Biotica en de potentiële toepassingsmogelijkheden van postbiotica
Inleiding
De microbiële habitat in het menselijke maag-darmkanaal is de locatie van een complexe en dynamische mutualistische relatie tussen de darmflora en de gastheer. Met deze groten-deels mutualistische relatie beïnvloeden de darmflora een veelheid aan fysiologische functies in de gastheer, vaak gemedieerd via het immuunsysteem van de gastheer 30.
De leden van de darmflora produceren ook een breed scala aan stoffen die zowel door de gastheer als door andere micro-organismen kunnen worden gebruikt. Dergelijke relaties worden de interacties tussen gastheer en microbe en de microbiële gemeenschap genoemd 31, en zullen later in deze review worden besproken. Deze interacties zijn essentieel voor het vormgeven van de microbiële symbiose van de gastheer en het ontstaan ??van stabiele gemeenschappen die de gezondheid bevorderen en bestand zijn tegen verstoringen gedurende het hele leven 32,33. Hoewel meer onderzoek nodig is om de exacte rol van de darmflora in specifieke aspecten van gezondheid en ziekte te bepalen, is de samenstelling van de darmflora sterk gecorreleerd met een reeks ziekten en is het een belangrijk doelwit geworden voor therapie en voeding 35,36.De samenstelling en functie van de darmflora kunnen op verschillende manieren worden gemoduleerd. De term '-biotica' verwijst naar voedingsstrategieën die kunnen worden gebruikt om de darmflora naar een gunstigere toestand voor de gezondheid van de gastheer te sturen. De term 'biotisch' is afgeleid van het Griekse woord bi?tikós, wat 'betreffende het leven' betekent, en verwijst naar het biologische ecosysteem dat bestaat uit levende organismen samen met hun fysieke omgeving 36. Prebiotica, probiotica en synbiotica kunnen de samenstelling en activiteit van de darmflora moduleren en ook directe effecten hebben op de immuunrespons. Het nieuwste lid van de biotische familie, postbiotica, verwijst naar bioactieve verbindingen die worden geproduceerd door micro-organismen van voedingskwaliteit tijdens een fermentatieproces. Postbiotica omvatten microbiële cellen, cel bestanddelen en/of metabolieten.
Prebiotica definitie (recent herzien):
Een substraat, dat selectief wordt gebruikt door micro-organismen van de gastheer en een gezondheidsvoordeel oplevert 11.
Prebiotica kunnen de samenstelling van de microbiota veranderen door de groei van bepaalde soorten te stimuleren, waardoor gezondheidswinst bij de gastheer wordt bevorderd 6.
Zuigelingen en jonge kinderen
De belangrijkste effecten zijn gebaseerd op de verbetering van de groei en activiteit van specifieke Bifidobacterium spp., waarvan de relatieve overvloed kenmerkend is voor zuigelingen die borstvoeding krijgen en jonge kinderen 14. Prebiotische oligosachariden in zuigelingenvoeding induceren veranderingen in de metabole activiteit van de darm en brengen de consistentie en frequentie van de ontlasting dichter bij die van zuigelingen die borstvoeding krijgen 13.
Het hele leven
De fysiologische en pathofysiologische eigenschappen omvatten dan o.a. 8,15:
Probiotica definitie (2001):
“Levende micro-organismen, die, wanneer ze in voldoende hoeveelheden worden toegediend, een gezondheidsvoordeel opleveren voor de gastheer” 1,2.
Een aantal aspecten van probiotica zijn verder van belang:
Veiligheid
De meeste probiotische producten bevatten een gedefinieerde en beperkte lijst van microbiële taxa, waaronder voornamelijk melkzuurbacteriën (LAB), zoals Lactobacillus spp. en Bifidobacterium spp., die de status hebben van algemeen beschouwd als veilig (GRAS) 3.
Stamnaam
Opvallend is dat de gezondheidseffecten van probiotica zeer specifiek zijn voor
verschillende stammen en ziekten, zoals elders is besproken effecten 4,5,6,7. Bovendien zouden
die gezondheidseffecten aangetoond moeten worden in humane studies.
Resistent, of beschermd, tegen maagzuur en galzure zoutenIdealiter zouden probiotica fysiologisch en genetisch gekarakteriseerd moeten zijn en in staat moeten zijn om in een levensvatbare toestand in de darmen terecht te komen na productverwerking, opslagomstandigheden en maagpassage.
Veranderingen in de samenstelling en werking van de darmflora als gevolg van het gebruik van probiotica zijn minder duidelijk, hoewel sommige studies melden dat probiotica veranderingen in de samenstelling van de darmflora teweegbrengen die samengaan met gezondheid bevorderende effecten 10. Vanwege een gebrek aan experimenteel aangetoonde causale verbanden is het echter moeilijk te beweren dat dergelijke veranderingen in het microbioom daadwerkelijk gunstig zijn 9.
Synbiotica definitie:
Tot voor kort werden synbiotica werden gedefinieerd als “synergetische mengsels van probiotica en prebiotica, die een gunstig effect hebben op de gastheer”. Dit effect werd verkregen door de overleving en kolonisatie van levende, nuttige micro-organismen in het maag-darmkanaal van de gastheer te verbeteren” 1,2.
In deze klassieke definitie pasten geen combinaties met postbiotica, zoals SCFA’s en bacteriële metabolieten. Sinds kort is er echter een nieuwe bredere interpretatie: in 2020 publiceerde de ISAPP (International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics) namelijk een herziening van de definitie van synbiotica: “Een mengsel van levende micro-organismen en substraat(en) die selectief worden gebruikt door gastheermicro-organismen en die een gezondheidsvoordeel opleveren voor de gastheer.” De belangrijke ingebrachte nuance hierin is:
A. Complementair synbioticum
Bevat een probioticum plus een prebioticum, waarbij beide afzonderlijk de vereiste bewijslast moeten dragen. Klassieke vorm → probiotica + prebiotica, die elke gunstige bacterie kan voeden.
B. Synergetisch synbioticum
De substrate(n) zijn specifiek ontworpen om co-gebruikte microben (niet noodzakelijkerwijs al gedefinieerd als probiotica of prebiotica) te voeden; de componenten hoeven op zichzelf dus niet aan de traditionele criteria van probiotic of prebiotic te voldoen. Prebiotica + micro-organisme óf bioactieve bacteriële component die samen een doelgericht gezondheidsvoordeel opleveren.
Strikt genomen definieert de ISAPP synbiotica echter nog wel steeds als “levende micro-organismen”.
In de literatuur zijn er sinds 2021 enkele voorbeelden, waarin prebiotica worden gecombineerd met postbiotica of bacteriefragmenten en tóch synbiotisch worden genoemd. De achtergrondgedachte hierbij is: het prebioti-cum voedt de endogene bacteriën, terwijl het postbioticum direct fysiologisch voordeel geeft → dus dubbel werkend 37,38.
Synbiotica kunnen de samenstelling van de darmflora en de productie van microbiële metabolieten moduleren16.
Postbiotica definitie (ISAPP 2021)
Postbiotica zijn preparaten van levenloze micro-organismen en/of hun componenten die een gezondheids-voordeel opleveren voor de gastheer.
Twee veelgenoemde soorten postbiotica zijn paraprobiotica en FIF's:
Postbiotica zijn vaak heel interessant omdat zij:
Het is verder belangrijk om vooraf op te merken dat de samenstelling van de het microbi-oom van de darm varieert tussen populaties en zelfs tussen individuen. De samenstelling van dat microbioom is gekoppeld aan het metabole en functionele fenotype. Daarom kan de mate waarin componenten microbieel worden gemeta-boliseerd, per individu verschillen 29.Dit kan leiden tot verschillen in de gezondheidseffecten van deze '-biotica' tussen individuen 4. Niet alleen kunnen er, tussen specifieke '-biotica' of tussen individuen, verschillen in effecten worden gevonden, maar ook tijdelijke veranderingen in de samenstelling van dat microbioom kunnen de respons op interventies beïnvloeden. Bovendien zijn veel van de voorgestelde gezondheidseffecten van de toevoeging van probiotica, prebiotica of synbiotica afhankelijk van de uiteindelijke productie van korteketenvetzuren (SCFA’s) en componenten, zoals microbiële fracties, functionele eiwitten, uitgescheiden polysacchariden, extracellulaire polysacchariden (EPS), cellysaten, teichoïnezuur, van peptidoglycaan afgeleide muropeptiden en pili-achtige structuren 7,12,17,18,19,20. Al de deze inzichten droegen bij aan een herwaardering van voedselfermentatie en gaven aanleiding tot het concept postbiotica.
Tot slot
De bovenstaande tekst is een “gedeeltelijke” vertaling van de introductie van een interessant onderzoek van C.A.M. Wegh e.a., dat is uitgevoerd op de Universiteit van Wageningen en dat vrij recent is gepubliceerd:Postbiotics and Their Potential Applications in Early Life Nutrition and Beyond
by Carrie A. M. Wegh, Sharon Y. Geerlings, Jan Knol, Guus Roeselers and Clara Belzer. Laboratory of Microbiology, Wageningen University and Research, 6708 WE Wageningen, The Netherlands. Danone-Nutricia Research, 3584 CT Utrecht, The Netherlands. Author to whom correspondence should be addressed. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20(19), 4673; https://doi.org/10.3390/ijms20194673. Submission received: 4 September 2019 / Revised: 18 September 2019 / Accepted: 19 September 2019 / Published: 20 September 2019
In de introductie van het artikel wordt ook het nieuwste lid van de -biotische familie geïntroduceerd/ beschreven: de zogenaamde postbiotica. Deze postbiotica zijn echter, weliswaar niet onder deze benaming, al heel lang en wel in de meest veilige vorm verkrijgbaar: de vorm die met behulp van o.a. filtratie, uitsluitend nog de metabolieten (stofwisselingsproducten) van de oorspronkelijke bacteriestam bevatten.
Al even lang is er getracht een lans te breken voor de belangrijke voordelen die dergelijke postbiotica hebben. Dit artikel laat nu eindelijk ook de grote waarde en voordelen van deze manier van werken zien, m.n. op het gebied van veiligheid en “afgedwongen” onderbouwing (aantoonbaar gezondheidseffect). Wij hopen dat jullie na het lezen een beter beeld hebben gekregen van de (extra) mogelijkheden die deze metabolieten in het werkveld kunnen bieden.
Literatuurlijst
1. FAO/WHO. Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health
Organization Health and Nutritional Properties of
Probiotics in Food including Powder Milk with Live Lactic Acid Bacteria. Available online
http://www.who.int/foodsafety/publications/fs_management/en/probiotics.pdf
(accessed on 5 February 2019).
2. Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization
(FAO/WHO). Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food. In Joint Fao/Who
Working Group on Drafting Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food; WHO:
London, ON, Canada, 2002.
3. O’Toole, P.W.; Marchesi, J.R.; Hill, C. Next-generation probiotics: The spectrum from
probiotics to live biotherapeutics. Nat. Microbiol. 2017, 2, 17057.
4. Collado, M.C.; Isolauri, E.; Salminen, S.; Sanz, Y. The impact of probiotic on gut
health. Curr. Drug Metab.2009, 10, 68–78.
5. Bermudez-Brito, M.; Plaza-Diaz, J.; Munoz-Quezada, S.; Gomez-Llorente, C.; Gil, A.
Probiotic mechanisms of action. Ann. Nutr. Metab. 2012, 61, 160–174.
6. Vyas, U.; Ranganathan, N. Probiotics, prebiotics, and synbiotics: Gut and
beyond. Gastroenterol. Res. Pract.2012, 2012, 872716.
7. Sánchez, B.; Delgado, S.; Blanco-Míguez, A.; Lourenço, A.; Gueimonde, M.; Margolles, A.
Probiotics, gut microbiota, and their influence on host health and disease. Mol. Nutr.
Food Res. 2017, 61, 1600240.
8. Sanders, M.E.; Merenstein, D.J.; Reid, G.; Gibson, G.R.; Rastall, R.A. Probiotics and
prebiotics in intestinal health and disease: From biology to the clinic. Nat. Rev.
Gastroentero. Hepatol. 2019.
9. Suez, J.; Zmora, N.; Segal, E.; Elinav, E. The pros, cons, and many unknowns of
probiotics. Nat. Med. 2019, 25, 716–729
10. Kim, S.K.; Guevarra, R.B.; Kim, Y.T.; Kwon, J.; Kim, H.; Cho, J.H.; Kim, H.B.; Lee, J.H. Role of
probiotics in human gut microbiome-associated diseases. J. Microbiol. Biotechnol. 2019.
11. Gibson, G.R.; Hutkins, R.; Sanders, M.E.; Prescott, S.L.; Reimer, R.A.; Salminen, S.J.; Scott,
K.; Stanton, C.; Swanson, K.S.; Cani, P.D.; et al. Expert consensus document: The internati-
onal scientific association for probiotics and prebiotics (isapp) consensus statement on
the definition and scope of prebiotics. Nat.Rev.Gastroenterol.Amp Hepatol.2017, 14, 491.
12. Wegh, C.A.; Schoterman, M.H.; Vaughan, E.E.; Belzer, C.; Benninga, M.A. The effect of
fiber and prebiotics on children’s gastrointestinal disorders and microbiome. Expert Rev.
Gastroenterol. Hepatol. 2017, 11, 1031–1045.
13. Bertelsen, R.J.; Jensen, E.T.; Ringel-Kulka, T. Use of probiotics and prebiotics in infant
feeding. Best Pract. Res. Clin. Gastroenterol. 2016, 30, 39–48.
14. Macfarlane, S.; Macfarlane, G.; Cummings, J.T. Prebiotics in the gastrointestinal tract.
Aliment. Pharmacol. Ther. 2006, 24, 701–714.
16. Roberfroid, M.; Gibson, G.R.; Hoyles, L.; McCartney, A.L.; Rastall, R.; Rowland, I.; Wolvers,
D.; Watzl, B.; Szajewska, H.; Stahl, B. Prebiotic effects: Metabolic and health benefits. Br.
J. Nutr. 2010, 104, S1–S63.
17. Gurry, T. Synbiotic approaches to human health and well-being. Microb. Biotechnol. 2017
10, 1070–1073.
18. O’Grady, J.; O’Connor, E.M.; Shanahan, F. Review article: Dietary fibre in the era of
microbiome science. Aliment. Pharmacol. Ther. 2019, 49, 506–515
19. Slavin, J. Fiber and prebiotics: Mechanisms and health benefits. Nutrients 2013, 5, 1417–
1435, Markowiak, P.; ?li?ewska, K. Effects of probiotics, prebiotics, and synbiotics on human
health. Nutrients 2017, 9, 1021
20. Konstantinov, S.R.; Kuipers, E.J.; Peppelenbosch, M.P. Functional genomic analyses of the
gut microbiota for crc screening. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2013, 10, 741
21. Taverniti, V.; Guglielmetti, S. The immunomodulatory properties of probiotic.
microorganisms beyond their viability (ghost probiotics: Proposal of paraprobiotic
concept). Genes Nutr. 2011, 6, 261.
22. Aguilar-Toalá, J.; Garcia-Varela, R.; Garcia, H.; Mata-Haro, V.; González-Córdova, A.;
Vallejo-Cordoba, B.; Hernández-Mendoza, A. Postbiotics: An evolving term within the
functional foods field. Trends Food Sci. Technol. 2018, 75, 105–114
23. Agostoni, C.; Goulet, O.; Kolacek, S.; Koletzko, B.; Moreno, L.; Puntis, J.; Rigo, J.; Shamir,
R.; Szajewska, H.; Turck, D. Fermented infant formulae without live bacteria. J. Pediatric
Gastroenterol. Nutr. 2007, 44, 392–397
24. Szajewska, H.; Skórka, A.; Pie?cik-Lech, M. Fermented infant formulas without live
bacteria: A systematic review. Eur. J. Pediatr. 2015, 174, 1413–1420.
25. Ouwehand, A.; Tölkkö, S.; Kulmala, J.; Salminen, S.; Salminen, E. Adhesion of inactivated
probiotic strains to intestinal mucus. Lett. Appl. Microbiol. 2000, 31, 82–86.
26. Kataria, J.; Li, N.; Wynn, J.L.; Neu, J. Probiotic microbes: Do they need to be alive to be
beneficial? Nutr. Rev.2009, 67, 546–550
27. Deshpande, G.; Athalye-Jape, G.; Patole, S. Para-probiotics for preterm neonates-the
next frontier. Nutrients2018, 10, 871
28. Olle, B. Medicines from microbiota. Nat. Biotechnol. 2013, 31, 309.
29. Umu, O.C.O.; Rudi, K.; Diep, D.B. Modulation of the gut microbiota by prebiotic fibres and
bacteriocins. Microb. Ecol. Health. Dis. 2017, 28, 1348886
30. Honda, K.; Littman, D.R. The microbiota in adaptive immune homeostasis and
disease. Nature 2016, 535, 75
31. Fischbach, M.A.; Segre, J.A. Signaling in host-associated microbial communities. Cell 2016
164, 1288–1300.
32. Lozupone, C.A.; Stombaugh, J.I.; Gordon, J.I.; Jansson, J.K.; Knight, R. Diversity, stability
and resilience of the human gut microbiota. Nature 2012, 489, 220
33. Sommer, F.; Anderson, J.M.; Bharti, R.; Raes, J.; Rosenstiel, P. The resilience of the
intestinal microbiota influences health and disease. Nat. Rev. Microbiol. 2017, 15, 630. 34. Skelly, A.N.;
Sato, Y.; Kearney, S.; Honda, K. Mining the microbiota for microbial and metabolite-based
immunotherapies. Nat. Rev. Immunol. 2019.
35. Zmora, N.; Suez, J.; Elinav, E. You are what you eat: Diet, health and the gut
microbiota. Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 2019, 16, 35–56.
36. Dictionary.com. Biotic. Available online: https://www.dictonary.com/browser/botanical
(accessed on 5 February 2019)
37. Swanson KS et al., Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2020; 17:687–701.
38. Salminen S et al., Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2021; 18:649–667.
