Alimentos probiуticos

1
Alimentos probióticos
2
El super-organismo humano
3
Ecología Microbiana del Tracto Gastrointestinal
(GI).

• 400-500 especies bacterianas habitan el tracto
  intestinal humano.
• El 99 de las bacterias totales pertenecen a
  30-40 especies.
• La mayor población se halla en el colon, con 1014
  células bacterianas. (10 veces más que todas las
  células del cuerpo).

4
Patógenos intestinales

• Diarrea asociada a Clostridium difficile
• Gastritis y úlceras asociadas a Helicobacter
  pylori
• Enterocolitis asociada a Salmonella, Escherichia,
  Pasteurella.
• Diarreas asociadas a rotavirus.
• Colitis y mala absorción Giardia intestinalis
  (parásito intestinal).

5
Probióticos
Prebióticos
Microorganismos que producen efectos benéficos en
la salud del consumidor. (Bifidobacterias,
Lactobacilos)
Compuestos no digeribles que favorecen el
desarrollo y establecimiento de la flora
bacteriana benéfica en el colon.
(galacto-oligosacáridos de leche materna,
fructo-oligosacáridos de plantas, sorbitol,
xilitol, isomaltosa)
Simbióticos
6
Lister Joseph (1857)

• Empleando leche hervida como medio de cultivo
  aisló un cultivo puro Bacterium lactis.
  (Lactobacillus, 1901)

Lactobacillus
7
Elías Metchnikoff, 1907

• Estudios originados por la longevidad de
  ciudadanos búlgaros.
• Primeros estudios científicos que respaldan los
  efectos benéficos en la salud por consumo de
  leche fermentada con Bulgarian bacillus
  (Lactobacillus bulgaricus).

• Producción de compuestos benéficos
• Exclusión de patógenos en la mucosa intestinal.
• Estimulación del sistema inmune
• Eliminación de productos tóxicos

8

• Henry Tissier (1906)

• Observó abundantes bacterias Y en heces de
  niños saludables, y escasas en aquellas de niños
  con diarreas. (Bacillus bifidus).
• Nueve de cada diez niños tratados con B bifidus
  se recuperaron rápidamente de la diarrea.

Bifidobacterium
9
Definición
Lilly Stilwell, 1965
Sustancias secretadas por un organismo y
capaces deestimular el crecimiento de otro.
Guarner Shaafsma, 1998
Microorganismos vivos que después de ser
ingeridos en cantidades adecuadas, otorgan
beneficios a la salud que superan las inherentes
necesidades básicas nutricionales
Organización de las Naciones Unidas para la
Alimentación y la Agricultura. Organización
Mundial de la Salud (FAO/WHO), 2001
Microorganismos vivos que cuando se consumen
en cantidades adecuadas como parte de un
alimento, confieren al huésped un beneficio para
la salud.
10
Condiciones a cumplir por los microorganismos
probióticos
Criterios de seguridad

• Inocuidad (GRAS, QPS).
• Identificación taxonómica de la cepa probiótica
• Estabilidad genética
• Resistencia frente a antibióticos

Kakisu E, 2010
11
Condiciones a cumplir por los microorganismos
probióticos
Criterios tecnológicos

• Viabilidad en el producto
• Factibilidad de reproducción a mayor escala
• Resistencia a fagos
• Si forman parte de un alimento, estabilidad de
  propiedades probióticas durante vida útil del
  mismo

12
Condiciones a cumplir por los microorganismos
probióticos
Criterios funcionales

• Resistencia a condiciones del tracto GI
• Viabilidad y eventual proliferación en intestino
• Capacidad de adherirse y colonizar fácilmente el
  tracto gastrointestinal compitiendo con
  patógenos.
• Presentar actividad antagónica frente a patógenos
  in vitro e in vivo.
• Sinergismos de cepas probióticas
• Capacidad comprobable de otorgar beneficios al
  huésped

13
Criterios de seguridad Identificación de la cepa
probiótica Resolución taxonómica de las técnicas
de uso más frecuente
Especie
Familia
Cepa
Género
RFLP PFGE Ribotipificación AFLP, AP-PCR, rep-PCR,
RAPD ARDRA Tipificación mediante bacteriocinas,
fagotipificación Serotipificación Zimogramas Patro
nes electroforéticos de proteínas celulares
totales Hibridaciones DNA-DNA GC Marcadores
quimiotaxonómicos Fingerprinting de ácidos grasos
celulares Estructura de pared celular Fenotipo Se
cuencia de rRNA Sondas de DNA Secuencias de
DNA
Modificado de Vandamme et al., 1996
14
Criterios funcionales Efectos benéficos sobre la
salud

• Prevención y tratamiento de diarreas, úlceras y
  enfermedades inflamatorias crónicas de tracto GI
• Remodelación de las comunidades bacterianas
  gastrointestinales (Bifidobacterium spp,
  Lactobacillus reuteri)
• Modulación de la respuesta inmune
• Prevención y disminución de efectos
  pro-inflamatorios en alergias
• Profilaxis y tratamiento de enfermedades
  urogenitales
• Aumento de la digestibilidad de la lactosa por
  aporte de beta galactosidasa
• Efectos hipocolesterolemiantes ?
• Efectos terapéuticos en el tratamiento del cáncer
  ?

15
Criterios funcionales Efectos benéficos sobre la
salud
Lutgendorff et al, 2010
La administración de probióticos reduce la
apoptosis intestinal en pancreatitis aguda en
ratas. Aumento del antioxidante glutatión (GSH)
Probiótico multicepa Lactobacillus acidophilus
(W70), Lactobacillus casei (W56), Lactobacillus
salivarius (W24), Lactococcus lactis (W58),
Bifidobacterium bifidum (W23), and
Bifidobacterium lactis (W52) (previously
classifiedas Bifidobacterium infantis) (EcologicH
641, Winclove Bio Industries, Amsterdam, the
Netherlands).
16
Efecto dosis-respuesta de diferentes cepas
probióticas sobre perfiles lipídicos
Ooi Liong, 2010
17
Efecto dosis-respuesta de diferentes cepas
probióticas sobre perfiles lipídicos estudios en
humanos
Existen algunos datos controversiales,
atribuíbles a diferencias en las cepas empleadas,
dosis y duración del tratamiento, grupos contol
inadecuados, etc
Ooi Liong, 2010
18
Efectos inmunológicos

• Modulación de la respuesta inmune aumento de
  IgA, activación células NK, incremento de la
  actividad fagocítica, proliferación de linfocitos
  B, producción de citoquinas (IL2, IL6, IL10) o
  factor de necrosis tumoral (TNF) (Takeda et al,
  2006 Sheih et al, 2001 Kitazawa et al, 2001
  Galdeano y Perdigón, 2006 Humen et al, 2005)

19
Efectos inmunológicos
Estudio de la cinética de infección en merión.
Giardia intestinalis Cepa WB clon C6 (5x105 por
animal)
20
Efectos inmunológicos
En el grupo placebo hay un pico de infección al
día 7 (p0.05)
En el grupo Placebo se encontró un aumento en la
liberación de antígenos (GSA-65) dependiente del
tiempo. El grupo tratamiento mostró una menor
liberación de antígeno.
Humen et al, 2005
21
Posibles Mecanismos Probióticos

• Actividad anti microbiana/Interferencia con
  patógenos.
• Regulación de la digestión y eliminación de
  sustancias nocivas.
• Efectos inmunológicos.

22
Actividad anti microbiana/competencia

• Ácidos acético, láctico, propiónico gt pH e
  inactivan crecimiento bacteriano (E coli,
  Salmonella, etc.)
• H2O2, forma radicales libres atacan membrana
  lipídica. (Candida, Gardenella).
• Bacteriocinas péptidos anti microbianos.
  Interaccionan con receptores de la bacteria
  blanco-produciendo cambios a nivel de membrana
  que conducen a la muerte bacteriana. (Nisina)
• Competencia por sustratos.
• Competencia por sitios de unión al epitelio,
  efectos estéricos.

23
Regulación de la digestión y eliminación de
sustancias nocivas

• Mejora la absorción de nutrientes.
• Elimina sustancias tóxicas (derivados fenólicos
  de metabolismos de aminoácidos, etc., efectos
  anti carcinogénicos y anti tumorales).
• Facilitan la hidrólisis de lípidos y proteínas
  liberando aminoácidos y ácidos grasos fácil de
  absorber.
• Aporte de enzimas que ayudan degradar sustancias.
  Ej. Intolerancia a la latosa (ß-galactosidasa).
• Aporte de vitaminas.

24
Food and Agriculture Organization of the United
Nations World Health Organization. FAO/WHO
Pautas para el desarrollo de un Probiótico
Identificación Cepa Genotípica y
Fenotípicamente. (Hibridación, PCR, PFEG)

• Aseguramiento de la inocuidad (GRAS)
• In vitro y/o animal
• Fase 1 estudio en humanos (voluntarios sanos)
• Sin actividad hemolítica ni producción de
  toxinas, no presentar resistencia a antibióticos,
  etc.

Características Funcionales Tests in
vitro Ensayos en Animales
Recomendado un 2º ensayo independiente para
confirmar resultados.
Ensayos en humanos doble ciego controlado con
placebo (Fase2, grupo con patología). Diseño
apropiado de experimento. Resultados preliminares
Probiótico
Fase 3. Ensayos efectividad al compararlos con
tratamiento estándar de una condición específica.
Rotulado Contenido Cepa , especie etc Mínimo Nº
de bacterias viables del contenido Condiciones
apropiadas de almacenaje
25
Bacterias del ácido láctico

• Gram positivas
• No esporulantes
• Cocos o bacilos no respiradores
• Catalasa negativos
• Productoras de ácido láctico

Estructura
Metabolismo
Aplicaciones biotecnológicas
(Hagen et al., 2005)
26
El kefir
Alimento obtenido por incubación de leche con
gránulos de kefir. Los gránulos, compuestos por
una matriz de proteínas y polisacáridos,
contienen lactobacilos, lactococos, bacterias del
ácido acético y levaduras, responsables de la
fermentación.
27
Lactobacillus

• QPS (Qualified Presumption of Safe, UE)
• GRAS (Generally Recognised As Safe, USA)

L. kefiranofaciens, L. acidophilus, L.
alimentarius, L. casei, L. rhamnosus.

• Homofermentadores

L. brevis, L. buchneri, L. kefir, L. fermentum,
L. fructivorans.

• Heterofermentadores

ácido acético
28
S-layer proteins General aspects

• Subunits are held together and attached to the
  underlying cell surface by noncovalent
  interactions.
• Monomers have self-assembly ability to form
  regular layers
• Interactions can be disrupted in a reversible way
  by cation substitution or high concentration of
  chaotropic agents

• in suspension
• at liquid-surface interfaces
• on lipid films
• on liposomes
• on solid supports

29
S-layer proteins of lactobacilli General
features

• Relatively small size 25 kDa to 71 kDa.
• Basic proteins with high pI between 9,0 y 10,4.
• Low content of cysteine and methionine
• High content of hydrophobic and hydroxyl amino
  acids.
• No SLH motifs have been detected but the
  attachment of the S-layer protein to the cell
  wall seems to involve also secondary cell wall
  polymers (SCWP).
• Presence of S-layer proteins are strain dependent
• Adhesive properties were demonstrated in several
  lactobacilli S-layers

30
S-layer proteins of lactobacilli Adhesive
properties
Proposed or identified adhesive surface proteins o
f Lactobacillus
31
Interacción entre L. kefir y S. lipolytica
aisladas de gránulos de kefir
Golowczyc et al, 2009
Actividad tipo lectina de la capa S (inhibición
de la coagregación con levaduras en presencia de
periodato o azúcares) Inhibición de la
hemaglutinación por pérdida de capa S
32
(No Transcript)
33
Distribución diferencial de bacterias en el colon
FISH
Adaptado de Swidsinki et al. 2009
34
Sykora J, Valeckova K, Amlerova J, Siala K, Dedek
P, Watkins S, et al. Effects of a specially
designed fermented milk product containing
probiotic Lactobacillus casei DN-114 001 and the
eradication of H. pylori in children a
prospective randomized double-blind study. J Clin
Gastroenterol 200539692. Ooi Liong.
Cholesterol-Lowering Effects of Probiotics and
Prebiotics A Review of in Vivo and in Vitro
Findings. Int. J. Mol. Sci. 2010, 11,
2499-2522 Martín A. Humen,Graciela L. De Antoni,
Jalil Benyacoub, María E. Costas, Marta I.
Cardozo, Leonora Kozubsky, Kim-Yen Saudan, Angele
Boenzli-Bruand, Stephanie Blum , Eduardo J.
Schiffrin, and Pablo F. Pérez1,2Lactobacillus
johnsonii La1 Antagonizes Giardia intestinalis In
Vivo. Infect Immun. 2005 73(2) 12651269.