داروهای ضد میکروبی، ترکیبات طبیعی یا مصنوعی مهمی هستند که می توانند رشد پاتوژن ها را مهار نموده یا آنها را بکشند. بدون استفاده از آنتی بیوتیک ها کنترل پاتوژن هایی که باعث عفونت های حاد یا مزمن می شوند، امری سخت و دشوار می باشد. با این که کشف آنتی بیوتیک ها جان میلیون ها نفر را نجات داد، گسترش مقاومت آنتی بیوتیکی منجر به افزایش تعداد عفونت های مقاوم به درمان شده است. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی (WHO)، مقاومت ضد میکروبی (AMR) یک مشکل جهانی است که به دلایل مختلفی از جمله بهداشت ضعیف، استفاده نادرست و بیش از حد از آنتی بیوتیک ها اتفاق می افتد. مهم ترین عواقب ناشی از مقاومت آنتی بیوتیکی افزایش شیوع و مرگ و میر ناشی از بیماری ها، هزینه درمان و طولانی شدن دوره عفونت می باشد. باکتری های مقاوم در همه جای دنیا و انواع منابع مثل انسان ها، حیوانات، گیاهان، آب و خاک وجود دارند و مشکلات فراوانی ایجاد می کنند. بنابراین لازم است دنبال جایگزینی مناسب برای آنتی بیوتیک ها باشیم تا از این طریق با مقاومت آنتی بیوتیکی مقابله کنیم. همان طور که در قسمت های قبلی اشاره شد پروبیوتیک ها، پری بیوتیک ها و سین بیوتیک ها پتانسیل بالایی برای جایگزین آنتی بیوتیک ها شدن دارند. در این قسمت روش تولید و محدودیت های آنها را بررسی خواهیم کرد.
نحوه تولید پروبیوتیک ها
اولین مرحله در تولید پروبیوتیک ها، انتخاب سویه میکروبی می باشد. میکروارگانیسمی که به عنوان پروبیوتیک به کار می رود باید غیر بیماری زا بوده و بتواند شرایط دستگاه گوارش (pH پایین و اسیدهای صفراوی فراوان) را تحمل کند زیرا توانایی تحمل محیط های اسیدی و صفرا در بین گونه های مختلف، متفاوت است. به علاوه گونه ای که انتخاب می شود باید بتواند فرآیندهای تولید، انتقال، ذخیره و استفاده را به خوبی تحمل کرده و طی این شرایط ویژگی های خود را حفظ کند. قابلیت مهم دیگری که میکروارگانیسم باید داشته باشد، توانایی اتصال به اپیتلیوم روده و کلونیزاسیون است. به علاوه باید بتواند در محیط های کشت ارزان به سرعت رشد کند تا تولید آن صرفه اقتصادی داشته باشد.
پس از انتخاب میکروارگانیسم به عنوان پروبیوتیک، از تکنیک های فرمنتاسیون برای تولید سلول های میکروبی به تعداد زیاد یا تولید محصولات میکروبی خارج سلولی استفاده می شود. تکنیک های فرمنتاسیون برای تولید آنزیم ها، آمینواسیدها، ویتامین ها یا دیگر ترکیبات دارویی نیز به کار گرفته می شوند. پروبیوتیک ها به دو روش فرمنتاسیون مداوم یا دسته ای (batch) تولید می شوند.
برای تکثیر پروبیوتیک ها به روشی اقتصادی، از محیط کشت های اختصاصی که سنتتیک یا بر پایه لبنیات می باشند، استفاده می شود. تقریبا 30% هزینه های فرمنتاسیون مربوط به محیط کشت است. محیط کشت های بر پایه لبنیات برای تولید پروبیوتیک های انسانی ترجیح داده می شوند و در آنها از ترکیباتی مثل ماست به عنوان حامل (carrier) استفاده می شود. در برخی کشورها قوانینی مبنی بر عدم استفاده از محیط کشت های سنتتیک برای تولید پروبیوتیک های انسانی وجود دارد اما برای تولید پروبیوتیک های حیوانی چنین محدودیت هایی وجود ندارد. استفاده از مواد شیمیایی خالص مانند منابع کربن برای فرمنتاسیون معمولا منجر به کیفیت بالای محصولات می شود اما محصولات جانبی کشاورزی یا صنعتی هم گاهی به عنوان سوبسترا در فرمنتاسیون به کار می روند تا هزینه نهایی را کاهش دهند. pH و دما نیز بر نرخ رشد تاثیر می گذارند و برای هر گونه و سویه اختصاصی می باشند و باید رعایت شوند.
پس از فرمنتاسیون، معمولا سلول های میکروبی برای سهولت در انتقال و ذخیره سازی، خشک می شوند تا نیازی به امکانات تخصصی برای جا به جایی و نگهداری از ترکیبات میکروبی مایع یا سلول های منجمد نباشد. پروبیوتیک ها معمولاً با خشک کردن انجمادی (freeze drying) یا خشک کردن به روش اسپری (spray drying) خشک می شوند، اما خشک کردن در خلاء و خشک کردن در بستر سیال نیز به کار می روند. حفظ بقای سلول در طول خشک شدن برای تولید موفق پروبیوتیک حیاتی است.
نحوه تولید پری بیوتیک ها
پری بیوتیک ها به طور طبیعی در بسیاری از مواد غذایی مثل چغندر قند، گندم، سویا، گوجه، موز، پیاز، شیر، عسل و … وجود دارند اما به دلیل غلظت پایین آنها در مواد غذایی، به صورت صنعتی و در مقیاس زیاد هم تولید می شوند. برخی از پری بیوتیک ها با استفاده از لاکتوز، ساکاروز و نشاسته به عنوان ماده خام تولید می شوند. هم چنین باقیمانده ها و ضایعات کشاورزی و صنعتی مثل ساقه، برگ، ملاس و … عمدتا از سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده اند که می توان با فرآیندهای آنزیمی آنها را به محصولات تجاری با ارزشی مثل پری بیوتیک ها تبدیل نمود. هم چنین با این کار هزینه تولید و آلودگی محیط زیست هم کاهش می یابد.
در مقایسه با پلی ساکاریدهای غیر قابل هضمی که معمولا از گیاهان جدا می شوند، الیگوساکاریدهای غیر قابل هضم درجه پلیمریزاسیون کمتری دارند، طول آنها بین 2 تا 19 واحد است و یا توسط تجزیه آنزیمی پلی ساکاریدها به دست می آیند مثل FOS و XOS یا توسط سنتز آنزیمی ایجاد می شوند مانند GOS.
بیوکاتالیز نقش برجسته‌ای در تولید الیگوساکاریدهای غیر قابل هضم دارد زیرا وجود گروه‌های هیدروکسیل واکنش پذیر در کربوهیدرات ها سنتز شیمیایی آنها را دشوار و پیچیده می‌کند. عملکرد پری بیوتیکی یک الیگوساکارید غیر قابل هضم به شدت به استریوشیمی پیوند گلیکوزیدی آن بستگی دارد، که کنترل آن با کاتالیز شیمیایی دشوار است. به علاوه در مقایسه با سنتز شیمیایی، آنزیم ها به عنوان کاتالیزور ویژگی های مثبتی مثل اختصاصی بودن، زیست تجزیه پذیری و امکان تولید مکرر را از خود نشان می دهند. گلیکوزید هیدرولازها، گلیکوزیل ترانسفرازها و ترانس گلیکوزیلازها رایج ترین آنزیم هایی هستند که برای سنتز الیگوساکاریدهای غیر قابل هضم به عنوان پری بیوتیک به کار می روند.
دکستران نیز پری بیوتیک دیگری است که در یک فرآیند خارج سلولی توسط تخمیر ساکاروز به وسیله آنزیم های لوکونوستوک یا استرپتوکوکوس، در pH بین 6.5 تا 7 تولید می شود. پس از تخمیر محیط کشت از میکروارگانیسم ها تخلیه می شود. دکستران های محلول با افزودن حلال های آلی مانند متانول، اتانول، 2-پروپانول یا استون رسوب می کنند. با رسوب مجدد، آلودگی ها حذف شده و محصول نهایی به صورت پودر سفید باقی می ماند.
در مجموع ترکیبی که به عنوان پری بیوتیک انتخاب می شود باید دارای منبع، ساختار و ترکیب شیمیایی مشخص، خالص و با دوز مناسب باشد و اثرگذاری و ایمن بودن آن در مدل های حیوانی یا سلول های 3بعدی آزمایش گردد.
نحوه تولید سین بیوتیک ها
سین بیوتیک ها ترکیبی از میکروارگانیسم های زنده و سوبستراهایی هستند که به طور انتخابی توسط میکروارگانیسم های میزبان استفاده می‌شوند و برای سلامتی میزبان مفید هستند. سین بیوتیک ها به دو دسته تقسیم می شوند:
- سین بیوتیک های مکمل، که از یک پروبیوتیک ترکیب شده با یک پری بیوتیک فعال مستقل تشکیل شده اند
- سین بیوتیک های سینرژیستی، که در آن سوبسترا به طور اختصاصی برای استفاده میکروارگانیسم همراهش طراحی شده است.
روش جدیدی که برای تولید سین بیوتیک ها ارائه شده است نیز القای بیوسنتز پری بیوتیک در پروبیوتیک برای تولید سین بیوتیک یا در حقیقت سین بیوتیک های اتولوگ می باشد.
محدودیت های پروبیوتیک ها، پری بیوتیک ها و سین بیوتیک ها
پروبیوتیک ها
علی رغم فواید بسیار پروبیوتیک ها، نگرانی هایی در مورد استفاده بالینی از آنها وجود دارد. برخی از این موانع و محدودیت ها عبارتند از:
- از بین رفتن و مرگ پروبیوتیک ها در طی دوره نگهداری از آنها، به خصوص در دمای اتاق
- الگوهای کلونیزاسیون متفاوت و تفاوت در میزان تحمل شرایط دستگاه گوارش
- پتانسیل کسب ژن های حدت از ارگانیسم های پاتوژن یا فرصت طلب
- توانایی برخی از سویه های پروبیوتیکی برای انتقال ژن های مقاومت آنتی بیوتیکی در دستگاه گوارش
- احتمال تولید ترکیبات سمی مثل برخی توکسین های مقاوم به حرارت که منجر به مسمومیت غذایی می شوند
پری بیوتیک ها
پری بیوتیک ها هیچ گونه عوارض جانبی جدی و خطرناکی ندارند. با این حال یکسری عوارض خفیف برای آنها گزارش شده است؛ از جمله: اسهال اسمتیک، نفخ، دل درد و … . باید به این نکته توجه نمود که این عوارض جانبی به ترکیب شیمیایی و طول زنجیره جانبی پری بیوتیک بستگی دارد. به این صورت که پری بیوتیک ها با زنجیره جانبی کوتاه، عوارض جانبی بیشتری دارند. به علاوه دوز پری بیوتیک نیز در ایمن بودن آن موثر است.
سین بیوتیک ها
از آنجایی که سین بیوتیک ها ترکیبی از پروبیوتیک ها و پری بیوتیک ها می باشند، بنابراین محدودیت های آنها نیز مشترک است.
در مجموع می توان گفت پروبیوتیک ها، پری بیوتیک ها و سین بیوتیک ها جایگزین مناسبی برای آنتی بیوتیک ها می باشند اما کیفیت، اثرگذاری و ایمن بودن آنها حتما باید مورد آزمایش و بررسی قرار بگیرد.
