Iga terve inimese soolestikus elab palju erinevaid baktereid. Need soolebakterid toodavad  kasulikke aineid, näiteks vitamiine, ilma milleta inimene hakkama ei saa ja halvemal juhul haigestub. Selleks et inimene saaks kasulike soolebakteritega koos elada, tuleb hoolitseda selle eest, et nendel bakteritel oleks piisavalt toitaineid.

Sellisteks toitaineteks on näiteks kiudained – need on reeglina keerulise ehitusega liitsuhkrud, mida inimene ise ei suuda seedida. Kiudained läbivad meie seedekulgla esimese osa muutumatul kujul ja jõuavad seejärel jämesoolde, kus nad on toiduks inimese soolebakteritele.

Kiudaineid, mis soodustavad heade bakterite kasvu ja mõjuvad seega tervisele kasulikult, nimetatakse prebiootikumideks. Kasulikeks kõhubakteriteks ehk probiootikumideks loetakse näiteks bifidobaktereid ja laktobatsille. Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudis kaitstud doktoritöös selgitas Karin Ernits, kuidas on võimalik ensüümide abil toota uudseid prebiootikume, mis stimuleeriksid kasulike bakterite kasvu inimese sooles, tuues sellega kasu tervisele.

"Me kanname igapäevaselt endaga kaasas kuni kahte kilogrammi mikroorganisme, mida leidub kõige rohkem meie soolestikus," selgitas Ernits ja jätkas: "Kõhubakterid lagundavad seedimata jäänud toiduosakesi ja toodavad neist vitamiine ning lühikese ahelaga rasvhappeid, millest kõige kasulikumaks peetakse võihapet."

Võihape ehk butüraat tugevdab soolestiku limaskesta epiteeli ehk kattekudet, vähendades sellega soolehaiguste tekkimise riski.

Tõsiasi, et me saame ise oma soole mikroobikooslust toitumisega mõjutada, on üldteada. Ütlus "sa oled see, mida sööd" viitab sellele, et kui tarbida mitmekesist kiudaineterikast toitu, on meie soolestiku mikrobioloogiline kooslus hea tervise juures ja siis oleme ka ise terved.

Üks võimalus kasulike kõhubakterite mitmekesisust ja arvukust tõsta on tarbida prebiootikume. Neid aineid lisatakse juba praegu näiteks imikute piimasegudele ja muudele toitudele ning müüakse toidulisandina ka poodides ja apteekides.

Üheks populaarsemaks prebiootikumiks on puuviljasuhkrust (fruktoosist) koosnev liitsuhkur inuliin. Taimedest, näiteks sigurist või maapirnist toodetavat inuliini kasutatakse Euroopa Liidus funktsionaalse toidu komponendina juba alates 2002. aastast.

Lisaks inuliinile on loodusest leitav ka veidi teistsuguse ehitusega fruktoosist koosnev liitsuhkur – levaan. Levaani toodavad peamiselt bakterid, moodustades sellest enda ümber kaitsva limase kapsli, kuid levaani leidub ka mõnedes taimedes.

Tartu Ülikooli mikrobioloogia dotsent Tiina Alamäe juhitud töörühm koostöös Tallinna Tehnikaülikooli ja Toidu- ja Fermentatsioonitehnoloogiate Arenduskeskuse teadlastega on näidanud, et nii levaan kui ka lühema ahelaga levaani-tüüpi suhkrud suurendavad kasulike jämesoolebakterite aktiivsust ja arvukust.

Tartu Ülikoolis äsja doktorikraadi kaitsnud Karin Ernits tegi oma töös kindlaks, kuidas on võimalik toota prebiootilisi liitsuhkruid. Ta kasutas selleks kahte bakteritest pärinevaid ensüüme ja odavat toorainet – sahharoosi ehk lauasuhkrut (vaata joonist).

Üks neist ensüümidest on levaansukraas, mis lagundab lauasuhkru molekuli ja liidab fruktoosi jäägid üksteise külge. Moodustunud prebiootilised liitsuhkrud nagu frukto-oligosahhariidid (FOS-id) ja levaan on toiduks headele kõhubakteritele, tõstes nende arvukust soolestikus ja stimuleerides kasvu.

Karin Ernits täpsustas, et levaansukraasi toodetud FOS-ide segu puhastamine on üpris aja- ja energiakulukas. "Kuid me töötasime välja viisi, kuidas FOS-e toota kiiremini ja efektiivsemalt. Me kasutame selleks ühte teist ensüümi – endo-levanaasi," rääkis Ernits.

Asi on nii, et kui odavast lauasuhkrust saab levaansukraasi abil toota nii frukto-oligosahhariide (FOS-e) kui ka polümeerset levaani, siis endo-levanaasi abil on võimalik toodetud levaanist teha lühemaid FOS-e tõhusamalt ja odavamal (vaata joonist).

Välja töötatud meetodi kasutegur on piisavalt suur, et võimaldada levaan-tüüpi FOS-ide kasutuselevõttu prebiootikumina. "Meie uurimistöö tulemusi saab rakendada tõhusate ja keskkonnasõbralike tehnoloogiate väljatöötamiseks levaani ja levaani-tüüpi FOS-ide tootmiseks," rõhutas Ernits. Ülevaadet endo-levanaasi struktuurist ja töömehhanismist saab lugeda ERR Novaatorist.  

Tartu Ülikooli mikroobse glükobiotehnoloogia teadur Triinu Visnapuu tegeleb eksperimentaalarenduse projektis levaani ensümaatilise sünteesi ja puhastamise tehnoloogia edasi arendamisega. Selle käigus optimeeritakse tootmistingimusi, et tulevikus saaks sünteesida võimalikult efektiivselt suures koguses ja suure puhtusastemaga levaani. See omakorda võimaldaks levaani prebiootikumina laialdaselt kasutusele võtta.

Levaani ja levaani-tüüpi FOS-e on võimalik kemikaale turustavatelt ettevõtetelt osta juba praegu, kuid ühe kilogrammi levaani hind on mitusada tuhat eurot ning FOS-ide puhul veelgi kõrgem.

Seetõttu on praegu võimatu neid uudseid prebiootilise toimega kiudaineid toiduainetööstuses või muudes rakendustes kasutada. Karin Ernitsa sõnul annab tema doktoritöö olulise sisendi selleks, et tulevikus võiks Tartu Ülikooli teadlaste poolt välja töötatud tehnoloogia abil toota tervislike kiudainetega rikastatud tooteid palju odavamalt kui see seni võimalik on olnud. "Kui selliseid toiduaineid on meie laual rohkem, teevad need meid tugevamaks, tervemaks ja rõõmsamaks," sedastas Karin Ernits.