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

In de stille hoekjes van de voedselwetenschap kijken onderzoekers vaak naar het verleden om de toekomst te vinden. Eeuwenlang hebben mensen vertrouwd op fermentatie om voedsel te conserveren en nieuwe smaken te creëren, een proces dat wordt aangedreven door minuscule, onzichtbare werkers die bekend staan als melkzuurbacteriën. Deze micro-organismen zijn de motor achter yoghurt, zuurkool en zuurdesem, waarbij ze eenvoudige ingrediënten transformeren tot complexe, stabiele producten. Naast het simpelweg lekker laten smaken van voedsel, worden sommige van deze bacteriën beschouwd als "probiotica", wat betekent dat ze de reis door het menselijke spijsverteringsstelsel kunnen overleven en gezondheidsvoordelen kunnen bieden door te helpen bij het balanceren van de natuurlijke gemeenschap van microben in de darmen. Terwijl wetenschappers deze bacteriën al lang bestuderen in zuivelproducten zoals melk en kaas, is er een groeiende nieuwsgierigheid naar de vraag of ze ook welvarend kunnen gedijen in plantaardige dranken. Deze plantaardige fermenten, gemaakt van groenten, granen en fruit, kunnen unieke stammen van bacteriën herbergen die van nature aangepast zijn aan barre omgevingen, wat potentieel nieuwe instrumenten biedt voor het creëren van gezondere, functionele voedingsmiddelen.

Een team onderzoekers in Oekraïne besloot dit potentieel te verkennen door hun aandacht te richten op drie traditionele gefermenteerde dranken: rode bietenskvass, haverkvass en een complexe "monastieke" kvass gemaakt van rogge, mout en fruit. Hun doel was niet alleen om bacteriën te vinden, maar ook om te zien of de specifieke stammen die in deze dranken leven, de zware omstandigheden van het menselijk lichaam zouden kunnen overleven en schadelijke ziekteverwekkers zouden kunnen bestrijden. Ze begonnen met het verzamelen van monsters van deze dranken en het kweken van de bacteriën in een laboratoriumsetting. Uit de rode bietenskvass isoleerden ze dertien verschillende bacteriekolonies; de haverkvass leverde vijftien op; en de monastieke kvass zorgde voor acht. In totaal verzamelden ze zesendertig unieke bacterie-isolaten om te bestuderen. Onder een microscoop verschenen deze bacteriën als korte, staafvormige cellen, waarvan sommige alleen stonden en andere in korte ketens verbonden waren, een vorm die typerend is voor de melkzuisfamilie.

Om te begrijpen wie deze bacteriën waren, testten de onderzoekers hoe ze zich onder verschillende omstandigheden gedroegen. Ze controleerden of de bacteriën konden groeien in zout water, bij hoge temperaturen of in zure omgevingen. Ze observeerden ook of de bacteriën suikers in gas konden omzetten of specifieke eiwitten konden afbreken. Aan de hand van deze gedragskenmerken identificeerden ze de stammen. De bacteriën uit de rode bietenskvass, die ze stam BK noemden, behoorden tot een groep die bekend staat als Lactiplantibacillus plantarum. De bacteriën uit de haver- en monastieke kvasses, stammen OK en MK genoemd, werden geïdentificeerd als Limosilactobacillus fermentum. Dit onderscheid was belangrijk omdat verschillende soorten bacteriën verschillende sterktes hebben. Zo was de uit de rode biet afgeleide stam niet in staat om bij zeer hoge temperaturen te groeien en produceerde deze geen gas uit suiker, terwijl de stammen uit de graangebaseerde dranken dat beide wel konden.

De volgende stap was om te zien of deze bacteriën de reis door een menselijke maag en darmen zouden kunnen overleven, wat de eerste test is voor elke potentiële probioticum. De onderzoekers simuleerden de harde omgeving van de maag door de bacteriën bloot te stellen aan een zeer zure vloeistof met een pH van 2,0, vergelijkbaar met sterk maagzuur. Ze ontdekten dat alle bacteriën moeite hadden, maar de stam uit de rode biet was de meest veerkrachtige overlever. Na drie uur in dit zure bad had deze nog steeds een gezonde populatie levende cellen, terwijl de aantallen van de stammen uit de haver- en monastieke kvass aanzienlijk daalden. De onderzoekers testten vervolgens hun vermogen om te overleven in de aanwezigheid van galzouten, een spijsverteringsvloeistof die vetten afbreekt en giftig kan zijn voor veel bacteriën. Opnieuw toonde de uit de rode biet afgeleide stam de hoogste veerkracht, hoewel alle drie de typen het levend redden. Ze testten ook hoe de bacteriën omgingen met ethanol, de alcohol die in gefermenteerde dranken wordt gevonden. Hoewel hoge concentraties alcohol de groei van alle bacteriën vertraagden, hield de biet-stam het beter vol dan de anderen, wat suggereert dat deze goed is aangepast aan de omgeving van gefermenteerde dranken.

Naast overleving wilden de onderzoekers weten of deze bacteriën het lichaam actief konden beschermen door te vechten tegen schadelijke indringers. Ze plaatsten de gunstige bacteriën naast verschillende bekende pathogenen, waaronder Staphylococcus aureus, een veelvoorkomende oorzaak van huid- en wondinfecties, en Pseudomonas aeruginosa, een bacterie die vaak in ziekenhuizen wordt aangetroffen. De resultaten toonden aan dat de bacteriën inderdaad in staat waren tot defensie. De stam uit de rode biet was bijzonder effectief en creëerde een duidelijke zone rond zichzelf waar de schadelijke Staphylococcus niet kon groeien, met een diameter van net meer dan tien millimeter. De andere stammen vertoonden ook enige capaciteit om schadelijke bacteriën te remmen, hoewel hun effecten minder uitgesproken waren. Interessant genoeg vertoonde geen van de bacteriën enige capaciteit om eiwitten of zetmeel af te breken, noch bezaten ze het vermogen om galzouten af te breken, een eigenschap die soms wordt gebruikt om cholesterol te verlagen. Dit gebrek aan bepaalde enzymatische activiteiten suggereert dat ze gespecialiseerd zijn voor andere rollen.

Ten slotte controleerden het team de veiligheid van deze bacteriën door hun reactie op veelgebruikte antibiotica te testen. Een veilige probioticum zou niet resistent moeten zijn tegen antibiotica die artsen gebruiken om ernstige infecties te behandelen, aangezien dit potentieel die resistentie aan schadelijke bacteriën in de darm zou kunnen doorgeven. De studie vond dat de bacteriën van nature resistent waren tegen een paar specifieke soorten antibiotica, zoals penicilline en vancomycine, wat een normale eigenschap is voor deze familie van bacteriën vanwege hun celstructuur. Echter, ze bleven gevoelig voor de meeste andere antibiotica, inclusief die gebruikt worden voor een breed scala aan infecties. Dit profiel suggereert dat ze veilig zijn voor gebruik in voedsel. De onderzoekers observeerden ook hoe de bacteriën zich gedroegen wanneer ze in een vloeistof bleven staan; ze klonterden samen, een proces genaamd autoaggregatie. Dit vermogen om aan zichzelf te plakken is vaak een teken dat ze ook aan de wanden van de menselijke darm kunnen plakken, een cruciale stap bij het vestigen van een gezonde aanwezigheid in de darmen. De stam uit de monastieke kvass vertoonde de sterkste neiging om samen te klonteren.

De studie concludeert dat deze traditionele plantaardige dranken een rijke bron zijn van veerkrachtige, gunstige bacteriën. Hoewel de stam uit de rode biet als de meest robuuste overlever naar voren kwam tegen zuur en alcohol, toonden alle stammen belofte voor toekomstig gebruik in functionele voedingsmiddelen. Ze kunnen het spijsverteringskanaal overleven, schadelijke bacteriën bestrijden en effectief aan elkaar plakken. De onderzoekers suggereren dat deze natuurlijk voorkomende bacteriën, die door de tijd heen zijn aangepast aan hun specifieke plantaardige omgevingen, waardevolle instrumenten kunnen zijn voor de ontwikkeling van nieuwe voedingsmiddelen die de menselijke gezondheid ondersteunen, waarmee de brug wordt geslagen tussen oude fermentatietradities en moderne nutritionele wetenschap.