Η ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΛΑΚΤΑΣΗΣ ΤΩΝ ΖΩΝΤΩΝ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ

Εισαγωγή:

Τα βακτήρια χρησιμοποιούν υδατάνθρακες ως πηγή ενέργειας για την ανάπτυξη, την αναπαραγωγή και τις μεταβολικές διεργασίες τους. Μπορούν να χρησιμοποιήσουν πολλές διαφορετικές πηγές υδατανθράκων, με μερικές από τις πιο κοινές να είναι η γλυκόζη, η φρουκτόζη, η  πεντόζη και η λακτόζη. Τα ζωντανά βακτήρια συχνά αναφέρονται ως βακτήρια του γαλακτικού οξέος, όρος που περιλαμβάνει τα γένη Lactobacilli, Bifidobacteria και Streptococci. Τα περισσότερα από αυτά τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούν τη γλυκόζη ως βασική πηγή ενέργειας, με εξαίρεση το Streptococcus thermophilus που χρησιμοποιεί κατά προτίμηση λακτόζη. Ωστόσο, αν και τα περισσότερα βακτήρια γαλακτικού οξέος ζυμώνουν κυρίως γλυκόζη, πολλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν λακτόζη.

Υπάρχουν δύο ιδιότητες οι οποίες επιτρέπουν σε αυτά τα βακτήρια να μεταβολίσουν τη λακτόζη. Πρώτον, πρέπει να έχουν ένα ενδοκυτταρικό σύστημα μεταφορών που να τους επιτρέπει να προσλάβουν την λακτόζη, και δεύτερον, πρέπει να είναι σε θέση να παράγουν το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση (επίσης γνωστή ως λακτάση). Αυτό το ένζυμο διασπά τη λακτόζη σε β-γαλακτόζη και γλυκόζη, οι οποίες στη συνέχεια μεταβολίζονται για την παραγωγή ενέργειας.

Μεταβολισμός λακτόζης:

Η ακριβής μέθοδος μεταβολισμού της λακτόζης διαφοροποιείται σημαντικά μεταξύ των διαφορετικών ειδών βακτηρίων του γαλακτικού οξέος. Προκειμένου να μπορέσουν τα βακτήρια να χρησιμοποιήσουν τη λακτόζη σαν πηγή ενέργειας, πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να προσλάβουν το συγκεκριμένο σάκχαρο και να το μεταφέρουν σε εκείνο το τμήμα του κυττάρου τους  που παράγει λακτάση. Τότε, αφού η λακτόζη έχει εισέλθει μέσα στο βακτηριακό κύτταρο, διασπάται από το ένζυμο (λακτάση) προς τα μικρότερα μόρια που την αποτελούν. Η β-γαλακτόζη και η γλυκόζη μεταβολίζονται στη συνέχεια μέσω διαφορετικών μεταβολικών οδών για να παράγουν ενέργεια. Αυτές οι διαφορετικές μεταβολικές διαδικασίες θα παράγουν έναν αριθμό μορίων ενέργειας, υπό τη μορφή του ATP και μερικών άλλων μορίων, μεταξύ των οποίων: γαλακτικό οξύ, αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα.

Τα Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus και Lactobacillus rhamnosus χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα ενδοκυτταρικής μεταφοράς με τα είδη Bifidobacterium για την πρόσληψη λακτόζης, όμως χρησιμοποιούν διαφορετικά μόρια κατά τη διάρκεια του μεταβολισμού της για την παραγωγή ενέργειας. Τα είδη Lactobacillus casei και Streptococcus thermophilus, αντιθέτως, χρησιμοποιούν διαφορετική μέθοδο για τη μεταφορά της λακτόζης στο κατάλληλο σημείο του κυττάρου, πραγματοποιώντας ενεργό μεταφορά του σακχάρου ως φωσφορική λακτόζη. Αυτά τα βακτήρια χρησιμοποιούν επίσης μία διαφορετική μεταβολική μέθοδο διάσπασης του σακχάρου για την παραγωγή ενέργειας, η οποία παράγει ωστόσο τα ίδια μεταβολικά προϊόντα με τη μέθοδο που χρησιμοποιείται από τα υπόλοιπα είδη Lactobacillus.

Δοκιμή αξιοποίησης γλυκόζης:

Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε στα βακτήρια που ελέγχθηκαν βασίστηκε στην ανίχνευση γαλακτικού οξέος, το οποίο παράγεται από τη χρήση / αξιοποίηση της λακτόζης από τα βακτήρια. Τα βακτήρια καλλιεργήθηκαν μέσα σε ζωμό στον οποίο μοναδική πηγή υδατανθράκων ήταν η λακτόζη. Η επακόλουθη ανάπτυξή τους εξαρτιόταν από την ικανότητά τους να ζυμώσουν λακτόζη και κατά συνέπεια εξαρτιόταν και από την ύπαρξη της β-γαλακτοζιδάσης (λακτάσης). Η ζύμωση της λακτόζης θα είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή γαλακτικού οξέος. Η παρουσία του γαλακτικού οξέος θα επέφερε πτώση του pH, η οποία συνεπακόλουθα θα προκαλούσε τη μεταβολή του κόκκινου αντιδραστηρίου σε κίτρινο. Στον έλεγχο που πραγματοποιήθηκε για τα βακτήρια παρακάτω, το θετικό αποτέλεσμα θα ταυτοποιούνταν μέσω χρωματικής αλλαγής προς κίτρινο χρώμα, ενώ το αρνητικό αποτέλεσμα θα υποδείκνυε η παραμονή του κόκκινου χρώματος.

Strain Colour Lactose Utilisation
Bifidobacterium breve Yellow Positive
Bifidobacterium infantis Yellow Positive
Bifidobacterium longum Yellow Positive
Lactobacillus acidophilus Yellow Positive
Lactobacillus casei Yellow Positive
Lactobacillus bulgaricus Yellow Positive
Lactobacillus rhamnosus Yellow Positive
Streptococcus thermophilus Yellow Positive

Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στο Πρακτορείο Κτηνιατρικών Εργαστηρίων (Weybridge), Addlestone, UK, για λογαριασμό της Probiotics International Ltd.

Συμπέρασμα:

Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα ελεγχόμενα μικροβιακά στελέχη (βλ. παραπάνω) είναι ικανά να παράγουν λακτάση (β-γαλακτοζιδάση)και ως εκ τούτου είναι ικανά να χρησιμοποιήσουν τη λακτόζη (σάκχαρο του γάλακτος) ως πηγή ενέργειας.

Η ικανότητα αυτών των ζωντανών βακτηρίων (προβιοτικών) να παράγουν λακτάση και να χρησιμοποιούν λακτόζη, τα καθιστά ιδανικά για χρήση στη διατροφή ατόμων που πάσχουν από δυσανεξία στη λακτόζη. Οι άνθρωποι που πάσχουν από δυσανεξία στη λακτόζη αδυνατούν να παράγουν αρκετή λακτάση, ώστε να πέψουν τα τρόφιμα που περιέχουν λακτόζη. Γι’ αυτόν τον λόγο η λακτόζη παραμένει στο έντερο, προκαλώντας συμπτώματα όπως διάρροια, μετεωρισμός και κοιλιακό άλγος. Η χορήγηση στους πάσχοντες ζωντανών βακτηρίων (προβιοτικών) τα οποία παράγουν λακτάση, μπορεί να τους βοηθήσει να επανεντάξουν στη διατροφή τους τρόφιμα που περιέχουν λακτόζη. Τα προβιοτικά είναι γνωστά για τη δράση τους στη βελτίωση της πέψης της λακτόζης και στην ανακούφιση των συμπτωμάτων της δυσανεξίας λακτόζης.