Therapeutic microbiology: characterization of Bifidobacterium strains for the treatment of enteric disorders in newborns.

Several studies support the use of probiotics for the treatment of minor gastrointestinal problems in infants. Positive effects on newborn colics have been evidenced after administration of Lactobacillus strains, whereas no studies have been reported regarding the use of bifidobacteria for this purpose. This work was therefore aimed at the characterization of Bifidobacterium strains capable of inhibiting the growth of pathogens typical of the infant gastro-intestinal tract and of coliforms isolated from colic newborns. Among the 46 Bifidobacterium strains considered, 16 showed high antimicrobial activity against potential pathogens; these strains were further characterized from a taxonomic point of view, for the presence and transferability of antibiotic resistances, for citotoxic effects and adhesion to non tumorigenic gut epithelium cell lines. Moreover, their ability to stimulate gut health by increasing the metabolic activity and the immune response of epithelial cells was also studied. The examination of all these features allowed to identify 3 B. breve strains and a B. longum subsp. longum strain as potential probiotics for the treatments of enteric disorders in newborns such as infantile colics. The formulation of a synbiotic product with an appropriate prebiotic fiber capable of supporting the growth of the selected Bifidobacterium strains was also considered in this study. In this respect the ability of the 4 selected Bifidobacterium strains to use as the sole carbon source and energy source different polisaccharide fibers was investigated The last phase of the work has been dedicated to the evaluation of the gut microbial diversity in newborns whose mothers has been subjected to antibiotic therapy a few hours before the delivery because of a Streptococcus type B infection. These newborns can represent a possible target for the probiotic strains selected in this work.

The role of bifidobacteria in newborn health and the intestinal microbial balance

Gut microbial acquisition during the early stage of life is an extremely important event since it affects the health status of the host. In this contest the healthy properties of the genus Bifidobacterium have a central function in newborns. The aim of this thesis was to explore the dynamics of the gut microbial colonization in newborns and to suggest possible strategies to maintain or restore a correct balance of gut bacterial population in infants. The first step of this work was to review the most recent studies on the use of probiotics and prebiotics in infants. Secondly, in order to prevent or treat intestinal disorders that may affect newborns, the capability of selected Bifidobacterium strains to reduce the amount of Enterobacteriaceae and against the infant pathogen Streptococcus agalactiae was evaluated in vitro. Furthermore, the ability of several commercial fibers to stimulate selectively the growth of bifidobacterial strains was checked. Finally, the gut microbial composition in the early stage of life in response to the intrapartum antibiotic prophylaxis (IAP) against group B Streptococcus was studied using q-PCR, DGGE and next generation sequencing. The results globally showed that Bifidobacterium breve B632 strain is the best candidate for the use in a synbiotic product coupled to a mixture of two selected prebiotic fibers (galactooligosaccharides and fructooligosaccharides) for gastrointestinal disorders in infants. Moreover, the early gut microbial composition was affected by IAP treatment with infants showing lower counts of Bifidobacterium spp. and Bacteroides spp. coupled to a decrement of biodiversity of bacteria, compared to control infants. These studies have shown that IAP could affect the early intestinal balance in infants and they have paved the way to the definition of new strategies alternative to antibiotic treatment to control GBS infection in pregnant women.

Desenvolvimento e avaliação de sorbets probióticos e simbióticos elaborados com polpa de Juçara (Euterpe edulis)

O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar diferentes formulações de sorbets probióticos e simbióticos a base de polpa de juçara (Euterpe edulis), de modo a combinar os efeitos benéficos à saúde dos compostos fenólicos deste fruto com os benefícios dos probióticos e prebióticos. Para isso, foram utilizados os microrganismos L. acidophilus e L. paracasei e a fibra polidextrose, além da elaboração de uma amostra controle sem tais elementos para efeito de comparação. Primeiramente, a polpa de juçara pasteurizada utilizada na produção dos sorbets foi avaliada de acordo com suas características físico-químicas e seus compostos bioativos, tendo apresentado resultados adequados para o emprego na matriz alimentícia em questão. Em seguida, os sorbets foram caracterizados através de diversos parâmetros. Assim, a análise centesimal mostrou sorbets com alto índice de carboidratos e baixo valor calórico, enquanto os teores de sólidos solúveis apresentaram-se coerentes em todas as formulações analisadas. Os valores de overrun e densidade aparente relevaram que a incorporação de ar dos sorbets não foi tão elevada quanto de um sorvete lácteo, embora as amostras adicionadas de polidextrose - capaz de mimetizar as propriedades de corpo e espessamento da gordura - tenham obtido resultados mais próximos aos gelados tradicionais. Foram ainda mensurados os efeitos do armazenamento dos produtos a -18 °C durante 120 dias, através de avaliações de pH, coloração instrumental, estabilidade dos compostos fenólicos e antocianinas e viabilidade dos probióticos. O pH das amostras manteve-se constante durante todo o experimento, com valores entre 4,4 e 4,8, enquanto os parâmetros de coloração caracterizaram as amostras como vermelhas e apontaram tendência à perda de luminosidade. Já os polifenóis e antocianinas apresentaram teores elevados, decorrentes da adição da polpa de juçara, sem a ocorrência de degradação destes compostos ao longo da estocagem das amostras sob congelamento. As populações de ambos os microrganismos adicionados apresentaram-se estáveis em cerca de 8 log UFC/ g durante todo o período de armazenamento, o que corresponde a um resultado bastante satisfatório e superior ao recomendado pela legislação brasileira. Por outro lado, a sobrevivência in vitro de tais probióticos quando submetidos aos fluidos gastrointestinais não apresentou resultados adequados para a garantia da funcionalidade destes produtos, com queda de viabilidade superior a 4 ciclos logarítmicos. A aceitabilidade sensorial e intenção de compra apresentaram resultados positivos para todas as formulações, com maior aceitação das amostras probióticas em relação ao controle e menor interesse pelas amostras com adição de prebiótico. Tal resultado demonstra que a incorporação destas bactérias em sorbets de juçara é capaz de melhorar a qualidade do produto, enquanto a adição de polidextrose pode diminuir sua aceitabilidade nas condições empregadas. Em síntese, os sorbets elaborados apresentaram resultados satisfatórios, demonstrando a viabilidade na produção deste tipo de alimento funcional adicionado de probióticos, prebiótico e rico em polifenóis, sendo a combinação de tais elementos capaz de potencializar os efeitos benéficos destes compostos e trazer vantagens fundamentais à microbiota intestinal e à saúde de quem os consome.

Probiotics, Prebiotics and Synbiotics

Probiotics are living microorganisms which, when ingested in certain amounts, have a positive impact on human health, mainly due to their roles in improving the balance of the intestinal microflora. On the other hand, the prebiotic are food ingredients that may also have a positive impact in the improvement of the intestinal flora. These components, which fall into the category of fibers, are not digested in the upper gastrointestinal tract, and therefore reach the colon where they stimulate the growth and/or the activity of some types of bacteria. The term synbiotic is used for products that contain both probiotics and prebiotics, thus taking advantage of both the addition of beneficial bacteria and the encouragement of the growth of resident beneficial bacteria. The present chapter aims to review the scientific literature related to prebiotics, probiotics and synbiotics, including their identification, properties and health benefits.