Пробиотики и пребиотики. «Биологическая» косметика

Впрочем, убогий аппарат бактерийной наследственности не вместил бы даже информацию о тех 48 000 средствах, которые человек уже использовал в борьбе с возбудителями болезней. Так что одно несомненно: химические познания бактерий, хотя и чисто «практические», по-прежнему превосходят огромные теоретические познания человека.

С. Лем. Реджинальд Гулливер. «Эрунтика» (рецензия на ненаписанную книгу)

Ещё в начале XX века знаменитый учёный, лауреат Нобелевской премии И.И. Мечников опубликовал книгу «Продление жизни», в которой связывал продолжительность жизни с «правильным» балансом благотворных и неблагоприятных микроорганизмов, населяющих наше тело. Однако лишь с пятидесятых годов термин «пробиотик» стал широко применяться в научных публикациях. Позднее появился ещё один термин – «пребиотик». Долгое время эти понятия были на слуху главным образом в медицине и пищевой промышленности, но вот уже несколько лет попадаются и на упаковках косметики. Между тем разница всего в одну букву часто вызывает у непрофессионалов путаницу – да и есть ли существенная разница? Давайте разберёмся, что стоит за этими понятиями, насколько принципиальны различия между ними, и какую пользу можно ожидать от них в новой роли – в качестве полноправных косметических ингредиентов.

Пробиотик и пребиотик: что стоит за разницей всего в одну букву

Согласно определению ВОЗ/ФАО, пробиотики – живые микроорганизмы, использование которых в необходимом количестве оказывает лечебно-профилактическое воздействие на организм человека. Наиболее часто используемые пробиотики принадлежат к видам бифидобактерий и лактобацилл, хотя другие микроорганизмы тоже могут применяться с этой целью. Препараты пробиотиков могут не содержать метаболически активных, действительно живых микроорганизмов. Вместо этого по практическим соображениям, связанным с удобством применения, вкусовыми качествами (при приёме внутрь) и стабильностью, используются неактивные, часто лиофилизированные споры. При благоприятных температуре, влажности и рН споры размножаются, давая начало популяции микроорганизмов.

В отличие от пробиотиков, пребиотики не являются ни микроорганизмами, ни их «предшественниками». Согласно общепринятому определению, пребиотики – это неусвояемые вещества, которые оказывают полезное физиологическое воздействие на организм за счёт избирательного стимулирования благоприятного роста или деятельности ограниченного числа местных бактерий. Структурно это олиго- или полисахариды, составленные из остатков фруктозы (фруктоолигосахариды – например, инулин) или галактозы. Пребиотической активностью обладают также лактулоза (дисахарид из остатков галактозы и фруктозы) и лактитол (производное полиола и галактозы); несколько менее популярны и известны изомальтоолигосахариды, ксилоолигосахариды, длинноцепочечные бета-глюканы и олигосахариды глюкоманнана (список не является исчерпывающим).

Как видим, разница достаточно принципиальна, хотя общий итог воздействия и про-, и пребиотиков сходен: изменение количественного и качественного состава микробного сообщества, населяющего различные органы. Посмотрим же более пристально на сам объект воздействия – косметического, разумеется.

Пребиотики. Микробиология кожи

Те, кто интересуется косметикой и уходом за кожей, обычно знают, что кожа – самый большой орган человеческого тела, что ей нужно увлажнение и определённые липиды, а кислотная мантия важна для поддержания здоровья кожи. Микроскопическим же обитателям поверхности кожи достаётся незаслуженно мало внимания.

Знаете ли вы, что… Мы не одиноки в своём теле. В это сложно поверить, однако любой здоровый человек служит «средой обитания» такого множество бактерий, грибков и других микроорганизмов, что лишь 10% общего количества клеток, насчитываемых в нормально функционирующем организме,  являются носителями человеческого генома.

Микробиом кожи: общие представления

На коже человека обитает целое сообщество микроорганизмов – микробиом. В него входят две основные группы: резидентные и транзитные микроорганизмы.

Группа резидентных микроорганизмов имеет относительно постоянный и характерный видовой состав, который способен восстанавливаться после негативных воздействий. Она играет важную роль в гомеостазе кожи. Группа транзитных микроорганизмов – это временные обитатели, которые попадают на кожу из окружающей среды и задерживаются на ней на короткое время. Ни одна из этих групп не считается патогенной при нормальных условиях. Но при нарушениях баланса микробиома, целостности кожного барьера или снижении иммунитета определённые микроорганизмы могут начать размножаться и перейти в статус так называемых оппортунистических патогенов, при определённых условиях способных привести к болезни.

Однако микробная колонизация кожи специфична не только в плане видового состава. Человеческое тело – это целый набор экосистем с самыми различными условиями жизни (влажность, температура, источники пищи, рН), и кожа – не исключение: все эти разнообразные экологические ниши избирательно колонизируются определёнными представителями резидентной микрофлоры. Самые сухие участки (тыльная сторона ладоней, предплечья, внутренняя сторона голени) наиболее бедны микроорганизмами, но там же отмечается и наибольшее их разнообразие, что говорит о том, что обитатели этих участков кожи скорее «пришельцы», нежели постоянные жители. Складки тела и подмышечные впадины – самые влажные участки, там преобладают коринебактерии и стафилококки. И, наконец, жирные участки кожи – преимущественное место обитания малассезий и пропионобактерий, которые расщепляют липиды себума с высвобождением жирных кислот.

Потовые и сальные железы и волосяные фолликулы обеспечивают необходимое сочетание влажности и питательных веществ, поэтому именно они являются предпочтительными местами обитания микроорганизмов. Помимо топографических нюансов, на составе микробиома конкретного человека сказываются и «личностные» факторы, как внутренние (пол, генетические и этнические особенности), так и внешние (образ жизни, гигиена, принимаемые лекарства, экологические особенности места проживания, профессия и т. п.).

Несмотря на такую вариабельность и индивидуальные особенности, у микробиома человека есть общие, легко определяемые черты. Так, основу группы резидентных микроорганизмов составляют относительно стабильные сообщества немногочисленных видов доминирующих бактерий, а за индивидуальные особенности отвечают менее часто встречающиеся виды. Среди доминирующих микроорганизмов, которые встречаются на коже любого человека, можно назвать стафилококки, пропионобактерии и коринебактерии.

Микробиом человека в цифрах:

• Хотя количество клеток микробиома превышает количество клеток собственно человеческого организма в 10 раз, их масса составляет всего 200 грамм.
• Человеческий организм населяет более чем 10 000 видов микроорганизмов.
• В 2012 году опубликована карта микробиома человека, для создания которой потребовались 3,5 терабаз данных (соответствует 3,5 триллионам субъединиц ДНК).

Микробиом кожи имеет большое значение для её здоровья: резидентная микрофлора создаёт препятствие для заселения кожи другими микроорганизмами, среди которых могут быть и патогенные. Микробы постоянно конкурируют за «место под солнцем», и то, что постоянные обитатели кожи не пускают в своё жизненное пространство «чужаков», является одним из важных и действенных способов защиты от болезней. При этом резидентная микрофлора не ограничивается «присвоением» ресурсов: одни виды вырабатывают антимикробные пептиды, эффективные против патогенов, другие могут выделять ингибиторы воспаления, третьи – менять рН в неблагоприятную для патогенов сторону. Так, молочнокислые бактерии и пропионобактерии выделяют органические кислоты, препятствующие росту ряда патогенных микробов. Эпидермальный стафилококк может стимулировать кератиноциты к синтезу антимикробных белковых соединений – бета-дефензинов, а некоторые лактобациллы сами выделяют специфические белки – бактериоцины, избирательно подавляющие жизнедеятельность некоторых конкурирующих штаммов. Ряд исследований свидетельствует также о существовании сложных взаимосвязей между микробиомом кожи и иммунитетом. С одной стороны, врождённая иммунная система может вносить вклад в поддержание микробиологического барьера, а с другой – микробиом кожи может влиять не только на врождённый иммунный ответ, но и на реакции адаптивной иммунной системы посредством контроля некоторых функций резидентных Т-лимфоцитов.

Микробиом кожи: отклонение от нормы

Будучи динамической системой, микробиом кожи постоянно меняется в определённых пределах, которые считаются нормой. К сожалению, некоторые факторы могут вызвать изменения баланса, которые могут впоследствии вылиться в нарушения или даже болезнь. Обычно это происходит в результате нарушения барьерной функции кожи, физического повреждения кожных покровов, чрезмерного увлечения гигиеной, применения антибиотиков, часто на фоне ослабленного иммунитета. При ряде заболеваний микробиом кожи имеет состав, отличный от характерного для здоровой кожи.

Атопический дерматит характеризуется нарушением барьерной функции кожи на фоне дисбиоза с преимущественной колонизацией кожи золотистым стафилококком; разнообразие видов бактерий тоже меньше, чем характерно для здоровой кожи. Сейчас достоверно установлена корреляция между степенью тяжести заболевания и снижением бактериального разнообразия микробиома. Соответственно, применение антибиотиков широкого спектра действия может усугубить проявления болезни, уменьшая разнообразие микроорганизмов в составе микробиома.

Псориаз, ещё одно воспалительное кожное заболевание, характеризуется локализацией на сухих участках кожи, на которых и общее количество микроорганизмов меньше, но видовое разнообразие больше. В настоящее время всё ещё неясно, играет ли кожный микробиом активную роль в патогенезе и развитии псориаза, либо он только откликается на изменение кожного иммунитета, но различия в составе микробиомов здоровой кожи и кожи, поражённой псориазом, очевидны и несомненны.

Чаще всего с изменениями бактериальной флоры кожи ассоциируют акне, точнее – обыкновенное акне (acne vulgaris). Наряду с аномальной секрецией себума, воспалением и другими признаками, это заболевание характеризуется преобладанием определённого вида пропионобактерий – Propionibacterium acnes. Однако недавние исследования методом генного секвенирования показали, что реальная картина не так проста. Propionibacterium acnes  – комменсальный микроорганизм, присутствующий как на коже с активными высыпаниями, так и на здоровой коже примерно в одинаковых количествах, но штаммы этих микроорганизмов различны, что позволяет сделать вывод о важной роли именно определённых штаммов Propionibacterium acnes в патогенезе акне.

Таким образом, микробное «население» кожи чутко реагирует на различные факторы, связанные с окружающей средой, приёмом лекарств, состоянием здоровья, питанием, повседневными привычками. Количественный и качественный состав микробиома при этом может изменяться. Обратная ситуация, когда манипулирование микробным сообществом с целью увеличения доли благоприятных микроорганизмов в ущерб патогенам, нацеленное на оздоровление – момент несколько более спорный, но разумные основания для этого есть, как есть и положительные результаты.

Изменить микробиом кожи можно различными способами. Обычная стратегия – назначение пробиотиков и пребиотиков. Этот подход показал свою эффективность в отношении других органов и систем – например, при инфекционных и воспалительных заболеваниях желудочно-кишечного тракта, как в качестве лечения, так и в качестве профилактики. Преимущество про- и пребиотиков состоит в их безопасности, отсутствии нежелательных побочных эффектов, а также в том, что они полезны и для больного человека, и для здорового. Следует сказать, что на состояние кожи влияет как системное, так и наружное применение таких препаратов. По сравнению с желудочно-кишечным трактом, модулирование микробиома кожи потенциально проще и безопаснее, его легко отслеживать и документировать изменения, окончание лечения и побочные эффекты. Всё это послужило основанием для создания про- и пребиотической косметики, причём последняя даже более популярна: пребиотики как сырьё для косметики несколько предпочтительней ввиду высокой стабильности и отсутствия проблем совместимости с другими ингредиентами. По этой причине в разделе, посвящённом косметике,  речь пойдёт преимущественно о пребиотических средствах для ухода за кожей.

Пребиотики и кожа: «биологическая» косметика

Создание средств для ухода за кожей на базе пребиотиков позволяет с лёгкостью выполнять необходимые функции, во многом благодаря стабильности углеводов в различных средах, в результате чего эффективность продукта сохраняется в течение длительного времени. Наружное использование пребиотиков основано на естественных механизмах защиты. Будучи предпочтительным субстратом для «хороших» микроорганизмов, пребиотики содействуют их росту, оставляя меньше возможностей для размножения и процветания патогенов. Это может не только сдерживать кожные инфекции и воспаления, но и вносить вклад в общее здоровье кожи.

Рис. 1. Влияние пребиотиков на микрофлору кожи [11].

Количество исследований, посвящённых наружному применению пребиотиков, постоянно растёт. Многие из них свидетельствуют о том, что направленная локальная модификация микробиома вполне возможна. Так, глюкоолигосахариды были успешно применены для контроля колонизации кожи золотистым стафилококком у пациентов с атопическим дерматитом, причём отмечен не только лечебный, но и профилактический эффект. Гидролизаты глюкоманнана благотворно влияют на кожу с акне, демонстрируя ингибирование бактерий, связанных с этим заболеванием, и сдерживая избыточный рост некоторых резидентных микроорганизмов. Наружное применение различных типов β-глюканов показало улучшение процессов заживления ран, уменьшение сухости кожи и зуда, вызванного бактериальной инфекцией. При атопическом дерматите назначение лекарственных и косметических средств, которые содействуют нормализации микробиома в полном его разнообразии, служит хорошим терапевтическим и профилактическим средством. Параллельно это даёт возможность снизить использование антибиотиков, что также уменьшает риск развития резистентности к используемым в лечении препаратам. Метаанализ влияния назначения пребиотика (комбинация фруктоолигосахаридов и галактоолигосахаридов) на частоту кожных проявлений аллергических реакций указывает на существенное снижение риска развития экземы. Наружное использование пребиотиков исследуется также и как профилактическая мера против развития инфекций при повреждениях кожи. Это поможет снизить частоту инфицирования ран и потребность в применении антибиотиков.

Одна из многообещающих перспектив – дезодоранты на основе пребиотиков как новая стратегия устранения неприятных запахов тела. Такие продукты предназначены для подавления роста запахопродуцирующих бактерий в подмышечных впадинах и содействия росту микроорганизмов, не участвующих в процессе образования летучих соединений. Можно предположить, что в дальнейшем эта концепция может быть расширена – например, потенциально возможно создание средств для ног, которые будут способны не только контролировать образование нежелательного запаха, но и сдерживать грибковые инфекции. Вообще говоря, пребиотики позволяют создавать косметические средства с уникальными свойствами: они способны избирательно менять состав микробиома кожи, приводя его к норме, тем самым способствуя естественному восстановлению здорового состояния, причём без побочных эффектов, присущих другим модуляторам микрофлоры – веществам с антибактериальной (антибиотической) активностью.

Косметика с пребиотиками начала появляться на рынке примерно 10 лет назад. Чаще всего такие средства предназначены для чувствительной, проблемной или зрелой кожи, а также для ухода за кожей малышей, детокс-ухода. Есть целые бренды, выстроенные на использовании пребиотиков. Например, американская марка Alevia с пребиотиком в составе заявляет о восстановлении здоровья кожи, придании ей гладкости и сияния. Европейский бренд Angelini выпустил серию Barral Baby Protect, в рецептуры всех продуктов которой входит пребиотический компонент. Известна серия с пребиотиком для молодой кожи от органической марки Melvita.

Один из примеров пребиотических ингредиентов на рынке сырья для косметики – Yogurtene® Balance от французской компании Givaudan. Он представляет собой комбинацию сухого обезжиренного йогурта и пребиотика инулина – фруктоолигосахарида из цикория. Этот ингредиент препятствует росту патогенных бактерий в пользу «дружественных» микробов – естественных обитателей поверхности кожи. Как и все пребиотики, он не обладает антибактериальной активностью, что обусловливает его мягкость по отношению к коже. Порошок йогурта содержит белки молочной сыворотки, лактозу, молочную кислоту, витамины А и В, минеральные соединения, а также небольшое количество липидов. Специальные методы очистки позволяют удалить казеин, тем самым снижая вероятность аллергической реакции на этот молочный белок. Благодаря такому набору компонентов обеспечивается хорошее увлажняющее действие и поставка питательных веществ. Инулин – хорошо известный ингредиент с мощным пребиотическим действием, избирательно усваиваемый непатогенными микроорганизмами. В отличие от обычных антибактериальных ингредиентов, он не угнетает «хорошие» бактерии вместе с «плохими», но восстанавливает здоровый баланс микробиома. Такая комбинация свойств позволяет успешно применять Yogurtene® Balance в детской косметике, дезодорантах, средствах для чувствительной кожи, средствах для кожи с акне и других продуктах в качестве мягкого биологического регулятора природных защитных механизмов – важного фактора поддержания здоровья.

Пребиотики: Заключение

Косметика с пребиотиками – это, фактически, альтернативная косметика, построенная на принципах холистического подхода к уходу за кожей. Вместо антибактериальных компонентов, которые фактически не решают проблем микробного дисбаланса, она использует чисто биологический подход к нормализации функций кожи, восстановлении и поддержании её естественной защиты. Всё это делает её необыкновенно мягкой и применимой при любых типах кожи, вплоть до самой чувствительной, в том числе и для кожи маленьких детей. Благодаря таким уникальным свойствам перспективы использования пребиотиков в косметических средствах огромны, и они ещё не раз заявят о себе.

Литература

1. Acne vulgaris Rolle der Kosmetik / Korting H. et al. // Hautarzt 2010, 61(2), 126-31.
2. Bacteria and Beauty: Microbiota’s Game-changing Potential in Product Development / M. Dibon // GCI Magazine (1) 2013,
3. Biological activities of fructooligosaccharide (FOS)-containing Coix lachryma-jobi Linn. Extract / J. Manosroi et al. // Journal of Food Science and Technology, 2014, 51 (2), 341–346.
4. Chemical Reaction: Biology at the Cosmetics Counter / S. Herman // GCI Magazine (1) 2008,
5. Culture Shift: Rethinking the Role of Commensal Microflora of the Skin in Cosmetic Formulation / K. Dobos // Cosmetics & Toiletries v. 128 (4) 2013, 260-267.
6. Handbook of Prebiotics and Probiotics Ingredients. Health Benefits and Food Applications. – ed. by S. Sungsoo Cho, E.T. Finocchiaro. – CRC Press, 2010.
7. Handbook of Prebiotics. – ed. by G. Gibson, M. Roberfroid // CRC Press, 2008.
8. Handbook of Probiotics and Prebiotics. – ed. by Yuan Kun Lee, S. Salminen. – Wiley, 2009.
9. Impact of prebiotics and probiotics on skin health. / Al-Ghazzewi F., Tester R. // Beneficial Microbes 2014, 5(2), 99-107.
10. Microbiota autóctona, probióticos y prebióticos / Suárez J. // Nutrición Hospitalaria 2015, 7;31 Suppl 1, 3-9.
11. Modulation of skin microbiota by topical prebiotics / С. Branco, J. Guimaraes // H&PC Today Skin Care Monographic Supplement, v. 10 (2) 2015, 21-27.
12. Prä- und probiotische Kosmetik / Simmering R., Breves R. // Hautarzt 2009, 60 (10), 809-814.
13. Prebiotic Potential of Agave angustifolia Haw Fructans with Different Degrees of Polymerization / J. Velázquez-Martínez et al. // Molecules 2014, 19(8), 12660-12675.
14. Prebiotics and Probiotics Science and Technology. – ed. by D. Charalampopoulos, R.A. Rastall. – Springer, 2009.
15. Probiotics and prebiotics in dermatology. / Baquerizo Nole K., Yim E., Keri J. // Journal of the American Academy of Dermatology 2014, 71(4), 814-21.
16. Probiotics and Prebiotics. Review // P.J. Tomasik, P. Tomasik // Cereal Chemistry, 2003, 80 (2), 113-117.
17. Probiotics, Prebiotics, and Synbiotics: Gut and Beyond / U. Vyas, N. Ranganathan // Gastroenterology Research and Practice, 2012, Article ID 872716.
18. Probiotics: The Friendly Microbes / M. Goyal et al. // Indian Journal of Clinical Practice, 2012, 23 (3), 126-152.
19. The Use of Konjac Glucomannan Hydrolysates (GMH) to Improve the Health of the Skin and Reduce Acne Vulgaris / Elaheh Bateni et al. // American Journal of Dermatology and Venereology 2013, 2 (2), 10-14.
20. Антимикробная активность пектинов и их производных. / А.В. Валышев // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН (электронный журнал), 2013, (3), 1-7.
21. Антимикробные, иммуномодулирующие и пребиотические свойства лактоферрина. / И.Б. Бродский и др. // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН (электронный журнал), 2013, (4), 1-12.
22. Исследование пребиотических свойств изомальтулозы в условиях in vivo / О.Ю. Божко и др. // Фундаментальные исследования, 2012, (10), 376-379.
23. Кратко о пребиотиках: история, классификация, получение, применение. / Н.А. Тарасенко, Е.В. Филиппова // Фундаментальные исследования, 2014, (6), 45-48.
24. Лечебное действие про-, пре- и синбиотиков при экспериментальном стоматите. / В.Н. Почтарь. // Український стоматологічний альманах, 2012, (5), 62-64.
25. Микробные стимуляторы бактериального антагонизма – перспективные средства для лечения и профилактики инфекционных заболеваний. / А.В. Семенов // Вестник новых медицинских технологий, 2011, 18 (2), 159-160.
26. О пребиотической активности изомальтулозы – натурального сахарозаменителя. – Доклад на конференции «Фундаментальные исследования», секция «Биологические науки». Хорватия, 25 июля – 1 августа 2012 г. / О.Ю. Божко и др. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2012, (7), 85.
27. Практическое руководство ВГО. Пробиотики и Пребиотики. – Всемирная Гастроэнтерологическая Организация, 2008.
28. Пребиотики как основа микробиоценоз-ориентированной терапии / В. Б. Гриневич и др. // Лечащий врач, 2008, (10), с. 47-50.

Елена КРАСНЕЙ — главный технолог СОАО «Парфюмерно-косметическая фабрика «Модум — наша косметика»

По материалам MODUM