CZTERY GENERACJE PREPARATÓW PROBIOTYCZNYCH

W praktyce rynkowej i rozwojowej.

Historia probiotyków to tak naprawdę historia dojrzewania naszego rozumienia mikrobiomu. Na początku probiotyki traktowano bardzo prosto – należy dostarczyć organizmowi dobre bakterie. Dziś coraz wyraźniej rozumiemy, że bakterie to nie tylko „jakieś tam mikroorganizmy”. To aktywni uczestnicy biologicznych procesów zachodzących w naszych organizmach, które potrafią wpływać na ich całościowe funkcjonowanie. Z upływem czasu i wraz z rozwojem nauki zmieniało się więc podejście do probiotyków. Najpierw pytaliśmy czy i ile bakterii podawać, potem – jakie bakterie podać, następnie zaczęliśmy dociekać co te bakterie produkują, a dziś coraz częściej koncentrujemy się na tym jak zaprojektować proces biologiczny, aby uzyskać dokładnie taki efekt, jakiego potrzebuje organizm.

I właśnie tę ewolucję można opisać jako cztery generacje probiotyków.

I GENERACJA  – „Im więcej bakterii, tym lepiej”, to podejście ilościowe (około lat 1990-2010)

Pierwsza generacja probiotyków opierała się głównie na bardzo prostym podejściu:

probiotyk miał przede wszystkim zawierać dużo bakterii. Liczyła się ilość, cena, szybkość produkcji oraz możliwość masowego wprowadzenia produktu na rynek.

W tamtym czasie bakterie probiotyczne były traktowane dość ogólnie. Nie analizowano jeszcze głęboko różnic pomiędzy szczepami, ich specyficznych funkcji, wpływu na konkretne obszary organizmu ani tego, co bakterie produkują podczas swojej aktywności. Najważniejsze było samo „dostarczenie bakterii”. W uproszczeniu: więcej CFU = lepiej, więcej liofilizowanych bakterii probiotycznych w kapsułkach = mocniejszy produkt.

II GENERACJA – „Nie wszystkie bakterie działają tak samo”. To już jest podejście funkcjonalne (od około 2010 roku)

W okolicach roku 2010 – 2012 nastąpił bardzo ważny przełom w nauce o mikrobiomie.

Podczas organizowanych w tym czasie międzynarodowych sympozjów, w tym, w marcu 2012 roku, podczas kongresu naukowego pod Paryżem, zaczęto szeroko popularyzować koncepcję zgodnie z którą mikrobiota człowieka powinna być traktowana jako dodatkowy, wręcz odrębny narząd organizmu, bez którego organizm nie może prawidłowo funkcjonować. To zmieniło sposób myślenia o bakteriach. Nagle zaczęto zwracać uwagę na to, że: mikrobiom oddziałuje nie tylko na jelita, ale i na odporność, układ nerwowy, metabolizm, stan skóry, na gospodarkę hormonalną, nastrój a nawet na funkcje mózgu.

W tym czasie w wyniki rozszerzającej się ilości badań i doświadczeń, zaczęto dostrzegać, że nie każdy probiotyk działa tak samo, że różne szczepy mają różne właściwości a konkretne bakterie mogą wspierać konkretne funkcje organizmu.

Pojawiły się więc nowe pytania – „Na co działa dany szczep?” W związku z tym jedne szczepy analizowano pod kątem odporności inne pod kątem wpływu na jelita, inne pod kątem osi jelita-mózg a jeszcze inne pod kątem metabolizmu.

To był ogromny krok naprzód, ale nadal centrum uwagi stanowiły same bakterie a nie produkty ich metabolizmu.

III GENERACJA – „Ważne jest także to, co bakterie produkują”. To okres rosnącego znaczenia postbiotyków¹.

W trzeciej generacji zaczęto rozumieć coś jeszcze głębszego – bakterie działają nie tylko swoją obecnością, ale również tym, co wytwarzają. I właśnie tutaj pojawia się ogromne znaczenie metabolitów, substancji bioaktywnych, enzymów, kwasów organicznych, peptydów, polisacharydów oraz postbiotyków.

W centrum uwagi znalazło się pytanie: „Co produkują dane bakterie?”. To było przejście od myślenia o samych bakteriach do myślenia o efektach biologicznych ich aktywności.

W III generacji bakterie przestają być głównym celem a zaczynają być narzędziem biologicznym – przyczyną prowadzącą do określonego efektu. Znaczenia nabiera środowisko fermentacji, sposób hodowli, substraty, stres środowiskowy oraz metabolity końcowe.

III generacja, to czas w których zdecydowanie rosnące znaczenie mają postbiotyki, czas, w którym uważne stają się efekty metaboliczne a szczepy dobiera się pod kątem metabolitów.  Istotne jest w tym połączenie: szczep → metabolity → efekt.

IV GENERACJA – „Projektowanie funkcji biologicznych” – To biofermenty funkcjonalne nowej generacji.

Czwarta generacja to już zupełnie inne podejście. Tutaj nie pyta się już: „Jakie bakterie zastosować” ale „Jaką funkcję biologiczną chcemy uzyskać” lub „Jaką dysfunkcję chcemy wspierać w powrocie do równowagi, albo przed nią chronić organizm” Tutaj bakterie nie są już punktem wyjścia, lecz elementem większego procesu biologicznego.

Najpierw określa się potrzebę organizmu, kierunek działania, oczekiwany efekt biologiczny. Dopiero później organizuje się odpowiednie środowisko fermentacji, skład medium, stres metaboliczny, dobór szczepów bakterii probiotycznych, czas fermentacji oraz warunki biologiczne, tak aby uzyskać określony profil aktywności biologicznej.

To już nie tylko probiotyki. To biologicznie projektowany bioferment, oparty na świadomym modelowaniu procesów fermentacyjnych, kształtowaniu szlaków metabolicznych oraz wzmacnianiu adaptacyjności mikroorganizmów. W tym podejściu bakterie nie są „rozpieszczane”. One, w środowisku hodowlanym, są poddawane kontrolowanym warunkom adaptacyjnym dzięki czemu mają możliwość rozwijać i utrwalać mechanizmy i adaptują się w stymulowanym środowisku. Są uczone funkcjonowania w trudniejszych – stresowych praktycznie warunkach.

Dlaczego właśnie tak? Dlatego, że przestrzeń jelit w organizmie człowieka jest, dla bakterii probiotycznych, również środowiskiem stresowym: kwaśne pH żołądka, sole żółciowe, enzymy, konkurencja mikrobiologiczna, zmienne warunki metaboliczne. Tego wszystkiego doświadczają od początku obecności w przewodzie pokarmowym. Nie przygotowane, hodowane w standardowych warunkach przemysłowych – praktycznie mogą wykazywać niższą odporność adaptacyjną.

Dlatego można przyjąć, że w IV generacji hodowane odpowiednio bakterie mają umożliwiony „Powrót do Natury”.  

Z takim nastawieniem zaczyna patrzeć nie tylko na ich przeżywalność, ale również na ich odporność, na stres środowiskowy (adaptacyjność), aktywność biologiczną oraz zdolność do produkcji określonych substancji funkcjonalnych.

Największa różnica między preparatami probiotycznymi III i IV generacji

Probiotyki III generacji, to produkty, w których skoncentrowano się na tym, że bakterie podczas fermentacji tworzą również cenne substancje biologiczne – tzw. metabolity i postbiotyki. Zaczęto więc patrzeć i analizować nie tylko na same bakterie, ale także na to, co produkują, jakie związki powstają podczas fermentacji i jak mogą one wspierać organizm.

Probiotyki IV generacji, to już zupełnie inne podejście. tutaj fermentacja nie jest „pozostawiona przypadkowi”. Proces jest świadomie projektowany i organizowany tak, aby mikroorganizmy pracowały w określonym kierunku. Dobiera się odpowiednie szczepy bakterii, skład fermentowanego środowiska, rodzaj roślin i składników poddanych procesom fermentacji, czas fermentacji, warunki biologiczne i metaboliczne a do tego poziom stresu adaptacyjnego mikroorganizmów. Całość po to, aby uzyskać konkretny profil aktywności biologicznej gotowego biofermentu. To już nie jest tylko „dodanie bakterii do produktu” i korzystanie z tego co jest. To bardziej świadome, ukierunkowane projektowanie procesu biologicznego.

Przedstawiony podział na cztery generacje preparatów probiotycznych ma charakter porządkującego modelu rozwojowego. Opiera się na ewolucji naukowego rozumienia probiotyków, mikrobioty, szczepozależności działania bakterii, postbiotyków, metabolitów fermentacyjnych oraz rozwoju współczesnych koncepcji biologicznie projektowanych preparatów mikrobiomowych IV generacji.

 

Generacja	Okres / etap rozwoju	Główne hasło	Dominujące podejście	Kluczowe pytanie	Co było najważniejsze?	Rola bakterii	Ograniczenia tego podejścia
I generacja	ok. 1990-2010	„Im więcej bakterii, tym lepiej”	Ilościowe	Ile bakterii zawiera produkt?	Liczba bakterii, CFU, cena, łatwa produkcja, szybkie wprowadzenie na rynek	Bakterie traktowane ogólnie jako „dobre mikroorganizmy”	Małe znaczenie miała szczepozależność, funkcja bakterii, metabolity i realne warunki działania w organizmie
II generacja	od ok. 2010	„Nie wszystkie bakterie działają tak samo”	Funkcjonalne	Na co działa dany szczep?	Dobór konkretnych szczepów do określonych funkcji organizmu, np. jelita, odporność, metabolizm, oś jelita–mózg	Bakterie są aktywnymi uczestnikami procesów biologicznych	Nadal centrum uwagi stanowiły głównie same bakterie, a nie to, co wytwarzają
III generacja	etap rosnącego znaczenia postbiotyków	„Ważne jest także to, co bakterie produkują”	Metaboliczne / postbiotyczne	Co produkują bakterie?	Metabolity, postbiotyki, enzymy, kwasy organiczne, peptydy, polisacharydy, efekty fermentacji	Bakterie stają się narzędziem biologicznym prowadzącym do powstawania określonych substancji	Proces fermentacji może być nadal mniej ukierunkowany; istotne są metabolity, ale nie zawsze cały proces jest projektowany pod konkretną funkcję
IV generacja	współczesne podejście rozwojowe	„Projektowanie funkcji biologicznych”	Projektowe / biofunkcjonalne	Jaką funkcję biologiczną chcemy uzyskać?	Świadomie zaprojektowany proces fermentacji: szczepy, medium, rośliny, czas, warunki, stres adaptacyjny i oczekiwany profil biologiczny	Bakterie są elementem większego, kontrolowanego procesu biologicznego	Wymaga większej wiedzy technologicznej, kontroli procesu i precyzyjnego projektowania produktu

 

Jędrzej Soporowski

¹ – Formalna definicja postbiotyków została ustalona przez International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics  w 2021 roku.

BIBLIOGRAFIA

1. Definicja probiotyku i podejście ilościowe / klasyczne

FAO/WHO, 2001/2002 – Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food

Hill C. et al., 2014 – ISAPP consensus statement on the scope and appropriate use of the term probiotic

2. Mikrobiota jako „organ” / przełom około 2010–2012

International Human Microbiome Congress, Paris, 19–21 marca 2012

Baquero F., Nombela C., 2012 – The microbiome as a human organ

Human Microbiome Project Consortium, 2012 – Structure, function and diversity of the healthy human microbiome

Clarke G. et al., 2014 – Gut Microbiota: The Neglected Endocrine Organ

3. Szczepozależność działania probiotyków

McFarland L.V. et al., 2018 – Strain-Specificity and Disease-Specificity of Probiotic Efficacy

4. Metabolity, fermentacja i postbiotyki

Salminen S. et al., 2021 – ISAPP consensus statement on the definition and scope of postbiotics

Stanton C. et al., 2005 – Fermented functional foods based on probiotics and their biogenic metabolites

Hakim B.N.A. et al., 2023 – Bioactive compounds in fermented foods / LAB and fermented foods

Künili İ.E. et al., 2025 – Bioactive compounds in fermented foods: systematic review

5. Adaptacja bakterii, stres środowiskowy, przeżywalność

Gaucher F. et al., 2019 – Adaptation of Beneficial Propionibacteria, Lactobacilli, and Bifidobacteria Improves Technological and Probiotic Traits

Bustos A.Y. et al., 2024 – Recent Advances in the Understanding of Stress Resistance in Probiotic Cells

Bucka-Kolendo J. et al., 2017 – Lactic acid bacteria stress response to preservation processes in the beverage and juice industry

6. Nowa generacja probiotyków / mikrobiome-based products

Al-Fakhrany O.M. et al., 2024 – Next-generation probiotics: the upcoming biotherapeutics.

Jan T. et al., 2024 – Next generation probiotics for human health: an emerging perspective.