Tổng quan về Lactobacillus

Chi Lactobacillus là một phần của họ Lactobacillaceae, thuộc ngành Firmicutes. Phân loại Lactobacillus đã trải qua một số sửa đổi do những tiến bộ trong kỹ thuật phân tử. Kể từ năm 2021, chi này đã được phân loại lại thành 25 chi, bao gồm Lactobacillus, Lacticaseibacillus, Limosilactobacillus và Lentilactobacillus, trong số những chi khác. Sự phân loại lại này dựa trên các phân tích bộ gen và phát sinh gen mới khi tiến hành so sánh. Chỉ riêng chi Lactobacillus đã bao gồm hơn 200 loài khác nhau về đặc điểm sinh lý và sinh hóa.

Các loài Lactobacillus phân bố khắp nơi trong các môi trường khác nhau, chẳng hạn như đường tiêu hóa, khoang miệng và âm đạo của con người; các sản phẩm thực phẩm lên men như sữa chua, pho mát và rau lên men; thực vật, động vật và các mẫu môi trường như đất và nước. Sự phân bố đa dạng của chúng có thể là do khả năng thích nghi với các môi trường sinh thái khác nhau, điều này được phản ánh trong các đặc điểm sinh lý và trao đổi chất độc đáo của chúng.

Các loài Lactobacillus chủ yếu là vi khuẩn lên men chuyển hóa carbohydrate, chủ yếu là glucose, thành axit lactic. Chúng sử dụng con đường Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), còn được gọi là quá trình đường phân, để chuyển hóa đường. Tùy thuộc vào loài, Lactobacillus có thể tạo ra axit L-(+)-lactic, axit D-(-)-lactic hoặc cả hai. Hầu hết các loài Lactobacillus đều lên men đồng thể, có nghĩa là chúng chủ yếu tạo ra axit lactic là sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men. Tuy nhiên, một số loài lên men dị thể, tạo ra axit lactic, etanol và carbon dioxide là sản phẩm cuối cùng.

Các loài Lactobacillus là một trong những vi khuẩn sinh học được nghiên cứu kỹ lưỡng và sử dụng rộng rãi nhất. Probiotic là những vi sinh vật sống, khi được tiêu thụ với số lượng đầy đủ sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ. Một số loài Lactobacillus phổ biến nhất được sử dụng làm men vi sinh bao gồm Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus reuteri và Lactobacillus rhamnosus. Những chủng lợi khuẩn này có liên quan đến nhiều lợi ích sức khỏe khác nhau, chẳng hạn như:

Cải thiện sức khỏe đường ruột: Các chủng Lactobacillus có thể giúp duy trì hệ vi sinh vật đường ruột cân bằng, thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn có lợi và ức chế sự phát triển của mầm bệnh có hại. Chúng cũng có thể tăng cường chức năng hàng rào ruột, ngăn chặn sự chuyển vị của mầm bệnh và độc tố.

Tăng cường chức năng miễn dịch: Các chủng Lactobacillus có thể điều chỉnh hệ thống miễn dịch của vật chủ, kích thích sản xuất các cytokine và globulin miễn dịch, giúp bảo vệ chống lại nhiễm trùng.

Giảm khả năng dung nạp đường sữa: Một số chủng Lactobacillus tạo ra lactase, một loại enzyme phân hủy đường sữa, có khả năng làm giảm các triệu chứng không dung nạp đường sữa ở một số người.

Đặc tính kháng khuẩn: Các chủng Lactobacillus có thể tạo ra các chất kháng khuẩn như bacteriocin và axit hữu cơ, có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh.

Tác dụng chống viêm: Các chủng Lactobacillus có thể điều chỉnh các phản ứng viêm ở vật chủ, có khả năng làm giảm các bệnh liên quan đến viêm.

Tác dụng giảm cholesterol: Một số chủng Lactobacillus đã được báo cáo là làm giảm mức cholesterol trong máu, điều này có thể góp phần làm giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch.

Cải thiện sức khỏe tâm thần: Nghiên cứu mới nổi đã gợi ý mối liên hệ giữa sức khỏe đường ruột và sức khỏe tâm thần. Các chủng Lactobacillus có khả năng ảnh hưởng đến quá trình sản xuất chất dẫn truyền thần kinh và trục ruột-não, có khả năng cải thiện tâm trạng và chức năng nhận thức.

Giảm hội chứng ruột kích thích (IBS): Một số chủng Lactobacillus đã được chứng minh là làm giảm các triệu chứng của IBS, bao gồm đau bụng, đầy hơi và nhu động ruột không đều.

Các loài Lactobacillus thường được coi là an toàn để tiêu thụ, vì chúng có lịch sử sử dụng lâu dài trong thực phẩm lên men và thực phẩm bổ sung. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) tại Hoa Kỳ và Cơ quan An toàn Thực phẩm Châu Âu (EFSA) tại Liên minh Châu Âu đã phân loại nhiều loài Lactobacillus ở trạng thái Được Công nhận Chung là An toàn (GRAS) hoặc Giả định Đủ điều kiện về An toàn (QPS). Tuy nhiên, điều cần thiết là phải đảm bảo rằng chỉ các chủng Lactobacillus đặc trưng và an toàn mới được sử dụng trong các sản phẩm thực phẩm và chất bổ sung, vì một số chủng có thể gây rủi ro cho sức khỏe, đặc biệt là đối với những người bị suy giảm miễn dịch.

Các loài Lactobacillus được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau, bao gồm:

Sản xuất thực phẩm lên men: Các chủng Lactobacillus đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất thực phẩm lên men, chẳng hạn như sữa chua, pho mát, rau lên men và xúc xích lên men. Chúng góp phần tạo nên hương vị, mùi thơm và kết cấu độc đáo của những sản phẩm này.

Bổ sung men vi sinh: Các loài Lactobacillus thường được sử dụng trong các chất bổ sung men vi sinh, ở dạng công thức đơn chủng hoặc kết hợp với các vi khuẩn có lợi khác, chẳng hạn như các loài Bifidobacterium.

Làm giống trong quá trình lên men: Các chủng Lactobacillus được sử dụng làm giống khởi động trong ngành công nghiệp thực phẩm để bắt đầu và kiểm soát quá trình lên men, đảm bảo chất lượng và an toàn sản phẩm nhất quán.

Phụ gia thức ăn chăn nuôi: Một số chủng Lactobacillus được sử dụng làm phụ gia thức ăn chăn nuôi để cải thiện sức khỏe đường ruột và năng suất tổng thể của các loài gia súc, gia cầm và nuôi trồng thủy sản.

Nghiên cứu về các loài Lactobacillus không ngừng phát triển, với các chủng, ứng dụng và lợi ích sức khỏe mới được phát hiện thường xuyên. Một số lĩnh vực nghiên cứu hiện tại bao gồm:

Men vi sinh thế hệ tiếp theo: Phát triển các chủng Lactobacillus mới với chức năng, tính ổn định và hiệu quả được cải thiện, cũng như các men vi sinh được cá nhân hóa phù hợp với hệ vi sinh vật đường ruột độc nhất của mỗi cá nhân.

Sinh học hệ thống và bộ gen: Nghiên cứu các đặc điểm bộ gen và trao đổi chất của các loài Lactobacillus để hiểu rõ hơn về sinh lý học, sự thích nghi với các môi trường khác nhau và các ứng dụng tiềm năng của chúng.

Sinh học tổng hợp và kỹ thuật trao đổi chất: Kỹ thuật tạo ra các chủng Lactobacillus để tạo ra các phân tử sinh học có giá trị, chẳng hạn như nhiên liệu sinh học, polyme sinh học và dược phẩm, sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử tiên tiến.

Tương tác giữa vật chủ và vi khuẩn: Nghiên cứu các tương tác phức tạp giữa các loài Lactobacillus và sinh vật chủ của chúng, đặc biệt là các cơ chế phân tử làm cơ sở cho tác dụng của lợi khuẩn đối với sức khỏe con người.

Thực phẩm lên men từ thực vật: Khám phá tiềm năng của quá trình lên men Lactobacillus trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm mới từ thực vật, đặc biệt là để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đối với các lựa chọn thay thế thực phẩm bền vững và tốt cho sức khỏe.

Các loài Lactobacillus là một nhóm vi khuẩn đa dạng với nhiều ứng dụng trong thực phẩm, y tế và công nghệ sinh học. Chúng đóng vai trò thiết yếu trong quá trình lên men của các sản phẩm thực phẩm khác nhau và có các đặc tính sinh học có thể mang lại lợi ích sức khỏe cho con người và động vật. Nghiên cứu về các loài Lactobacillus tiếp tục phát triển, với các chủng mới, ứng dụng và tiến bộ công nghệ sinh học được phát hiện thường xuyên.

Những phát hiện này góp phần phát triển các sản phẩm thực phẩm lên men mới, men vi sinh thế hệ tiếp theo và quy trình xử lý sinh học bền vững có thể giúp giải quyết các thách thức toàn cầu về sức khỏe, dinh dưỡng và môi trường. Khi hiểu biết của chúng ta về các loài Lactobacillus và sự tương tác của chúng với sinh vật chủ tăng lên, người ta hy vọng rằng các ứng dụng mới và lợi ích sức khỏe sẽ tiếp tục xuất hiện, củng cố thêm tầm quan trọng của các loài Lactobacillus đối với sức khỏe con người và ngành công nghiệp.