt độ cao, độ pH thấp và áp suất cao, cùng với các đặc tính như độ ổn định tốt và nảy mầm nhanh khi gặp điều kiện thích hợp, khiến việc sử dụng chúng trở nên được ưa chuộng đối với công thức cải tiến của một số loại thực phẩm probiotic. Khái quát về Bacillus clausii 1. Đặc điểm hình thái Phân loại: Theo khóa phân loại của Bergey 1994 (Bergey’s manual of determinative bacteriology), Bacillus clausii thuộc: Bộ: Eubacteriales - Họ: Bacillaceae - Chi: Bacillus - Loài: Bacillus clausii [14] Phân bố: được phân lập từ rễ của cây khỏe mạnh Ononis angustissima Lam.
ở vùng Algeria và được xác định là chủng Bacillus clausii GM17 [43]; phân lập từ các mẫu đất bị ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ. [12] Hình thái: là vi khuẩn gram dương, có khả năng hình thành bào tử, di động, hình que, hiếu khí, xâm chiếm ruột ngay cả khi có kháng sinh. clausii ưa kiềm, có kích thước tế bào dao động từ 0,5 µm đến 0,7 µm chiều rộng và 2 µm đến 4 µm chiều dài. Vi khuẩn Bacillus clausii [5] Hình 1.
Bào tử Bacillus clausii [68] Đặc tính sinh lý: B. clausii có khả năng chịu nhiệt, acid và muối mật; giúp tăng cường chức năng hàng rào ruột; có khả năng kháng kháng sinh phổ rộng và tự tổng hợp được vitamin. [25] Đặc tính sinh hóa: B. clausii có khả năng sản xuất catalase và oxydase, thủy phân casein, gelatin, tinh bột và khử nitrat, nhưng không thủy phân Tween 20 và Tween 80.
Điều kiện nuôi cấy Các loài B. clausii N/R, T, O/C, SIN có thể phát triển trong điều kiện vi hiếu khí. Mỗi chủng sẽ có điều kiện nuôi cấy thích hợp khác nhau. Trong môi trường kiềm (pH 8 và 10) năng suất tăng trưởng của các loài B.
clausii O/C, N/R, SIN và T tương đương nhau, trong khi ở pH 7, tỷ lệ O/C và SIN cao hơn. Chủng DSM 8716T được tối ưu cho hoạt động ở pH 8 [16]. clausii KSM-16 có tốc độ tăng trưởng tối ưu ở pH 9 ở 40°C. Tác dụng sinh học của Bacillus clausii Chức năng miễn dịch đường ruột: Tăng cường chức năng hàng rào ruột Điều trị bằng các chủng B.
clausii làm giảm tỷ lệ tế bào ruột bị hoại tử hoặc chết theo chương trình cũng như tăng sản xuất chất nhầy và tổng hợp các protein liên kết chặt chẽ, tăng tính toàn vẹn của hàng rào ruột. [25] Hoạt động kháng khuẩn và điều hòa miễn dịch: - Hoạt động kháng khuẩn: Các tế bào sinh dưỡng từ hai chủng B. clausii UBBC07 và O/C có khả năng sản sinh ra clausin. clausii UBBC07 thể hiện hoạt tính kháng khuẩn chống lại một số vi khuẩn gram dương.
clausii tạo ra clausin có hoạt tính kháng khuẩn chống lại một số vi khuẩn gram dương và ức chế tác dụng gây độc tế bào của Clostridioides difficile. [25] 4 - Điều hòa miễn dịch: Khi dùng cho chuột mắc bệnh hen suyễn do ovalbumin gây ra, B. clausii làm giảm số lượng bạch cầu ái toan, bạch cầu trung tính và tế bào lympho cũng như làm giảm độ dày của biểu mô đường thở. [25] - Ức chế vi khuẩn đường ruột: B.
clausii có khả năng ngăn ngừa nhiễm trùng đường ruột. Ở chuột bị nhiễm vi khuẩn E. coli O127:H21, các nhung mao ruột bong ra, quan sát thấy các tổn thương và thâm nhiễm tế bào lympho. Xử lý trước bằng bào tử B.
clausii O/C, N/R, SIN và T làm giảm tổn thương, thâm nhiễm tế bào lympho, mảnh vụn đường ruột và làm tăng tế bào tiết hình trụ trong biểu mô đường tiêu hóa có chức năng tiết chất nhầy. Khả năng hình thành bào tử Khi điều kiện môi trường khắc nghiệt, vi khuẩn có khả năng hình thành bào tử sẽ trải qua một quá trình phát triển phức tạp và biệt hóa thành bào tử. Bào tử được hình thành trong khoang tế bào mẹ của một tế bào sinh bào tử. Khi tế bào mẹ ly giải, bào tử sẽ được giải phóng ra môi trường và là dạng sống sót có khả năng chống chịu cực kỳ tốt với hầu hết các yếu tố bất lợi của môi trường.
Bào tử có ít hoặc không có hoạt động trao đổi chất nên bào tử có thể tồn tại vô thời hạn trong điều kiện không có nước, chất dinh dưỡng, nhiệt độ khắc nghiệt, độ pH, tia cực tím, các hóa chất độc hại và có thể chịu được muối mật, tồn tại trong môi trường acid của đường tiêu hóa. Do đó, bào tử ổn định hơn dạng sinh dưỡng trong các điều kiện khắc nghiệt của môi trường. [51] Các bào tử có thể tồn tại nhiều năm ở trạng thái không hoạt động, nhưng nếu được kích thích thích hợp bằng chất nảy mầm, các bào tử có thể nhanh chóng mất đi các đặc tính tiềm ẩn và kháng thuốc trong quá trình nảy mầm và chuyển thành tế bào sinh dưỡng. Có một số loại tác nhân khác nhau kích hoạt sự nảy mầm của bào tử như chất dinh dưỡng, peptidoglycan, dodecylamin, … [51] Ưu điểm vượt trội của bào tử Bacillus clausii: Trong khi một số chủng như B.
anthracis gây bệnh, chủng B. clausii lại an toàn và có lợi. Chủng này được Cơ quan an toàn Thực phẩm Châu Âu cấp trạng thái “Giả định đủ điều kiện an toàn (QPS)” và FDA công nhận là an toàn để sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm. [17] Bào tử của B.
clausii (O/C, N/R, SIN và T) có khả năng tồn tại ít nhất 120 phút trong dịch dạ dày mô phỏng, trái ngược với các chế phẩm sinh học khác, phần lớn trong số đó trải qua một giảm khả năng sống sót sau 30 phút tiếp xúc với dịch dạ dày. clausii (O/C, N/R, SIN và T) là những chủng duy nhất thể hiện khả năng sống sót và sinh sản sau 240 5 phút tiếp xúc với dịch ruột mô phỏng, tại thời điểm đó, phần lớn các chế phẩm sinh học được thử nghiệm khác đều trải qua giảm đáng kể khả năng sống sót. Khái quát về Bacillus subtilis 1. Đặc điểm hình thái Phân loại: Theo khóa phân loại của Bergey 1994, Bacillus subtilis thuộc: Bộ: Eubacteriales - Họ: Bacillaceae - Chi: Bacillus - Loài: Bacillus subtilis [14] Phân bố: Phân bố rộng rãi trong đất, không khí, bụi và vật liệu đang phân hủy.
Bacillus subtilis được tìm thấy tự nhiên trong một số thực phẩm lên men làm từ đậu nành ở châu Á và châu Phi. [14] Hình thái: là vi khuẩn gram dương, tạo ra nội bào tử cho phép tồn tại trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt bao gồm nhiệt độ, acid và hút ẩm, là vi khuẩn hiếu khí, hình que dài 2–6 µm và đường kính chỉ nhỏ hơn 1 µm. Tế bào sinh dưỡng Bacillus Hình 1. Bào tử Bacillus subtilis nằm subtilis độ phóng đại 1000 [68] trong dạng sinh dưỡng ở độ phóng đại 1000 [68] Đặc tính sinh lý: tạo ra bacteriocin có phổ kháng khuẩn rộng (ức chế sự phát triển và sinh sản của Staphylococcus aureus, Enterococcus, Salmonella và E.
coli) và ổn định nhiệt tốt.