Чтобы лучше понять потенциал микробов в кишечнике для воздействия на здоровье человека, клиницисты должны смотреть не только на бактерии, присутствующие в образцах фекалий, но и на метаболиты, такие как аминокислоты, которые производят эти бактерии, согласно новому исследованию. исследователи из Австралии и Англии опубликовали на этой неделе в mSphere, журнале с открытым доступом Американского общества микробиологии.
По словам старшего автора исследования Герайнта Б. Роджерс, доктор философии, адъюнкт-профессор микробиологии и инфекционных заболеваний Университета Флиндерс в Аделаиде, Южная Австралия, и член Южно-Австралийского института здравоохранения и медицинских исследований. По его словам, изучение микробиома и его метаболитов (метаболома) должно идти рука об руку, но, поскольку многие микробы выполняют одну и ту же роль, а некоторые микробы используют метаболиты других, предсказать, как может выглядеть метаболом, «очень сложно».
«Характеристика продуктов метаболизма кишечной микробиоты имеет важное значение для понимания того, как они влияют на здоровье человека», - сказал Роджерс. «Эти соединения могут модулировать иммунную регуляцию человека, функцию центральной нервной системы и метаболизм. Таким образом, анализ вызванных антибиотиками нарушений микробиоты кишечника и соответствующего метаболома может дать представление как об острых, так и о хронических эффектах антибиотиков, а также может дать функциональное понимание. развития любых сопутствующих заболеваний."
Роджерс и А. Джеймс Мейсон, доктор философии, старший преподаватель биохимии мембран в Королевском колледже Лондона, руководили работой, используя комбинацию лабораторных методов - секвенирование следующего поколения и ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) метаболомики - для измерения влияние антибиотикотерапии препаратами ципрофлоксацин или ванкомицин-имипенем на микробиом и метаболом самок мышей. Они взяли образцы кала у мышей непосредственно перед лечением антибиотиками, через 14 дней лечения и через девять дней после прекращения лечения антибиотиками. Одна группа мышей не получала никаких антибиотиков и служила контролем.
Обработка ципрофлоксацином привела к значительному снижению таксонового богатства (количества различных типов бактерий в образцах), но не повлияла на разнообразие или равномерность микробиоты. Для сравнения, лечение ванкомицином-имипенемом привело к значительному уменьшению богатства, равномерности и разнообразия таксонов.
Лечение антибиотиками привело к значительным изменениям микробного состава и структуры в течение 14 дней лечения антибиотиками, отмечают исследователи. Ципрофлоксацин приводил к значительному снижению нескольких типов бактерий, включая Streptococcus, Lactobacillus и Clostridium, а также к увеличению Bacteroides и других видов. Некоторые семьи были полностью истощены антибиотиками. Лечение ванкомицином-имипенемом также приводило к значительным различиям, включая снижение числа представителей типов Bacteroides и Firmicutes и увеличение относительной численности протеобактерий.
Многие из бактериальных популяций, которые изменились после воздействия антибиотиков, вносят свой вклад в здоровье человека, сказал Роджерс. «Например, семейство Ruminococcaceae, которое значительно сократилось, производит важные жирные кислоты с короткой цепью путем ферментации углеводов, которые люди не могут усваивать самостоятельно. Эти кислоты способствуют многим аспектам нашего здоровья, включая обновление клеток эпителия, что снижает риск возникновения толстой кишки рак, барьерная функция кишечника, которая предотвращает попадание бактерий в кровоток, а также регуляция иммунного и метаболического контроля. Воздействие антибиотиков также повышало уровень бактерий рода Enterobacter, многие виды которых вызывают заболевания».
Команда также исследовала степень восстановления фекального микробного сообщества через девять дней после лечения антибиотиками. В группе ципрофлоксацина уровни богатства таксонов оставались неизменными в течение этого времени, но однородность и разнообразие микробиоты были значительно снижены по сравнению с уровнями, измеренными до и в конце лечения. В группе ванкомицин-имипенем уровни микробного богатства, равномерности и разнообразия значительно увеличились через девять дней после прекращения приема антибиотиков по сравнению с уровнями, измеренными в конце лечения, но не достигли уровней, наблюдаемых до начала лечения антибиотиками. Различия в составе микробиоты в группе ванкомицина-имипенема были больше, чем в группе ципрофлоксацина по сравнению с контрольной группой, что свидетельствует о более медленном восстановлении микробиоты в группе ванкомицина-имипенема.
Исследователи наблюдали значительные изменения в метаболизме мышей, получавших антибиотики. У мышей, получавших ципрофлоксацин, наблюдалось значительное увеличение содержания аминокислот, таких как валин, лейцин и фенилаланин, и снижение уровня сахарного глицерина по сравнению с контрольной группой. Увеличение этих типов аминокислот связано с повышенным риском развития диабета 2 типа, а также развития метаболических заболеваний. Мыши, получавшие ванкомицин-имипенем, имели еще большие различия, включая более низкие уровни аминокислот аланина, метионина и тирозина и цитрата и пропионата органических кислот. Также наблюдались повышенные уровни сахарозы, саркозина и других соединений.
В последующих исследованиях Роджерс и его коллеги оценивают, наблюдаются ли сопоставимые эффекты у людей, а также пребиотики (пищевые добавки, которые стимулируют рост полезных микробов в кишечнике) или аутотрансплантация фекальной микробиоты (ре- введение части микробиоты кишечника человека после лечения) можно использовать в качестве терапии для ограничения этих эффектов.