Werkingsmechanismen
De werkingsmechanismen van probiotica zijn complex en lopen uiteen van competitie van de bacteriën voor bindingsplaatsen op de darmwand tot modulatie van het immuunsysteem.[1] [2] [3] [4] [5]
Het overzicht van werkingsmechanismen op deze pagina is niet volledig; in de lijst staan voorbeelden die op dit moment onderzocht worden. Voor alle werkingsmechanismen geldt dat de effecten van probiotica stamspecifiek zijn.
Het moleculaire bewijs hiervoor is geleverd in een recente studie, waaruit blijkt dat het transcriptoom (verzameling van alle RNA-moleculen die in verband staan met de transcriptie ) van het spijsverteringskanaal afhankelijk is van de bacteriestam die is toegediend.[6]
Afbeelding: O’Toole PW & Cooney JC. Interdiscip Perspect Infect Dis. 2008;2008:175285.
1. Competitie voedingsstoffen
De microbiota in de darm heeft maar een beperkt aantal bruikbare voedingsstoffen tot zijn beschikking. Neem je probiotica in, dan concurreren deze met andere micro-organismen in de darmen om voedsel. Dit kan er voor zorgen dat ziekteverwekkers te weinig voedingsstoffen krijgen.
Een interessante voedingsstof in dit verband is ijzer. Deze stof wordt onder normale omstandigheden in het lichaam weggevangen door transferrine en lactoferrine. Dit beperkt de groei van bacteriën, want ijzer is voor bijna alle bacteriën essentieel. Lactobacillen hebben geen ijzer nodig, wat een voordeel is van het gebruik van lactobacillen als probioticum.
2. Fermenteren van onverteerbare voedingscomponenten en productie nuttige stoffen
Fermenteren van onverteerbare voedingscomponenten
Goede bacteriën fermenteren onverteerbare voedingscomponenten zoals oligosachariden. Dit proces wordt ook wel sacharolitische fermentatie genoemd. Tijdens de fermentatie van proteïnen (proteolytische fermentatie) ontstaan er toxische stoffen zoals fenol en ammoniak.[7]
3. productie nuttige stoffen
Productie butyraat en vitamine K
Bij sacharolitische fermentatie van moeilijk- of niet verteerbare vezels worden korteketenvetzuren als butyraat gevormd. Butyraat is een belangrijke energiebron voor de epitheelcellen van de dikke darm. Daarbij produceren goede bacteriën in de dikke darm ook de vitamine K.[8]
Stimulatie van productie van mucine (slijmlaag)
Probiotica stimuleren de productie en uitscheiding van mucine: een bestanddeel van de slijmlaag in de darmen. Een goede slijmlaag kan de binding van pathogenen aan de epitheelcellen verhinderen.
4. Direct antagonisme
Probiotica produceren tijdens het fermentatieproces melkzuur, waardoor lokaal de pH in de holte van de darm wordt verlaagd. Zo kunnen ze kolonisatie van ziekteverwekkers tegengaan.
De productie van antibacteriële verbindingen worden ook wel bacteriocine genoemd. Deze verbindingen remmen de groei van pathogene bacteriën in de darm.
5. Competitie bindingsplaatsen
Ieder micro-organisme heeft een plek in het spijsverteringskanaal waar het zich het meest thuis voelt: niche.
Probiotica kunnen in de darm met andere micro-organismen concurreren om het beperkte aantal hechtingsplaatsen op de intestinale epitheelcellen.
Toedienen van probiotica vermindert hiermee de kans dat ziektverwekkers zich binden en een infectie veroorzaken. Dit mechanisme wordt ook wel competitieve exclusie of kolonisatieresistentie genoemd.
In een gezonde darm nemen de commensale bacteriën hun plaats in en hechten zich aan specifieke structuren in de darmwand. Na een antibioticakuur is de microbiota grotendeels verdwenen en kunnen ziektverwekkers als Clostridium zich gemakkelijk vestigen.
6. Versterken tight junctions
De epitheelcellen van het spijsverteringskanaal zijn met elkaar verbonden via een complex netwerk van eiwitten als occludine en claudine: de tight junctions.
Commensale bacteriën en probiotica kunnen de barrièrefunctie van de tight junctions versterken. Sommige bacteriën kunnen de negatieve effecten van ziekteverwekker op deze barrière voorkomen en zelfs terugdraaien.[9]
5. Invloed op het functioneren van T-regel-cellen
Intensief sporten en tight junctions
Intensief sporten is een grote belasting voor de gezondheid. Het verlies aan tight junctions speelt hierbij een grote rol. Tight junctions zijn eiwitten die de darmepitheelcellen laten aansluiten. Wanneer tight junctions niet (goed) werken staat de darm als het ware ‘open’ (leaky gut) en kunnen naast pathogene micro-organismen en virussen ook andere groot-moleculaire stoffen zoals eiwitten het lichaam binnen komen.
Dit kan verklaren waarom sporters tijdens en na inspanning gevoelig zijn voor infecties maar ook voor het ontwikkelen van een allergie. Het is dus verstandig om sporters na inspanning rust te geven en geen grote mensenmassa’s op te laten zoeken in verband met risico op besmetting [10].
Door het innemen van probiotica kan voorkomen worden dat de tight junctions verminderen waardoor het risico van een leaky gut afneemt [11].
7. Reguleren immuunsysteem
Sommige goede bacteriën kunnen het immuunsysteem zo reguleren dat ontstekingen verminderen of zelfs voorkomen kunnen worden. Probiotica spelen een rol bij de ontwikkeling en het functioneren van zowel het aangeboren (innate) als het aangeleerde immuunsysteem.
Sommige probiotica bevorderen de differentiatie van B-cellen naar plasma cellen die secretoir IgA (sIgA) produceren.[13] SIgA-moleculen activeren het “complement systeem” slechts (het complement systeem is een ondereel van het innate immuunsysteem), waardoor ze een anti-inflammatoire functie hebben. De sIgA-molculen binden aan pathogenen waardoor ze de toegang tot de lamina propia verhinderenen deze vervolgens kunnen opruimen.
Probiotica kunnen ook activatie van de transcriptiefactor NF-kB voorkomen.[14] Hierdoor wordt er minder interleukine-8 (IL-8) geproduceerd.
IL-8 heeft een belangrijke modulerende rol bij ontstekingsprocessen. Sommige probiotische bacteriestrammen hebben effect op de uitscheiding van zowel ontstekingsremmende als -stimulerende cytokines, geproduceerd door immuuncellen (respectievelijk IL–10 en IL–12) [13].
8. Immune stimulation
Probiotica hebben invloed op het functioneren van de dendritische cellen: cellen die potentiële gevaren in de holte van de darm detecteren en een respons T-cellen op gang brengen. [12]
Probiotica kunnen het immuunsysteem ook richting een meer tolerante respons sturen. Zo is aangetoond dat de genexpressie van demucosa in het duodenum correleert met een tolerante respons na inname van Lactobacillus plantarum.[2][1]
Probiotica kunnen ervoor zorgen dat de respons van het immuunsysteem niet sterker is dan nodig. Dat doen zij door de T-regel-cellen (Treg) van het immuunsysteem te stimuleren. Tregs dempen de reactie van het immuunsysteem op ongewenst bezoek.[1]
Bepaalde probiotica kunnen ook de (inflammatoire) Th1-respons en de productie van inflamatoir cytokines zoals IL-12 en TNF-alpha onderdrukken, die ookgeïnduceerd kunnen worden door activering van een dendritische cel.
Referenties
[1] Ng et al. Inflamm. Bowel. Dis. 2009; 15(2), 300-310.
[2]Walker, Clin. Infect. Diseases. 2008; Feb 1;46 Suppl 2:S87-91; discussion S144-51.
[3]Sherman et al., Nutr. Clin. Pract. 2009; 24(1), 10-14.
[4]Oelschlaeger, Int. J. Med. Micribiol. 2010; 300(1), 57-62.
[5]Bron et al., Nature Rev. Microbiol. 2012; 10, 66-78.
[6][Pubmed] Van Baarlen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 2011; 108 Suppl 1, 4562–4569.
[7][Proefschrift] Henrike M. Hamer, “Short chain fatty acids and colonic health”. 2009. [8]Conly JM, Stein K Prog Food Nutr Sci. 1992 Oct-Dec;16(4):307-43
[9][Abstract] Dulantha Ulluwishewa et al., The Journal of Nutrition. 2011; 141(5), 769-776.
[10] [Free Paper] Thomas S, AACI 2010 ;6(1):31. doi: 10.1186/1710-1492-6-31.
[11] Lamprecht M, Frauwallner A. Med Sport Sci. 2012;59:47-56. doi: 10.1159/000342169. Epub 2012 Oct 15
[12][Abstract] Baarlen P. et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 2009, 17; 106 (7): 2371-6.
[13][PubMed] Sherman et al., Nutr. Clin. Pract., 2009; 24(1), 10-14.
[14][free paper] Donato et al, Microbiology, 2010, 156 3288-3297 doi 10.1099/mic.0.045443-0
