DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1743657
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41834858
تاريخ النشر: 2026-02-26
المؤلف: Bing Liu وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانيات سلالات البروبيوتيك المختلفة، وخاصة Lactobacillus و Bifidobacterium، لتعزيز امتصاص المعادن، مع معالجة القضية الحرجة لنقص المعادن في التغذية البشرية. من خلال التقييم المنهجي لعمليات التخمير في المختبر وقدرات امتصاص المعادن، تم اختيار ثماني سلالات لمزيد من التحليل باستخدام نموذج خلايا Caco-2. أظهرت النتائج اختلافات كبيرة بين السلالات في إنتاج الأحماض، وتوليد الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، ونشاط الفيتاز، حيث أظهرت سلالات مثل L. paracasei PC-01 و B. lactis Ca360 إنتاجًا ملحوظًا للأحماض ونشاط الفيتاز.
ومن الجدير بالذكر أن B. lactis Ca360 ظهرت كأكثر السلالات فعالية في تعزيز امتصاص الكالسيوم والحديد والزنك، وذلك بفضل قدرتها على خفض الرقم الهيدروجيني من خلال إنتاج الأحماض وتسهيل تحلل الفيتات. أنشأت الدراسة إطار عمل شامل للت筛ين بناءً على النشاط الأيضي وقدرة تحلل الفيتات، مؤكدة أن عدة سلالات تعزز بشكل كبير قابلية ذوبان المعادن وتوافرها الحيوي. في النهاية، تحدد هذه الدراسة B. lactis Ca360 كمرشح واعد للبروبيوتيك لتحسين امتصاص المعادن، مما يوفر رؤى قيمة لتطوير البروبيوتيك الوظيفية التي تهدف إلى معالجة نقص المعادن.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الأدوار الحرجة للكالسيوم (Ca) والحديد (Fe) والزنك (Zn) في نمو وتطور واستقلاب كل من الحيوانات والبشر. تشير إلى أن نقص هذه العناصر الدقيقة منتشر، ويؤثر على أكثر من نصف سكان العالم، ويرجع ذلك أساسًا إلى العادات الغذائية وعدم كفاية تناول منتجات الألبان. يمكن أن تؤدي مثل هذه النواقص إلى مشاكل صحية خطيرة، بما في ذلك هشاشة العظام، وفقر الدم، واضطراب المناعة. غالبًا ما تعاني التدخلات الحالية، بما في ذلك مكملات المعادن والتغذية المدعمة، من انخفاض التوافر الحيوي والآثار السلبية، مما يستدعي استكشاف استراتيجيات بديلة.
تؤكد الورقة على إمكانيات البروبيوتيك والتحضيرات الميكروبيولوجية في تعزيز امتصاص المعادن. يمكن أن تحسن البروبيوتيك، وخاصة سلالات Lactobacillus و Bifidobacterium، من قابلية ذوبان المعادن وامتصاصها من خلال آليات مثل إنتاج الأحماض، ونشاط الفيتاز، وتوليد الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs). لا تعزز هذه الآليات فقط التوافر الحيوي للمعادن ولكنها تعزز أيضًا صحة الأمعاء. تهدف الدراسة إلى تحديد سلالات بروبيوتيك محددة تعزز بشكل فعال امتصاص الكالسيوم والحديد والزنك باستخدام نهج筛ين متعدد الأبعاد يدمج أنظمة التخمير في المختبر مع نموذج خلايا Caco-2. تسعى هذه الدراسة إلى توفير أساس نظري لتطوير تركيبات بروبيوتيك وظيفية لمكافحة نقص امتصاص المعادن على مستوى العالم.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم الحصول على السلالات التجريبية المستخدمة من شركة China Mengniu Dairy (Group) Co., Ltd، الواقعة في هولون، منغوليا الداخلية. تم اختيار هذه السلالات البروبيوتيك بناءً على إمكانياتها المتنوعة في إنتاج الأحماض كما هو موثق في الأدبيات الموجودة، وتم اشتقاقها من مجموعة واسعة من المصادر، بما في ذلك أمعاء الأطفال والرضع، وأمعاء كبار السن المعمرين، وبراز البالغين الأصحاء، ومنتجات مخمرة تقليدية مختلفة مثل حليب الأبقار المخمر بشكل طبيعي، وحليب الصويا، والخيار المخلل، والملفوف الحار، والنقانق.
تم تحديد غالبية السلالات (92%) على أنها بكتيريا حمض اللاكتيك، تشمل عدة أنواع مثل *Lactobacillus paracasei*، *Lactobacillus plantarum*، *Lactobacillus fermentum*، *Lactobacillus reuteri*، *Lactobacillus acidophilus*، *Lactobacillus sakei*، *Lactobacillus helveticus*، *Lactobacillus rhamnosus*، و *Lactobacillus curvatus*. بالإضافة إلى ذلك، تضمنت السلالات المتبقية أربعة أنواع من *Bifidobacterium animalis* subsp. *Lactis*. يبرز هذا الاختيار المتنوع تركيز الدراسة على استكشاف الإمكانيات البروبيوتيكية لمجموعة متنوعة من السلالات من مصادر متعددة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة حول قدرات إنتاج الفيتاز لسلالات البروبيوتيك المختلفة إلى اختلافات كبيرة بين السلالات في كل من الأنشطة الخارجية والداخلية للفيتاز، والتي تعتبر حاسمة لتعزيز امتصاص المعادن من الأطعمة النباتية. كشفت الاختبارات الخارجية أن عدة سلالات، لا سيما L. paracasei PC-01، L. paracasei MN05264، L. paracasei MN05146، L. plantarum MN05018، L. plantarum Fe-01، و L. plantarum MN06598، أظهرت نشاطًا أعلى بكثير للفيتاز مقارنة بسلالة التحكم الإيجابية، L. plantarum 299v، حيث أظهرت L. plantarum Fe-01 أعلى نشاط.
فيما يتعلق بإنتاج الفيتاز الداخلي، أظهرت سلالات مثل L. rhamnosus MN08244، L. rhamnosus MN14159، B. lactis Ca360، B. lactis MN16620، L. plantarum MN05018، L. plantarum Fe-01، و L. plantarum MN06598 أنشطة مرتفعة بشكل ملحوظ مقارنة بـ L. plantarum 299v. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانيات سلالات البروبيوتيك المحددة لتعزيز تحلل الفيتات وتوافر المعادن الحيوي، مما يشير إلى فائدتها في تحسين امتصاص المعادن في القناة المعوية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الخصائص الأيضية والوظيفية لمجموعة متنوعة من سلالات Lactobacillus و Bifidobacterium بشكل منهجي، مع التركيز على قدرتها على إنتاج الأحماض، ونشاط الفيتاز، وقدرتها على تعزيز امتصاص المعادن في المختبر. أشارت النتائج إلى اختلافات كبيرة بين السلالات في ملفات التخمير، حيث أظهرت سلالات مثل L. paracasei PC-01، L. plantarum Fe-01، و B. lactis Ca360 قدرات قوية على التحمض، مما يسهل إنتاج حمض اللاكتيك والأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs). تلعب هذه المستقلبات أدوارًا حاسمة في تعديل البيئة المعوية، مما قد يمنع الاستعمار الممرض ويعزز قابلية ذوبان المغذيات. ومن الجدير بالذكر أن B. lactis Ca360 أظهرت نشاطًا متفوقًا للفيتاز، وهو أمر أساسي لتحلل حمض الفيتيك، مما يحسن توافر المعادن مثل الكالسيوم والحديد والزنك.
كشفت الاختبارات الوظيفية باستخدام أحادية طبقة خلايا Caco-2 أن L. plantarum Fe-01 و B. lactis Ca360 عززت بشكل كبير امتصاص الكالسيوم والحديد، حيث أظهرت السلالة الأخيرة كفاءات مقارنة بمعيار السوق L. plantarum 299v. بينما لم يختلف امتصاص الزنك بشكل كبير بين معظم السلالات، حافظت B. lactis Ca360 على كفاءات نقل مستقرة. تشير هذه النتائج إلى أن B. lactis Ca360 هي مرشح واعد لتعزيز امتصاص المعادن بفضل قدرتها القوية على التحمض وقدراتها على تحلل الفيتات. ومع ذلك، تعترف الدراسة بحدود النماذج في المختبر وتؤكد على الحاجة إلى مزيد من التحقق في الجسم الحي لتأكيد الإمكانيات العلاجية لهذه السلالات البروبيوتيكية في تعزيز توافر المعادن. بشكل عام، توفر هذه البحث إطار عمل قيم لتحديد البروبيوتيك ذات الخصائص المحسنة لامتصاص المعادن، مما يبرز B. lactis Ca360 كسلالة متعددة الوظائف ذات إمكانيات كبيرة للتطبيقات المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1743657
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41834858
Publication Date: 2026-02-26
Author(s): Bing Liu et al.
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
The research investigates the potential of various probiotic strains, specifically Lactobacillus and Bifidobacterium, to enhance mineral absorption, addressing the critical issue of mineral deficiency in human nutrition. Through systematic evaluation of in vitro fermentation metabolism and mineral absorption capabilities, eight strains were selected for further analysis using the Caco-2 cell model. The findings highlighted significant strain-specific variations in acid production, short-chain fatty acids (SCFAs) generation, and phytase activity, with strains such as L. paracasei PC-01 and B. lactis Ca360 demonstrating notable acid production and phytase activity.
Notably, B. lactis Ca360 emerged as the most effective strain in promoting the absorption of calcium, iron, and zinc, attributed to its ability to lower pH through acid production and facilitate phytate hydrolysis. The study established a comprehensive screening framework based on metabolic activity and phytate-degrading capacity, confirming that several strains significantly enhance mineral solubility and bioavailability. Ultimately, this research identifies B. lactis Ca360 as a promising probiotic candidate for improving mineral absorption, providing valuable insights for the development of functional probiotics aimed at addressing mineral deficiencies.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical roles of calcium (Ca), iron (Fe), and zinc (Zn) in the growth, development, and metabolism of both animals and humans. It notes that deficiencies in these micronutrients are widespread, affecting over half of the global population, primarily due to dietary habits and insufficient intake of dairy products. Such deficiencies can lead to serious health issues, including osteoporosis, anemia, and immune dysfunction. Current interventions, including mineral supplements and dietary fortification, often suffer from low bioavailability and adverse effects, necessitating the exploration of alternative strategies.
The paper emphasizes the potential of probiotics and microecological preparations in enhancing mineral absorption. Probiotics, particularly strains of Lactobacillus and Bifidobacterium, can improve mineral solubility and absorption through mechanisms such as acid production, phytase activity, and the generation of short-chain fatty acids (SCFAs). These mechanisms not only enhance the bioavailability of minerals but also promote gut health. The study aims to identify specific probiotic strains that effectively promote the absorption of calcium, iron, and zinc using a multidimensional screening approach that integrates in vitro fermentation systems with a Caco-2 cell model. This research seeks to provide a theoretical foundation for developing functional probiotic formulations to combat mineral absorption deficiencies globally.
Methods
In this study, the experimental strains utilized were sourced from China Mengniu Dairy (Group) Co., Ltd, located in Hohhot, Inner Mongolia. These probiotic strains were selected based on their varying acid-producing potentials as documented in existing literature and were derived from a wide range of origins, including the intestines of children and infants, the intestines of long-lived elderly individuals, feces from healthy adults, and various traditional fermented products such as naturally fermented cow’s milk, soybean milk, pickled cucumbers, spicy cabbage, and sausages.
The majority of the strains (92%) were identified as lactic acid bacteria, encompassing several species such as *Lactobacillus paracasei*, *Lactobacillus plantarum*, *Lactobacillus fermentum*, *Lactobacillus reuteri*, *Lactobacillus acidophilus*, *Lactobacillus sakei*, *Lactobacillus helveticus*, *Lactobacillus rhamnosus*, and *Lactobacillus curvatus*. Additionally, the remaining strains included four variants of *Bifidobacterium animalis* subsp. *Lactis*. This diverse selection underscores the study’s focus on exploring the probiotic potential of various strains from multiple sources.
Results
The results of the study on phytase-producing abilities of various probiotic strains indicate significant strain-specific differences in both extracellular and intracellular phytase activities, which are crucial for enhancing mineral absorption from plant-based foods. The extracellular assays revealed that several strains, notably L. paracasei PC-01, L. paracasei MN05264, L. paracasei MN05146, L. plantarum MN05018, L. plantarum Fe-01, and L. plantarum MN06598, exhibited significantly higher phytase activity compared to the positive control strain, L. plantarum 299v, with L. plantarum Fe-01 demonstrating the highest activity.
In terms of intracellular phytase production, strains such as L. rhamnosus MN08244, L. rhamnosus MN14159, B. lactis Ca360, B. lactis MN16620, L. plantarum MN05018, L. plantarum Fe-01, and L. plantarum MN06598 showed significantly elevated activities relative to L. plantarum 299v. These findings highlight the potential of specific probiotic strains to enhance phytate degradation and mineral bioavailability, suggesting their utility in improving mineral absorption in the intestinal tract.
Discussion
In this study, the metabolic and functional characteristics of various Lactobacillus and Bifidobacterium strains were systematically evaluated, focusing on their acid-producing capacity, phytase activity, and ability to enhance mineral absorption in vitro. The results indicated significant strain-specific differences in fermentation profiles, with strains such as L. paracasei PC-01, L. plantarum Fe-01, and B. lactis Ca360 demonstrating strong acidification capabilities, which facilitate the production of lactic acid and short-chain fatty acids (SCFAs). These metabolites play crucial roles in modulating the intestinal environment, potentially inhibiting pathogenic colonization and enhancing nutrient solubility. Notably, B. lactis Ca360 exhibited superior phytase activity, which is essential for the hydrolysis of phytic acid, thereby improving the bioavailability of minerals like calcium, iron, and zinc.
Functional assays using Caco-2 cell monolayers revealed that L. plantarum Fe-01 and B. lactis Ca360 significantly enhanced calcium and iron uptake, with the latter strain showing comparable efficiencies to the commercial benchmark L. plantarum 299v. While zinc absorption did not differ significantly among most strains, B. lactis Ca360 maintained stable transport efficiencies. These findings suggest that B. lactis Ca360 is a promising candidate for enhancing mineral absorption due to its robust acidification and phytate-degrading capabilities. However, the study acknowledges the limitations of in vitro models and emphasizes the need for further validation in vivo to confirm the therapeutic potential of these probiotic strains in promoting mineral bioavailability. Overall, this research provides a valuable framework for identifying probiotics with enhanced mineral absorption properties, highlighting B. lactis Ca360 as a multifunctional strain with significant potential for future applications.