PROB‹YOT‹KLER‹N ETK‹ MEKAN‹ZMASI ‹lknur KALEL‹

(1)

ÖZET

Probiyotikler, yeterli miktarda verildi¤inde, konakç›da sa¤l›¤a yararl› etki yapan canl› mikroorganizmalar olarak ta- n›mlan›r. Probiyotiklerin etki mekanizmas› tam olarak bilinmemekle birlikte, konakç›daki etkileri, barsak pH’s›n› de¤iﬂtirmek, antimikrobiyal ürünler üreterek patojen bakterilerin üremesini inhibe etmek, ba¤lanma bölgeleri ve besin maddeleri için patojen bakterilerle yar›ﬂmak, immunmodulator hücreleri uyarmak olarak say›labilir.

Anahtar sözcükler: probiyotikler, probiyotiklerin etki mekanizmas›

SUMMARY

Activity Mechanism of Probiotics

Probiotics are defined as “live microorganisms that, when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host”. The mecanism of their effects are not completely understood, but may involve modifying gut pH, antagonizing pa- thogens through production of antimicrobial compounds, competing for pathogen binding and receptor sites as well as for available nutrients and growth factors, stimulating immunomodulatory cells.

Keywords: activity mechanism of probiotics, probiotics

PROB‹YOT‹KLER‹N ETK‹ MEKAN‹ZMASI

‹lknur KALEL‹

Pamukkale Üniversitesi T›p Fakültesi, Mikrobiyoloji ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dal›, DEN‹ZL‹

ikaleli@pau.edu.tr; bkaleli@netscape.net

Probiyotikler sa¤l›¤a faydal›, canl› bakteri içeren yiyecekler olarak tan›mlan›r. Probiyotik- lerin etki mekanizmas› tam olarak bilinmemek- tedir.

Probiyotik kelimesi “yaﬂamsal, canl› için”

anlam›na gelir⁽¹³⁾. Probiyotik kavram›, 1908 y›- l›nda Nobel T›p Ödülü’nü kazanan Metchni- koff’a uzan›r. Metchnikoff Bulgaristan ve Kaf- kasya’da yaﬂayan insanlar›n uzun ömürlü ol- mas›n›, probiyotiklerden zengin g›dalar› fazla tüketilmesiyle aç›klam›ﬂt›r.

DSÖ probiyotikleri, uygun miktarlarda verildiklerinde, konakta sa¤l›¤a yararl› etki yapan canl› mikroorganizmalar olarak tan›mla- m›ﬂt›r⁽⁴⁾. Bir maddenin probiyotik olabilmesi için sa¤l›¤a yararl› oldu¤u ve güvenli oldu¤u bi- limsel olarak tespit edilmelidir.

Probiyotik olarak en s›k kullan›lan mikroorganizmalar laktik asit bakterileridir. Bunlar sa¤l›kl› hayvanlar›n barsak floras›nda bulunur.

Laktik asit bakterilerinin d›ﬂ›nda Bacillus spp., mayalar (Saccharomyces cerevisiae ve Saccharomy- ces boulardii) ve flamantöz mantarlar (Aspergillus

oryzae) probiyotik preparatlar›nda kullan›l›r⁽¹³⁾. Probiyotik bakteriler barsaktaki hücreler ile iliﬂki içindedir ve onlar› etkiler. Laktik asit ile yiyeceklerin fermentasyonu, folik asit miktar›n›

artt›r›r. Benzer flekilde niasin ve riboflavin sevi- yelerinde de art›fl görülür. Laktik asit bakterileri barsak lümenine çeflitli enzim ve vitaminler salg›larlar. Bakteriyel enzimatik hidrolizler, serbest ya¤ asiti, k›sa zincirli ya¤ asidi, laktik asit, propionik asit ve bütirik asit üretimini artt›- r›r⁽¹³⁾. K›sa zincirli ya¤ asitleri emildi¤inde, kona¤›n enerji havuzuna katk›da bulunur ve kolonik mukozay› patolojik de¤iflikliklere karfl› ko- rur. Serbest ya¤ asitleri barsak lümeninin uygun PH’s›n›n korunmas›n› sa¤lar. Böylece karsino- jen metabolitlerin ve patojen bakterilerin üre- mesini bask›lar⁽¹⁵⁾.

Probiyotiklerin etki mekanizmas›, mikrobiyal ekoloji üzerindeki etkileri, immün fonksi- yon üzerine etkileri ve intestinal epitel üzerine etkileri içerir. Probiyotikler kiﬂiye ve suﬂa spesifik etkiler gösterirler. Aside, safraya dirençleri, G‹S’te kolonize olmalar› ve klinik etkileri de¤i-

ANKEM Derg 2007;21(Ek 2):238-242

(2)

ﬂiktir. Ayn› zamanda probiyotik bakterilerin in- vivo ve in-vitro etkileri her zaman ayn› de¤ildir.

Probiyotiklerle iliﬂkili iki terim daha var- d›r. Prebiyotik: barsaktaki baz› mikroorganizmalar›n ço¤almas›n› art›ran, insan ya da hayvan sa¤l›¤›n› olumlu yönde etkileyen, sindirilmeyen karbonhidratlard›r. Laktosukroz, frukto ve ga- lakto oligosakkaritler, inülin bunlara örnektir.

Probiyotik ve prebiyotikler birlikte al›nd›¤›nda, simbiyotik olarak adland›r›l›rlar^(1,2,3).

Probiyotiklerin nas›l etki etti¤ini anlamak için gastrointestinal sistemin mikrobiyolojisi, fizyolojisi ve sindirim iﬂlemi hakk›nda bilgi sa- hibi olmak gerekir. Do¤umda gastrointestinal sistem sterildir. Gastrointestinal sistem kolonizasyonu do¤umdan hemen sonra maternal, va- jinal ve intestinal flora ile baﬂlar. Di¤er kaynaklar diyet ve çevredir⁽²⁾.

Geliflmifl ve geliflmekte olan ülkelerde do-

¤an çocuklar›n barsak floras›nda de¤iﬂiklikler vard›r. Anne sütüyle beslenen bebeklerde Bifi- dobacterium’lar hakim olurken, mama ile besle- nenlerde Enterobacteriaceae, Bacterioides, Clostri- dium’lar, Lactobacillus, Bifidobacterium ve Strepto- coccus’lar› içeren kompleks bakteriyel flora ha- kimdir^(7,14). Bu bakteriler önemlidir, çünkü onlar epiteliyal hücre gen ekspresyonunu yönetir- ler. Uygun flora oluﬂturarak daha sonra gelecek patojen bakterilerin üremesine engel olurlar.

Geliﬂme s›ras›nda barsak floras› de¤iﬂir. A¤›zda fakültatif anaeroblar ve anaeroblar (Streptococ- cus, Bacteroides) ve mantarlar bulunur. Özofa- gusta önemli mikrobiyal kolonizasyon yoktur.

Mide ve duedonumda 10⁴CFU/g Candida albicans, Bacterioides, Lactobacillus, streptokoklar bulunur. Helicobacter pylori gastrik içeri¤e adapte olmuﬂtur. Jejunumda yine C.albicans, Bacteroides, Lactobacillus, Streptococcus bulunur. ‹leumdan sonra bakteriyel kolonizasyon 10⁷-10⁸ CFU/g’dan, kolonda 10¹⁰-10¹¹ CFU/g’a ulaﬂ›r.

Burada Bacteroides, Bacillus, Clostridium, Entero- coccus ve Streptococcus türleri bulunur⁽⁷⁾. Gastro- intestinal sistemdeki mikroorganizmalar kona-

¤a faydal›, zararl› veya nötral davran›ﬂa sahip- tirler. Normal kolon floras›, toplam kolon me- meli hücrelerinin on kat› kadar bakteri içerir.

Flora bakterileri ile konak aras›nda simbiyotik bir iliﬂki vard›r. ‹nce barsak ve kal›n barsaktaki

mikroorganizmalar sindirim ifllemini tamamlar- lar. ‹ntestinal mikroorganizmalar vitamin üre- tirler ve non-patojendirler. ‹ntestinal flora bakterilerinin üremesi sonucu oluflan metabolik asitler (laktik asit, asetik asit) barsak içeri¤inin pH’s›n› düflürerek patojen bakterilerin üremesi- ne engel olurlar⁽⁵⁾. Probiyotikler bakteriyel pep- tid ve müsinin sentez ve sekresyonunu etkileye- rek intestinal mukozan›n koruyucu fonksiyonunu artt›r›rlar. Normal mikrobiyal flora gastrointestinal sistemin bariyer fonksiyonunu artt›ra- rak bakteri ve antijenlerin translokasyonuna engel olur⁽⁴⁾.

Gastrointestinal sistem vücudun içi ile d›ﬂ›

aras›nda köprüdür. Son zamanlardaki araflt›r- malar barsak mikrofloras› ile konak aras›nda karfl›l›kl› etkileflme oldu¤unu göstermifltir.

Özellikle barsak bariyerini sa¤lamlaflt›rmada ve epiteliyal de¤iflimde bakterilerin önemli rolü oldu¤u anlafl›lm›flt›r. ‹ntestinal mikrofloran›n ko- nakç› için faydalar›, vitamin K sentezi, absorbe edilmeyen yiyeceklerden k›sa zincirli ya¤ asidi üreterek enerji sa¤lamak, patojenlerin üremesi- ne engel olmak, intestinal bariyer bütünlü¤üne destek olmak ve mukozal immun dengeyi sa¤- lamak olarak s›ralanabilir. Deneysel hayvan ça- l›flmalar›nda intestinal flora bulunmayanlarda, ince vili, yüzeyel kriptler, düflük lökosit say›s›, Peyer plaklar›n›n say›s› ve yo¤unlu¤unda azalma gibi yap›sal ve fonksiyonel de¤ifliklikler gö- rülmüfltür⁽¹⁰⁾.

Probiyotiklerin intestinal epitel üzerine etkileri

Probiyotik bakterilerin intestinal epitel üzerine direkt ve indirekt olarak etkileri vard›r.

Bunlar; bariyer fonksiyonunu artt›rmak, mukozal immun sistemi düzenlemek, antimikrobiyal üretimi ve intestinal mikrofloray› de¤iﬂtirme olarak say›labilir.

Probiyotiklerin bariyer fonksiyonu

Çeﬂitli probiyotik bakterileri intestinal epitel bariyer fonksiyonunu artt›r›r. Örne¤in, IL-10 yetmezli¤i olan farelerde probiyotik kokteyli olan VSL#3’ün oral al›n›m›n›n intestinal epitel bütünlü¤ünün ve bozulmuﬂ kolon fonksiyonla- r›n›n düzeltilmesinde faydal› oldu¤u gösteril-

(3)

mifltir⁽¹⁰⁾. Birçok laktobasil suflu intestinal MUC3 ve MUC2 ekspresyonunun art›fl›na neden olur⁽¹⁵⁾. Böylece müküs tabakas›n› artt›ra- rak bariyer fonksiyonunu gelifltirir. Lactobacillus GG intestinal epitel hücrelerinin apoptozisine engel olarak bariyer fonksiyonunu artt›r›r⁽¹⁶⁾. Streptocococus thermophilus ve Lactobacillus aci- dophilus’un tight-junction bölgelerinde aktinin ve oklidinin fosforilasyonunu artt›rd›¤›, böylece enteroinvaziv Escherichia coli’nin intestinal epi- tele invazyonuna engel oldu¤u gösterilmifltir⁽²⁾. Baz› probiyotik ajanlar, TLR-spesifik immun sitimilatör etkiye sahiptir. Böylece intestinal epiteliyal bariyeri düzeltirler ve kona¤› ko- rurlar. Probiyotiklerin epiteliyal bariyer fonksiyonunu TLR-2 iliflkisiyle modüle etti¤i düflünü- lür. TLR-2 bakteriyal lipoproteinleri, lipoteikoik asiti tan›r.

‹ntestinal floran›n de¤iﬂtirilmesi

Probiyotikler, patojenlerin üremesine ve invazyonuna birçok yolla engel olurlar. Probi- yotikler müküs katman› ve epitelial hücrelerde- ki s›n›rl› say›daki yerler için patojen bakterilerle yar›fl›rlar. Ayn› zamanda patojenlerin üremek için gereksinim duyduklar› besin maddelerini tüketerek, patojenlerin üremesini inhibe ederler. Probiyotikler hidrojen peroksit, organik asit ve bakteriyosin gibi antimikrobiyal maddeler üretirler. Örne¤in, in-vitro ve in-vivo çal›flma- larda Bifidobacterium infantis’in Bacteroides vulga- tus’un üremesini inhibe etti¤i gösterilmifltir.

Probiyotikler ayn› zamanda kolonda ya¤ asidi profilini de¤iﬂtirerek intestinal mikrofloray› de-

¤iﬂtirebilirler. VSL#3 probiyotik suﬂu linoleik asiti antiinflamatuvar ve antikarsinojenik özelli-

¤i olan konjüge linoleik asite çevirdi¤i tespit edilmiﬂtir.

Probiyotiklerin immün sistem üzerinde etkileri

Probiyotiklerin bulunmas›, mukozal immun sistemde birçok modifikasyonlara neden olur. Bunlar antikor üretimini artt›rmak, fagosit ve NK hücrelerinin aktivitesini artt›rmak, nük- leer faktör kappa-B (NFkB) yola¤›n› modüle etmek ve T hücre apoptozisini indüklemektir.

Probiyotikler genellikle IL-10 ve TGF-b gibi in-

tesitinal anti-inflamatuar sitokin üretimini artt›- r›rlarken, TNF-a, IF-g, IL-8 gibi proinflamatuvar sitokin üretimini düflürür^(8,12). Bifidobacterium breve, S.thermophilus, Bifidobacterium bifidum ve Ruminococcus gnavus gibi probiyotik bakterilerin, lipopolisakkaritin indükledi¤i TNF-a sekresyonunu düflürdü¤ü gösterilmifltir⁽¹¹⁾. ‹leoa- nal anastomozu olan hastalara probiyotik teda- visi verildi¤inde, IF-a, IL-1 b, IL-8 mRNA sevi- yelerinde düflme ve PNL say›s›nda azalma gö- rülmüfltür⁽⁶⁾. Probiyotik tedavisinin ayn› zamanda pofl infilamasyonu olan hastalarda IF-g ve IL-1a üretiminde düflüfle, indüklenebilir nit- rik oksit sentezinde ve jelatinaz aktivitesinde azalmaya neden olmufltur. Chron’s hastal›¤›

olanlarda ileal örneklerde TNF-a sal›n›m› ve CD4 hücre say›s›nda azalmaya neden olmuﬂtur.

Probiyotikler epitel hücreler ile iliflki içine girer- ler ve sitokin üretimini de¤ifltirirler. Epitel hüc- reler bakteri ve bakteri komponentlerine karfl›

IL-8 gibi pro-inflamatuar sitokin salmalar›na ra¤men probiyotiklere karfl› herhangi bir cevap göstermezler. Baz› probiyotikler anti-inflamatuar cevap gösterirler ve nükleer faktör kappa-B (NFkB) yolunu inhibe ederler⁽⁹⁾. Lactobacillus rhamnosus GG kolon hücrelerinde sitokinin in- dükledi¤i apoptozise engel olur. Probiyotik bakteriler patojenik bakteri DNA’s›na karfl› sis- temik inflamatuvar bakteri cevab›n› bask›laya- bilirler. ‹ntestinal epitelial hücreler, birçok antijen sunan molekülü ve kostimülatör molekülle- ri üretir ve CD4-CD8 regülatör T cell aktivasyo- nunda rol al›r. Probiyotikler epitelial bariyer fonksiyonunu TLR-2 iliflkisiyle düzenler. TLR-2 bakteriyel lipoproteinleri, lipoteikoik asiti ve zi- mojeni tan›r.

Dendritik hücreler barsak boyunca bulu- nan, antijen sunan hücrelerdir. Enterik antijen- leri naiv T hücrelerine sunar. Böylece T hücre aktivasyonu ve de¤iflimine neden olurlar. Den- dritik hücreler de¤iflik mikrobiyal sufllar aras›n- da ay›r›m yapabilirler. Mikroorganizmalar dendritik hücreleri stimüle ederler. Bunun sonu- cunda Th1, Th2, Treg hücre cevab› oluflur. Baz›

probiyotik bakteriler, az miktarda TNF alfa ve IL-12 sal›n›m› ve artm›ﬂ IL-10 seviyesi ile karak- terize, dendritik hücre maturasyon paternini in- dükler. Bifidobacterium’lar özellikle dendritik

(4)

hücreler taraf›ndan IL-10 üretimini indükler ve CD-40 ve CD-80 moleküllerinin ekspresyonunu azalt›r. IL-10 üretimindeki art›fl direkt anti-inflamatuar etki edebilir ve Treg hücrelerinin jene- rasyonunu zenginlefltirir. Bifidobacterium’lar›n tersine baz› laktobasil sufllar› CD-40 ve CD-80 ekspresyonunu artt›r›p pro-inflamatuar sitokin üretimini azalt›r. Probiyotik bakterileri ile dendritik hücreler aras›ndaki iliflki immun regülas- yona neden olur⁽⁹⁾.

Probiyotiklerin oral al›nmas›n›n kad›n ge- nital sistemi, solunum yolu, cilt ve nazal muko- zada immüniteyi de¤ifltirdi¤i gösterilmifltir. Bi- fidobacterium ve Lactobacillus sufllar›n›n çocuk- larda dermatiti tedavi etti¤i gösterilmifltir. ‹l- ginç olarak probiyotik al›nmas› kolondaki bakteri say›s›n› de¤ifltirmez. Bu sonuçlar, probiyotiklerin kolondaki kolonizasyonu de¤ifltirmek- ten çok immün sistemi de¤ifltirdi¤ini destekle- mektedir.

Probiyotiklerin diyare üzerine etkileri

Probiyotiklerin antibiyotik kullan›m›na ba¤l› geliflen diyareye engel oldu¤una dair bil- giler mevcuttur. Kolonik k›sa zincirli ya¤ asiti oluflumunda düflme ve sindirilmeyen karbohid- ratlara ba¤l› hiperosmolaritenin antibiyotik ilifl- kili diyareyi artt›rd›¤› düflünülmektedir. Probi- yotikler, kolondaki floray› düzelterek ve immun sistemi stimüle ederek antibiyoti¤e ba¤l› diyare- nin önlenmesinde etkili olurlar. Mikrobiyal po- pülasyonun stabilizasyonu k›sa zincirli ya¤ asiti üretimine neden olur. Özellikle asetat, propi- yonat ve bütirat, k›sa zincirli ya¤ asitleri difüz- yon ile veya tafl›y›c›lar arac›l›¤›yla absorbe edi- lirler. Böylece onlar›n bulunmas› kolonik su ve sodyum absorbsiyonunu stimüle eder. Sonuçta flekilli d›flk› oluflur. Ayr›ca k›sa zincirli ya¤ asitleri kolonositlere besin sa¤lar. S.boulardii ve Lac- tobacillus antibiyoti¤e ba¤l› diyarede en çok kullan›lan probiyotiklerdir. Çocuklarda Rotavirus’a ba¤l› diyarelerde, probiyotikler Rotavius’a karfl›

IgA antikorlar›n› artt›r›r ve immun sistemi güç- lendirir ve viral yay›lmay› azalt›r.

Probiyotiklerin kanser üzerine etkisi

Probiyotiklerin kanseri süprese etti¤ine dair direkt deneysel kan›tlar olmamas›na ra¤-

men indirekt olarak kanser üzerine etkili oldu-

¤u bildirilmektedir. Probiyotiklerin kimyasal karsinojenlere karﬂ› hassasiyeti azaltt›¤› bildiril- miﬂtir⁽¹³⁾:

a. Al›nan karsinojenleri detoksifiye ederler.

b. Barsa¤›n içeri¤ini de¤iﬂtirirler. Böylece karsinojenik bileﬂiklere neden olacak bakterilerin say›s› ve metabolik aktivitesini azalt›rlar.

c. Bütirat gibi metabolik ürünleri üretirler.

d. Tümör hücrelerinin geliﬂmesini inhibe edecek bileﬂikler üretirler.

f. Kanser hücrelerinin proliferasyonuna kar- ﬂ› immun sistemi stimüle ederler.

Sonuç olarak; probiyotikler barsaklarda mikrobiyal dengeyi sa¤layarak, konakç›n›n sa¤- l›¤›n› olumlu yönde etkileyen canl› mikroorganizmalar olarak tan›mlanabilir. Hem gastrointestinal sistem hem de immün sistem üzerinde- ki etkilerinden dolay› birçok hastal›¤›n tedavi- sinde kullan›lmaktad›r.

KAYNAKLAR

1. Bruzzese E, Volpicelli M, Squaglia M, Tartaglione A, Guarino A: Impact of prebiotics on human health, Dig Liver Dis 2006;38 (Suppl 2):S283-7.

2. Ewaschuk JB, Dieleman LA: Probiotics and prebiotics in chronic inflammatory bowel disease, World J Gastroen- terol 2006;12(37):5941-50.

3. Fedorak RN, Madsen KL: Probiotics and prebiotics in gastrointestinal disorders, Curr Opin Gastroenterol 2004;20(2):146-55.

4. Gültekin M: Probiyotikler, ANKEM Derg 2004;18(Ek 2):287-9.

5. Heczko PB, Strus M, Kochan P: Critical evaluation of probiotic activity and lactic acid bacteria and their effects, J Physiol Pharmacol 2006;57(Suppl 9):5-12.

6. Lammers KM, Vergopoulos A, Babel N et al: Probiotic therapy in the prevention of pouchitis onset: decreased interleukin-1beta, interleukin-8, and interferon-gamma gene expression, Inflamm Bowel Dis 2005;11(5):447-54.

7. Limdi JK, O’Neill C, McLaughlin J: Do probiotics have a therapeutic role in gastroenterology?, World J Gastroen- terol 2006;12(34):5447-57.

8. Maassen CB, van Holten-Neelen C, Balk F et al: Strain- dependent induction of cytokine profiles in the gut by orally administered Lactobacillus strains, Vaccine 2000;18(23):2613-23.

9. Madsen K: Probiotics and the immun response, J Clin Gastroenterol 2006;40(3):232-4.

(5)

10. Madsen K, Cornish A, Soper P et al: Probiotic bacteria enhance murine and human intestinal epithelial barrier function, Gastroenterol 2001;121(3):580-91.

11. Menard S, Candalh C, Bambou JC, Terpend K, Cerf- Bensussan N, Heyman M: Lactic acid bacteria secrete metabolites retaining anti-inflammatory properties after intestinal transport, Gut 2004;53(6):821-8.

12. Morita H, He F, Fuse T et al: Adhesion of lactic acid bacteria to caco-2 cells and their effect on cytokine secreti- on, Microbiol Immunol 2002;46(4):293-7.

13. Parvez S, Malik KA, Ah Kang S, Kim HY: Probiotics and their fermented food products are beneficial for heath, J Appl Microbiol 2006;100(6):1171-85.

14. Salminen S, Isolauri E: Intestinal colonization, microbio- ta, and probiotics, J Pediatr 2006;149(Suppl 5):S115-20.

15. Santosa S, Farnworth E, Jones PJ: Probiotics and their potential heath claims, Nutr Rev 2006;64(6):265-74.

16. Yan F, Polk DB: Probiotic bacterium prevents cyctokine- induced apoptosis in intestinal epithelial cells, J Biol Chem 2002;277(52):50959-65.