Probiotische LM Zusammenfassung 2 ab 21 -11- 2016 PDF

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Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie -

- Bedeutung von Mirkroorganismen:

- Landwirtschaft: Bak. für Stickstoff-Fixierung (es ist noch nicht erforscht wie viele „Treibhaus-

Gase“ durch Bakterien abgebaut werden können. Die sind allerdings effizienter hierin als Pflanzen. Biotechnologie : Bakterien können auch für die Insulin Erzeugung eingesetzt werden.

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- Energiegewinnung: Biokraftstoff usw. —> Mikroorganismen sind in sehr vielen Lebensmitteln enthalten: Hefe, Bier, Wein, Milch/Käse uvm… —> Arten von Mikroorganismen:

—> Nomenklatur:

- Bakterien mussen nach Ort oder nach ihre Funktion/Eigenschaft genannt werden. Man darf die Stämme nicht nach sich selber benennen - jedoch können in Andenken nach jemand anderes benannt werden. —> Morphologie: Bakterien sind entweder Stäbchen oder Kokken etc. das macht eine Unterscheidung schwierig. Pathogene Organismen sind oft begeiselt.

- Gram-Positiv:

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Dickes Peptidoglykanschicht 90% Peptodoglykan Teichonsäure 1 Schicht Wenige Polysaccharide

- Gram-Negativ: Dünnes Peptidoglykan 5-10% Peptidoglykan Keine Teichonsäure 3 Schichten Äußere Membran besitzt Lipopolysaccharide und Glykossacharide

—> Ein Charakteristum aller Bakterien ist das PEPTIDOGLYKAN —> Färbung: Die Färbung zeigt was für ein Kapselaufbau die Bakterien haben. - Pathogene Organismen sind meist Gram-Negativ

- Farbstoff bleibt in der dicken Peptidoglykanschicht hängen -> in der dünnen Schicht nicht. - Bei der Färbung werden erstmal alle Bakterien angefärbt, diese werden dann in Alkohol „gewaschen“ die Farbe bleibt nur in Gram-positiv Bakterien hängen und die Gram- Negative färben sich Rot.

—> Organisation von Mikroorganismen: Planktonische Phase: Bakterien finden wir an Oberflächen, die Bilden Biofilme und können miteinander kommunizieren und treten in Gemeinschaften auf. Biofilme: sind mikrobielle Lebensgemeinschaften, die sich aus Bakterien und Pilzen zusammensetzen können. Die Mikroorganismen synthetisieren und sezernieren eine schützende Matrix, welche den Biofilm fest and einer organischen oder unbelebten Oberfläche verankert. —> Biofilme- sind die in eine dicke schleimige Schutzschicht aus Zuckern und Proteinen eingebettet sind. Diese Schutzschicht schützt die Mikroorganismen im Bio lm vor äußeren Einflüssen. (Biofilme machen im Wasserliegende Steine glitschig.) Bsp.: Pseudomonas aeruginosa - machen ein Biofilm und belegen Körperoberflächen wie z.B. die Lunge —> Pat. versuchen es dann abzuhusten.

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-> Meeresleuchten sind im Übrigen auch Bakterien. Die Leuchten um festzustellen, wer „in der Nähe“ ist. Hohe konzentrationen an Bakterien im Meer = Leuchten. Angelfisch: die Leuchte die er hat sind Bakterien. Der Fisch kann selber nicht „Leuchten“. —> Oberflächen: werden Schwarz durch die Bakterien. Teilweise auch grün -> das passiert durch die Bakterien, die Photosynthese betreiben. Die Bakterein, die das schwarze machen- können H2S verwerten aus der luft.

- Bakterien können die Verdunstung vom menschlichenkörper in Räumen nutzen. Deswegen ist es teilweise problematisch in manchen alten Räumen viele Menschen auf einmal reinzulassen, weil sonst die Bakterien dadurch die Feuchtigkeit nutzen um bspw. Gemälde abzubauen. —> Hotquellen Farben werden durch Bakterien verursacht bzw. die sind für die Verschiedene Farben verantwortlich.

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie Im Tiefsee: wo das „leben ohne Licht“ stattfindet, nutzen Bakterien H2S um Energie zu erzeugen, was für andere Lebewesen genutzt werden kann in Form von Symbiose.

—> Energiequellen für Bakterien:!

- Es gibt verschiedene Stoffwechseltypen der Bakterien => manche können auch CO2 fixieren sogar besser als Pflanzen.

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie O2 ist „Toxisch“ : Anaerobe Bakterien = zB. Clostridien;

- Aerobe Bakterien = zB. Laktobazillen (die findet man dort, wo viel O2 vorhanden ist) -> scheiden H2O2 aus - was Bakterizid wirkt. Bakterien haben auch ein „Waffensystem“.

—> Obwohl es Bakterien gibt die O2 vertragen, sind die meisten O2 empfindlich. Das erschwert die Arbeit bzw. die Untersuchungen an Bakterien - da Anaerob gearbeitet werden muss. ——Untersuchungsmethoden: Medium und Kultur:

- Medium: Nährstoffe (Agar, pH Indikator, Proteine und Kohlenhydrate) um ein Wachstum außerhalb des natürlichen Systems zu ermöglichen (Agar ist eine geleeartige Substanz, die verwendet wird, um Bakterien zu züchten. Sie wird aus einer Sorte roter Algen gewonnen und bietet die ideale Wachstumsumgebung für viele verschiedene Bakterienarten.)

- Kultur: Vermehrung von Mikroorganismen - Verdünnungsprozess: 1ml wie in 10er Schritten verdünnt.

- Kolonien - 1 Punkt auf der Platte entspricht eine Kolonie. Kononieauszahlung sagt jedoch nichts über die Arten von Bakterien die sich dort befinden. Deshalb ist es sehr schwierig Mikroskopische Bakterien Bilder mit Makroskopisch zu vergleichen.

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- Bakterien sind Anfärbbar, was nützlich sein kann für die Untersuchung. - Wichtig: Reinkulturen zu bekommen - dafür muss man die Bakterien „Separieren“. Um das zu -

erreichen, kann man ein Verdünnungsstrich Manen, um eine Enzelkolonie zu kommen. (hoffentlich) —> Verdünnungsstrich = dünne Anstrich auf eine Platte. Grundvoraussetzung hierfür, ist jedoch gute Lebensbedingungen für die Bakterien zu schaffen = Nährstoffe, Mineralien, guter pH-Wert und Temperatur (hier gibt es sehr viele Unterschiede).

———————— —> Stoffwechsel: - Metabolismus: Gesamtheit aller biochem. Rkts. für Wachstum und Lebenserhalt. Katabolismus: (Dissimilation, Energiestoffwechsel) Stufenweise Abbau organische Verbindungen zur -> Energiegewinnung (ATP), Bereitstellung von Vorstufen für Biosynthese! 1) Substratkettenphosphorylierung (Glykolyse, TCC…) 2) Elektronentransporthphosph. (Atmungskette, Photosynthese) Anabolismus: (Assimilation) zeltaufbauende Synthesen und Verbrauch von Energie (ATP) • Anaerobes Milieu: Anaerobe Spaltung des Zuckers = Gärung oder Fermentation -> Gärungsprodute: Ethanol, Milchsäure, Essigsäure, usw. • Aerobes Milieu: Oxidativer Abbau des Zuckers = Verbrennung - > Elektronen werden auf terminalte Akzeptoren Übertragen -> Freisetzung von H2O und CO2 bei Vollständiger Oxidation

- Homofermentative Milchsäuregärung: bilden Michsäure als einziges Hauptendprodukt. -> Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus, Pediococcus, (teilweise - Lactobacillus)

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- Milchsäurebak. können D(-)-Milchsäure = Linksdrehend (L. delbrueckii); L(+)-Milchsäure = Rechtsdrehend (Lactococcus und Bifidobak. - Arten); Beide Stereoisomere können die (L. acidophilus) bilden. Mensch bildet nur Rechtsdrehende Milchsäure - Linksdrehende können wir nicht verstoffwechseln —> führt zur Azidose. - Heterofermentative Milchsäuregärung: Heterofermentative Stämme von Milchsäurebakterien mangelt es an Aldolase, dem Schlüsselenzym der Glykolyse. Hierzu gehören die Gattungen Leuconostoc und einige Angehörige der Gattung Lactobacillus, hauptsächlich Lactobacillus buchneri. -> Bunte Reihe: hier handelt es sich um eine labortechnische Methode zur BESTIMMUNG von Bak. anhand verschiedener Merkmale. Dabei wird auf bestimmte ENZYMAKTIVITÄTEN, den Abbau von Substraten und bestimmte Fähigkeiten (z.B. Bewegung) geprüft. Die Bunte Reihe besteht aus Reagenzröhrchen die mit verschiedenen Nährmedien beschickt sind. • Die Nährmedien enthalten REAGEZIEN und INDIKATOREN zum Nachweis von bestimmten Eigentschaften, die eine Bestimmung von Bakterienarten ermöglichen. —> Decarboxylierung von AS: (Arginin, Lysin, Ornithin)-> Lösung wird alkalisch => Farbumschlag nach Rot. Fermentation von Kohlenhydraten (Glucose, Mannito, Inositol) -> Lösung wird sauer => Farbumschlag nach Gelb. -> Moderne Nachweismethoden: • Fluoreszenz in-situ Hybridisierung • Quantitative (real-time) Polymerase Kettenreaktion (qPCR) • Fragmentlängenanalyse für Verlaufsanalysen • Whole Genome Sequenzanalysen • Biochips —> Degradierende Gradienten Gelelektrophorese (DGGE) Stuhlprobe -> Extraktion -> Stuhl - DNA -> PCR-Amplifikat ------------

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05. 12. 2016 Italien ist das einzige EU Land, wo Health-claims für probiotics nicht gelten. Die haben ihre eigene gesetzte für probiotika. Der probiotika Markt in Italien ist viel größer als zB. DE , da die Italiener schon seit den 60 Jahren , Antibiotika zusammen mit Probiotika nehmen. Es gibt 3 Möglichkeiten zum Leben in Symbiose: a) Kommensale: b) Parasiten: c) Mutualismus: -> Gruppe 1 - der Guten Bakterien: Die „guten“ Bakterien: Bakterien die den Wirt besiedeln, aber nicht krank machen. (Jede Organismus - der uns nicht krank macht- aber besiedelt, hat eine Wirkung). -> Gruppe 2 der guten oder „besseren“ Bakterien: diese haben Eigenschaften von Gruppe 1 und zusätzlich noch Gesundheitseigenschaften: Werden als Probiotika bezeichnet.

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Wirkmechanismen: 1. Abbau und Verwertung einer Vielzahl von Substraten, die der mensch. Körper nicht verstoffwechseln kann: • Laktose: Lactobacillus spp., Lactococcus spp. etc. (ca. 5% Laktoseintoleranz ist Angeboren. alle anderen können diese Fähigkeit wieder bekommen) [Viel Essigsäure im Darm = (produkt manche Bakterien) = mehr Hunger. ] • Fruktose polymere z.B. Unulin: Bifidobacterium spp. 2. Inaktivierung von „antinutritiven“ Faktoren (Lactobacillus planetarium, Lb. penthaus and Lb. paraplantarum)

- Phytate (Sekundäre Pflanzenstoffe in der Kleie von Getreide) - Stachyose (Tetrasaccharid aus Lippenblütlern z.B. Sojabohnen. Diese Faktoren können Eisen, Magnesium, Zink und Calcium chelatieren und somit deren Resorption beeinträchtigen. 3. Produktion von Vitaminen - Folate (Lb. johnsonii) - Vitamin K - Vitamin B12 4. Indizierung von Wachstumsfaktoren: Lb. hilgardi und Lb. buchneri produzieren Putrecin, einen Vorläufer dieser Wachstumsfaktoren Spermidin - Spermidin: ist ein Zwischenprodukt bei der Bildung von Spermin aus Putrescin und decarboxyliertem S-Adenosylmethionin. Es kommt im ganzen Körper vor und hilft wachsenden Zellen bei der Produktion von Nukleinsäure und Protein. Die Menge von Spermidin im Körper erhöht sich bei einer Beschleunigung des Stoffwechsels. Bei einer Verlangsamung des Stoffwechsels erniedrigt sich die Produktion von Spermidin. - Wirkung von Spermidin: • Inhibiert neuronale NO-Synthase (nNOS, ein Enzym welches Stickstoffmonoxid (NO) synthetisiert).

• •

Bindet und präzipitiert DNA. Stimuliert die Aktivität der T4-Polynukleotidkinase.[1]

—> PRÄVENTION 1. Anticarcinogene Effekte: • Erhörung der detoxifizierenden glutathione S Transferase (GTS) in Caca-2 Zellen durch Lb. Fermentum • Verminderung von Wachstumsfaktoren: VSL#3 und Lb. brevis CD2 vermindern die Ornithin decarboxylase (OCD) Aktivität Inaktivierung von mutigeren Substanzen •

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie • Reduktion der Sauerstoffspezies (ROS) und somit Verminderung von Mutationen. • Michsäurebakterien können carcinogene Substanzen an ihrer Zellwand binden 2. Schutz vor Kardiovaskulären Erkrankungen: • Angiotensin converting enzyme inhibitor (ACEi). Angiotensin kann den Blutdruck erhören (Lb. delbrueckii subsp. bulgaricus, Streptococcus thermopilus, Lb. paracasei subsp. paracasei) Verminderung der Hypercholesterinämie durch den Abbau von Cholesterin • 3. Einfuß auf CED (chronisch entzündliche Darmerkrankungen): • Verlängerte remissionszeit bei ulcerativer Colitis durch E.coli Nissle 1917 4. Verminderung des Schmerzempfindens: • Die Gabe von Lb. reuteri (109 CFU/Tag) bei Ratten führte zu eine Veränderung der Darmperistaltik und des Scherzempfindens5. Prävention von Allergien: • Lb. rhamnosus GG (1010 CFU/Tag) reduzierte die Häufigkeit von Ekzemen in Zweijährigen —> Kinder die -> Geschwister haben, am Bauernhof gross wurden (also im Kontakt mit Bakterien, Viren und Parasiten kommen) sind weniger anfällig für Allergien als Kinder die in eine saubere Umgebung erzogen wurden.

6. Verbesserung der Darmintegrität: • Verbesserung der Integrität der Tight Junctions durch E. coli Nissle; Lb. rhamnosus GG sekretiert 2 Proteine die diese Integrität verbessern; L. Casein verbessert die zellintegrität • —> Lactobacillus casei shirota protects from Fructose-Induced-liver steatosis (an mouse getestet) => Positive Effekt: da Lactobacillen Fructose „aufessen.“ 7. Modellierung des Immunsystems • Induzierung von Defensinen - E. coli Nissle Inhibierung von Pilzen: - Lb. plantarum inhibiert das Wachstum von Pilzen durch die Produktion von 3-phenyllacetat Cyclo (l-Phe-L-Pro) - Lb. sanfrancisco CB1 inhaliert Pilze durch Essigsäureproduktion - Lb. penthaus (TV35B) produziert ein Bakteriozin (Pentocin) das C. albicans in vitro inhibiert. - Von Lactobacillen ist bekannt, dass sie Pilze durch die Produktion von Phenyllaktat inhibieren können.

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie Antivirale Effekte: Bacteriocin (bacST284BZ) produziert von Lb. paracasei hat eine anti-Herpes Typ 1 Aktivität -> Abtötung von pathogenese Bakterien: • Lactobacillen und einige Bifidobakterien sind in der Lage Bakteriozine und antibakterielle Peptide zu produzieren

• Lactobacillen und Bifidobakterien produzieren Stoffe, die Bakterien in ihrem Wachstum inhibieren: Milchsäure, Essigsäue, Wasserstoffperoxid (H2O2), Dekonjugierte Gallensäuren (Sek. Gallensäuren sind stark Toxisch= auch für uns) —> Bakterien stehen miteinander in ständigen Wettbewerb um ökologische Nischen und Nahrungsgrundlagen: —> Verminderung der Kolonisation von Helicobacter pylori durch Lb. brevis. Lb. Breis produziert ein Enzym (Deaminase); welches die Menge an Arginin im Medium senkt. Arginin ist essentiell für Helicobacter pylori.(Trippletherapie: 2 Antibiose + 1 Protonen hemmer= typisch schulmedizingegen Helicobacter pylori.)

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie —> Bakteriein stehen miteinander in eine Wettbewerb für Bindungsstellen am Epithel: Adhesine von GRAM-pos. probiotika und verschiedene Proteine Detoxifizierung von Giftstoffen: Saccharomyces boulardii sekretiert eine Protease, die das Toxin A von Clostridium difficile abbaut. Bindung von Giftstoffen: Einige Lactobacillen sind in der Lage Mykotoxine (deoxynivalenol - Lb. rhamnosus GG; aflaltoxine - Lb. rhamnosus LC-705), zu binden und dadurch die intestinale Absorption zu vermindern. Die faekale Exkretion wird dadurch erhöht. Inhibierung der Toxinproduktion: Bifidobacterium breve - Yakult inhibiert die Produktion des Shiga Toxins in E. coli 15 weitere probiotische Lactobacillen inhibierten die Shiga Toxins produktion von EHEC —> Bakterieller Effekt (Bak absorbieren die Toxine) oder Säureeffekt bleibt die Frage.

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie —> Klinische Wirksamkeit: (12.12.2016)

- Synbiotika= Pro + Prä-biotika ( Vorsicht geboten bei der Kombination probiotischer Stämme - die sich in ihrer Wirkung gegenseitig aufheben können, z.B. durch H2O2). Multispezies Probiotics vs. single spezies Prodbiotics: - single species: beinhalten nur einen Mikroorganismenstamm hinter bestimmten ART (Monostrain) -> Lactobacillus Casei (Actimel, Yakult) - Mehrstämmige Probiotika (Multistrain) enthalten mehr als einen Stamm derselben oder einer verwandten Art. -> Lactobacillus reuteri u. Lactobacillus rhamnosus (Femibion Flor Intim) - Multi-Spezies: bestehen aus Stämmen verschiedener Probiotischer Arten, die einer oder vorzugsweise mehrerer Gattungen angehören. -> Lactobacillus plantarum, Lactobacillus rhamnosus, Bifidobacterium lactis (Kijimea) -> Aus diesen Überlegungen zum Mechanismus resultiert, dass gut Kombinierte Multi-SpeziesProbiotika von Synergien profitieren können- wenn unterschiedliche gesundheitsfördernde Merkmale verschiedener probiotischer Spezies miteinander kombiniert werden. Allerdings sollte darauf geachtet werden, kombinationen probiotischer Stämme zu vermeiden, die sich gegenseitig in der Wirkung hemmen, z.B. durch Produktion von H2O2, Bakteriziden oder ähnl. Substanzen. —> Kapsel - verabreichungsformen sind widerstandsfähiger ggü. Magensäuren als andere Verabreichungsformen. -> Joghurt: Probiotische Milchprodukte dürften nicht als Joghurt bezeichnet werden. Echter Joghurt enthält ausschliesslich - Streptococcus thermophilus und Lactobacillus

delbrückii spp. bulgaricus.

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-> Entwicklung von Probiotika enthält 7 verschiedene Prozesse: 1. Identifizierung des Marktes 2. Identifikation von Biomarkern 3. Isolierung/Screening 4. Tierstudien 5. Upscaling, Formulierung, Dosierung 6. Klinische Studien mit Produkt 7. Dosser/ Zulassung / Markteintritt. -> Idealer Zustand = alle 7 Schritte durchgemacht. Viele Firmen machen nicht alle Schritte durch, da es ein sehr langwieriger/teuere Prozess sein kann!! Der Zeitrahmen für sowas ist zw. 5-10 Jahre. —> Durchfallerkrankungen können mit Probiotka behandelt werden. Das zeigen diverse Studien. Auch antibiotikaassozierten Durchfällen zeigten einen positiven Effekt durch Probiotika. —> Morbus Crohn: CED, die im Ges. Magen-DarmTrakt von der Mundhöhle bis zum After auftreten kann. Charakteristisch = auftreten diskontinuierliche, segmentale Befall (Lesions) der Darmschleimhaut, es können mehrere Darmabschnitte gleichzeitig erkrankt sein, die durch gesunde Abschnitte voneinander getrennt sind. —> keine überzeugende Effekte von Probiotika bei Morbus Crohn

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie —> Colitis Ulcerosa: CED, entzündlichen Befall des Mastdarms und Dickdarms. Die Entzündung breitet sich kontinuierlich vom Mastdarm beginnend aus und ist auf die Darmschleimhaut beschränkt. —> Bifidobakterien scheinen einen leicht positiven Effekt auf Colitis Ulcerosa zu haben. E.coli Nisse (Mutaflor) stellt eine sichere und effektive Alertantive zu Mesalazin (5Aminosalicylsäure) dar. Dies findet auch Anwendung in den Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Verdauungs- und Stoffwechselerkrankungen (DGVS) dar. —> Probiotika helfen wenig bei Reizdarmsyndrom -> Immunstimmulierung: Immunsystem wird mit zunehmenden Alter „schwächer.“ Die Zugabe von Bak. fordert das Immunsystem zu antworten. Zellen reagieren immer auf Einflüsse von außen. => Wenn Bak. zugegeben werden ist es normal, dass das Immunsystem „antwortet“

—> Allergien: Allergische Mütter haben signifikant weniger Bifidobakterien in der Muttermilch wie gesunde Mütter. —> Atopische Dermatitis: Derzeit gibt es keine überzeugenden Evidenzen dafür, dass Probiotika einen positiven Effekt auf die Schwere im Verlauf der atopischen Dermatitis haben. —> Nekrotisierende Enterokolitis (NEC) : Studien haben gezeigt, dass das NED-Risiko bei Frühund Neugeborenen durch die Gabe von Probiotika vermindert werden könnte.

Probiotische Lebensmittel - allg. Mikrobiologie —> Atemwegserkrankungen: Studien deuten darauf hin, dass Laktobazillen einen positiven Einfluß auf die Ausprägung von Asthma bronchiale und die Verminderung von Atemwegsinfektionen haben könnten.

—> Probiotische Mikroorganismen: -> Milchsäurebakterien: all diesen Genera sind in der Lage, Milchsäure zu Produzieren - Laktobazillen - Bifidobakterien - Streptokokken - Enterokokken - Laktokokken -> Andere Bakterien -> Hefen —> Mikroorganismen in Lebensmitteln: ! Schimmelpilze- Käse; Bakterien - Wurst/Fleisch, Kaffee, Joghur Produkte; Hefe - Wein, Brot;

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- aus rechtl. Gründe keine Probiotika für die Haut. - Blinddarm dar für die „Rebesiedlung vom Darm“ nach Krankheiten -> Nur bestimmt Mikroorganismen sind erlaubt: alle Mikroorganismen für die Herstellung - müssen auf diese Listen stehen. - QPS: Qualified Presumption of Safety (of Micro-organisms in Food and Feed) …

- GRAS: Generally recognised as safe EFSA: E...