Людство використовує пробіотики впродовж багатьох тисячоліть: як у харчуванні людини, і так і в годівлі тварин.
Вперше термін «пробіотик» ужив і дав йому визначення Р. Паркер ще в 1974 році: «Пробіотик — це організми і речовини, які підтримують кишковий мікробіологічний баланс».
Саме слово «пробіотик» походить від грец. proіbios, що означає «для життя», в той час як «антибіотик» — «проти життя».
Знаменитий мікробіолог та імунолог Ілля Мечников, будучи директором Інституту Пастера в Парижі, став займатися детальними дослідженнями цього продукту. Мечников значну увагу приділяв проблемі старіння. У своїй теорії довголіття він стверджував, що йогурт, який містить болгарську молочнокислу паличку (Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus), перешкоджає старінню та самоотруєнню організму.
На його думку, тривалість життя може суттєво зростати при видаленні з кишечнику за допомогою молочнокислих мікроорганізмів гнильної мікрофлори і припинення всмоктування в кров її токсичних метаболітів. Ілля Мечников став лауреатом Нобелівської премії в галузі медицини в 1908 році, а його теорія отримала підтримку в багатьох країнах світу.
Поняттю «пробіотики» вчені давали найрізноманітніші тлумачення. Найбільш уживані з них:
- Пробіотики — це мікроорганізми, які позитивно впливають на самопочуття тварин і людей і мають гігієнічну користь.
- Пробіотики — це мікроорганізми, які на основі антагоністичних властивостей проти патогенних мікробів зберігають стабільність кишкової мікрофлори і у випадках дисбіозу відновлюють еубіоз.
- Пробіотики — це жива мікробна кормова добавка, що позитивно впливає на тварину-господаря завдяки встановленню мікробіальної рівноваги в шлунково-кишковому тракті.
Пробіотики за походженням можуть бути як грибами, так і бактеріями. Так, гриби використовують в основному роду Saccharomyces. Бактерії підрозділяють на молочнокислі і спороутворюючі (Таб. 1).
Таблиця 1. Пробіотичні мікроорганізми
| Молочнокислі бактерії |
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus; L. acidophilus L. caseiss. casei; L. rhamnosus; L. reuteri; L. plantarum L. fermentum; L. brevis; L. helveticus; L. lactis Streptococcus salivarius ss thermophilus; S. lactis Enterococcus faecium; E. faecalis Bifidobacterium bifidum; B. pseudolongum; B. brevis B. thermophilus Pediococcus pentosaceus |
|---|---|
| Спороутворюючі бактерії |
Bacillus subtilis; B. licheniformis; B. cereus; B. toyoi; B. natto; B. mesentericus Clostridiumbutyricum |
| Гриби |
Saccharomyces cerevisiae; S. boulardii; Aspergillus oryzae; A. niger; Candida pintolopesii |
Мікроорганізми, котрі застосовують як пробіотики у тваринництві та птахівництві, повинні бути безпечними і не чинити негативного впливу на тварин. Вони не повинні мати патогенних властивостей, утворювати токсичні субстанції, а також не провокувати резистентності інших мікробів до антибіотиків. Крім того пробіотики повинні бути стійкими до технічної обробки кормів.
Таблиця 2. Властивості різних груп пробіотиків
| Властивості | Молочнокислі бактерії | Спороутворюючі бактерії | Дріжджі |
|---|---|---|---|
| Спосіб життя у ШКТ | В основному резидентна мікрофлора | Міграційна мікрофлора | Міграційна мікрофлора |
| Властивості на мікрофлору | Швидке заселення кишечнику | Сприяння розвиткові позитивної мікрофлори тварини-господаря | Витіснення аеробної мікрофлори |
| Утворення метаболітів | Антимікробіальні субстанції; (молочна, оцтова та мурашина кислоти, етанол), ферменти | Антимікробіальні субстанції (жирні кислоти низької щільності), ферменти | Нуклеотиди, глютамінова кислота та вітаміни, ферменти |
| Витіснення та боротьба із патогенними мікробами | Утворення біоплівки на слизовій оболонці кишечнику | Зв’язування патогенних мікробів поверхнею власної клітини | |
| Попередження приєднання патогенних бактерій до ворсинок слизової оболонки кишечнику | Знищення патогенів за допомогою токсинів-кіллерів | ||
| Утилізація токсичних речовин | Утилізація аміаку та інших токсичних азотних речовин | Утилізація аміаку та інших токсичних азотних речовин | |
| Утилізація бактеріальних токсинів | Утилізація бактеріальних токсинів | Утилізація бактеріальних токсинів | |
| Активування специфічного імунітету | Стимулювання утворення антитіл у кишечнику | Стимулювання утворення антитіл у кишечнику | Стимулювання утворення антитіл у кишечнику |
| Стабільність проти несприятливих умов зовнішнього середовища | Термостабільний при застосуванні синтетичних оболонок | Природний захист від високої температури та кислот | Нестійкий до термообробки |
Принцип дії пробіотиків
Сьогодні пробіотичні культури — важливий компонент для приготування комбікормів, адже їх позитивний вплив був неодноразово доведений. Пробіотики позитивно впливають на кишкову флору тварин, зменшують небезпеку виникнення у них шлунково-кишкових захворювань і таким чином підвищують їх продуктивність.
Важливим поштовхом для застосування пробіотиків стали рекомендації та вимоги щодо обмеження використання антибіотиків у тваринництві, які використовують з терапевтичною метою. Негативний вплив кормових антибіотиків полягає у виникненні діарей у тварин, а також у ризикові утворення та швидкого розмноження резистентних до антибіотиків бактерій, таких як Salmonella spec.
Основна мета застосування пробіотиків — утворення метаболічно-активної популяції пробіотичних бактерій у травному тракті, що сприяє якісній зміні складу кишкової флори та витісненню патогенних мікроорганізмів, зміні складу протеїну корму на користь тварини-господаря, а також збільшенню бактеріального синтезу ферментів та пропускної здатності слизової кишечнику.
Вплив пробіотиків різний:
- Синтезують органічні кислоти, перекис водню й антибіотичні субстанції;
- Синтезують ферменти й інші біологічно активні субстанції, які інактивують токсичні речовини та/або блокують виробництво токсичних речовин;
- Розмножуються у ШКТ та витісняють патогенні мікроорганізми;
- Запобігають прикріпленню патогенних мікроорганізмів до стінки кишечника та їх розмноженню;
- Сприяють розмноженню головної флори методом «конкурентного витіснення»;
- Стабілізують склад мікрофлори;
- Знижують бактеріальне перетворення завдяки встановленню оптимальної рівноваги між головною та побічної флорою;
- Сприяють мотильності кишечника, утворенню кишкових клітин;
- Стимулюють імунну реакцію.
Сприяють засвоєнню поживних речовин, адже вони сприяють подовженню ворсинок та поглибленню крипт кишечнику, а також зменшенню товщини слизової оболонки.
Однак не кожен штам здатний виконувати всі ці функції. Крім того, для позитивного ефекту необхідно, щоб достатня кількість пробіотичних бактерій досягла певного відділу травного тракту.
Молочнокислі бактерії
Під поняттям «молочнокислі бактерії» мають на увазі види лактобацил, біфідобактерій, ентерококів і стрептококів. Важливою їх особливістю є утворення молочної кислоти та інших органічних кислот — перш за все, летких жирних кислот.
Молочнокислі бактерії використовують тільки у вегетативній формі (ліофілізовані), яка є нестійкою до глибокої технологічної обробки. Саме тому вони відіграють незначну роль як пробіотичні добавки в тваринництві. Щоб захистити клітини у вегетативній формі від впливу технологічних процесів обробки кормів або при приготуванні ЗЦМ.
Пробіотичні бактерії виду Bacillus
Вид Bacillus відносять до групи грампозитивних бактерій в палочковидній формі, які можуть утворювати ендоспори. Вони здатні до розмноження як в аеробних, так і в анаеробних умовах, є стійкисми до різних впливів навколишнього середовища, таких як спека і холод. Завдяки спороутворенню бацили більш стійкі, ніж молочнокислі бактерії та живі дріжджі, тому їх можна використовувати у кормах, в процесі виробництва яких застосовують високу температуру і тиск.
Цикл життя бактерій роду Bacillus складається із трьох фаз: вегетативна фаза, спороутворення і проростання. Спори проростають і розвиваються у вегетативну клітину при певних умовах, таких як оптимальне значення величини pH і достатня кількість поживних речовин. У травному тракті спори проростають після проходу через шлунок. Проростання спор відбувається після різкої зміни величини рН від кислої до нейтрально-лужної.
Вегетативна клітина здатна утворювати спори, які впродовж тривалого часу витримують несприятливі умови. Спороутворення починається разом із посиленням активності обміну речовин, під час якого утворюється діпіколінова кислота та інші бактерицидні речовини і ферменти, що допомагає головній флорі кишечнику витісняти небажану флору.
Бактерії цього роду не належать до резидентної кишкової флори гоміотрофних живих істот. Для утримання певних кількостей таких бактерій в кишковій флорі, необхідно їх тривале застосування у годівлі.
Було неодноразово доведено, що застосування пробіотичного штаму Bacillus cereus підвищує щільність епітеліальних клітин завдяки більш високій осморегуляційній підтримці клітин — таким чином, згаданий штам запобігає виникненню діарей. Також при застосуванні пробіотиків зростає обсяг транспорту глюкози та кількості засвоєних дипептидів. Завдяки укрупненню і подовженню ворсинок, підвищується абсорбційна здатність поверхні тонкого відділу кишечнику, що сприяє засвоєнню та абсорбції поживних речовин організмом тварини, одночасно знижуючи обсяг поживних речовин, доступних для використання хвороботворними мікробами.
Живі дріжджі
Дріжджі мають важливе значення в хлібопекарській і пивоварній промисловості. Здатність цих мікроорганізмів перетворювати цукор на етиловий спирт і двоокис вуглецю використовували впродовж тисячоліть.
Живі дріжджі часто застосовують у годівлі жуйних тварин. Поряд з утворенням ферментів і вітамінів, дріжджі використовують кисень, що допомагає бактеріям рубця, які відповідають за розщеплення целюлози. В результаті збільшується конверсія корму та обсяг утворення мікробного протеїну. При цьому перевагою є підтримання оптимального діапазону pH рубця при використанні сировини з високим вмістом крохмалю.
Дріжджі мають також властивість зв’язувати і нейтралізувати такі патогени, як, наприклад, E. coli та Clostridia spec. та їх токсини.
Таким чином пробіотики — потужний засіб, що здатний відчутно підвищити статус здоров’я та виробничі показники тварин. Додаткова перевага пробіотиків полягає у позитивному впливові і на здоров’я людини, адже пробіотики нетоксичні і на відміну від антибіотиків, не провокують виникнення резистентних бактерій. Таким чином виграють як виробники тваринницької продукції, так і її споживачі.