Chuyên đề Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng chủng lợi khuẩn probiotic trong y học và thực phẩm chức năng

Nội dung tài liệu: Chuyên đề Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng chủng lợi khuẩn probiotic trong y học và thực phẩm chức năng

1. SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP-HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ    BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề: XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CHỦNG LỢI KHUẨN PROBIOTIC TRONG Y HỌC VÀ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG Biên soạn: Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ TP. HCM Với sự cộng tác của:  PGS.TS. Trần Cát Đông Đại học Y Dược TP.HCM TP. Hồ Chí Minh, 08/2015 1
2. MỤC LỤC I. TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC - XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ......................................................................................................... 3 ....................................................................................... 3 2. Probiotic - L ........................................................................................ 6 3. Xu h ng i ......................................................................... 8 4. Xu h c năng m i ................................................................ 12 5. Xu h ............................................................................... 13 c ............................................................................ 17 II. XU HƢỚNG CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PROBIOTIC TRÊN CƠ SỞ SỐ LIỆU SÁNG CHẾ QUỐC TẾ .................. 20 1. Tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế liên quan đến Probiotic theo thời gian ... 20 2. Tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế liên quan đến Probiotic ở các quốc gia . 20 3. Tình hình đăng ký bảo hộ sáng chế liên quan đến probiotic theo các hướng nghiên cứu: .......................................................................................................... 22 III. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ PROBIOTIC TẠI ĐẠI HỌC Y DƢỢC TP.HCM ............................................................................................................. 24 1. Bacillus ..................................................................................... 24 2. D : Probiotic sinh carotenoid ................................................ 25 ................................................................... 32 4. Nghiên c u , ch c năng ................................................................... 40 5. Nghiên c id ......................... 54 u đang th ....................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 57 2
3. XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG CHỦNG LỢI KHUẨN PROBIOTIC TRONG Y HỌC VÀ THỰC PHẨM CHỨC NĂNG ************************** I. TỔNG QUAN VỀ PROBIOTIC - XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG 1. 1.1. Hệ vi sinh vật đƣờng ruột Hệ vi sinh vật đường ruột người bao gồm khoảng 1014 vi khuẩn và ước tính lên đến 1000 – 1150 loài vi khuẩn khác nhau với tổng khối lượng khoảng 1 – 1.5 kg [1]. Các quần xã vi sinh vật được tìm thấy trong các ổ sinh thái (ecological niche) rất đa dạng, bao gồm các bề mặt niêm mạc của hệ tiêu hóa, niệu sinh dục, đường hô hấp trên (họng-mũi xoang) và đường hô hấp. Dạ dày và tá tràng có pH rất thấp nên là nơi có mật độ vi sinh vật thấp nhất (khoảng 104 tế bào/ml dịch). Đi dần xuống ruột non thì mật độ vi sinh vật tăng dần do pH của ruột tăng dần lên. Ruột già là nơi có mật độ vi sinh vật cao nhất với trung bình 1011 tế bào vi khuẩn trong 1 gam phân. Thành phần các loại vi sinh vật cũng thay đổi theo từng phân đoạn của đường tiêu hóa. Cho đến nay chỉ có 8 ngành vi khuẩn (bacterial phyla) được tìm thấy trong hệ đường ruột người. Các ngành vi khuẩn chiếm ưu thế nhất là ngành vi khuẩn Gram âm Bacteroidetes (trong đó chi Bacteroides chiếm tới 9 – 42% tổng số vi khuẩn trong hệ đường ruột người) và ngành vi khuẩn Gram dương Firmicutes (trong đó các chi Eubacterium, Clostridium, Ruminococcus, Butyrivibrio). Tổng số vi khuẩn của hai ngành này có thể đại diên cho hơn 90% nhóm vi sinh vật trong ruột của con người [2]. Mỗi cá thể vật chủ là nơi cư trú đặc trưng của một tập hợp các loài vi khuẩn, bao gồm ít nhất 57 loài vi khuẩn lõi được coi là chung ở tất cả các cá thể người, giúp duy trì một trạng thái cân bằng tương đối phức tạp theo thời gian từ ngày này qua ngày khác và thậm chí qua các năm. Nếu xảy ra sự thay đổi trong các ổ sinh thái bền vững thì có thể dẫn đến hoặc là cảm ứng khả năng gây bệnh đặc trưng (như mất cân bằng hệ vi sinh ở các mức độ trao đổi chất, thoái hóa hoặc miễn dịch) hoặc là có cơ chế ngăn ngừa bệnh xảy ra (như hoạt tính probiotic giúp cải thiện cân bằng hệ vi sinh ở các mức độ tương tự) [3]. Sự đa dạng của hệ vi sinh vật đường ruột là tương đối đơn giản ở trẻ em nhưng trở nên phức tạp hơn khi tuổi tác ngày càng tăng và đạt tới một mức độ phức tạp cao ở người lớn [4]. Trong hệ vi sinh vật bản địa của trẻ sơ sinh có một 3
4. hoặc một vài chi vi khuẩn chiếm ưu thế. Trong số này, ở những trẻ bú sữa mẹ, các chủng Bifidobacterium chiếm ưu thế nhất, do đó hệ vi sinh vật đường ruột được thành lập ngay sau khi sinh. Tỷ lệ số lượng vi khuẩn Bifidobacterium ngày càng giảm khi độ tuổi của con người ngày càng tăng. Ở người lớn, chi vi khuẩn này có mật độ tế bào cao thứ ba (chiếm 25% tổng số vi sinh vật đường ruột), xếp sau các chi vi khuẩn ưu thế nhất là Bacteroides và Eubacterium [5]. 1.2. Chức năng sinh lý của hệ vi sinh đƣờng ruột Người ta ngày càng nhận thức được vai trò của hệ vi sinh vật đường ruột đối với sức khỏe con người. Những nổ lực đáng kể đã được thực hiện nhằm khám phá vai trò cộng sinh phức tạp của hệ vi sinh vật đường ruột đối với chức năng sinh lý của vật chủ. Các chức năng sinh lý cơ bản của hệ vi sinh vật đường ruột là: (i) chức năng bảo vệ niêm mạc ruột bao gồm ngăn ngừa các bệnh nhiễm trùng niêm mạc bằng cách ức chế các tác nhân gây bệnh xâm nhập và duy trì một hàng rào ruột nguyên vẹn; (ii) chức năng trao đổi chât bao gồm nội cân bằng năng lượng, tiêu hóa và tích lũy sinh học các chất dinh dưỡng, hỗ trợ chuyển hóa chất béo, lên men các carbohydrate không tiêu hóa được, đông thời sản xuất các acid béo chuỗi ngắn (SCFA); (iii) chức năng điều hòa miễn dịch bao gồm điều hòa thần kinh ruột, duy trì nội cân bằng biểu mô đường ruột và điều hòa miễn dịch ở niêm mạc, trong đó hệ vi sinh vật hoạt động như một nguồn kích thích miễn dịch quan trọng [6]. 1.3. Cân bằng hệ vi sinh vật đƣờng ruột Hệ vi sinh vật đường ruột được biết đến với vai trò đặc biệt quan trọng đối với cơ thể vật chủ như: bảo vệ niêm mạc ruột, hỗ trợ tiêu hóa, điều hòa miễn dịch , nhưng chúng cũng là nguyên nhân chính gây ra một số bệnh cho cơ thể như tiêu chảy, ung thư ruột kết, ung thư dạ dày Ảnh hưởng có lợi hay có hại của hệ vi sinh vật đường ruột đối với vật chủ phụ thuộc vào “trạng thái cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột” [6]. Cân bằng hệ vi sinh vật đường ruột (gut flora balance, euobiosis) là trạng thái chung sống có lợi giữa các vi sinh vật với nhau và với vật chủ. Đây chính là trạng thái bình thường của hệ vi sinh vật đường ruột ở vật chủ khỏe mạnh. Cân bằng của hệ vi sinh vật trong đường tiêu hóa bị tác động bởi một số nhân tố như: trạng thái sinh lý vật chủ, khẩu phần thức ăn và thành phần hệ vi sinh vật. Bất kể một thay đổi nào của các yếu tố trên cũng làm cho trạng thái cân bằng của hệ vi sinh đường ruột bị phá vỡ. Mất cân bằng vi sinh đường ruột (gut flora imbalance, dysbiosis) là trạng thái chung sống có hại giữa các vi sinh vật với nhau và với vật chủ, gây ra bệnh cho vật chủ. 4
5. 1.4. Thực phẩm chức năng : thực phẩm bổ sung dinh dưỡng (thực phẩm bổ sung) / thực phẩm tăng cường vi chất dinh dưỡng / thực phẩm dinh dưỡng y học / thực phẩm bảo vệ sức khoẻ. - Thực phẩm bổ sung (Supplemented Food) là thực phẩm thông thường được bổ sung vi chất và các yếu tố có lợi cho sức khỏe như vitamin, khoáng chất, axit amin, axit béo, enzym, probiotic, prebiotic và chất có hoạt tính sinh học khác. - Thực phẩm dinh dƣỡng y học / mục đích y tế đặc biệt (Food for Special Medical Purposes, Medical Food) là loại thực phẩm có thể ăn bằng đường miệng hoặc bằng ống xông, được chỉ định để điều chỉnh chế độ ăn của người bệnh và chỉ được sử dụng dưới sự giám sát của nhân viên y tế. - Thực phẩm bảo vệ sức khỏe (Health Supplement, Food Supplement, Dietary Supplement) là sản phẩm được chế biến dưới dạng viên nang, viên hoàn, viên nén, cao, cốm, bột, lỏng và các dạng chế biến khác có chứa một hoặc hỗn hợp của các chất sau đây: (a) Vitamin, khoáng chất, axit amin, axit béo, enzym, probiotic và chất có hoạt tính sinh học khác; b) Hoạt chất sinh học có nguồn gốc tự nhiên từ động vật, chất khoáng và nguồn gốc thực vật ở các dạng như chiết xuất, phân lập, cô đặc và chuyển hóa. - Thực phẩm dùng cho chế độ ăn đặc biệt (Food for Special Dietary Uses) dùng cho người ăn kiêng, người già và các đối tượng đặc biệt / được chế biến / phối trộn theo công thức đặc biệt / đáp ứng các yêu cầu về chế độ ăn đặc thù theo thể trạng hoặc theo tình trạng bệnh lý và các rối loạn cụ thể của người sử dụng. Thực phẩm tăng cƣờng (fortified food) là thực phẩm được bổ sung vi chất. Dƣợc thực phẩm (nutraceutical) g của dược phẩm. Dƣợc mỹ phẩm (cosmeceutical) là mỹ phẩm chứa chất có hoạt tính sinh học. Probiotic là các vi sinh vật sống khi được bổ sung một lượng vừa đủ sẽ có tác động có lợi lên sức khỏe vật chủ. 5
6. Prebiotic là những thành phần có thể lên men được có khả năng làm thay đổi thành phần và/hoặc hoạt tính của hệ vi sinh vật đường ruột, mang lại thể trạng và sức khỏe tốt cho vật chủ. Synbiotic là những thành phần dinh dưỡng bổ sung có chứa probiotic và prebiotic. Postbiotics là những sản phẩm vi sinh vật không sống hoặc các sản phẩm được tạo ra trong quá trình trao đổi chất của một vi sinh vật probiotic, có hoạt tính sinh học đối với vật chủ. : - : , - : , - ): , ung thư , - Bằng chứng khoa học , tạp chí KH, tài liệu về y học cổ truyền, cây thuốc, vị thuốc trong ấn bản khoa học. Lƣợng dùng khuyến cáo là nhu cầu dinh dưỡng khuyến nghị cho người Việt Nam do Viện Dinh dưỡng quốc gia (Bộ Y tế) công bố. GRAS (Genernally Regarded As Safe) ) xác nhận tình trạng an toàn của một chất theo ý kiến các chuyên gia để có thể bổ sung vào thực phẩm. QPR (Qualified Presumption of Safety) là chứng nhận của EFSA (Châu Âu) khuyến nghị một tác nhân sinh học là an toàn trước khi đưa ra thị trường. 2. - 2.1. Probiotic Probiotic là các vi sinh vật sống và có lợi, được bổ sung vào đường tiêu hóa của vật chủ với một lượng vừa đủ nhằm cải thiện cân bằng của hệ vi sinh đường ruột, ức chế các vi sinh vật có hại, từ đó cải thiện sức khỏe của vật chủ. Hiện nay đã có rất nhiều chế phẩm probiotic sử dụng cho người và động vật nuôi đã được thương mại hóa, trong đó thường chứa các chủng vi khuẩn lactic (Lactobacillus, Bifidobacterium ), nấm men (Saccharomyces cerevisiae, ), và các vi khuẩn khác (E. coli, Bacillus, Lactococcus, ) [7]. Probiotic có thể được sản xuất dưới dạng chế phẩm probiotic hoặc được bổ sung vào thức ăn. Sự có mặt của 6
7. probiotic trong đường tiêu hóa có tác dụng cạnh tranh, ức chế và loại trừ các vi sinh vật có hại trong đường ruột, duy trì hệ vi sinh đường ruột ở trạng thái cân bằng. Cơ chế cạnh tranh và loại trừ vi sinh vật gây bệnh của probiotic bao gồm: cạnh tranh vị trí bám dính, cạnh tranh nguồn dinh dưỡng, sản sinh các chất ức chế, kích thích hệ miễn dịch, 2.2. Yêu cầu của một chủng probiotic: 2.2.1. Yêu cầu chung Nói chung các vi sinh vật được lựa chọn làm probiotic phải đáp ứng được các tiêu chuẩn về an toàn, chức năng và đặc tính kỹ thuật. Trước khi một probiotic có thể mang lại những lợi ích trên sức khỏe con người chúng phải đáp ứng được các chỉ tiêu sau: - Chủng vi sinh vật phải có những đặc điểm phù hợp với công nghệ để có thể đưa vào sản xuất. - Có khả năng sống và không bị biến đổi chức năng khi đưa vào vào sản phẩm. - Không gây các mùi vị khó chịu cho sản phẩm. - Các vi khuẩn sống phải đến được nơi tác động, nghĩa là các vi sinh vật phải có khả năng sống sót khi đi qua đường tiêu hóa (dạ dày-ruột non) nếu được sử dụng qua đường này. - Có khả năng thực hiện chức năng trong môi trường nơi chúng được định hướng. 2.2.2. Yêu cầu an toàn: Những tiêu chuẩn an toàn về probiotic gần đây được đề cập rất nhiều, bao gồm những điểm cụ thể sau: - Có , định danh chính xác - Được chứng minh là không có khả năng gây bệnh (GRAS, QPS). - Không liên quan tới bệnh tật, ví dụ như nhiễm trùng nội mạc cơ tim, hay gây rối loạn tiêu hóa. - Đặc điểm di truyền ổn định. - Không mang các gen đề kháng kháng sinh có thể truyền được. 7
8. 2.2.3. Yêu cầu chức năng: Những yêu cầu về chức năng của probiotic cần được chứng minh bằng các phương pháp thử nghiệm trên in vitro, và kết quả của những nghiên cứu này phải thể hiện trong những nghiên cứu có kiểm soát trên người. Khi lựa chọn một chủng probiotic thì các yếu tố chức năng cần được quan tâm là: - Có khả năng dung nạp với acid và dịch vị của người - Có khả năng dung nạp với muối mật - Có khả năng bám dính vào bề mặt niêm mạc ruột và tồn tại lâu dài trong đường tiêu hóa - Có khả năng kích thích miễn dịch nhưng không có tác động gây viêm - Có khả năng cạnh tranh với hệ vi sinh vật tự nhiên - Sản xuất các chất kháng sinh vi sinh vật (ví dụ bacteriocin, hydrogen peroxide, acid hữu cơ) - Có hoạt tính đối kháng với tác nhân gây bệnh như Helicobacter pylori, Samonella sp., Listeria monocytogenes và Clostridium difficile - Có khả năng chống đột biến và các yếu tố gây ung thư - 2.2.4. Yêu cầu công nghệ: Một chủng probiotic đã thỏa mãn đầy đủ các yêu cầu về tính an toàn cũng như chức năng thì tiêu chí công nghệ vẫn là một yếu tố cực kỳ quan trọng. Các yếu tố công nghệ cần phải xem xét khi lựa chọn một probiotic bao gồm: Có những đặc tính tốt về cảm quan. - Đề kháng với thực khuẩn. - Dễ sản xuất: tăng trưởng đủ mạnh, dễ thu hoạch. - Có khả năng sống sót trong quá trình sản xuất. - Ổn định trong quá trình sản xuất và bảo quản. - Có thể đánh giá chất lượng khi được trộn vào sản phẩm cuối cùng. 3. 3.1. Nhu cầu chủng mới: Hầu hết các probiotic hiện nay được sử dụng để phòng ngừa, điều trị các tình trạng liên quan đến sức khỏe, bị giới hạn trong các chủng Lactobacillus và 8
9. Bifidobacterium. Các vi khuẩn này gọi chung là các vi khuẩn lactic, được xếp vào các chủng vi khuẩn probiotic truyền thống. Các chủng vi khuẩn này được lấy từ các sản phẩm lên men truyền thống như sữa chua, rau cải chua, ... Vì đã được sử dụng rất lâu đời, các chủng vi khuẩn này cho thấy tính an toàn và có lợi đối với sức khỏe vật chủ. Các chủng vi khuẩn này được sử dụng như là các sản phẩm thực phẩm, do vậy mà việc định danh các chủng không rõ ràng, thiếu các bằng chứng khoa học và không thích hợp . Cùng với cách sử dụng truyền thống, các ảnh hưởng có lợi chỉ được đánh giá về phương diện sức khỏe chung chung, chưa có những nghiên cứu đánh giá về một chức năng cụ thể. Việc phân lập thuần chủng các vi sinh vật probiotic và việc tìm kiếm chủng mới sẽ phần nào giải quyết được những hạn chế của các chủng truyền thống. Việc phân lập chủng thuần và tìm kiếm chủng mới giúp các nhà nghiên cứu có được , nghiên cứu và đánh giá được chức năng của một chủng vi sinh vật. Nhờ đó, có cơ sở khoa học để cho ra đời các sản phẩm đa dạng hơn, với đối tượng sử dụng cũng được mở rộng. Và hơn hết, với việc sở hữu một chủng vi khuẩn probiotic có nguồn gốc và những chứng cứ khoa học rõ ràng sẽ giúp cho chủ sở hữu có những lợi thế cạnh tranh nhất định trong việc phát triển sản phẩm và việc đăng ký sở hữu trí tuệ được dễ dàng. 3.2. Trước đây, nguồn phân lập chủng pr ). Ngày nay, các vi sinh vật probiotic có nguồn gốc mới hơn như da, âm đạo, miệng của người, các sinh vật thủy sản (cá, tôm, sinh vật biển), thự . 3.3. Về mặt phân loại, các chủng vi khuẩn probiotic được phân thành các nhóm như sau: - VK lactic: Lactobacillus, Bifidobacterium, Lactococcus, Sporolactobacillus, Enterococcus, Streptococcus, Pediococcus, Leuconostoc, Weissella - : Saccharomyces, Kluyveromyces, Candida, Debaryomyces, Isaatchenkia 9
10. - : Bacteroides, Akkermansia, Aeromonas, Pseudomonas, Vibrio, Photorhodobacterium, Roseobacter, Escherichia - : Bacillus, Faecalibacterium, Clostridium Trong đó, các chủng vi sinh vật probiotic thế hệ mới được nghiên cứu gần đây bao gồm Faecalibacterium prausnitzii, Clostridia clusters IV, XIVa, và XVIII, Akkermansia muciniphila và Bacteroides uniformis - ảnh hưởng của các chủng vi sinh vật này đã được đánh giá trên các thử nghiệm tiền lâm sàng, hứa hẹn nhiều kết quả tốt trong trị liệu các bệnh viêm ruột và béo phì [8-10]. 3.4. : Faecalibacterium prausnitzii F. prausnitzii là vi khuẩn kị khí thuộc họ Clostridiaceae, là thành viên của hệ vi sinh vật đường ruột ở người khỏe mạnh. Ở những bệnh nhân bị bệnh viêm ruột (inflammatory bowel disease - IBD) thì luôn thiếu F. prausnitzii. Nghiên cứu của Qiu 2013, cho thấy F. prausnitzii và những chất chuyển hóa của nó có khả năng điều trị IBD khi so sánh với Bifidobacterium longum trên cả mô hình tế bào và thú thử nghiệm [11]. Akkermansia muciniphila A. muciniphila là vi khuẩn Gram âm, kỵ khí tuyệt đối, không di động, không sinh bào tử, chiếm khoảng 3-5% hệ vi sinh vật đường ruột ở người khỏe mạnh. Trong mô hình chuột bị béo phì do cảm ứng chế độ ăn thiếu leptin và chuột có chế độ ăn giàu chất béo, A. muciniphila giảm lần lượt là 3300 lần và 100 lần so với chuột đối chứng. Trong thí nghiệm này, A. muciniphila có vai trò cải thiện những rối loạn chuyển hóa ở chuột trong mô hình tiểu đường và béo phì. Việc ứng dụng A. muciniphila trong phòng ngừa, điều trị bệnh tiểu đường type 2, bệnh béo phì và những bệnh liên quan đến chuyển hóa là một hướng đi nhiều triển vọng [10, 12]. Bacteroides uniformis B. uniformis CECT 7771 là vi khuẩn Gram âm, không sinh bào tử, thuộc hệ vi khuẩn đường ruột của người. Thí nghiệm trên mô hình chuột béo phì do chế độ ăn giàu chất béo, vi khuẩn B. uniformis CECT 7771 có những ảnh hưởng có lợi và làm cải thiện các chuyển hóa trong cơ thể như giảm cân nặng, chứng gan nhiễm mỡ, giảm nồng độ cholesterol và trigliceride ở gan, làm tăng các acid béo mạch ngắn. Chủng vi khuẩn này cũng làm giảm glucose, cholesterol và triglyceride huyết thanh, giảm hấp thu chất béo từ khẩu phần ăn. Ngoài ra, vi 10