Microbiologie in hapklare porties
Vier antibiotica en de darmflora
Intestinale microbiota, ook algemeen bekend als darmmicrobiota of darmflora, vormen de grootste populatie micro-organismen die in de darm van het menselijk lichaam verblijven. De diverse microben in onze darmen beïnvloeden ons immuunsysteem, ons metabolisme en ons gedrag.
De darmflora kan, op basis van de interactie met de gastheer, in drie groepen worden ingedeeld: symbionten/mutualisten, commensalen en pathogenen. In het eerste geval zijn zowel de mutualisten als de gastheer zeer nauw met elkaar verbonden en profiteren zij in gelijke mate van elkaar. Commensalen hebben een losse interactie met de gastheer om voordelen als voeding en bescherming te krijgen, en op hun beurt voorzien ze de gastheer royaal van essentiële voedingsstoffen, en dragen ze ook bij tot de darmarchitectuur en bescherming tegen kolonisatie door opportunistische ziekteverwekkers. Pathogenen, ofwel ziekteverwekkers, maken gebruik van het darmmilieu door “geëvolueerde” strategieën die hun celdeling mogelijk maken, of door gebruik te maken van beschikbare voedingsstoffen en regulerende signalen voor hun eigen egoïstische uitbreiding en virulentie.
Mutualisten en commensalen stabiliseren het darmmicrobioom vooral, en voorzien de gastheer ook van nuttige enzymen en andere aanvullende moleculen waar de gastheer dankbaar gebruik van maakt omdat hij die zelf niet kan produceren. Sommige microben, wanneer ze in kleine hoeveelheden in de darm aanwezig zijn, zijn bevorderend voor de gezondheid en kunnen zelfs darmontsteking verminderen (Parabacteroides, Faecalibacterium, Coprococcus, en Odoribacter). Ze zijn echter ziekteverwekkend in hogere concentraties.
Hoewel antibiotica een doorbraak betekenen in het terugdringen van bacteriële infecties, heeft overmatig gebruik ervan een negatief effect op de darmmicrobiota: ze vegen op invasieve wijze de inheemse bacteriën weg – meestal de nuttige bacteriën, die dan tegelijkertijd worden vervangen door de opportunistische pathogene microben die in de darm aanwezig zijn. Langdurig gebruik van antibiotica kan naast het remmen van de darmbacteriën ook leiden tot antibioticaresistentie bij deze bacteriën, en kan bovendien darmziekten uitlokken.
Tot dusver is het effect van antibiotica op de darmmicrobiota bekend door ons inzicht in bacteriefamilies en/of specifieke pathogene soorten die aanwezig zijn. Maar we moeten het effect van antibiotica op bacteriën – zowel heilzame als pathogene – nog echt onderzoeken, vooral bij dysbiose (een onbalans van de darmflora). De gevolgen van deze aandoening is belangrijk voor ons omdat bij dysbiose de verminderde diversiteit in de microbiota de kans op ontstekingen kan verhogen, de vatbaarheid voor ziekteverwekkers kan vergroten en toxines en kankerverwekkende stoffen kan produceren.
In een studie van Ce Huang et al. (2022) werd 16S rRNA-gen-sequencing technologie gebruikt om de korte- en langetermijneffecten van vier antibiotica te analyseren (ampicilline, vancomycine, metronidazol en neomycine) op de intestinale microbiota van knaagdieren. De auteurs wilden de impact onderzoeken van de huidige methoden om darmmicroben te verwijderen en tegelijkertijd klinisch relevante informatie verstrekken over antibiotica om bacteriële infecties te behandelen.
Afbeelding bron: https://geneticeducation.co.in/16s-rrna-gene-sequencing-and-importance
De auteurs ontdekten dat de antibiotica ampicilline, vancomycine en metronidazol de aanwezigheid van Coprococcus en Lactobacillus verminderden (twee prominente Gram-positieve bacteriën met probiotische stammen). Ze ontdekten ook dat ampicilline en vancomycine, die in theorie Enterococcus – een Gram-positieve facultatieve anaerobe met meerdere pathogene stammen – hadden moeten doden, in plaats daarvan de hoeveelheid ervan deden toenemen, terwijl metronidazol de aanwezigheid totaal niet beïnvloedde. De auteurs concludeerden dat deze waarnemingen verband hielden met de invloed van het antibiotica mechanisme en de daaruit voortvloeiende concurrentie tussen verschillende bacterie gemeenschappen die door dysbiose werd veroorzaakt.
Nadat de antibiotica een maand uit de knaagdieren waren verdwenen, onderzochten ze het vermogen van de darmflora van de muizen om zich te herstellen. Ze stelden vast dat de impact van de antibiotica continu was en dat de structuur van de microbiota dynamisch was veranderd. Bovendien, zelfs wanneer de darmflora zich (verbazingwekkend genoeg) had hersteld binnen enkele weken na het stoppen van de antibioticabehandeling, verschilde de dynamiek van de microbiota nog steeds van die van vóór de antibioticabehandeling.
Een van de waarnemingen was dat de verandering in de structuur van de microbiota in sommige gevallen permanent was. Hieruit bleek dat blootstelling aan antibiotica inderdaad niet alleen kortetermijn effecten kan vertonen, maar ook langdurige blijvende effecten kan hebben.
De auteurs beweren dat bacteriën bij blootstelling aan een antibioticum de neiging hebben om vaker resistent te worden, hetgeen zelfs in de darmflora kan worden waargenomen. Verder stellen ze dat de gevoeligheid van diverse micro-organismen voor verschillende antibiotica varieert, en dat de gemeenschap zich stabiliseert tot een nieuwe staat zodra de vatbare soorten drastisch afnemen of vernietigd worden.
Het ontstaan van pathogene bacteriën in de darm als gevolg van de afname van andere soorten, gevolgd door hun mogelijke antibioticaresistentie, is dus echt een probleem en een recept voor ziekten en infecties van de gastheer. Het team leidde af dat Bacteroides (potentieel probioticum van de volgende generatie) en Escherichia, die inherent zijn aan de darm, twee kandidaten zijn die de meeste kans lopen antibioticaresistente stammen te ontwikkelen.
De bevindingen van de auteurs luidden dat de vier antibiotica – afzonderlijk of in verschillende combinaties – de microbiële diversiteit verminderden. Ze zijn het ermee eens dat hun resultaten (op genusniveau) overeenstemmen met eerdere studies die stellen dat antibiotica potentieel nuttige bacteriën doen afnemen als gevolg van een algemene vermindering van de diversiteit in de microbiota.
Ze waarschuwen ook dat hun werk een belangrijke beperking heeft: de gebruikte 16S rRNA-gen-sequencing technologie maakte geen “betrouwbare” verschillen op soortniveau bij de taxonomische toewijzing van de verschillende geobserveerde bacteriën. Dit is een nadeel, omdat potentiële probiotica en pathobiotica gewoonlijk eerder soort afhankelijk dan genus afhankelijk zijn.
Aangezien de antibiotica gedurende een korte periode (2 weken) oraal werden toegediend en de waarnemingen nadien drastisch waren, opent dit werk mogelijkheden voor verder onderzoek. Zo zouden bijvoorbeeld verschillende doseringen van de antibiotica en toedieningswegen verder kunnen worden onderzocht. De verschillende mechanismen die de waargenomen veranderingen in de microbiota veroorzaken, zouden ook kunnen worden onderzocht.
Deze wetenschappers zijn dus sterk voorstander van het weloverwogen voorschrijven van antibiotica in klinieken. Twee manieren waarop de darmflora kan worden hersteld, zijn ontlastingstransplantatie en toediening van probiotica, zo bevelen zij aan.
Link to the original post: 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 e01904-21
Featured image: Original image using Biorender.com
Vertaald door: Charlotte van de Velde
micro-bites.org 