最近几年,“后生元”概念越来越火,学术层面上,以“后生元”名称来进行研究的文章也逐年增加。2020年中国食品科技协会将后生元作为“益生菌科学研究”十大热点之一。最近小编采访了2022年中国食品科技协会荣获科技创新奖项目“基于复合微生物发酵技术的细胞营养素”的上海江瀚健康科技马正驰博士,让我们全面了解下KB120是怎样的后生元产品。
嘉宾介绍:马正驰博士
马正驰博士,微生物工程行业资深专家,毕业于上海复旦生命科学院,主要从事微生物工程技术和微生物应用技术的研究。主持承担了863计划、国家重点科技攻关计划、科技部农转项目、星火计划等十余项国家项目。获得上海市科技进步二等奖两次,三等奖三次。获得上海人才发展资金资助并连续两次当选上海市领军人才。作为主要发明人申请发明专利30余项。发表论文十余篇。
观点一:益生菌的健康机制最重要来自其代谢产物,健康有益,不只是活菌
小编:
2019年,国际益生菌和益生元科学协会(ISAPP)召集了专家小组,对后生元的定义和范围进行了审议,并以共识声明的形式于2021年在Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology杂志上发表了“后生元(postbiotic)的共识声明”,知名期刊杂志曾发表文章说后生元将成为明日之星。
马正驰博士
后生元这个概念的提出到定义前后还不到十年,因此有不少人对它并不了解。现在很多认为后生元是灭活的,是死菌,其实后生元有着非常突出的功能和作用,简单一点来说,那就是益生菌的“碎片”成分与代谢物被统称为“后生元”,它既可以是人体免疫力调节的信物,又可以是直接对人体有益的营养物质。
关于理解后生元有三点特别重要:
1、自然死亡的微生物不属于后生元,后生元是人为灭活的微生物细胞;自然死亡的微生物和人为灭活是不同的,微生物自溶消亡或因功能失调而死亡的,都属于老弱病残了;而人为灭活的技术手段则可以有效的保留微生物原有的一些结构和功能,使其能继续的发挥作用。下图对比了活的(a)和灭活后的(b)鼠李糖乳杆菌的电子显微照片,可见总体生物量和形态结构变化不大。
2、纯化的微生物代谢物(SCFA、疫苗)不是后生元;后生元是一个多组分的产品,而决非单一组分。纯化就意味着我们必须要找到一种主要物质并将其从这个混合物里面分离出来。这也告诉我们该如何去看待后生元,后生元的多组分的综合作用是最应该被关注的,而不是去寻找一种单一组分并去放大其作用。
3、后生元作用靶点不限于肠道。
后生元的小分子特性,决定了它可以直接在口腔粘膜、生殖道粘膜甚至皮肤等地方被吸收利用,而不需要经过消化道的酶解转化后在肠道被吸收。所以后生元的功能作用更直接更快速更有效。
上述三个特性正是后生元区别于以往益生菌、益生元、合生元的特点:工艺选择(特定阶段的灭活处理)、多组分、小分子。
小编:
相对益生菌的蓬勃发展,后生元灭火处理的小分子和多组分的特性,的确弥补了益生菌诸多缺点,这是为什么说后生元即将开辟全新的时代?
马正驰博士
随着生物工程技术的不断发展,对益生菌和后生元的研究更加深入,国际知名肠道及神经科学专家Paul Bertrand教授曾表示,未来益生菌健康将会进入后生元时代,因为细菌代谢物是调控人体肠道健康最直接的物质。众所周知益生菌在应用上有诸多限制和稳定性的问题;并且益生菌对于储藏、运输、加工过程都有较高要求;其进入人体(主要是肠道)后,还必须要定植或增殖到一定数量后才能发挥作用,这些又受到个体条件、肠道环境等因素的影响,因此作用效果就会有很大的差异。后生元恰恰能弥补益生菌的不足,使其在应用上有着更大更广的潜力。
随着益生菌的发展,其应用要求越来越宽泛,后生元的作用机制和作用机制越发显示其独特作用:1)调节肠道菌群;2)促进肠道上皮细胞功能;3)调节免疫反应;4)调节机体代谢;5)神经传导作用。
江瀚健康的KB120研发体系恰恰在调节细胞内的氧化还原状态、补充细胞的营养和维持能量代谢正常、保护应激状态下酶的活力、维持细胞正常功能和确保信号通路的正常等方面深耕30年,拥有非常深厚的技术积累,并且已经实现产业化,我们这项细胞营养素技术在2022年中国食品协会荣获了创新技术奖,得到国家的专业认可。
观点二:KB120后生元,为何能实现靶向营养送达?
小编:
我们关注到贵公司在获奖项目中陈述到网络抗氧化后生元统和精准营养补充系统,这是如何实现,这类功效为何是可以评价的呢?
马正驰博士
我们在2022年10月的《International Journal of Molecular Sciences》的发表了最新的KB120最新的后生元论文《Microbe-Derived Antioxidants Reduce Lipopolysaccharide-Induced Inflflammatory Responses by Activating the Nrf2 Pathway to Inhibit the ROS/NLRP3/IL-1β Signaling Pathway》,中文名称为《微生物源性抗氧化剂通过激活Nrf2通路抑制ROS/NLRP3/IL-1β信号通路减少脂多糖诱导的炎症反应》。
我们知道炎症在先天免疫反应中扮演着重要的角色,但炎症的过度产生会导致先天免疫系统相关的各种慢性疾病,因此,调节过度的炎症反应一直被认为是治疗炎症性疾病的主要策略,ROS/NLRP3/IL-1β信号轴的激活被认为是炎症的一个关键启动阶段。
KB-120后生元在过往的应用中发现对于炎症的控制和调节有很好的作用,特别是一些人体的慢性疾病有着很好的效果。那究竟其影响机制是什么呢?作用通路又是什么?本研究主要就是先提出微生物源性抗氧化剂(KB-120后生元)对 脂多糖诱导的巨噬细胞活化的抑制作用的分子机制,从实验中去验证KB-120后生元是通过激活Nrf2通路以增加抗氧化基因和蛋白质,从而减少炎症和氧化应激。
当然我们要先来看KB-120后生元是不是能表现出抗炎作用。
有其一就有其二,那KB-120后生元又是通过何种通路或途径去抑制NLRP3/ IL-1β的呢?我们继续深入研究。
我们通过尝试关闭掉Nrf2这个途径,再看KB-120后生元是否还能发挥抑制炎症的作用来验证这个结论。这个试验称之为Nrf2沉默实验。
从这样的一个研究中我们可以发现,KB-120是如何去发挥作用、去影响我们细胞内的信号通路、调节我们细胞的反应的,在这样一个作用途径里面,并不是某种单一的物质组分就能实现,因为在这个过程中涉及到免疫反应、信号传递、细胞代谢等各个环节,我们需要多组分的小分子物质参与其中,这些小分子物质从何而来呢?就是从我们的多种微生物代谢产生以及微生物本身的菌体成分和内容代谢物。
小编:
我们注意到,我们是通过复合多级固液发酵技术来实现多组分小分子物质参与其中,特别是独特培养基的活性物质激活,跟传统菌体灭火的后生元物质不同,还有大量机体细胞独特的小分子营养物质,实现抗氧化和营养物质双管齐下的功效。
马正驰博士
这的确是KB120后生元产品最独特的地方,既是我们的技术优势也是我们的技术壁垒。
首先从工艺选择来说,且不谈菌种选择、组合优化、培养条件、发酵层级等,光对发酵阶段和灭活技术手段等就需要大量的研究工作。
举例来说,上图中S代表胞外代谢产物,C代表灭活后菌体,E代表胞溶物。
左边是植物乳杆菌和干酪乳杆菌不同部位的代谢产物对于不同自由基的清除能力,右边的图则是表示这些不同的代谢产物的不同抗氧化酶的活性。
可以看到,乳酸菌的代谢产物和灭活后菌体在抗氧化酶活力和清除自由基的能力上都有比较大的差异。这些研究工作帮助我们判断什么样的物质活性最高,功效最强,这进一步决定了我们获取这些物质所用的工艺。
要得到稳定、高效的菌种和菌种结构,微生物育种是基础,因此我们会做很多代谢产物的分析。在做菌种组合的时候,除了考虑菌株本身各自营养的需求和互补外,我们还要考虑这些菌株之间的产物有无互补性,以及是否产生反馈抑制和反馈阻遏等等。总之要想得到好的菌株组合不是一件简单的事情,这直接关系到后生元的多组分特性。
KB-120后生元有几百种的代谢产物和菌体成分,正是这些组分在实际应用中,能够真正发挥他们的协同作用。这种协同作用是过去益生菌过分强调化单一组分的功能所不能比拟的。
在后生元是小分子的这个特点上,KB-120后生元表现得更为卓越。权威机构的检测表明了KB-120后生元的系列产品分子量小于500道尔顿的比例都达到了90%以上。
后生元的概念很火,也有很多的人切入到这个赛道,人人都称自己的后生元产品好,似乎后生元的门槛并不高,但是要得到稳定的、有效的好的后生元产品并不容易,大家还是要擦亮自己的眼睛看清楚。
观点三:药食同源将是消费食品”功能化“的增长点
小编:
未来传统食品功能化趋势已经成为必然趋势,特别在当前全面免疫力经受考验的当下,江瀚健康的KB120功能食品将是如何发展?
马正驰博士:
后生元能快速提升肠道免疫,且耐热、耐酸、耐久存、耐加工,活性稳定不会受外在环境变化而失活。可广泛应用于各种商品:果汁、饮料、奶品、奶粉、麦片、饼干、面包、蛋糕等,大大突破了一般乳酸菌的限制。
KB120充分利用药食同源的中草药成分,通过生物赋能,实现小分子大能量。以人参后生元浓缩液为例,中草药成分在宿主体内转化为活性代谢物的过程主要是通过肠道菌群和肝脏共同作用的。人参皂苷的生物利用度较低,肠道微生物转化的代谢产物可能具有生物活性,而人参后生元产生的代谢物质人参皂苷Rb1、Rb2、Rb3等口服后,人参皂苷Rb1、Rb2和Rc被肠道微生物转化形成化合物k,然后被吸收到血液中(Qi et al., 2011)。化合物K的效价和活性均高于人参皂苷Rb1。化合物K被吸附到血液中,在肝脏中再次代谢形成硬脂基化合物K (Kim, 2018)。另一方面,人参皂苷Rb1也可以调节肠道菌群组成(Wan et al., 2017)。因此,肠道微生物产生活性代谢产物,在口服人参药理作用中起重要作用。
我们三十年的针对植物基的研究发现,通过我们微生物固液多级复合发酵技术,保留、放大101种药食同源植物中营养物质的最佳活性,并转化成可被机体细胞直接吸收利用的500道尔顿以下的小分子营养组分,营养转化率是原来的数十倍、数百倍多种中草药成分影响微生物的丰度和多样性,而微生物丰度和多样性又与中草药的疗效密切相关。