O local de ação dos probióticos é na microbiota do trato gastrintestinal humano, melhorando seu equilíbrio. Porém, em relação ao seu modo de ação é difícil definir um único mecanismo.
Isolauri e col. verificaram que os probióticos agem diminuindo a permeabilidade intestinal nas patologias em que existe uma barreira defeituosa. Outros estudos sugerem a ação por meio da ativação e/ou redução da resposta imunológica da mucosa celular e humoral. Mack e col. encontraram produção de muco aumentada quando administrados estes microorganismos. Outros estudiosos relatam que os probióticos agem prevenindo a apoptose induzida por citocinas dos enterócitos.
Por isso, têm sido propostos quatro possíveis mecanismos de ação dos probióticos: 1) na produção de compostos com atividade microbiana que competem com as bactérias patogênicas por nutrientes ou por sítios de adesão; 2) no aumento da produção de metabólitos pelas bactérias protetoras, inibindo a colonização e crescimento de agentes patogênicos; 3) pelo aumento ou diminuição da atividade enzimática, alterando o metabolismo microbiano; 4) no aumento da atividade de macrófagos e dos níveis de anticorpos, estimulando a imunidade do hospedeiro.
