Дрожжи как пробиотики: механизмы действия и возможности применения

Пробиотики относятся к наиболее известным функциональным пищевым ингредиентам. Согласно ГОСТ  Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения», пробиотики – это полезные для человека непатогенные и нетоксигенные живые микроорганизмы, которые оказывают благоприятное воздействие на организм человека в результате нормализации состава и (или) повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника. Такое воздействие является следствием систематического употребления пробиотиков в пищу в виде препаратов или в составе пищевых продуктов, причем их количество должно быть достаточно большим. Так, ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции» нормирует пробиотики в обогащенных кисломолочных продуктах на уровне не менее 106 КОЕ/г (см3). 

В молочной промышленности в качестве пробиотиков чаще всего применяют бифидобактерии (Bifidobacterium) и лактобациллы (Lactobacillus); в ГОСТ Р 56139-2014 «Продукты пищевые функциональные. Методы определения и подсчета пробиотических микроорганизмов» упоминаются также Propionibacterium и используемые в ассоциациях с ними бактерии рода Lactococcus, вида Streptococcus thermophilus. В зарубежной литературе можно найти более широкий перечень пробиотиков, включающий (кроме вышеперечисленных) бактерии родов Leuconostoc, Enterococcus, Pediococcus, Bacillus, Escherichia и дрожжи Saccharomyces [1, 2]. Почкующиеся грибки рода Saccharomyces (сахаромицеты) тысячелетиями применялись людьми для получения хлеба, пива, вина, кваса, крепких спиртных напитков, кисломолочных и других продуктов. Особенности строения, биохимических процессов, размножения и культивирования дрожжей позволяют успешно использовать их в настоящее время не только в пищевой промышленности, но и для производства кормовых добавок, биотоплива, химических веществ, фармацевтических препаратов, для клеточной и генетической инженерии [3, 4]. 

Антимикробные и пробиотические свойства дрожжей все чаще привлекают внимание ученых [5–8]. Применение дрожжей в медицине основано на явлении антагонизма дрожжей и патогенных микроорганизмов, которое связано с конкуренцией за питательные вещества, изменением рН среды, образованием этанола и антимикробных соединений, включая бактериоцины и микоцины. Микоцины – внеклеточные белки или гликопротеины, которые нарушают функцию клеточной мембраны у восприимчивых грибных клеток. К образованию микоцинов способны представители многих дрожжевых родов, включая Saccharomyces, Candida, Cryptococcus, Debaryomyces, Kluyveromyces, Pichia, Torulopsis, Williopsis и Zygosaccharomyces. Механизмами действия микоцинов являются блокирование синтеза ДНК, ингибирование синтеза компонента клеточной стенки β-1,3-глюкана и нарушение ионного обмена, вызванного образованием каналов на цитоплазматической мембране. Кроме того, дрожжи могут являться источниками витаминов, аминокислот, микроэлементов и ферментов, стимулирующих развитие нормальной микрофлоры кишечника. Глюканы, маннаны и хитин клеточной стенки дрожжей могут положительно влиять на явления совместной агрегации и когезии, которые играют важную роль в выживании пробиотических бактерий. Все это позволяет рассматривать дрожжи как перспективные пробиотики [6]. 

Сахаромицеты Буларди (Saccharomyces boulardii) являются наиболее изученными и давно применяющимися дрожжами-пробиотиками. Они были названы в честь французского ученого Анри Булара (Henri Boulard), который впервые выделил чистую культуру этих грибов в Индокитае из тропических плодов личи и мангостина, кожура которых используется местным населением для лечения диареи. Сравнительный анализ структуры отдельных генов и целостных геномов сахаромицет Буларди и хорошо известных хлебопекарных дрожжей S. cerevisiae показал, что эти виды являются практически идентичными. Однако в проведенном в 2007 г. исследовании было обнаружено, что дрожжи Буларди отличаются количеством копий генов в субтеломерных областях и ретротранспозонах. Различия наблюдались как на геномном, так и на физиологическом уровнях, особенно при споруляции. Они заключались в разнице числа хромосом и количества копий гена, способности к псевдопереключениям и выживаемости при низких уровнях рН, причем последние две особенности имеют прямое отношение к пробиотической природе S. boulardii. В современной микробиологии считается правильным написание названия дрожжей Буларди как варианта – Saccharomyces cerevisiae var. boulardii [5, 7]. Форма клеток и колоний этих дрожжей показана на рисунке. Дрожжи Буларди обладают уникальными физиологическими свойствами, такими как толерантность к изменениям рН, температуры и резистентность к кислотам, желчи и ферментам. Они растут при 37 °С,  т.е. при необычно высокой температуре для дрожжей. Положительные эффекты дрожжей были доказаны различными клиническими исследованиями. 

Показано, что  S. boulardii ингибируют патогенные микоорганизмы Candida albicans, Clostridium difficile, Gardia lambliae, Klebsiela spp., Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonellа typhimurium, Shigella spp., Entamoeba histolytica, восстанавливают кишечную флору и улучшают пищеварение [7]. Результаты исследований на животных и/или клеточных моделях позволяют предположить, что подавление патогенов сахаромицетами Буларди связано с синтезом веществ, которые конкурируют с бактериальными токсинами, и модуляцией сигнальных путей клеток хозяина, вовлеченных в противовоспалительный ответ при бактериальной инфекции. Кроме того, эти дрожжи стимулируют продукцию гликопротеинов в микроворсинках слизистой кишечника, в т.ч. гидролаз, транспортеров, секреторных IgA, рецепторов для иммуноглобулинов. Попадание дрожжей-пробиотиков в кишечник приводит к увеличению выработки регуляторных цитокинов, которые играют большую роль в реализации защитных функций [5, 6]. В лиофилизированном виде  S. cerevisiae var. boulardii рекомендуются в качестве активного вещества в противодиарейных, антимикробных лекарственных препаратах. Их отличием от большинства бактерийпробиотиков является резистентность к желудочному соку. Благодаря этому, вводимые орально, они в жизнеспособном состоянии попадают в кишечник. 

Дрожжи Буларди не колонизируют кишечник, не проникают за пределы кишечной трубки в лимфатические узлы и другие органы и не вызывают гистологических изменений слизистой оболочки кишечника. Сахаромицеты Буларди увеличивают ферментативную функцию кишечника, вызывая активность дисахаридаз эпителия кишечника (лактазы, сахарозо-альфа-глюкозидазы и мальтазы). Препараты, содержащие S. cerevisiae var. boulardii, используются в современной медицине при лечении диарей, связанных с приемом антибиотиков, размножением Clostridium difficile, переходом на парэнтеральное питание, а также воспалительных заболеваний кишечника (ВРК), болезни Крона, язвенного колита, синдрома раздраженной толстой кишки, лямблиозов, амебиозов, гастритов, вызванных Helicobacter pylori [7]. В последние годы активно ведутся работы, связанные с применением сахаромицет Буларди в пищевой промышленности и кормопроизводстве. Важно отметить, что этот вид дрожжей разрешен и рекомендован в Европе для добавления к пище или корму в качестве пробиотика. Дрожжи Буларди были использованы для получения ферментированных овощных, фруктовых и ягодных соков, рисовых отрубей, ячменного солодового сусла, что позволило повысить усвояемость биологически ценных компонентов растительного сырья и снизить содержание антипитательных веществ, мешающих усвоению важных минеральных элементов, сохранить  качество и продлить срок хранения продуктов. К интересным направлениям можно отнести получение лиофилизированного функционального йогурта, сыра и мороженого с сахаромицетами Буларди, однако отмечено, что в йогуртах с фруктовыми наполнителями эти дрожжи развиваются слишком активно и вызывают заметное газообразование [8]. 

Применение дрожжей в молочной промышленности не является чем-то принципиально новым. Они давно и успешно используются при изготовлении кисломолочных напитков смешанного (молочнокислого и спиртового) брожения – кефира, кумыса, айрана и др. Наиболее изучены функциональные свойства кефира, который содержит биоактивные пептиды и экзополисахариды, подавляет развитие патогенных микроорганизмов, обладает антиканцерогенными, антимутагенными, антивирусными и антигрибковыми свойствами, причем в формировании этих уникальных физиологических свойств большая роль принадлежит дрожжам различных видов, входящим в природный симбиоз кефирного грибка. 

Известно, что дрожжи и их экстракты могут стимулировать рост молочнокислых микроорганизмов, замедлять их гибель при неблагоприятных условиях, подавлять развитие микроорганизмов порчи и оказывать влияние на органолептические показатели молочных продуктов [9, 10]. В плане получения новых кисломолочных продуктов с использованием дрожжей представляют интерес результаты исследования пробиотического потенциала штаммов 8 видов дрожжей, выделенных из плесневых сыров и кефира (Candida humilis, Debaryomyces hansenii, Debaryomyces occidentalis, Kluyveromyces lactis, Kluyveromyces lodderae, Kluyveromyces marxianus, Saccharomyces cerevisiae и Yarrowia lipolytica). Штаммы тестировали на способность прилипать к человеческим энтероцитоподобным клеткам Caco-2, устойчивость к кислоте, желчи, протеиназам кишечника. Дрожжи К. lactis показали более высокую адгезионную способность, чем другие виды. Все дрожжи, кроме K. marxianus и C. humilis, оказались устойчивыми к кислой среде. Ингибирование роста клеток в присутствии желчи обнаружено только у дрожжей видов  C. humilis и D. occidentalis. Авторы статьи сделали вывод о том, что дрожжи К. lactis представляют интерес для использования в качестве пробиоти- ческих микроорганизмов [11]. 

Таким образом, новые данные о свойствах дрожжей-пробиотиков позволяют расширить возможности их применения в медицине и пищевой промышленности, получать новые функциональные кисломолочные продукты для сохранения здоровья, активности и работоспособности человека.

Литература: 

1. Lactic Acid Bacteria and Bifidobacteria with Potential to Design Natural Biofunctional HealthPromoting Dairy Foods. Linares DM1, 2, Gómez C1, Renes E3, Fresno JM3, Tornadijo ME3, Ross RP2, Stanton C1, 

2. Front Microbiol. 2017 May 18; 8:846. doi: 10.3389/fmicb.2017.00846. 2. Parte, A.C. LPSN – List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (bacterio.net),  20 years on. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 2018, v. 68, 1825– 1829; doi:10.1099/ijsem.0.002786. 

3. Банницына Т.Е. Дрожжи в современной биотехнологии / Т.Е. Банницына и др. // Вестник Международной академии холода. –  2016. – № 1.– С. 24–29. 

4. Yeast as a cell factory: current state and perspectives / M. Kavšček, M. Stražar, T. Curk, et al. // Microbial Cell Factories, 2015, 14:94. 

5. Czerucka D., Piche T., Rampa P. Review article: yeast as probiotics – Saccharomyces boulardii. Alimentary Pharmacology & Therapeutics, 2007, 26(6), 767–778, doi: 10.1111/j.1365–2036.2007.03442.x. 

6. Hatoum R., Labrie S., Fliss I. Antimicrobial and probiotic properties of yeasts: from fundamental to novel applications// Front Microbiol. 2012; 3: 421. Published online 2012 Dec 19. doi: 10.3389/fmicb.2012.0042. 

7. Łukaszewicz M. 2012. Saccharomyces cerevisiae var. boulardii – Probiotic Yeast, Probiotics, 2012, 17, 385-398, doi:10.5772/50105. 

8. Lazo-Vélez MA, Serna-Saldívar SO, RosalesMedina MF, Tinoco-Alvear M, Briones-García M. Application of Saccharomyces cerevisiae var. boulardii in food processing: a review.// J Appl Microbiol. 2018 Jul 1. doi: 10.1111/jam.14037. 

9. Фильчакова С.А. Дрожжи в кисломолочных продуктах / С.А. Фильчакова // Переработка молока. – 2009. – № 5.– С. 32–33. 

10. Рябцева С.А. Дрожжи в молочной отрасли: классификация, свойства, применение / С.А. Рябцева, С.Е. Виноградская, А.А. Панфилова // Молочная промышленность. – 2013. – № 4. – С. 64–66. 

11. Kumura H. Screening of dairy yeast strains for probiotic applications / H. Kumura, Y. Tanoue, M. Tsukahara, et al. //  J. Dairy Sci. – 2004. – 87. –  Р. 4050–4056.

Источник: журнал "Переработка молока". 2019. № 6.