Как антибиотики влияют на микробиом кишечника?

Микробиом кишечника каждого человека содержит определенное сообщество микроорганизмов, которое обычно остается стабильным в течение многих лет. Однако баланс может быть нарушен из-за таких факторов, как диетические изменения, инфекции или лекарства. В частности, антибиотики оказывают сильное влияние на микробиом. В ответ микроорганизмы используют различные механизмы устойчивости, при этом отдельные бактериальные популяции развиваются путем отбора устойчивых к антибиотикам вариантов. Однако масштабы и механизмы этих процессов и их влияние на экологию микробного сообщества изучены недостаточно.

В комплексном метагеномном исследовании ученые DZIF профессор Барбель Стечер и профессор Элис Макхарди вместе с международной исследовательской группой исследовали эволюцию кишечных бактерий, чувствительных к частым нарушениям с помощью антибиотиков. Для этой цели они использовали модель гнотобиотических мышей, то есть мышей, которые оставались свободными от микробов и стабильно колонизировались известным консорциумом бактерий. Эта модель позволяет проводить эволюционные исследования членов сообщества в естественном хозяине в четко определенных и контролируемых условиях. Затем исследователи проанализировали влияние различных классов антибиотиков на микробиом в течение 80-дневного периода. Используя метагеномный анализ, они приступили к выбору предполагаемых мутаций, способствующих устойчивости к антибиотикам, в бактериальных популяциях, а затем проанализировали характеристики эволюционировавших бактериальных клонов, выделенных из сообществ.

Мы смогли проследить, как повторное лечение антибиотиками приводит к отбору устойчивых к антибиотикам комменсальных бактерий, которые через некоторое время повышают устойчивость микробного сообщества к определенным антибиотикам, таким как тетрациклины. Помимо адаптации микробиома за счет эволюции отдельных микроорганизмов, мы также обнаружили доказательства эволюции устойчивости к отдельным бактериям за счет замедления роста клеток. Микробиом, так сказать, адаптируется к лечению и лучше его переносит».

Purple Stecher, координатор, желудочно-кишечные инфекции, Немецкий центр исследования инфекций

Пурпур Штехер также является профессором медицинской микробиологии и гигиены в Институте Макса фон Петтенкофера Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU).

Кроме того, исследовательская группа отметила индукцию высвобождения лекарств при лечении специфическими антибиотиками. В этом процессе лизогенные фаги, чьи геномы интегрированы в бактериальный геном, активируются, после чего они реплицируются и лизируют клетки-хозяева при высвобождении новых вирусных частиц. «Это пример того, как антибиотики могут косвенно влиять на выживание бактерий», — говорит доктор Филип Мунк, первый автор исследования.

В целом, исследование показывает огромное разнообразие реакций микробиома на лечение антибиотиками. Это включает, например, влияние окружающей среды, такое как ингибирование микробиоты путем устранения важных бактерий-«партнеров» в метаболической сети экосистемы кишечника.

«Учитывая такую ​​большую сложность прямых и косвенных реакций, трудно предсказать, на какие виды повлияет лечение антибиотиком, даже на гнотобиотических моделях животных с определенным сообществом микроорганизмов», — резюмирует профессор Элис МакХарди, заместитель координатора по биоинформатике. и машинного обучения в DZIF и руководитель отдела вычислительной биологии для исследований инфекций в Центре исследований инфекций им. Гельмгольца, членском учреждении DZIF.