Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Четыре антибиотика и микробиота кишечника
Кишечная микробиота представляет собой самую большую популяцию микроорганизмов, обитающую в организме человека. Разнообразные микробы кишечника влияют на наши иммунные, метаболические и нейроповеденческие черты.
Микробы, присутствующие в кишечнике, можно разделить на три типа в зависимости от их взаимодействия с хозяином: симбиоз/мутуализм, комменсализм и патогены. В случае мутуализма оба организма тесно связаны между собой, получая друг от друга одинаковую выгоду. Комменсализм подразумевает свободный обмен, где организм получает питание и защиту, и, в свою очередь, отдает необходимые питательные вещества, вносит вклад в архитектуру кишечника, а также защищает от колонизации условно-патогенными микроорганизмами. Патогены закрепляются в кишечнике либо с помощью развития новых стратегий, которые позволяют им размножаться, либо путем использования доступных питательных веществ и регуляторных сигналов для их собственного размножения и вирулентности.
Мутуалисты и комменсалы стабилизируют микробиом кишечника, и обеспечивают хозяина ферментами и другими дополнительными молекулами, которые хозяин с благодарностью использует, но сам не производит. Часто, когда эти бактерии присутствуют в кишечнике в небольших количествах, они способствуют уменьшению воспаления кишечника (Parabacteroides, Faecalibacterium, Coprococcus и Odoribacter), но могут стать вирулентными при более высоких концентрациях.
Хотя антибиотики совершили прорыв в борьбе с бактериальными инфекциями, их чрезмерное потребление оказывает негативное влияние на микробиоту кишечника: они уничтожают врожденные, часто полезные бактерии, и их места занимают условно-патогенные микробы, присутствующие в кишечнике. Помимо подавления хороших микробов, длительное использование антибиотиков может также привести к резистентности кишечных бактерий к антибиотикам или спровоцировать кишечные заболевания.
О влиянии антибиотиков на кишечную микробиоту нам известно благодаря знаниям о присутствующих там семейств бактерий и/или конкретных патогенных видов. Но нам еще предстоит по-настоящему изучить влияние антибиотиков на бактерии — как на полезные, так и на патогенные – особенно во время кишечной инфекции или дисбактериоза. Важно осознавать важность последствий дисбактериоза, так как при этом заболевании происходит снижение разнообразия микробиоты, что может привести к увеличению вероятности воспаления, а также к повышению восприимчивости к патогенам и производству генотоксинов и канцерогенных метаболитов.
Ce Huang et al. (2022)использовали технологию секвенирования гена 16S рРНК для анализа краткосрочного и долгосрочного воздействия четырех разных антибиотиков (ампициллин, ванкомицин, метронидазол и неомицин) на микробиоту кишечника грызунов. Они хотели изучить современные методы удаления бактериального профиля кишечника, одновременно предоставляя клинически значимую информацию об антибиотиках для лечения бактериальных инфекций.
Они обнаружили, что антибиотики ампициллин, ванкомицин и метронидазол снижают численность Coprococcus и Lactobacillus, двух известных грамположительных бактерий-пробиотиков. Они также обнаружили, что ампициллин и ванкомицин, которые, в теории, должны были инактивировать Enterococcus (грамположительный факультативный анаэроб с множественными патогенными штаммами), увеличили его численность, в то время как метронидазол вообще не оказал никакого влияния. Они пришли к выводу, что эти наблюдения связаны механизмом действия антибиотиков и последующей конкуренцией между различными бактериальными сообществами, вызванная дисбиозом.
Через месяц после того как грызуны перестали получать антибиотики, ученые принялись исследовать способность кишечной микробиоты мышей к восстановлению. Они отметили, что воздействие антибиотиков было непрерывным, и структура микробиоты часто менялась. Более того, даже после восстановления микробиома кишечника, динамика микробиоты все еще отличалась от того, что было до лечения.
Также в данном исследовании были отмечены структурные изменения микробиоты в периоды до и после антибиотикотерапии, носившие в ряде случаев стойкий характер. Это продемонстрировало, что воздействие антибиотиков, действительно, может иметь не только краткосрочные эффекты, но и иметь продолжительные последствия.
Ученые утверждают, что при воздействии антибиотика бактерии, как правило, чаще приобретают устойчивость, что можно увидеть даже в микробиоме кишечника. Они также заявляют, что микроорганизмы различаются по восприимчивости к антибиотикам, и поэтому сообщество (например, микробиом кишечника) стабилизируется до нового состояния, в то время как восприимчивые виды резко снижаются в численности или уничтожаются.
Следовательно, происходит возникновение изобилия патогенных бактерий в кишечнике из-за сокращения количества видов пробиотиков, за которым следует их возможная устойчивость к антибиотикам. Это вызывает беспокойство и является предпосылкой для болезней и инфекций. Исследователи пришли к выводу, что Bacteroides (предполагаемый пробиотик следующего поколения) и Escherichia (уже присутствующие в кишечнике) являются двумя кандидатами, которые с наибольшей вероятностью смогут привести к развитию антибиотико-устойчивых штаммов.
Они пришли к выводу, что данные четыре антибиотика, по отдельности или в различных комбинациях, снижают микробное разнообразие. Ученые подтверждают, что их результаты согласуются с предыдущими исследованиями, в которых подчеркивалось, что антибиотики уменьшают количество потенциально полезных бактерий из-за общего уменьшения разнообразия микробиоты.
Однако, это исследование имеет некоторые ограничения: используемая технология секвенирования гена 16S рРНК не позволяет «с уверенностью» дифференцировать организмы на видовом уровне. Это является недостатком, поскольку потенциально полезные бактерии-пробиотики и патобионты обычно зависят от видовой классификации, а не от родовой.
Поскольку антибиотики принимались только около 2 недель, данное исследование открывает путь для новых открытий. Например, можно дополнительно изучить различные дозировки антибиотиков и пути их введения. Также можно исследовать механизмы, которые вызывают наблюдаемые изменения в микробиоте.
Таким образом, данная группа решительно поддерживает разумное назначение антибиотиков в клиниках. Они подчеркивают два крайне действенных способа восстановления микробиоты кишечника — трансплантация фекальной микробиоты и прием пробиотиков.
Перевод был сделан Марией Мартыновой
Оригинальная статья: Ce Huang, Shengyu Feng, Fengjiao Huo, Hailiang Liu , Effects of Four Antibiotics on the Diversity of the Intestinal Microbiota, Microbiology Spectrum, March/April 2022 Volume 10 Issue 2
Изображение: было создано с помощью Biorender.com
micro-bites.org 