T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ ECZACILIK FAKÜLTESİ

1 T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ ECZACILIK FAKÜLTESİ PREBİYOTİKLER, PROBİYOTİKLER VE İNSAN SAĞLIĞI AÇISINDAN KULLANIM ALANLARI Hazırlayan Mustafa YILMAZ Danışman Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI Eczacılık Fakültesi Bitirme Tezi Mayıs 2013 KAYSERİ

i BİLİMSEL ETİĞE UYGUNLUK Bu çalışmadaki tüm bilgilerin, akademik ve etik kurallara uygun bir şekilde elde edildiğini beyan ederim. Aynı zamanda bu kurallar ve davranışların gerektirdiği gibi, bu çalışmanın özünde olmayan tüm materyal ve sonuçları tam olarak aktardığımı ve referans gösterdiğimi belirtirim. Mustafa YILMAZ

ii YÖNERGEYE UYGUNLUK Prebiyotik, Probiyotik ve İnsan Sağlığı Açısından Kullanım Alanları adlı Bitirme Ödevi Erciyes Üniversitesi Lisansüstü Tez Önerisi ve Tez Yazma Yönergesi ne uygun olarak hazırlanmıştır. Hazırlayan Mustafa YILMAZ Danışman Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI Farmasötik Biyoteknoloji Anabilim Dalı Başkanı Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI

iii Prebiyotikler, Probiyotikler ve İnsan Sağlığı Açısından Kullanım Alanları adlı Bitirme Ödevi Erciyes Üniversitesi Lisansüstü Tez Önerisi ve Tez Yazma Yönergesi ne uygun olarak hazırlanmış ve Farmasötik Biyoteknoloji Anabilim Dalında Bitirme Ödevi olarak kabul edilmiştir. Hazırlayan Mustafa YILMAZ Danışman Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI Farmasötik Biyoteknoloji Anabilim Dalı Başkanı Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI ONAY: Bu bitirme ödevinin kabulü Eczacılık Fakültesi Dekanlığı nın... tarih ve.. sayılı kararı ile onaylanmıştır. / / Prof. Dr. Müberra KOŞAR Dekan

iv TEŞEKKÜR Bitirme ödevimi hazırlarken çalışmalarımı yönlendirmesinde, araştırmalarımın her aşamasında bilgi, öneri ve yardımlarını esirgemeyerek akademik ortamda olduğu kadar insani ilişkilerinde de sonsuz desteğiyle gelişmeme katkıda bulunan danışman hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI ya ve Sayın Arş. Gör. Berrak ALTINSOY a, kaynak temini konusundaki yardımlarından dolayı saygıdeğer hocam Sayın Yrd. Doç. Dr. Esma KAYA ya, yaşamımın her döneminde bana duydukları güven ve manevi destekleri için aileme en derin duygularla teşekkür ederim. Mustafa YILMAZ Kayseri, Mayıs 2013

v PREBİYOTİKLER, PROBİYOTİKLER VE İNSAN SAĞLIĞI AÇISINDAN KULLANIM ALANLARI Mustafa YILMAZ Erciyes Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi Farmasötik Biyoteknoloji Anabilim Dalı Bitirme Tezi, Mayıs 2013 Danışman: Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI ÖZET Mikroorganizmalar direkt veya dolaylı olarak birçok hastalığın oluşumuna neden olabilirler. Bu nedenle mikrofloranın dengesinin sağlanması gerekir. Prebiyotikler ve probiyotikler bazıları kanıtlanmamış olmakla birlikte çeşitli mekanizmalar ile floranın korunmasını sağlarlar. Antibakteriyel ve antioksidan madde üretimi, patojen mikroorganizmalara karşı bariyer olma, antikanserojenite, immünite güçlendirme bu mekanizmalardan bazırlarıdır. Prebiyotikler bu mekanizmaların bazılarını direkt olarak bazılarını ise probiyotiklerin etkinliğini arttırarak gerçekleştirirler. Prebiyotikler ve probiyotikler ilk olarak sindirim sistemi rahatsızlıkları için kullanılmaktaydı fakat yapılan çalışmalar sayesinde bugün hepatik ensefalopati, inflamatuar bağırsak hastalığı, antibiyotik kökenli diyare, Clostrdium difficile kökenli hastalıklar, kolon kanseri, diş çürükleri, vajinal enfeksiyonlar, alerjik hastalıklar, laktoz intoleransı gibi hastalık ve durumlarda olumlu etkileri olduğu görülmüştür. Buna ek olarak hipolipidemik ve anti-alerjik etkileri de gözlenmiştir. Bu çalışma prebiyotiklerin ve probiyotiklerin insan sağlığı açısından kullanım alanlarını ve faydalarını belirlemek üzere konuyla ilgili literatürdeki bilgileri derlemek amacıyla yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Prebiyotikler, Probiyotikler, Mikroflora.

vi PREBIOTICS, PROBIOTICS AND USES FOR USING AREAS OF IN TERMS OF HUMAN HEALTH Mustafa YILMAZ Erciyes University, Faculty of Pharmacy Department of Pharmaceutical Biotechnology Graduation Project, May 2013 Supervisor: Yrd. Doç. Dr. Dilşad ONBAŞILI ABSTRACT Microorganisms can cause formation of many disease directly or indirectly. For this reason it is need to ensure the balance of microflora. Prebiotics and probiotics provide protection of microflora with some mecanisms which are unproven some of them. Production of antibacterial and antioxidant substances, being a barrier against pathogenic microorganisms, anticarcinogenite and strengthening immunity are some of these mecanisms. Prebiotics realize these mecanisms some of them by increasing effectiveness of probiotics and some of them directly. Prebiotics and probiotics are being used for digestive system disorders at the first time but today, owing to studies, positive effects has been seen in diseases and cases such as hepatic encephalopathy, inflammatory bowel disease, diarrhea origin antibiotic, disease origin Clostridium difficile, colon cancer, dental caries, vaginal infections, allergic disease and lactose intolerance. In addition hypolipidemic and anti-allergic effects were also observed. This study was the purpose of gathering information about subject, which use of probiotics and prebiotics for human health and benefits of prebiotics and prebiotics, in the literature. Key words: Prebiotics, Probiotics, Microflora.

vii İÇİNDEKİLER BİLİMSEL ETİĞE UYGUNLUK... i YÖNERGEYE UYGUNLUK... ii KABUL ONAY... iii TEŞEKKÜR... iv ÖZET... v ABSTRACT... vi İÇİNDEKİLER... vii KISALTMALAR VE SİMGELER LİSTESİ... x TABLOLAR LİSTESİ... xi ŞEKİLLER LİSTESİ... xii 1. GİRİŞ ve AMAÇ... 13 2. GENEL BİLGİLER... 15 2.1. Prebiyotik ve Probiyotikler... 15 2.2. Prebiyotik Olarak Kullanılan Besin Öğeleri... 19 2.3. Probiyotik Olarak Kullanılan Mikroorganizmalar... 19 2.3.1. Lactobacillus Türleri... 20 2.3.2. Bifidobacterium Türleri... 22 2.3.3. Streptococcus Türleri... 24 2.3.3.1. Lactococci Türleri... 24 2.3.3.2. Enterococci Türleri... 25 2.3.4. Carnobacterium Türleri... 27 2.3.5. Pediococcus Türleri... 27 2.3.6. Saccharomyces Türleri... 28 2.4. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Etki Mekanizmaları... 30 2.4.1. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Antibakteriyel Mekanizması... 35 2.4.2. Prebiyotikler ve Probiyotiklerin Adezyon Mekanizması... 35

viii 2.4.3. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Antiapopitotik Etkisi... 36 2.4.4. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Antioksidan Etkisi... 37 2.4.5. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin İmmünite Üzerine Etkileri... 38 2.4.6. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Hipolipidemik Etki Mekanizması... 39 2.5. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin İnsan Sağlığı İçin Kullanım Alanları... 39 2.5.1. Karaciğer Hastalıkları... 39 2.5.1.1. Hepatik Ensefalopati... 39 2.5.1.2. Alkole Bağlı Olmayan Yağlı Karaciğer Hastalığı... 43 2.5.1.3. Karaciğer Transplantasyonu Sonrası... 44 2.5.2. Vajinal Enfeksiyonlar... 45 2.5.3. Ağız ve Diş Sağlığı... 47 2.5.3.1. Diş Çürüğü... 49 2.5.3.2. Diş Eti Sağlığı... 50 2.5.3.3. Ağız Kokusu... 52 2.5.4. Gastrointestinal Hastalıklar... 52 2.5.4.1. Helicobacter pylori Enfeksiyonu... 52 2.5.4.2. İshaller... 53 2.5.4.3. İrritable Bağırsak Sendromu... 55 2.5.4.4. Enflamatuar Bağırsak Hastalıkları (EBH)... 56 2.5.4.5. Laktoz İntoleransı... 59 2.5.4.6. Konstipasyon... 60 2.5.4.7. Nekrotizan Enterokolit (NE)... 62 2.5.5. Alerjik Hastalıkların Önlenmesi ve Tedavisi... 62 2.5.5.1. Atopik Dermatit... 63 2.5.5.2. Allerjik Rinit... 63 2.5.6. Cerrahi Sonrasında Komplikasyon... 64 2.5.7. Kanser... 64 2.6. Probiyotiklerin Güvenilirliği... 66

ix 3. TARTIŞMA VE SONUÇ... 68 KAYNAKLAR... 71 ÖZGEÇMİŞ... 94

x KISALTMALAR VE SİMGELER LİSTESİ AOM : Azoksimetan Cas3 : Kaspaz 3 CCl 4 EBS EPEC ETEC FAO FDA GSH : Karbon tetraklorür : Enflamatuar Bağırsak Hastalıkları : Enteropatojenik E. coli : Enterotoksijenik Escherichia coli : Amerika Gıda ve Tarım Örgütü : Amerika İlaç ve Gıda Örgütü : Glutatyon GSH-Px : Glutatyon peroksidaz H 2 O 2 HIV IBS IgE : Hidrojen peroksit : Human Immunodeficiency Virus : İrritable Bağırsak Sendromu : İmmünoglobulin E IL10 : İnterlökin 10 KZYA LPH NFκ B PEG2 TGE-β TNFα WHO : Kısa Zincirli Yağ Asitleri : Laktaz-florizin hidrolaz : Nükleer Faktör Kappa B : Prostaglandin E2 : Transforming growth beta faktör : Tümör nekrosis faktör : Dünya Sağlık Örgütü

xi TABLOLAR LİSTESİ Tablo 1. Yaygın olarak kullanılan bazı prebiyotikler... 7 Tablo 2. Probiyotik olarak kullanılan mikroorganizmalar... 8 Tablo 3. Laktik asit bakterilerinin fenotip özelliklerine göre sınıflandırılması... 10 Tablo 4. Hepatik ensefalopati nin tedavisinde probiyotiklerin muhtemel etki mekanizmaları... 30 Tablo 5. İnsan normal vajen florasında bulunan mikroorganizmalar ve dağılım oranları... 33

xii ŞEKİLLER LİSTESİ Şekil 1. Lactobacillus acidophilus... 9 Şekil 2. Lactobacillus fermentum... 9 Şekil 3. Bifidobacterium bifidum... 11 Şekil 4. L. lactis subsp. lactis... 13 Şekil 5. L. lactis subsp. cremoris... 13 Şekil 6. Enterococcus faecium... 14 Şekil 7. Enterococcus faecalis... 14 Şekil 8. Pediococcus acidilactici... 16 Şekil 9. Pediococcus pentosaceus... 16 Şekil 10. Saccharomyces cerevisiae... 17 Şekil 11. Saccharomyces boulardii... 17 Şekil 12. İnsan kolon florası tarafından fermentasyon... 18 Şekil 13. Oligosakkaritlerin bağırsak bakterileritarafından fermentasyonu sonucu ortaya çıkan kısa zincirli yağ asitleri ve bunların insan sağlığı üzerindeki olumlu etkileri... 20 Şekil 14. Prebiyotik ve probiyotiklerin sindirim sistemi üzerine etkileri... 22 Şekil 15. Probiyotiklerin etki mekanizmaları... 25

13 1. GİRİŞ ve AMAÇ Prebiyotikler, intestinal florada bulunan bir tür veya sınırlı sayıdaki birkaç tür mikroorganizmanın çoğalmasını ve/veya aktivitesini seçici olarak arttıran, konağın sağlığını olumlu yönde etkileyebilen sadece kolonda fermente olabilen besin bileşenleri olarak tanımlanmaktadır (1,2). Başka bir deyişle kolon bakterilerinin aktivitelerini arttıran, enteropatojen olmayanların kolonizasyonlarını kolaylaştıran, fermente olabilen, sindirilmeyen karbonhidratlardır (3). Gluktooligosakkarit, inülin, fruktooligosakkarit, galaktooligosakkarit, zomaltooligosakkarit, laktüloz, laktosükroz, ksilooligosakkarit besinlerde bulunan prebiyotiklerdir (2,4,5). Bağırsak florası ile ilgili değişik bakteri ve toksinlerin gastrointestinal sistem ile solunum yolu mukozasına bağlanmasını ve kolonizasyonunu, içerdiği oligosakkaritler ile sağlayan anne sütü prebiyotikler için önemli bir kaynaktır (3). Probiyotikler; konakçının bağırsak florasını düzenleyerek ve immün sistemini uyararak sağlığını olumlu yönde etkileyen canlı mikroorganizma desteği olarak tanımlanabilir. 20. yy başlarında doğmasına rağmen, probiyotik terimi ancak 1960 lı yıllardan bu yana kullanılmaya başlanılmıştır (6). İlk olarak 1908 yılında Nobel ödülü sahibi Metchnikoff; Bulgar köylülerindeki gözlemlerine dayanarak ağız yolu ile alınan Laktobasillerin patojen bakterilerin yerini alıp, sağlık durumunu düzelttiğini ve yaşam süresini uzattığını belirtmiştir (7). Probiyotik bakterilerin, son yıllarda yapılan araştırmalarda insan sağlığı için çok faydalı olduğu çeşitli yayınlarda gösterilmiştir (6,8,9,). Bağırsak florasına yerleşerek florayı düzenlediği, patojen bakterilerin bağırsakta yerleşmesini önlediği, immün direnci arttırdığı, diyare ve kabızlığı önlediği, kanser ve enflamatuar bağırsak hastalıklarında faydalı olduğu gösterilmiştir (6).

14 İlk olarak sindirim sistemi rahatsızlıkları için kullanılan bu yararlı mikroorganizmaların yapılan araştırmalarla insan sağlığı üzerinde yukarda belirtilen etkilerinin keşfedilmesiyle birçok alandaki kullanımı ve etkinliği yoğun bir şekilde araştırılmakta ve etki mekanizmaları aydınlatılmaya çalışılmaktadır. Bu çalışmalar ışığında gelinen nokta göstermektedir ki Hepatik Ensefalopati, İnflamatuar Bağırsak Hastalığı, Antibiyotik Kökenli Diyare, Clostridium difficile Kökenli Hastalıklar, Kolon Kanseri, Diş Çürükleri gibi hastalık ve durumlarda olumlu etkileri mevcuttur (10,11). Bu çalışmanın amacı prebiyotik ve probiyotiklerin yapısı, özellikleri insan sağlığı üzerine etkileri ve kullanım alanları, etki mekanizmaları ve güvenilirliklerinin araştırılmasıdır.

15 2. GENEL BİLGİLER 2.1. Prebiyotik ve Probiyotikler Prebiyotik terimi ilk kez Gibson ve Roberfroid tarafından kullanılmış ve intestinal florada bulunan bir tür veya sınırlı sayıdaki birkaç tür mikroorganizmanın çoğalmasını ve/veya aktivitesini seçici olarak aktive ederek konağın sağlığını olumlu yönde etkileyebilen oligosakkarit yapısında, sindirilemeyen besin bileşenleri olarak tanımlanmıştır (5,12,71). Probiyotik kavramının ortaya çıkışında Bulgar köylülerinin uzun yaşamlarının fermente süt ürünlerine bağlanması nasıl rol oynamışsa, prebiyotik kavramının ortaya çıkışında da yaşam süresinin uzun olduğu bazı toplumlarda diyetle alınan oligosakkaritlerin tüketiminin yüksek olduğunun bulunması rol oynamıştır (4,13). Gluktooligosakkarit, inülin, fruktooligosakkarit, galaktooligosakkarit, zomaltooligosakkarit, laktüloz, laktosükroz, ksilooligosakkarit besinlerde bulunan prebiyotiklerdir (2,4,5). İlk kez 1930 yılında Montgomery ve Hudson tarafından kimyasal bir reaksiyon sonucu laktozdan laktüloz elde edilmiştir. 1959 yılında Mayerhofer ve Petuely tarafından laktülozun çocuklar için ideal bir laksatif olduğu bildirilmiştir ve 1964 yılında Duphalac adı altında laktüloz içeren ilk ilaç Hollanda da piyasaya çıkmıştır. 1966 yılında Bircher laktüloz ile Hepatik Ensefalopati yi başarılı şekilde tedavi ettiğini rapor etmiştir. 1975 yılında Hoffman Salmonella taşıyıcılığının tedavisinde laktülozun başarılı olduğunu gösterdi. Conn ve ark. (1977), çalışmalarının sonucunda laktüloz Hepatik Ensefalopati tedavisinde standart tedavi olarak kabul edilmiştir (14). Probiyotik kelimesi ise Yunanca bir terim olup yaşam için anlamına gelmektedir ve antibiyotik teriminin anlamca karşıtıdır (15,16).

16 Probiyotik terimi ilk olarak 1954 yılında Ferdinand Vergin tarafından antibiyotik ve flora üzerinde etkili diğer antimikrobiyal maddelerin patojen olmayan bakterilerin yararlı ( Probiotika ) etkileriyle ilişkisinin anlatıldığı Anti- und Probiotika isimli makalede kullanılmıştır (17). 1965 yılında Lilly ve Stillwell tarafından bir mikroorganizma tarafından salgılanarak diğer bir mikroorganizmanın çoğalmasını uyaran maddeler anlamında ve antibiyotik teriminin karşıtı olarak, 1971 de Sperti tarafından ise bu terim, mikrobiyal üremeyi destekleyen doku ekstreleri için kullanılmıştır (10). Parker tarafından 1974 yılında intestinal mikroflora üzerinde yararlı etkileri olan ilave tamamlayıcı yiyecekler olarak tanımlanmıştır. Salminen ve Schaafsma probiyotik tanımlamasını, önerilen sağlık etkilerini sadece endojen mikroflora üzerindeki etkilerle kısıtlamayıp daha da genişletmişlerdir. Salminen e göre bir probiyotik Konakçının sağlığını ve beslenmesini olumlu yönde etkileyen canlı bir mikrobiyal kültür veya kültüre edilmiş süt ürünü iken Schaafsma ya göre ise Ağız yoluyla belirli sayıda alındıklarında özgün temel beslenmenin ötesinde sağlık etkileri olan canlı mikroorganizmalardır (10). Fuller 1989 da probiyotikleri konak hayvanın yararına olacak şekilde intestinal mikrobiyal dengesini iyileştiren canlı mikrobiyal besin katkısı olarak ifade etmiştir (18). Bütün bu savların ışığında, Havenaar ve Huis In t Veld tarafından yapılan tanım, probiyotik tanımına en yakın tanım olarak kabul edilmektedir: Konakçının bir bölgesinde, mikroflorayı (implantasyon veya kolonizasyon yolu ile) değiştiren, yeterli sayıda canlı mikroorganizma içeren ve böylece bu konakçının sağlığı üzerinde faydalı etkilere sahip bir preparat veya üründür. (2). Amsterdam da 2004 yılında yapılan Ulusararası Probiyotik Çalıştayı nda (International Probiotic Workshop = IPW) sağlık yönünden belirli hastalıkları tedavi edici etkileri klinik deneylerle kanıtlanmış ürünler (bakteriyal tedavi edici, mikrobiyal tedavi edici veya bakteriyal immün sistem düzenleyici) probiyotikler olarak tanımlanmıştır (19). Günümüzde üzerinde uzlaşılan ve kullanılan tanım, Dünya Sağlık Örgütü (WHO) ve Amerika Gıda ve Tarım Örgütü (FAO) tarafından belirlenmiştir. Bu tanıma göre

17 probiyotikler, yeterli miktarda alındığı zaman konak üzerinde sağlığa yararlı etkiler sağlayan yaşayan mikroorganizmalardır (20). Bazı bakterilerin insan sağlığında aktif rol oynadığı ilk kez 1908 de Rus bilim adamı Eli Metchnikoff tarafından ileri sürülmüştür ve kendisi bağırsakta kolonize zararlı mikropların yararlılarla değiştirilebileceğini ileri sürmüştür. Metchnikoff, Bulgaristan ve Batı Rusya gibi fermente süt tüketiminin fazla olduğu Avrupa nın çeşitli kesimlerindeki yerel halkın florasını oluşturan bu bakteriye Lactobacillus bulgaricus adını vermiştir (11). Metchnikoff, intestinal flora bakterilerinin protein hidrolizi sonucu oluşturduğu amonyak, aminler ve indol gibi maddelerin konakta intoksikasyona neden olduğunu ve enerjisini protein hidrolizi yerine karbonhidrat fermentasyonundan sağlayan laktik asit bakterilerinin kullanımının faydalı sonuçlar verdiğini bildirmiştir. Ancak, bilimsel olarak bu organizmaların tanımlanması yirminci yüzyılın sonlarında mümkün olmuştur (21). 20. yy başında Bifidobakteri Henry Tissier tarafından ilk kez anne sütünde tespit edilmiştir. Anne sütü ile beslenen bebeklerin bağırsak florasında bu bakteriye bolca rastlanmış ve yeni doğanları ishalden koruduğu tespit edilmiştir (11). Daha sonra çeşitli araştırmacılar probiyotiklerin çeşitli türlerini kullanarak değişik hastalıkların tedavisi ve önlenmesi ile ilgili çalışmalar yapmıştır. 1935 de Lactobacillus acidophilus keşfedilmiştir. İnsan sindirim sistemine verildiğinde çok aktif olduğu saptanmıştır (11). Fleming tarafından 1938 de penisilinin keşfi ve daha sonra 2. Dünya Savaşı sırasında antibiyotiklerle yapılan çalışmalarda elde edilen başarılar probiyotiklerin kullanımını azaltmıştır. Ancak 1960 lı yılların ortalarında antibiyotiklere dirençli bakterilerin ortaya çıkmasıyla, tekrar doğal mikroflora üzerinde çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. Dubos ve ark. (1965), sindirim kanalı ve sindirim kanalındaki mikrofloranın özelliğiyle ilgili yaptığı çalışmalar probiyotiklerin geleceğine önemli katkılar sağlamıştır. Endre Kuanta 1975 yılında sağlıklı İsveçli çocukların bağırsaklarından izole ettiği Streptococcus faecium M74 suşunu ilk kez probiyotik olarak tanımlamıştır (22).

18 Probiyotikler bugün birçok hastalıkta ve patolojik durumda kullanılmaktadır (23). Probiyotikler gastrointestinal enfeksiyonların önlenmesi ve tedavisi amacıyla insan normal ekolojisinin tekrar oluşturulması için her geçen gün daha fazla kabul görmektedir. Klinik uygulamada en fazla gastoenteritlerin oluşumunu engellemekte ve tedavisinde kullanıldığı görülmektedir ve her geçen gün kullanım alanlarına bir yenisi eklenmektedir (1,4,6,24-30). Prebiyotik besin öğelerinin sahip olması gereken özellikler ise mide ve ince bağırsakta hidrolize veya adsorbe olmamalı, kolon mikroflorasındaki yararlı mikroorganizmalar için seçici olmalı ve çoğalmalarını sitimule etmeli, florayı sağlıklı bir kompozisyon olacak şekilde değiştirmeli ve konakta yararlı lokal ve sistemik etkiler yapmalı, kolon mikroflorası tarafından hidrolize edilmeli, konakçının sağlığı üzerinde olumlu etkileri olmalıdır. Probiyotik bakterinin insan sağlığına faydalı olabilmesi için; Mide ve duedonum dan geçişi sırasında buradaki yüksek asitliğe toleranslı olmalıdır (Düşük ph birçok mikroorganizma için zararlıdır. İdeal probiyotikler bu asitlikten etkilenmemeli, canlılıklarını koruyabilmelidirler). Çeşitli organik asitler üreterek bağırsağın ph sını düşürebilmelidir (Probiyotikler ürettikleri organik asitler ile ortamın ph sını düşürerek nötr veya bazik ortamlarda yaşayabilen ve genelde hayvanlar için zararlı etkileri olan bakterilerin üremelerini durdurmaktadır). Bağırsak epitel hücrelerinde kısa sürede kolonize olup çoğalmalıdır (Probiyotikler bağırsak epitel hücrelerine bağlanarak patojen bakterilerin bağlanmasını ve içeri girmesini engellemektedirler). İnce bağırsağın üst kısmından geçişi sırasında safra tuzlarına karşı dirençli olmalıdır (Karaciğer tarafından üretilen safra yüzey gerilimini düşürerek bağırsaktaki yağları emülsiyon haline getirir ve bu etkisini bakteri hücre duvarı yapısında bulunan lipitler ve yağ asitleri üzerinde de gösterir). Antikor üretimini teşvik ederek bağışıklık sistemini güçlendirmelidir. Antimikrobiyal maddeler üreterek patojen mikroorganizmaların sindirim sisteminde barınmalarını önlemelidir (Laktik asit bakterilerinin çoğu hidrojen peroksit, diasetil ve bakteriosin gibi antimikrobiyal maddeler üretmektedirler) (31). Etkinliği gösterilmiş ve güvenilir olmalıdır (6). Patojenik olmamalı, antimutajenik, antikarsinojenik ve antagonistik etkiye sahip olmalıdır. Gıdaya istenen duyusal özellikleri kazandırmalıdır. Canlılığını ve etkisini kaybetmeden üretimde yer alabilmelidir. Probiyotik suş bağışıklık sistemi tarafından tolere edilebilmeli ve vücutta probiyotik suşlara karşı antikor

19 oluşmamalı. Aktarılabilir antibiyotik direnç geni taşımamalı ve enfektif endokarditis gibi hastalıklarda etken olarak görülmüş olmamalıdır (32). 2.2. Prebiyotik Olarak Kullanılan Besin Öğeleri Tip, dizi ve içerdikleri monosakkaritler (glukoz, fruktoz, ksiloz ve galaktoz) bakımından farklılık gösteren çeşitli prebiyotikler vardır. Oligosakkaritler 2-20 sakkarit uzunluğunda şekerlerdir. Bitki ve sebzelerde doğal olarak bulunan oligosakkaritler dışında bazıları polisakkarit hidrolizi veya enzimatik reaksiyon sonucu elde edilir (33,34). Tablo 1. Yaygın olarak kullanılan bazı prebiyotikler İnülin Laktüloz Dirençli nişasta Ksilo-oligosakkaritler Raftilin Pirodekstrinler Sorbitol Soyaoligosakkaritleri Frukto-oligosakkaritler (FOS) Galakto-oligosakkaritler (GOS) Laktosükroz Gluko-oligosakkaritler Oligomat Palatinoz izomalto-oligosakkaritler Gentio-oligosakkaritler 2.3. Probiyotik Olarak Kullanılan Mikroorganizmalar Probiyotik olarak kullanılan mikroorganizmaların büyük bölümü laktik asit bakterileri olup Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus, Leuconostoc, Pediococcus ve Enterococcus cinsine ait türlerdir. Bu mikroorganizmaların ortak özelliği karbonhidratları fermente ederek laktik asit oluşturmalarıdır. Bu bakteriler fermente olan veya olmayan gıdalarda mevcut olmakla beraber insan kommensal mikroflorasının da en önemli bileşenlerindendir (32). Laktik asit bakterileri dışında probiyotik olarak kullanılan diğer mikroorganizmalar ise Bacillus, Saccharomyces ve Aspergillus tur. Her iki grubun etki mekanizmaları ve antibiyotik duyarlılıkları birbirinden farklıdır (35). Sık kullanılan probiyotik mikroorganizmalar tablo 2 de özetlenmiştir.

20 Tablo 2. Probiyotik olarak kullanılan mikroorganizmalar (36) Lactobacillus türleri L. bulgaricus, L. cellebiosis, L. delbrueckii, L. lactis, L. acidophilus, L. reuteri, L. brevis, L. casei, L. curvatus, L. fermentum, L. plantarum, L. johnsonii, L. rhamnosus, L. helveticus, L. salivarus, L. gasseri, L. crispatus Bifidobacterium türleri B. adolescentis, B. bifidum, B. breve, B. infantis, B. longum, B. thermophilum Bacillus türleri B. suptilis, B. pumilus, B. lentus, B. licheniformis, B. coagulans, B. cereus Pediococcus türleri P. cerevisiae, P. acidilactici, P. pentosaceus, Streptococcus türleri S. cremoris, S. thermophilus, S. intermedius, S. lactis, S. diacetilactis Bacteriodes türleri B. capillus, B. suis, B. ruminicola, B. amylophilus Propionibacterium türleri P. shermanii, P. freudenreichi Leuconostoc türleri L. mesenteroides Küfler Aspergillus niger, Aspergillus oryzae Mantarlar Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces boulardii, Candida torulopsis 2.3.1. Lactobacillus Türleri Lactobacillus cinsi bakteriler düz, bazen kıvrık ve zincir oluşturabilen, küçük çomak şeklinde de görülebilen Gr (+), spor oluşturmayan ve katalaz (-) bakterilerdir (37,38). Bu soydaki bakteriler 2-53 C de (optimum 30-40 C) gelişmektedirler, hafif asidik ortamda hızlı çoğalarak Streptococcus lardan daha çok asit oluştururlar. % 1-3 oranında laktik asit oluşturarak ph yı 3.2-3.5 e kadar düşürmektedirler. Proteolitik aktiviteleri de yüksektir. Oksijeni kullanma özelliğine göre mikroaerofilik ya da anaerob olup %5 CO 2 li ortamda gelişme gösterebilirler. Genellikle katalaz ve oksidaz negatif olarak bilinmektedirler (37). Lactobacillus türleri, bitki, toprak, süt ürünleri ve bağırsak florasında bulunur. Ayrıca genitoüriner sistem ve özellikle vajina florası, ağız boşluğu ve farinks florasında da bulunurlar (37,38). Fermente et, süt ve sebze ürünlerinin üretiminde rol oynamaktadırlar (37).

21 En sık kullanılan türleri L. acidophilus, L. catenaferme, L. fermentum, L. jensenii ve L. minutus dur (38). Şekil 1. Lactobacillus acidophilus Şekil 2. Lactobacillus fermentum Günümüze kadar laktobasillerin klasik divizyonunda fermentatif özellikleri dikkate alınarak; obligat homofermentatifler, fakültatif heterofermentatifler ve obligat heterofermentatifler olmak üzere bir bölünme yapılmıştır. Grup 1 ve 2 deki bakterilerin çoğu ile grup 3 deki bazı bakteriler fermente gıdalarda kullanılmış, fakat grup 3 genelde gıda bozulmaları ile ilişkilendirilmiştir (37). 1980 li yıllardan sonra gerçekleştirilen filogenetik çalışmalarda Lactobacillus soyunda önemli değişikler gerçekleştirilmiştir. Buna göre; laktobasiller tam fermentatiftir (homo

22 ve hetero) ve kompleks besin ortamlarına ihtiyaç duyarlar. Oldukça farklı çevrelerde ürer ve bulunur. Asidürik ve asidofilik özellik gösterirler. Fermentatif karbonhidratların bulunduğu gıdalarda ph yı 4 düzeylerine kadar düşürebilirler. ph 7.2 ye kadar üreyebilirler. Laktobasiller, değişik çeşitte peynirler, fermente bitkisel ürünler, fermente etler, şarap ve bira üretimi, ekşi hamur ve silajda starter kültür olarak kullanılırlar (37). Tablo 3. Laktik asit bakterilerinin fenotip özelliklerine göre sınıflandırılması (37). Grup 1 Obligat homofermentatif Lb. Acidophilus Lb. delbrueckii subsp bulgaracus Lb. delbrueckii subsp delbrueckii Lb. delbrueckii subsp lactis Lb. helveticus Lb. kohnsonii Lb. kefiranofaciens Lb. kefiragonum Lb. mali Grup2 Fakültatif heterofermentatif Lb. acetotolerans Lb. alimnetarius Lb. bifermentos Lb. curvatus Lb. homohiochii Lb. paracasei subsp paracasei Lb. plantarum Lb. pentosus Lb. sake Grup 3 Obligat heterofermentatif Lb. brevis Lb. buchnerii Lb. fermentum Lb. hilgardii Lb. parabuchnerii Lb. parakefir Lb. sanfrancisco Lb. reuteri Lb. vaccinostercus Grup 1 de bulunan Lb. acidophilus ilk defa 1990 yılında dışkıdan izole edilerek bu isim verilmiştir. Probiyotikleri temsil eden bu önemli bakteri asidofiluslu süt üretiminde kullanılır (37). 2.3.2. Bifidobacterium Türleri Bifidobacterium cinsi bakteriler pleomorfik dallanan çomak şeklinde bakterilerdir. Dallanan, filamansı görünen Actinomyces ve Propionibacterium cinslerinden daha kalın çomaklardır. Hareketsiz ve birçok türü zorunlu anaeroptur. 20-45 C de ürerler. Optimum üreme ısıları 38 C dir (37,38).

23 Bifidobacterium cinsi bakteriler asidofiliktir. Düşük ph da daha iyi ürerler. Fakat ısıya dayanıksızdır. 60 C de 5 dakikada ölürler. Çeşitli karbonhidratları asetik ve laktik asit oluşturarak fermente ederler, fakat CO2 oluşturmazlar. Proteolitik değildirler (38). Bifidobakteriler proteinin anne sütünden emilmesini artırabilen fosfotaz aktivitesi sergilerler. Bazı bifidobakteri türleri B1, B9, ve B12 vitaminlerini üretirler ve bu vitaminlerin üretilmesi fermente süt ürünlerinin besleyici özelliklerini artırır (39). İn vitro koşullarda, bifidobakterler Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella typhi, Shigella dysenteriae, Candida albicans gibi belirli organizmalara karşı antibakteriyel etkinlik göstermiştir (39). Bifidobakterilerin kanıtlanmış antibakteriyel etkinlikleri, laktik asit, asetik asit, bakteriyosinler gibi maddeleri üretmelerine bağlıdır. Bu asitler bağırsak ortamındaki ph ı düşürerek mikroorganizmaların çoğalmasını engeller (40). Bu cinsteki en önemli tür Bifidobacterium bifidum dur. Bu bakteri ilk kez 1900 lü yıllarda Tisier tarafından yeni doğan dışkısından izole edilmiş ve o yıllarda Bacillus bifidus olarak isimlendirilmştir (38). Şekil 3. Bifidobacterium bifidum Bu cinsteki diğer önemli tür Bifidobacterium dentium dur (38). Baylor Tıp Fakültesi ve Teksas Çocuk Hastanesi nde yapılan bir çalışmada bu mikroorganizmanın Crohn hastalığı gibi inflamatuar bağırsak hastalıklarından koruyucu ve tedavi edici bir nörotransmitteri (GABA) ürettiği belirlenmiştir (41). Diğer türler ise insan için patojen değildir (38).

24 2.3.3. Streptococcus Türleri Gr (+), küresel veya oval, genellikle hareketsiz ve fakültatif anaerobik, bazen gelişimleri için karbondiokside ihtiyaç duyan, bazen de anaerobik ortamda gelişebilen ve katalaz (-) mikroorganizmalardır. Optimum üreme sıcaklıkları 37ºC dir. Streptococcus soyu morfolojik, serolojik, fizyolojik ve biyokimyasal özelliklerine göre S. pneumonia, S. pyogenes ve S. agalactia gibi patojen mikroorganizmaları; S. faecalis, S. faecium gibi intestinal bakterileri ve S. cremoris ve S. lactis gibi starter bakterileri içermekteydi. 16S rrna üzerine yapılan gen dizinlerinin tespit edilmesi ile streptokoklar genetik olarak farklı üç gruba ayrılmıştır. Bunlar, S. sensu stricto, Enterococcus ve Lactococcus dur. Streptococcus soyu içerisinde kalan türler patojenik ve oral streptokokları içermektedir. S. thermophilus yoğurt ve peynir yapımında starter kültür olarak kullanıldığı için bu soyda diğerlerinden hariç tutulabilir. S. thermophilus un taksonomisi hala tartışmalı olmakla birlikte gıdalarda starter kültür olarak kullanılmaktadır (37). 2.3.3.1. Lactococci Türleri Lactococcus soyu oldukça fazla ve çok yaygın bilinmeyen türler içermektedir: Sığır mastitisinde rol oynayan Lc. garvieae, somon balıklarında bulunan Lc. piscium, dondurulmuş bezelyede Lc. plantarum ve çiğ sütte Lc. raffinolactis ve Lc. lactis in alt türleri ekonomik öneme sahiptirler. Sitratı kullanarak diasetil üreten S. diacetylactis, Lc. lactis subsp. diactylactis olarak sınıflandırılmıştır. Sitrat kullanımı bu bakterilerde stabil bir durum olmadığı için bu bakteri, fermente süt ürünlerinde çok yaygın bir kullanımı olan Lc. lactis subsp. lactis ve Lc. lactis subsp. cremoris in bir varyetesi olarak klasifiye edilmiştir. Lactococcus lactis in varyeteleri lanti-biotic, nisin gibi önemli bakteriosinleri üretirler (37).

25 Şekil 4. L. lactis subsp. lactis Şekil 5. L. lactis subsp. cremoris 2.3.3.2. Enterococci Türleri 10 45ºC sıcaklık aralığında, ph 9,6 da, % 6,5 NaCl de üreyebilirler. Katalaz (-) özellik yansıtmalarına rağmen bazı türleri yalancı katalaz aktivitesi verebilir. Fakültatif anaerop bakterlerdir. Enterococcus soyu ilk defa 1899 yılında Thiercelin tarafından, intestinal orjinli olduğu için, enterekok olarak tanımlanmıştır. Andrewes ve Horder 1906 yılında endokarditisli bir hastadan izole edilen bu bakteri için S. faecalis adını kullanmıştır.

26 Enterococci, özellikle de Enterococcus faecalis endokarditis, üriner sistem ve hastane enfeksiyonlarında yer almasına rağmen E. faecium enterokokal enfeksiyonların yalnızca % 20 sinde, her ikisi de abdomen ve pelvisin miks enfeksiyonlarından bildirilmiştir. Enterokokların gıda ve halk sağlığı mikrobiyologları tarafından kabul edilen önemleri; gıda güvenliği açısından indikatör olarak kullanılmaları ve muhtemel gıda kaynaklı hastalıklarda yer almasından kaynaklanmaktadır (37). Enterokoklar aynı zamanda bazı gıdalarda starter kültür olarak kullanılırlar. Ticari probiyotik olarak kullanılmaları da mevcuttur. E. faecium Kuzey Avrupa da üretilen bazı peynirlerin fermentasyonuyla ilişkilidir (37). Şekil 6. Enterococcus faecium Şekil 7. Enterococcus faecalis

27 2.3.4. Carnobacterium Türleri Bu soy 1987 yılında Collins ve arkadaşları tarafından önerilmiştir. Thorney, soğukta muhafaza edilen kanatlı etlerinde Gram (+), katalaz (-), spor oluşturmayan bakterileri tespit etmiştir. Benzer grup bakteriler vakum paketlenmiş soğuk depodaki etlerden tespit edilmiş ve asit oluşturmayan laktobasiller olarak tanımlanmıştır. Asit oluşturmayan bu bakterilerin iki grubu Lb. divergens ve Lb. carnis yeni tür olarak önerilmiştir (37). Yapılan filogenetik çalışmalarda Carnobacterium soyu önerilmiştir. Carnobacteria, Lactobacilluslar la birlikte izole edilse de filogenetik olarak Enterococcus ve Vagococcus a daha yakın olarak bulunmuştur. Carnobacteria nın kırmızı et, kanatlı eti ve balık eti dışında diğer gıdalarda nadir de olsa varlığı bildirilmiştir. C. piscicola ve C. divergens in küfle olgunlaştırılan peynirlerde dominant mikroflora olduğu saptanmıştır (37). 2.3.5. Pediococcus Türleri Laktik asit bakteri soyları içinde mikroskop altında tetrat morfoloji gösteren gruptur. Optimum gelişme sıcaklıkları 35ºC dir. 50ºC de gelişen türleri de (örn., P. acidilactici) bulunmaktadır. Homofermentatif gruba dahildirler. Katalaz negatiftirler. Pastörizasyon işlemi neticesinde varlıklarını sürdürebilmektedirler. Alkollü içeceklerde bozulmalara sebep olurlar. Fermente gıdalar (örn., turşu, şarap) ve sebzelerde sıklıkla bulunurlar. Pediokoklar morfolojik benzerlik, yalancı katalaz üretimi ve tuz toleransı bakımından mikrokoklarla çok benzeştiğinden karışıklığa yol açmaktadır. Bira ve bitkilerde bulunan pediokoklar önceleri tek tür P. cerevisia olarak belirtilmiştir. Fakat izolatlar üzerinde yapılan çalışmalar, biradakinin P. damnosus, bitkilerden elde edilenin ise P. pentosaceus olduğunu ortaya koymuştur. P. cerevisia, P. acidilactici olarak yeniden klasifiye edilmiştir. P. halophilus ise Tetragenococcus olarak isimlendirilen yeni bir soya ilave edilmiştir (37).

28 Şekil 8. Pediococcus acidilactici Şekil 9. Pediococcus pentosaceus 2.3.6. Saccharomyces Türleri Bu cinsin üyeleri gıda endüstrisinde çok önemlidir. Saccharomyces cerevisiae ekmek, bira ve şarap yapımında; S. bayanus şarap yapımında; S. boulardii ilaç yapımında kullanılmaktadır (38). Doğada başta üzüm olmak üzere meyve ve sebzeler üzerinde çok yaygındır. Şekeri fermente ederek alkol ve CO 2 oluştururlar (38). Kolonileri 3 günde 25-30 C de hızla çoğalırlar. Sabouraud s dextrose agar en uygun besi yeridir. Siklohekzimid içeren besi yerinde üremezler (38).

29 Multilateral tomurcuklanma gösterirler. Yuvarlak, oval, uzun hücreler şeklindedir. Kısa yalancı hifler görülebilir. Askospor oluşturarak eşeyli ürerler. Askospor oluşumu besinden yoksun ortamlarda S. cerevisiae nin oluşturduğu yanıttır. Tek bir diploid hücre 1-4 arası strese dirençli haploid spor oluşturur (38). Şekil 10. Saccharomyces cerevisiae Şekil 11. Saccharomyces boulardii Askosporlar aside dayanıklı oldukları için klasik olarak Kinyoun un aside dirençli boyasıyla ya da Erlich Ziehl Neelsen boyasıyla boyanabilirler (38).

30 Nitrat kullanamamaları ve karbonhidratları fermente edebilmeleri Saccharomyces lerin tipik özellikleridir. Bunun yanında rafinozu asimile etmeleri de diğer bir önemli özellikleridir. Çünkü klinik laboratuarda rastlanan mayalardan ancak birkaçı bu karbon kaynağını kullanır (38). Klinik laboratuarda en sık izole edilen tür S. cerevisiae dır. Genellikle patojen değillerdir, ancak günümüzde artık fırsatçı mantarlar olarak kabul edilmektedirler (38). 2.4. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Etki Mekanizmaları Prebiyotikler etkilerini intestinal florada bulunan bir tür veya sınırlı sayıdaki birkaç tür mikroorganizmanın çoğalmasını ve/veya aktivitesini seçici olarak aktive ederek gösterirler. Kolona değişikliğe uğramadan ulaşan prebiyotikler bakteriler tarafından hidrolize edilir. Fermentasyon işlemi sonunda kısa zincirli yağ asitleri, organik asitler ve kısa zincirli karboksil asitler ortaya çıkar (Şekil 12). Kısa zincirli yağ asitlerinin sağlığımız açısından çeşitli yararlı etkileri vardır (15): Şekil 12. İnsan kolon florası tarafından fermentasyon (15).

31 Bağırsak ph sını düşürür, bu ortamda mineral, özellikle de kalsiyum emilimi daha iyi olur. Bu da osteoporoz riskini azaltarak olumlu etki gösterir (34,42). Mikroflorayı ve kolonik ph ı değiştirerek NH 3 üretimini inhibe ettiği gibi emilimini de azaltırlar. Asit ortamda yararlı mikroorganizmalar çoğalabilirken, patojen mikroorganizmalar çoğalamaz (5,34,42). Bifibacterium, Lactobacillus ve Eubacterium türlerinin yani probiyotik bakterilerin stimülasyonunu sağlarlar. Patojen bakterilerin (Clostridium ve Bacteroides) inhibisyonunu sağlarlar. Sindirilemediklerinden besin değerleri azdır ve glisemik değillerdir. Bu yüzden diyabetliler tarafından da kullanılabilirler (43). Kısa zincirli yağ asitlerinin her birinin (propiyonat, asetat ve bütirat) ayrı işlevleri vardır. Propiyonik asit, hepatik yağ asidi sentezini inhibe ederek serum LDL düzeylerini düşürür. Asetat kuvvetli bir asit olduğundan bağırsak ph sını düşürür. Bütirat ise kolon hücrelerinin yakıtıdır, kanserli hücrelerin çoğalmasını baskılayarak kolon karsinogenezini etkiler (5,34,42).

32 Şekil 13. Oligosakkaritlerin bağırsak bakterileritarafından fermentasyonu sonucu ortaya çıkan kısa zincirli yağ asitleri ve bunların insan sağlığı üzerindeki olumlu etkileri (15). İnülin ve oligofruktozun lif etkisi de vardır. Kolonda sıvı hacmini arttırır, dışkı kitle ve ağırlığında artış olur. Kolon kanseri gelişme riski ile dışkı ağırlığı arasında ters bir ilişki olduğundan bu etkinin yararlı sonuçları vardır (42). Probiyotikler, konak canlıyı patojenlere karşı koruyarak ve immün sistemini güçlendirerek etki gösterirler (23). Probiyotikler yararlı etkilerini çeşitli mekanizmalar üzerinden gösterirler:

33 -Zararlı bakterilerle yarışmalı olarak bakteriyel tutunmayı azaltırlar (44). -Patojenlerin gelişimini önleyen bakteri ürünlerinin (bakteriyosin) salınımını arttırırlar (45). -Bütirat üretimini arttırırlar (46). -Antioksidan etkileri mevcuttur (47). -Mukus ve IgA üretimini arttırabilirler (48). -Antijen yükünü azaltacak makromoleküler indirgenmesini sağlarlar (49). -İmmün hücre proliferasyonunu baskılarlar (50). - Epitelyal hücre nükleer faktör kappa B (NFκB) yı aktive ederler (51). - Epiteyal apoptozu düzenlerler (52). - Epitelyal bariyerin devamlılığını sağlar (53). - İmmün fonksiyonu modüle ederler (54). - Bakteriyel translokasyonu azaltırlar (55).

34 Şekil 14. Prebiyotik ve probiyotiklerin sindirim sistemi üzerine etkileri (56). Fonksiyonel gıdalarla alınan probiyotik ve prebiyotiklerin sindirim sistemindeki fonksiyonları (56): a) Probiyotik ve prebiyotikler, barsakta Clostridium sp., Salmonella sp. ve mide mukozasındaki Helicobacter pylori gibi çeşitli patojen bakterilerin gelişimini engeller. b) Gıdaların tamamen hazmedilmesine katkıda bulunur. c) Gıdaların emilimini kolaylaştırır ve mide ile bağırsaktaki beslenmeyi engelleyen faktörler ortamdan uzaklaştırılır. d) Probiyotik ve prebiyotikler bağırsak epitelinin bariyer özelliklerini düzenler. e) Vitamin ve minerallerin emilimini kolaylaştırır. f) Probiyotik ve prebiyotikler sindirim sisteminin mikroflorasını düzenler. g) Sindirilemeyen oligosakkaritler ve diğer bileşenler probiyotik mikrofloranın gelişimini sağlarlar.

35 2.4.1. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Antibakteriyel Mekanizması Kolona değişikliğe uğramadan ulaşan prebiyotikler, bakteriler tarafından hidrolize edilir. Hidroliz işlemi özellikle bifidobakteriler tarafından gerçekleştirilir. Fermentasyon işlemi sonunda kısa zincirli yağ asitleri (KZYA) ve kısa zincirli karboksil asitler ortaya çıkar. Oluşan bu kısa zincirli yağ asitlerinden ve kısa zincirli karboksilik asitlerden dolayı ph düşmekte ve ortam aside dirençli olan yararlı bakteriler için (Lactobacillus, Bifidobacteria, Eubacteria) uygun hale gelmektedir. Bu durum potansiyel patojenik olan bakteriler (Clostridium vs) için uygun olmadığından baskılanırlar (16,34,42). Probiyotik suşlar ürettikleri hidrojen peroksit, organik asit, bakteriosin gibi etken maddeler sayesinde antibakteriyal özellik gösterirler (57). İn vitro olarak yapılan çalışmaların sonuçlarına göre; Laktobasillerin birçoğu asetik asit ve laktik asit gibi metabolitlerinden ve ph i düşürmelerinden dolayı bakteriyel patojenlerin çoğalmasını engeller. Bazı laktobasiller (Lactobacillus lactis, Lactobacillus casei Shirota ya da Lactobacillus acidophilus YIT 0070 suşları) hidrojen peroksit üreterek, Escherichia coli 0157:H7 çoğalmasını sınırlandırmışlardır (58). L. Casei subsp. Rhamnosus Lcr35 suşunun süpernatantı dokuz insan patojeni bakterinin (enterotoksijenik E.coli ETEC-, enteropatojenik E. Coli EPEC-, Klebsiella pneumoniae, Shigella flexneri, Salmonella typhimirium, Enterobacter cloacae, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis ve Clostridium difficile) üremesini inhibe etmiştir (59). İnsan sindirim sisteminden izole edilen Lactobasillus suşlarının gastrointestinal sistem enfeksiyonlarına neden olduğu bilinen dört patojenin (H. pylori, Campylobacter jejuni, Campylobacter coli ve C. difficile) üremesini sınırlandırdığı saptanmıştır (60). L. Casei GG, in vitro olarak gram pozitif ve gram negatif bakterilerin çoğuna karşı mikrosin adı verilen hücre dışı inhibitör madde üretir (61). Ancak, bu bileşiklerin sağlık üzerine etkide, anahtar rol oynadığını gösteren her hangi bir sonuç in vivo olarak belirtilmemiştir (62). 2.4.2. Prebiyotikler ve Probiyotiklerin Adezyon Mekanizması Prebiyotikler patojen mikroorganizmaların gastrointestinal kanalda tutunarak çoğalmasını, probiyotiklerin etkinliğini arttırarak dolaylı yoldan engellerler.

36 Probiyotiklerin patojen mikroorganizmalara karşı intestinal sistemde bir bariyer oluşturarak, epitel hücrelere bu mikroorganizmaların bağlanma derecesini azalttığı düşünülür. Laktik asit bakterilerinin intestinal epitel hücrelerle adezyonunu sağlayan çeşitli yüzey determinantları vardır. Laktik asit bakterilerinin mikrobiyal adezyonu; pasif kuvvetler, elektrostatik ilişkiler, hidrofobik, sterik kuvvetlerle ve lipoteikoik asit, lektinlerle kaplı özgün yapılarla ilişkilidir (63). Toksin ve patojenlerin bağlanmasının engellenmesi, musin gibi konak faktörlerin uyarımı ya da reseptörlere kompetetif bağlanma hipotezinin öne sürülmesine karşın, inhibisyon mekanizması henüz tam olarak açıklık kazanmamıştır (62). 2.4.3. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Antiapopitotik Etkisi Deney hayvanlarında laktülozun dimetilhidrazin ile oluşturulan kanseri önlediğini gösteren veriler vardır. Japon bilim adamlarının Bifidobacterium un kanser gelişimini önlemedeki etkisini gösteren birçok çalışması vardır. Bu çalışmalarda Bifidobacteria nın çok sayıda spesifik- non spesifik antitümor ve immünolojik faktörün oluşmasında rolü olduğu bildirilmiştir. Bifidobakterilerin çoğu laktülozu çok iyi metabolize edebilmektedir, bu nedenle bu yararlı faktörlerin Bifidobacteria tarafından üretilmesi ve antiapipotik etki elde etmek için laktüloz prebiyotik olarak kullanılabileceği bildirilmiştir (15). Yoğun probiyotik içeriği olan kefirin ratlarda radyasyonla indüklenen apopitozise karşı koruyucu etkisi saptanmıştır. Matsuu M. ve ark. (2003), kolonda X-ışını ile indüklenen apopitozis üzerine kefirin koruyucu etkisini araştırdıkları çalışmada, radyasyon verilmeden önce 12 gün fermente süt kefiri verilen ratlarla kontrol grubunu karşılaştırdıklarında, kefir verilen ratlarda apopitotik indeksin ve aktifkaspaz-3 (Cas3) ekspresyonunun önemli oranda azaldığını göstermişlerdir (64). Bu etki en belirgin olarak kriptlerde stem hücrelerinin olduğu bölgede izlenmiştir. Kefirin antiapopitotik etkisi Cas3 aktivasyonunun inhibe olmasına bağlanmıştır. Yine insan melanoma hücrelerinde ultraviole ile indüklenen apopitozise karşı kefirin koruyucu bir etkisi olduğu bildirilmiştir (65). Fermente süt ürünlerinin pelvik malignansilerde radyasyon tedavisinden sonra ortaya çıkan kronik barsak rahatsızlıklarını azalttığı saptanmıştır (66).

37 2.4.4. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Antioksidan Etkisi Prebiyotiklerin ispatlanmış bir antioksidan etkisi olmamasına rağmen probiyotiklerin etkinliğini arttırdıklarından dolayı böyle bir etkilerinin olduğu söylenebilir. Kefirin antioksidan etkisi çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir. Güven A. ve ark. (2003), farelerde karbon tetraklorür (CCl 4 ) ile indüklenen oksidatif hasarda kefirin glutatyon (GSH) ve glutatyon peroksidaz (GSH-Px) seviyelerini arttırarak, lipit peroksidasyonunu ise azaltarak E vitamininden daha fazla koruyucu etki gösterdiğini saptamışlardır (67). Farelerde probiyotiklerle yapılmış bir çalışmada probiyotiklerin D-galaktozamin ile oluşturulmuş karaciğer hasarında hepatosit hasarını, inflamasyonu ve proinflamatuvar sitokinleri azalttığı ve antioksidan aktiviteyi arttırdığı saptanmıştır (68). Yine başka bir çalışmada probiyotiklerin karaciğerdeki iskemi reperfüzyon hasarından süperoksit dismutazı (SOD) artırarak koruyucu etki gösterdikleri saptanmıştır (69). Kefirle yapılmış bir çalışmada azoksimetan verilerek kolonik kriptlerde anormal formasyon oluşturulan ratlarda kefirin GSH, nitrik oksit gibi antioksidanları arttırdığı saptanmış ve kefirin antioksidan rol oynadığı belirtilmiştir (70). Şekil 15. Probiyotiklerin etki mekanizmaları (16)

38 2.4.5. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin İmmünite Üzerine Etkileri Prebiyotiklerin immünolojik etkileri probiyotikler üzerinden dolaylı yolladır (71). Prebiyotiklerden laktülozun direkt immünolojik etkisi olduğu öne sürülmektedir. Laktüloz oral olarak alındıktan sonra kendisini hidrolize edecek enzim ne üst gastrointestinal sistemde ne de ince bağırsaklarda vardır. Bu nedenle absorbe olmadan kolona geçer. Fakat yapılan çalışmalar göstermiştir ki çok az da olsa laktüloz absorbe olarak (% 0.25-2) karaciğer yoluyla sistemik dolaşıma geçmektedir. Sistemik dolaşıma geçen az miktardaki (~30µg/ml) laktüloz immünolojik reaksiyon için yeterlidir. Laktüloz intravenöz olarak ya da in vitro kullanıldığı zamanda spesifik immünolojik etki göstermektedir. Hayvanlarda galaktozamin ile husule getirilen karaciğer nekrozu ve inflamatuvar reaksiyonlar intravenöz laktüloz verilmesi ile önlenebilmektedir. Laktüloz endotoksinlerin indüklediği monosit orijinli tümör nekrosis faktör üretimini anlamlı şekilde azaltmaktadır. Bu konudaki araştırmalar devam etmektedir (15). İn vivo ve in vitro çalışmalar, probiyotiklerin immün cevabı düzenleyebileceğini göstermiştir, fakat altta yatan mekanizma tam olarak bilinmemektedir (72). Elde edilen veriler probiyotik bakterilerin immün sistemi endojen konak savunma mekanizmalarını harekete geçirerek modüle ettiğini düşündürmektedir (73). Probiyotikler natural killer (NK) hücre aktivitesini artırarak non-spesifik konakçı yanıtlarını modüle ederler (74). Sıçanlarda yaşlanmaya bağlı olarak ortaya çıkan sitokin üretimindeki azalmayı probiyotikler tersine çevirmiştir (75). Probiyotiklerle ilişkili olarak immün sistemde meydana gelen değişiklikler; mukus üretiminin indüksiyonu, laktobasillerin sinyalizasyonu yoluyla makrofaj aktivasyonu, sekretuvar IgA ve nötrofillerde artma, inflamatuar sitokin salınımının inhibisyonu, periferal Ig düzeylerinin artışıdır (76). Probiyotikler dentrik hücrelerde yüzey fenotipini değiştirerek sitokin salınımına neden olur (77). Bununla beraber bu etkilerin lokalize mi sistemik mi olduğu net değildir. Bu etkilerin hastalarla sağlıklı insanlar arasında farklı olup olmadığı, ya da tüm probiyotiklerin böyle etkileri olup olmadığı halen bilinmemektedir. Sağlıklı bireylerde probiyotiklerin immün sistem üzerine gösterdiği regülatör etki, hastalarda görülmeyebilir. Örneğin sağlıklı bireyde probiyotikler fagositoz üzerinde stimulatör etki göstermesine rağmen, alerjisi olan bireylerde fagositozda down regülasyona neden olur (78).

39 Probiyotiklerin immün sistem üzerindeki etkilerinin daha iyi anlaşılması için bu konuda daha fazla in vitro ve in vivo çalışmanın yapılması gerekmektedir. 2.4.6. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin Hipolipidemik Etki Mekanizması Kolesterol tüm vücut dokuları için temel bir yapı taşı olduğu halde, kandaki kolesterol seviyesinin yüksek olması, koroner kalp hastalığının en önemli risk faktörlerinden biridir. Kan kolesterol seviyelerini düşürmek için uygulanan en son tedavi yöntemleri arasında diyet uygulaması, düzenli egzersiz ve ilaç tedavisi yer almaktadır. Tedavide kullanılan ilaçlar ile yüksek kolesterol seviyelerini etkili bir şekilde düşürmek mümkündür. Ancak bu ilaçlar pahalı olmalarının yanı sıra bir takım yan etkilere de sahiplerdir. Son yıllarda, kandaki yüksek kolesterol seviyelerinin düşürülmesinde yeni yaklaşımlar söz konusudur. Bu uygulamalar arasında, prebiyotik ve probiyotiklerin kullanımı da önemli bir yere sahiptir (39,79). 4 Haftalık laktüloz alımını takiben kolesterol % 17 oranında düşmüştür. Laktüloz + lignin, safranın litojenik indeksini ve serum kolesterol seviyesini yalnız ligninden belirgin şekilde daha fazla düşürmüştür. Daha sonra yapılan çalışmalarda laktülozun safranın litojenik aktivitesini anlamlı şekilde düşürdüğü bu nedenle kolesterol taşlarının oluşumunu önlemek için kullanılabileceği bildirilmiştir. Bugüne kadar bu konu üzerinde birçok in vitro ve in vivo çalışma yapılmış ve özellikle belirli Lactobacillus veya Bifidobacterium türlerini içeren probiyotik ürünlerin kandaki yüksek kolesterol seviyelerini azalttığı gösterilmiştir. Safra tuzları varlığında, kolesterolü asimile edebilme yeteneğine sahip olduğunu kanıtlanmıştır (79). 2.5. Prebiyotiklerin ve Probiyotiklerin İnsan Sağlığı İçin Kullanım Alanları 2.5.1. Karaciğer Hastalıkları 2.5.1.1. Hepatik Ensefalopati Hepatik Ensefalopati, son evre karaciğer sirozu ve fulminan karaciğer yetmezliğinin önemli bir komplikasyonudur. Bu kompleks sendrom hepatik yetersizlik nedeniyle merkezi sinir sisteminin fonksiyonundaki bir bozukluk olarak tanımlanmaktadır (80).

40 Ensefalopati akut ve kronik karaciğer rahatsızlığı olan hasta gruplarının her ikisinde de görülebilmektedir. Hastalık klinik olarak kendini açıkça gösterebildiği gibi bazı durumlarda semptomları daha az gözlenebilmektedir. Minimal Ensefalopati ise beyin fonksiyonlarında klinik olarak bozukluk olmayan fakat sağlıklı insanlarla karşılaştırıldığında fizikometrik testlerde belirgin bir şekilde daha kötü perfromans gösteren kronik karaciğer rahatsızlığına sahip hastaları tanımlayan bir terimdir (80,265). Prebiyotik ve probiyotiklerin Hepatik Ensefalopati tedavisindeki etki mekanizmasını anlayabilmek için öncelikle hastalığın patogenezi hakkında bilgi vermek faydalı olacaktır: Üreyi amonyak ve karbondiokside hidrolize eden üreaz, bakteriyel lümen metabolizmasında kritik öneme sahip bir enzimdir. Enterobacteria, Streptococci, Clostridia ve Eubacteria gibi bağırsak bakterileri üreaz enzimi üretirler. Günlük olarak üretilen toplam ürenin yaklaşık % 20-25 i bu yolla hidrolize edilir. Üreaz aktivitesinin artışı amonyak üretimi ve lümen ph sının artışıyla sonuçlanmaktadır. Amonyak oluşumunun artışı ve ph nın yükselmesi portal kana amonyak absorbsiyonunu hızlandırmakta, ph nın düşüşü ise absorbsiyonu azaltmaktadır (80). Bağırsakta oluşan amonyak bu sayede portal kan sistemi yoluyla karaciğere geçer. Amonyak burada ya esansiyel olmayan amino asitlere dönüştürülür ya da ürenin yeniden sentezlenmesiyle detoksifiye edilir. Hastalıklı ve özellikle de sirozlu karaciğer bu fonksiyonu yerine getiremediği için amonyak sistemik dolaşıma girer ve bu durum kanda yüksek konsantrasyonda amonyak birikimi ve zehirlenmeyle sonuçlanır (80). Bu durum da merkezi sinir sisteminin düzensizliğine ve dolayısıyla hafif zihinsel bozukluklardan komaya kadar değişen problemlere yol açabilir. Aynı zamanda bu durum portal sistemik Esefalopati nin de bir semptomudur (80). Yapılan çalışmalar amonyak ile Hepatik Ensefalopati arasındaki ilişkiyi göstermektedir (15): Hepatik Ensefalopati li olguların % 90 nında kan amonyak seviyesi yüksektir. Amonyak seviyesinin düşmesi ile semptomlarda düzelme görülür.