Evaluation of the probiotic properties of lactic acid bacteria isolated from fermented plant-based beverages

In den stillen Ecken der Lebensmittelwissenschaft blicken Forscher oft in die Vergangenheit, um die Zukunft zu finden. Seit Jahrhunderten verlassen sich Menschen auf die Fermentation, um Lebensmittel zu konservieren und neue Aromen zu kreieren – ein Prozess, der von winzigen, unsichtbaren Arbeitern angetrieben wird, die als Milchsäurebakterien bekannt sind. Diese Mikroorganismen sind der Motor hinter Joghurt, Sauerkraut und Sauerteig und verwandeln einfache Zutaten in komplexe, stabile Produkte. Über das bloße Leckerwerden von Lebensmitteln hinaus werden einige dieser Bakterien als „Probiotika“ betrachtet, was bedeutet, dass sie die Reise durch das menschliche Verdauungssystem überstehen und gesundheitliche Vorteile bieten können, indem sie helfen, die natürliche Gemeinschaft der Mikroben im Darm auszubalancieren. Während Wissenschaftler diese Bakterien schon lange in Milchprodukten wie Milch und Käse untersuchen, wächst die Neugier darauf, ob sie auch in pflanzlichen Getränken gedeihen können. Diese pflanzlichen Fermente, hergestellt aus Gemüse, Getreide und Früchten, könnten einzigartige Bakterienstämme beherbergen, die natürlich an raue Umgebungen angepasst sind und potenziell neue Werkzeuge für die Kreation gesünderer, funktionaler Lebensmittel bieten.

Ein Forschungsteam in der Ukraine machte sich daran, dieses Potenzial zu erforschen, indem es seine Aufmerksamkeit auf drei traditionelle fermentierte Getränke richtete: Rote-Bete-Kvass, Hafer-Kvass und einen komplexen „klösterlichen“ Kvass aus Roggen, Malz und Früchten. Ihr Ziel war es nicht nur, Bakterien zu finden, sondern zu sehen, ob die spezifischen Stämme, die in diesen Getränken leben, den harten Bedingungen des menschlichen Körpers standhalten und schädliche Keime bekämpfen können. Sie begannen damit, Proben dieser Getränke zu sammeln und die Bakterien in einer Laborumgebung zu züchten. Aus dem Rote-Bete-Kvass isolierten sie dreizehn verschiedene Bakterienkolonien; der Hafer-Kvass lieferte fünfzehn; und der klösterliche Kvass lieferte acht. Insgesamt sammelten sie sechsunddreißig einzigartige Bakterienisolate zur Untersuchung. Unter einem Mikroskop erschienen diese Bakterien als kurze, stäbchenförmige Zellen, einige standen einzeln und andere waren in kurzen Ketten verbunden, eine Form, die typisch für die Familie der Milchsäurebakterien ist.

Um herauszufinden, wer diese Bakterien waren, testeten die Forscher, wie sie sich unter verschiedenen Bedingungen verhielten. Sie prüften, ob die Bakterien in Salzwasser wachsen konnten, bei hohen Temperaturen oder in sauren Umgebungen. Sie beobachteten auch, ob die Bakterien Zucker in Gas umwandeln oder spezifische Proteine abbauen konnten. Mithilfe dieser Verhaltenshinweise identifizierten sie die Stämme. Die Bakterien aus dem Rote-Bete-Kvass, die sie Stamm BK nannten, gehörten zu einer Gruppe, die als Lactiplantibacillus plantarum bekannt ist. Die Bakterien aus dem Hafer- und dem klösterlichen Kvass, die Stämme OK und MK, wurden als Limosilactobacillus fermentum identifiziert. Diese Unterscheidung war wichtig, da verschiedene Arten von Bakterien unterschiedliche Stärken haben. Beispielsweise war der aus der Roten Bete gewonnene Stamm nicht in der Lage, bei sehr hohen Temperaturen zu wachsen und produzierte kein Gas aus Zucker, während die Stämme aus den getreidebasierten Getränken beides konnten.

Der nächste Schritt war zu sehen, ob diese Bakterien die Reise durch den menschlichen Magen und Darm überleben könnten, was der erste Test für jedes potenzielle Probiotikum ist. Die Forscher simulierten die raue Umgebung des Magens, indem sie die Bakterien einem hochsauren Liquid mit einem pH-Wert von 2,0 aussetzten, was dem starken Magensaft ähnelt. Sie fanden heraus, dass alle Bakterien kämpften, aber der Stamm aus der Roten Bete der zähste Überlebende war. Nach drei Stunden in diesem Säurebad hatte er immer noch eine gesunde Population lebender Zellen, während die Zahlen der Stämme aus dem Hafer- und dem klösterlichen Kvass signifikant sanken. Die Forscher testeten dann ihre Fähigkeit, in Gegenwart von Gallensalzen zu überleben, einer Verdauungsflüssigkeit, die Fette aufspaltet und für viele Bakterien toxisch sein kann. Erneut zeigte der aus der Roten Bete gewonnene Stamm die höchste Resilienz, obwohl alle drei Typen es schafften, am Leben zu bleiben. Sie testeten auch, wie die Bakterien mit Ethanol, dem in fermentierten Getränken enthaltenen Alkohol, umgingen. Während hohe Konzentrationen von Alkohol das Wachstum aller Bakterien verlangsamten, hielt sich der Bete-Stamm besser als die anderen durch, was darauf hindeutet, dass er gut an die Umgebung fermentierter Getränke angepasst ist.

Über das reine Überleben hinaus wollten die Forscher wissen, ob diese Bakterien den Körper aktiv schützen können, indem sie gegen schädliche Eindringlinge kämpfen. Sie platzierten die nützlichen Bakterien neben mehreren bekannten Pathogenen, darunter Staphylococcus aureus, eine häufige Ursache für Haut- und Wundinfektionen, und Pseudomonas aeruginosa, ein Bakterium, das oft in Krankenhäusern vorkommt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Bakterien tatsächlich in der Lage waren, sich zu verteidigen. Der Stamm aus der Roten Bete war besonders effektiv und erzeugte eine klare Zone um sich herum, in der das schädliche Staphylococcus nicht wachsen konnte, mit einem Durchmesser von etwas mehr als zehn Millimetern. Die anderen Stämme zeigten ebenfalls eine gewisse Fähigkeit, schädliche Bakterien zu hemmen, wenngleich ihre Effekte weniger ausgeprägt waren. Interessanterweise zeigten keine der Bakterien die Fähigkeit, Proteine oder Stärke abzubauen, noch besaßen sie die Fähigkeit, Gallensalze abzubauen – eine Eigenschaft, die manchmal genutzt wird, um den Cholesterinspiegel zu senken. Das Fehlen dieser bestimmten enzymatischen Aktivitäten deutet darauf hin, dass sie für andere Rollen spezialisiert sind.

Schließlich überprüfte das Team die Sicherheit dieser Bakterien, indem es ihre Reaktion auf gängige Antibiotika testete. Ein sicheres Probiotikum sollte keine Resistenz gegen Antibiotika aufweisen, die Ärzte zur Behandlung schwerer Infektionen einsetzen, da dies potenziell die Übertragung dieser Resistenz auf schädliche Bakterien im Darm zur Folge haben könnte. Die Studie ergab, dass die Bakterien von Natur aus gegen einige spezifische Arten von Antibiotika resistent waren, wie etwa Penicillin und Vancomycin, was eine normale Eigenschaft für diese Familie von Bakterien aufgrund ihrer Zellstruktur ist. Sie blieben jedoch gegenüber den meisten anderen Antibiotika, einschließlich derer, die zur Behandlung einer breiten Palette von Infektionen eingesetzt werden, empfindlich. Dieses Profil deutet darauf hin, dass sie sicher für die Verwendung in Lebensmitteln sind. Die Forscher beobachteten auch, wie sich die Bakterien verhielten, wenn sie in einer Flüssigkeit verblieben; sie klumpten zusammen, ein Prozess namens Autoaggregation. Diese Fähigkeit, an sich selbst zu haften, ist oft ein Zeichen dafür, dass sie auch an die Wände des menschlichen Darms haften können, ein entscheidender Schritt, um eine gesunde Präsenz im Darm zu etablieren. Der Stamm aus dem klösterlichen Kvass zeigte die stärkste Tendenz zum Verklumpen.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass diese traditionellen pflanzlichen Getränke eine reiche Quelle für robuste, nützliche Bakterien sind. Während der Stamm aus der Roten Bete als der robusteste Überlebende gegen Säure und Alkohol hervorging, zeigten alle Stämme Potenzial für den zukünftigen Einsatz in funktionellen Lebensmitteln. Sie können den Verdauungstrakt überstehen, schädliche Keime bekämpfen und effektiv zusammenhalten. Die Forscher schlagen vor, dass diese natürlich vorkommenden Bakterien, die über die Zeit an ihre spezifischen pflanzlichen Umgebungen angepasst wurden, wertvolle Werkzeuge für die Entwicklung neuer Lebensmittel sein könnten, die die menschliche Gesundheit unterstützen, und so die Lücke zwischen alten Fermentationstraditionen und moderner Ernährungswissenschaft schließen.