Tác giả: TS. Mai Thị Đàm Linh, Nguyễn Thị Huyền Phương
Lịch sử về probiotics
Hàng nghìn năm về trước, rất lâu trước khi có sự tìm ra thuốc kháng sinh, con người đã biết tiêu thụ các thực phẩm chứa vi sinh vật sống có lợi chẳng hạn như các sản phẩm sữa lên men. Các nhà khoa học đầu tiên, như Hippocrates và những người khác cũng chỉ định sữa lên men với tính chất dinh dưỡng và thuốc của nó, để chữa trị rối loạn ruột và dạ dày. Vào năm 1877, Pastuer và Joubert trong khi quan sát sự đối kháng giữa các chủng vi khuẩn, đã nhận thấy sự tiêu thụ vi khuẩn không gây bệnh để kiểm soát các vi khuẩn gây bệnh. Sau đó, vào năm 1900, một bác sỹ người Pháp - Henry Tisser, đã quan sát và thấy rằng phân của những đứa trẻ mắc bệnh tiêu chảy có ít vi khuẩn lạ hình trứng hoặc hình chữ Y hơn những đứa trẻ khỏe mạnh. Sự giải thích khoa học cho ảnh hưởng có lợi của các vi khuẩn lactic có trong sữa lên men được công bố lần đầu tiên bởi người thắng Giải Nobel vào năm 1907, nhà sinh lý học người Nga, Eli Metchnikoff. Có thể nói Tisser và Metchnikoff là người đầu tiên đưa ra những đề xuất mang tính khoa học về probiotic, làm cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về probiotics.
Năm 1930, nhà khoa học người Nhật Minoru Shirota phân lập các vi khuẩn lactic từ phân của các em thiếu nhi khỏe mạnh. Cùng năm đó, các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ đã chứng minh là Lactobacillus acidophilus có khả năng làm giảm bệnh táo bón thường xuyên. Các nhà khoa học đại học Havard phát hiện ra các vi khuẩn đường ruột đóng một vai trò quyết định trong quá trình tiêu hóa, giúp tiêu hóa thức ăn, cung cấp một số vitamin và các chất dinh dưỡng khác nhau mà cơ thể vật chủ không tự sản xuất ra được [6].
Nghiên cứu về việc sử dụng vi khuẩn lactic trong chế độ ăn uống đã được tiếp tục suốt cả thế kỷ vừa qua. Trong khi công việc ở giai đoạn trước của thế kỷ là đề cập đến việc sử dụng sữa lên men để điều trị bệnh lây nhiễm đường ruột thì các nghiên cứu gần đây đã tập trung vào lợi ích sức khỏe khác của các vi sinh vật này cũng như về bảo đảm sự sống sót của các vi khuẩn này khi ở trong vùng dạ dày-ruột và các loại thực phẩm để vận chuyển chúng vào trong cơ thể con người. Ngày nay, các sản phẩm probiotic có chứa Bifidobacteria hoặc Lactobacillus được tiêu thụ rộng rãi và phổ biến trên khắp thế giới như những nguồn thực phẩm chức năng chính giúp tăng cường sức khỏe cho con người cũng như vật nuôi
Vai trò của probiotics
Probiotics có tác dụng hỗ trợ khôi phục lại sự cân bằng trong đường ruột. Chính vì vậy, các chế phẩm sinh học chứa lợi khuẩn probiotic có vai trò quan trọng đối với sức khỏe. Nó có thể duy trì trạng thái cân bằng vi khuẩn đường ruột, tăng cường sức khỏe đường ruột, nhưng cũng có thể tăng cường hệ thống miễn dịch [5,6].
- Tác động kháng khuẩn: tiết chất kháng khuẩn để giảm số lượng vi khuẩn có hại, ngăn chặn các mầm bệnh; Cạnh tranh với các nguồn bệnh để ngăn chặn sự bám dinh vào đường ruột và cạnh tranh dinh dưỡng cần thiết cho sự sống sót của mầm bệnh
- Tác động trên mô biểu bì ruột: đẩy mạnh sự liên kết chặt giữa những tế bào biểu mô; Giảm việc kích thích bài tiết và những hậu quả do bị viêm của sự lây nhiễm vi khuẩn; Đẩy mạnh sự tạo ra các phân tử phòng vệ như chất nhầy
- Tác động miễn dịch: Đẩy mạnh sự báo hiệu cho tế bào chủ để làm giảm đáp ứng viêm; Tạo đáp ứng miễn dịch để làm giảm dị ứng; Cải thiện hệ vi sinh vật đường ruột, ngăn ngừa tiêu chảy và táo bón
- Tác động đến vi khuẩn đường ruột: Điều chỉnh thành phần cấu tạo của vi khuẩn đường ruột, khi tập trung ở khoang ruột, chúng tạo nên sự cân bằng tạm thời của hệ sinh thái đường ruột; Điều hòa hoạt động trao đổi chất của sinh vật đường ruột bằng cách giảm pH của bộ phận tiêu hóa, theo đó gây cản trở cho hoạt động tiết ra enzyme của sinh vật đường ruột, đồng thời tăng sự dung nạp đường lactose giúp tránh khỏi tình trạng đầy hơi, khó tiêu khi hấp thu những loại thức ăn có chứa nhiều lactose và làm tăng vi khuẩn có lợi, giảm vi khuẩn gây hại
- Một số vai trò khác đối với cơ thể:
- Chống dị ứng: thực phẩm probiotic góp phần chống lại một số dị ứng của cơ thể, cung cấp nhiều chất quan trọng cho cơ thể như (folic acid, niacin, riboflavin, vitamin B6 và B12)
- Chống ung thư: nhiều nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn probiotic có thể làm giảm nguy cơ ung thư ruột kết và ung thư bàng quang. Ngoài ra còn có tác dụng khử chất độc gây ung thư có trong cơ thể và làm chậm sự phát triển của các khối u bướu
- Giảm nồng độ cholesterol trong huyết thanh, làm giảm huyết áp cao. Ngoài ra còn giúp nhanh chóng bình phục sau khi mắc bệnh tiêu chảy và sử dụng nhiều kháng sinh
Cơ chế tác động của probiotics
- Sinh tổng hợp các chất kháng khuẩn
Vi khuẩn Probiotics tạo ra các chất đa dạng có thể ức chế cả khuẩn Gram dương và Gram âm, gồm có các acid hữu cơ, hydrogen peroxidehydroperoxide, ethanol, diacetyl, acetaldehyde, acetoine, CO2, reuterin, reutericyclin và bacteriocin, ... Những hợp chất này có thể làm giảm không chỉ những sinh vật mang mầm bệnh có thể sống được mà còn ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của vi khuẩn và sự tạo ra các độc tố của chúng. Điều này được thực hiện bằng cách giảm pH khoang ruột thông qua sự tạo ra các acid béo chuỗi ngắn dễ bay hơi, chủ yếu là acetate, propionate, và butyrate, nhất là acid lactic [2].
- Khả năng kháng khuẩn của axit hữu cơ: Các axit hữu cơ được sinh ra bởi vi khuẩn lactic chủ yếu là axit lactic và axit acetic, các axit này góp phần giảm pH để tiêu diệt các vi khuẩn có hại ví dụ như vi khuẩn Escherichia coli, Clostridium perfringens, Staphylococcus aurius, ... Do nội bào vi khuẩn có pH=7 nên khi có sự chênh lệch pH so với môi trường axit bên ngoài, H+ từ môi trường sẽ đi vào bên trong tế bào vi khuẩn làm pH nội bào giảm. Vi khuẩn phải sử dụng cơ chế bơm ATPase để đẩy H+ ra khỏi tế bào làm cho vi khuẩn bị mất năng lượng. Mặt khác pH giảm thì cũng ức chế quá trình đường phân (glycolysis), tế bào vi khuẩn cạn kiệt năng lượng dẫn đến bị tiêu diệt. Ngoài ra, các anion của axit còn gây rối loạn sự thẩm thấu của màng tế bào.
- Khả năng kháng khuẩn của bacteriocin: Bacteriocin là chất kháng khuẩn có bản chất là protein được riboxom tổng hợp từ các chuỗi peptit hoặc protein ở cả vi khuẩn Gram âm và vi khuẩn Gram dương. Bacteriocin có tác dụng kháng khuẩn đối với các vi khuẩn gây thối rữa và các mầm bệnh trong thực phẩm phổ biến là vi khuẩn Listeria monocytogenes và Staphylococcus aureus. Cơ chế tác động bacteriocin rất đa dạng, nó có thể làm biến đổi các enzym, ức chế sự sản sinh bào tử, chúng xâm nhập vào tế bào làm mất lực đẩy proton, làm giảm thế năng của màng nguyên sinh chất và thay đổi pH nội bào do đó tạo ra các lỗ thủng không thể khắc phục được dẫn đến tế bào bị phá vỡ [4].
- Ngoài ra, reuterin và dẫn xuất của reutericyclin cũng có thể ức chế các vi khuẩn Gram âm và Gram dương, nấm và động vật nguyên sinh như giun, sán... Các diacetyl, acetaldehyde và acetoin cũng có tác dụng kìm hãm đối với các vi sinh vật có hại ngay cả ở nồng thấp.
- Cạnh tranh vị trí gắn
Để cư trú trong ruột, các vi sinh vật cần có khả năng gắn kết trên biểu mô ruột. Probiotics ngăn chặn khả năng bám dính của các vi khuẩn gây bệnh và giảm lượng chất độc do chúng tiết ra. Các tế bào biểu mô, đường ruột, miệng và âm đạo là tế bào chủ cho hàng triệu vị trí gắn thụ thể của các vi khuẩn khác nhau. Khi probiotic liên kết với vị trí gắn thụ thể trên tế bào biểu mô, làm thay đổi niêm mạc của tế bào, làm thay đổi niêm mạc của tế bào đó và tế bào lân cận. Do đó vi khuẩn có hại ít khả năng bám dính được.
Probiotics có thể tìm thấy điểm gắn trong rất nhiều vị trí, do đó ngăn ngừa vi khuẩn có hại xâm nhập. Một số trường hợp, vi khuẩn Probiotics còn có khả năng chiếm cả vị trí gắn kết của vi khuẩn gây bệnh ngay cả khi những vi khuẩn này đã bám chặt trên tế bào biểu mô.
Ngoài ra một số chủng Probiotics có khả năng làm giảm độ thẩm thấu vào màng nhầy, hạn chế sự xâm nhập của vi sinh vật có hại, sinh tổng hợp chất nhầy để cô lập bất hoạt vi sinh vật gây bệnh.
- Cạnh tranh nguồn dinh dưỡng
Dù là lợi khuẩn hay vi khuẩn gây bệnh đều cần có nguồn dinh dưỡng để phát triển. Probiotics có khả năng cạnh tranh nguồn dinh dưỡng với các vi sinh vật có hại. Ví dụ như sự phát triển của các lợi khuẩn sử dụng đường đơn (glucose và fructose) sẽ làm giảm sự phát triển của vi khuẩn Clostridium dificile gây tiêu chảy cũng sử dụng đường đơn.
Tất cả các vi sinh vật đều cần sắt để tăng trưởng. Siderophore là một chất có khả năng gắn với ion sắt, dễ dàng hòa tan sắt cho vi sinh vật. Các vi sinh vật vô hại sinh siderophore có thể được sử dụng như probiotics để cạnh tranh sắt với vi khuẩn có hại.
- Kích thích miễn dịch
Probiotics có tác dụng tăng cường đáp ứng miễn dịch, đặc biệt là miễn dịch tự nhiên. Lactobacillus có khả năng hoạt hóa đại thực bào, kích thích hình thành bạch cầu trung tính, kích thích tế bào tua, tăng khả năng tổng hợp IgA và interferon gamma.
Probiotics đáp ứng miễn dịch chống dị ứng bằng cách kích thích tổng hợp IgA đặc hiệu ở niêm mạc ruột, tăng cường chức năng của hàng rào vi sinh vật đường ruột thông qua việc phục hồi hệ vi sinh vật bình thường, gây tác động biến đổi các yếu tố tăng trưởng beta và sự sản sinh IL 10 cũng như các cytokine kích thích sản xuất kháng thể IgE. Vi khuẩn probiotics điều chỉnh các con đường truyền tín hiệu tế bào biểu mô và sản xuất cytokine, do đó ức chế đáp ứng viêm của cơ thể. Các vi khuẩn không gây bệnh đường ruột có hiệu quả ức chế miễn dịch trên các tế bào biểu mô đường ruột bằng cách ức chế các yếu tố sao chép NF-kB [3].
- Phân loại vi khuẩn probiotics
Probiotics được phân thành nhiều loại khác nhau, tùy theo vai trò của các loại vi khuẩn trong đường ruột sẽ đem lại các lợi ích dành cho sức khỏe khác nhau. Probiotics được xác định theo các cấp như chủng vi khuẩn, giống và loài vi khuẩn. Danh sách các probiotics và lợi ích sức khỏe của chúng được chỉ ra dưới đây:
Lactobacillus
Có hơn 50 loài vi khuẩn Lactobacilli. Chúng được tìm thấy trong hệ tiêu hóa, hệ bài tiết và hệ sinh dục. Các loại thực phẩm lên men như sữa chua và thực phẩm chức năng cũng có chứa các vi khuẩn này. Lactobacillus hỗ trợ điều trị và ngăn ngừa nhiều loại bệnh và triệu chứng bệnh. Một số vi khuẩn lên men tìm thấy trong thực phẩm và thực phẩm bổ sung bao gồm: Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus acidophilus DDS-1, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus rhamnosus GG, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus reuteri, Lactobacillus salivarius, Lactobacillus casei, Lactobacillus johnsonii và Lactobacillus gasseri.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng vi khuẩn Lactobacillus có vai trò hữu ích trong điều trị hoặc ngăn ngừa nhiễm nấm, nhiễm trùng đường tiểu, hội chứng ruột kích thích, tiêu chảy do dùng thuốc kháng sinh, tiêu chảy khi đi du lịch, tiêu chảy do nhiễm khuẩn Clostridium difficile, tình trạng không dung nạp lactose, bệnh về da như: ban đỏ do sốt, chàm, mụn trứng cá, viêm loét da và ngăn ngừa nhiễm trùng đường hô hấp [2].
Vi khuẩn Lactobacillus sinh acid lactic và các cơ chất khác tạo một môi trường bất lợi cho vi sinh vật gây thối phát triển trong đường tiêu hóa. Do đó, lượng urase trong ruột giảm, hơn nữa pH thấp do axit lactic tạo ra gây trở ngại cho NH3 hấp thu từ ruột vào mô và thúc đẩy việc bài tiết NH3 từ máu vào ruột. Những vi khuẩn gây thối rữa ở ruột kết tạo các enzyme beta-glucuronidase, azoreductase và nitroreductase thành carcinogen (chất có vai trò trong việc hình thành và phát triển khối u), bằng các ức chế cạnh tranh và tạo môi trường axit không thuận lợi, Lactobacillus đã kiềm hãm sự trao đổi chất của vi khuẩn trong ruột kết . Có lẽ điều này làm giảm sự hình thành carcinogen ở ruột già. Ngoài ra nó còn có khả năng tạo ra bacteriocin, một loại protein có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn có hại khác do sự tạo thành các kênh làm thay đổi tính thấm của màng tế bào, nhờ vào khả năng sản xuất acid lactic và bacteriocin trong đường ruột mà Lactobacillus cải thiện tình trạng tiêu chảy, tăng cường nhu động ruột. Những nghiên cứu gần đây còn cho thấy các loài Lactobacillus có thể thúc đẩy khả năng sản xuất α-interferon, tính tự vệ của tế bào và hoạt tính enzyme 2-5A-synthase.
Ngoài các đặc điểm trên, một số loài của chi Lactobacillus còn có những đặc tính riêng rất có lợi cho hệ tiêu hóa, hiện nay được ứng rộng rộng rãi trong việc điều trị chữa bệnh.
Bifidobacteria
Có khoảng 30 loài Bifidobacteria, chiếm 90% các vi khuẩn hữu ích ở đại tràng. Các vi khuẩn này hiện diện trong đường ruột vài ngày sau khi sinh, đặc biệt là ở trẻ sơ sinh được nuôi bằng sữa mẹ. Một số vi khuẩn Bifidobacteria sử dụng làm probiotics bao gồm: Bifodbacterium bifidum, Bifodbacterium lactis, Bifodbacterium longum, Bifodbacterium breve, Bifodbacterium infantis, Bifodbacterium thermophilum và Bifodbacterium pseudolongum.
Saccharomyces boulardii
Đây là loài nấm men dùng làm probiotics. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng loại nấm men này cho hiệu quả ngăn ngừa và điều trị chứng tiêu chảy khi sử dụng thuốc kháng sinh hay trong tình trạng tiêu chảy khi đi du lịch. Ngoài ra, loại nấm men này còn có khả năng ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn mụn Clostridium difficile trong điều trị mụn trứng cá và giảm tác dụng phụ trong quá trình điều trị với Helicobacter pylori.
Ứng dụng của Probiotics
- Ứng dụng trong nông nghiệp
Việc sử dụng probiotics ở động vật và nuôi trồng thủy sản được đánh giá cao. Probiotic giúp cải thiện sức khỏe của động vật, giúp tăng trọng, giảm tỉ lệ chết non và ngăn chặn tác nhân gây bệnh. Sự lạm dụng kháng sinh trong ngành chăn nuôi và khả năng đề kháng kháng sinh đã làm tăng mối quan tâm đến probiotics.
Việc sử dụng probiotics trong thực phẩm được đề xuất rằng có thể làm giảm nguy cơ gây bệnh từ thực phẩm sang người. Ủy ban khoa học châu Âu (EC) về dinh dưỡng động vật (2003) đã khuyến cáo rằng: những giống vi khuẩn trước đây có thể chấp nhận như một probiotics động vật thì bản chất của gen đề kháng kháng sinh phải được xác định và những chủng mang gen đề kháng kháng sinh được sử dụng trong y dược thì không nên bổ sung vào thức ăn chăn nuôi trừ khi vi khuẩn đó có đột biến trên gen đề kháng kháng sinh. Chính sách này sẽ ngăn chặn được việc sử dụng các vi khuẩn có khả năng truyền gen kháng kháng sinh sang các vi khuẩn khác làm probiotics bổ sung vào thức ăn chăn nuôi. Điều này cũng hạn chế ứng dụng của probiotic cho người.
Thực tế thì probiotics cần thiết được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi trong nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản và an toàn đối với con người. Sự bám dính lên niêm mạc đường tiêu hóa của vi khuẩn probiotics được xem là cơ chế quan trọng để ngăn các tác nhân gây bệnh. Những nhà khoa học từ viện nghiên cứu thực phẩm ở Norwich, nước Anh báo cáo là những probiotics đặc biệt có thể tiêu diệt mầm bệnh vi khuẩn sống ở ruột gia cầm, do đó giúp loại bỏ mối đe dọa sự ngộ độc thực phẩm vi khuẩn từ chuỗi thức ăn.
Probiotics gia tăng sự kháng bệnh bằng cách tăng độ cao của lông nhung và tăng độ sâu của các khe nằm giữa lông nhung, theo cách đó sẽ gia tăng được diện tích bề mặt hấp thu chất dinh dưỡng, vì vậy sẽ gia tăng hiệu quả hấp thụ thức ăn. Nghiên cứu cũng cho thấy Primalac giúp động vật chống lại sự lây nhiễm trùng cầu (Eimeria acervulina) – nguyên nhân gây phá hủy những đàn gà giống.
- Ứng dụng trong thực phẩm và y học
Trong thực phẩm, người ta sử dụng vi khuẩn để muối chua rau quả, ủ chua thức ăn gia súc (làm chín sinh học các loại quả), tạo được sinh khối vi khuẩn có ích, át cả sinh vật gây thối. Chúng cũng có thể được dùng để gây chua, tạo hương vị thơm ngon cho sản phẩm. Chuyển rau quả về dạng "chín sinh học" giúp hiệu suất tiêu hóa tăng. Một số chủng dùng để sản xuất sữa chua đặc: Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus reuteri, Strepticoccus faecalis, … Một số chủng được thêm vào sữa bột: Lactobacillus, Bifidobacterium, … Tại những nước phát triển, các nhà sản xuất, chế biến đã ứng dụng bổ sung probiotics vào nhiều loại thực phẩm như sữa chua ăn, phomat, kem.
Trong y học, probiotics được ứng dụng để chữa bệnh đường ruột. Pháp đã sản xuất và đưa ra thị trường từ hàng chục năm nay một sản phẩm mang tên Biolactyl chuyên trị tiêu chảy bằng nhiều khuẩn lactic.
Tài liệu tham khảo
1. Ho Phu Ha and Michelle Cartherine Adams (2007), “Selection and identifinication of a novel probiotic strans of Lactobacillus fermentum isolated from Vietnamese fermented food”, School of Enviromental and Life Science, Faculty of Science and Information Technology, The University of Newcastle, Australia
2. Lars Axelsson (2004), “Lactic Acid Bacteria: Classification and Physiology”. MATFORSK, Norwegian Food Research Institute, As, Norway
3. Paulina Markowiak and Katarzyna Slizewska (2017) “Effects of Probiotics, Prebiotics, and Synbiotics on Human Health”, Nutrients, 9, 1021.
4. Salminen, S,Wright, A., Ouwehand, A., 2004, Lactic acid Bacteria, Marcel Dekker
5. Cho, Susan Sungsoo, Finocchiaro, E. Terry (2010), Handbook of Prebiotics and Probiotics ingredients, CRC Press Taylor & Francis Group.
6. Dimitris Charalampopoulos, Robert A. Rastall (2009) Prebiotics and Probiotics Science and Technology, Springer, New York, NY
