LAB sau khi được bổ sung vào cơ thể chủ chúng tác động lên vật chủ thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Trong đó, hai cơ chế chính là cạnh tranh vị trí bám với VSV và khả năng sản sinh nhiều chất kháng khuẩn có tác dụng ức chế, tiêu diệt VSV gây bệnh nhằm duy trì sự cân bằng hệ VSV đường ruột.
Một trong những tác động chính là khả năng cạnh tranh và ức chế các VSV gây bệnh của các vi sinh vật probiotic – lactic. Một số nghiên cứu cho thấy, khi cho heo Large White sử dụng L. fermentum 14 kết hợp với S. salivarius 312, sẽ làm giảm số lượng lớn E. coli trong dạ dày và tá tràng. Khi chỉ dùng L. fermentum 14, cũng có tác dụng làm giảm số lượng E. coli trong dạ dày [54].
Hoặc trong nhiều nghiên cứu khác cho thấy, khi cho những bệnh nhân rối loạn tiêu hóa sử dụng probiotic chứa thành phần vi khuẩn L. acidophilus, B. bifidum và B. breve sẽ làm gia tăng số lượng của Lactobacillus và giảm số lượng của E.coli trong ruột. Còn khi cho bệnh nhân bệnh bạch cầu sử dụng Bifidobacterium sp. và L. acidophilus, hệ VK đường ruột và nấm men sẽ được phục hồi. Vì khi sử dụng thuốc chữa trị bệnh bạch cầu sẽ làm chết một số VSV có lợi trong đường ruột [15], [54].
Một cơ chế tác động khác của vi khuẩn probiotic - lactic là tác động vào hệ tiêu hóa vật chủ thông qua sản sinh nhiều chất có hoạt tính kháng khuẩn cao như sản sinh nhiều acid hữu cơ nồng độ cao, sản sinh bacteriocin, H2O2, ethanol,… Cụ thể:
Trong nhiều nghiên cứu cho thấy, LAB có hoạt tính kháng khuẩn trên diện rộng. Trong số các hoạt tính này, khả năng sản xuất acid lactic và acid acetic được xem là quan trọng nhất [51]. Trong khi các LAB lên men đồng hình chủ yếu sản sinh acid lactic thì nhóm LAB lên men dị hình tạo ra cả những acid hữu cơ khác như acid acetic, acid formic, acid propionic,… Những acid này làm giảm pH của MT và khi pH thấp đạt đến một mức nào đó sẽ đủ để loại trừ những VSV gây hại trong đường ruột. Chẳng hạn như các VSV gây bệnh như E. coli (gây viêm ruột ở động vật non và trẻ em), S. typhimurium, S. cholerasuis (gây sốt thương hàn),… Ngoài ra, một số LAB còn tạo ra ethanol có vai trò ức chế một số loài VK cạnh tranh, dù đó là sản phẩm chiếm tỷ lệ thấp trong quá trình lên men [1], [3], [4], [7].
Bên cạnh khả năng sản sinh các acid hữu cơ, LAB còn được biết đên bởi khả năng sản sinh bacteriocin. Theo Maria E. C Bruno và cộng sự “Bacteriocin của LAB là các phân tử protein mang điện tích dương, kích thước nhỏ (từ 30 – 60 acid amin), trung tính, có điểm đẳng điện cao và khả năng ức chế các VK có quan hệ chủng loại gần với chủng VK sinh bacteriocin đó” [15].
Trong những nghiên cứu gần đây cho thấy một số bacteriocin có phổ kháng khuẩn rộng, có khả năng ức chế cả VK Gram âm và VK Gram dương. Bacteriocin của LAB được chia làm 3 nhóm:
Nhóm I: bao gồm những bacteriocin có khối lượng phân tử nhỏ hơn 30 Kdal, chịu nhiệt độ cao như lactacin từ L. acidophilus 11088, pediocin PA – 1 từ
P. acidilactici.
Nhóm II: Là những bacteriocin có khối lượng phân tử lớn hơn 30 Kdal, không bền nhiệt, mất hoạt tính khi xử lí ở 1000C trong 30 phút như helveticin J từ
L.helveticus, lactacin B từ L. acidophilus N2.
Nhóm III: bao gồm các polypeptide chứa acid amin dị thường lanthionin như nisin [15] [23] [54].
Bacteriocin có tác dụng kháng khuẩn bằng cách gây ra hiện tượng suy yếu hoặc phá vỡ lực đẩy proton trong các bào quan sinh năng lượng như liposome và trong toàn bộ tế bào của VSV nhạy cảm với bacteriocin đó. Lực đẩy proton đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi năng lượng của tế bào. Do đó, sự phá vỡ hoặc làm suy giảm lực này sẽ dẫn đến tình trạng thiếu hụt ATP trong tế bào, khả năng vận chuyển các chất dinh dưỡng cũng như duy trì các cofactor như K+, Mg2+ bị ức chế và cuối cùng dẫn đến giết chết tế bào VSV nhạy cảm với bacteriocin đó.
Cơ chế tác động của bacteriocin có thể tóm tắt như sau: bacteriocin được hút bám trên màng tế bào VSV nhạy cảm với nó, tác động lên màng tế bào này và làm giảm thế năng của màng nguyên sinh chất, gây những tổn thương không thể khắc phục được. Sau đó, bacteriocin dễ dàng xâm nhập vào tế bào, làm thay đổi pH nội bào, dẫn đến phá vỡ hoặc làm suy giảm động lực proton. Đồng thời, gây ra sự thoát các acid amin tiền tích tụ trong tế bào và các thành phần nội chất khác của tế bào ra ngoài MT thông qua các lỗ thủng trên màng tế bào. Cuối cùng tế bào chết do mất năng lượng [15].
Một số chất kháng khuẩn khác như H2O2: Một số chủng LAB có thể tạo H2O2 (hydrogen peroxyde), như L. lactis, L. cremoris có thể sản sinh H2O2 khi chuyển từ MT kị khí sang hiếu khí. Vì LAB không có catalase nên trong điều kiện có oxygen, chúng sẽ sinh ra H2O2. Năm 1951, Whater và đồng nghiệp đã chứng minh khả năng ức chế S. aureus của L. lactis nhờ khả năng sinh H2O2 [1], [3], [4].
Kháng khuẩn do sinh diacetyl: diacetyl là chất có khả năng ức chế sự phát triển của nhiều VSV gây bệnh. Hoạt tính ức chế này tăng lên trong MT acid, ức chế mạnh hơn đối với vi khuẩn G-
và nấm mốc, đặc biệt với M. turberculosis (VK lao). Tuy nhiên, nồng độ tối thiểu có tác dụng của chúng thường cao hơn mức thường thấy trong thực phẩm. Vì vậy, tác dụng riêng diacetyl không thể giải thích cho khả năng kháng khuẩn của LAB [1], [3], [4], [15].
Ngoài ra, một số LAB còn tác động thông qua việc điều hòa phản ứng miễn dịch và tăng cường hoạt động chuyển hóa của VK đường ruột [15], [54].