Кишечник человека кишит миллиардами полезных бактерий. Терапия с использованием антибиотиков часто уничтожает большинство из них. Исследовательская группа, в которую входили ученые из MDC, исследовала, восстановится ли впоследствии кишечная флора и каким образом. Результаты были опубликованы в научном журнале Nature Microbiology..
Пищеварительный тракт человека содержит целую вселенную крошечных организмов. В кишечнике примерно столько же бактерий, сколько людей живет на Земле. Эти микроорганизмы почти всегда служат благополучию своего хозяина. Они помогают переваривать пищу, вырабатывают витамины и тренируют иммунную систему. Кроме того, само их присутствие помогает остановить распространение патогенов.
Но кишечный микрокосм, также известный как микробиом, чувствителен к нарушениям. «При выходе из равновесия есть риск инфекции, избыточного веса и диабета, а также воспалительных и неврологических заболеваний», - говорит доктор София Форслунд, которая в мае этого года перешла из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL). в Гейдельберге в Центр молекулярной медицины Макса Дельбрюка (MDC) в Берлине для изучения сложных взаимодействий между людьми и микробиомами.
Антибиотики оставляют стойкие следы в кишечнике
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Microbiology, Форслунд вместе с коллегами из Дании, Германии и Китая исследовал, как терапия антибиотиками широкого спектра действия влияет на взаимодействие кишечных бактерий. «Мы смогли показать, что микробиом почти полностью восстановился через шесть месяцев после приема препарата», - говорит шведский исследователь. Но только «почти»: «Некоторые чувствительные виды бактерий полностью исчезли», - говорит Форслунд.
В ходе четырехдневного исследования команда под руководством исследователей MDC и двух ученых из Копенгагенского университета вводила коктейль из трех антибиотиков (меропенем, гентамицин и ванкомицин) двенадцати здоровым молодым мужчинам, согласившимся участвовать. Эти препараты в основном используются, когда более распространенные антибиотики уже не действуют из-за того, что бактерии уже стали к ним устойчивыми.
Некоторые виды бактерий выжили после введения лекарств
Затем исследователи изучали микробиомы своих испытуемых в течение шести месяцев. С помощью секвенирования ДНК - метода, используемого для определения структуры генетического материала, - они определили, какие виды бактерий присутствуют в кишечнике мужчин и какие гены присутствуют в бактериях. Команда также уделила особое внимание генам устойчивости, с помощью которых микробы защищаются от лекарств.«Наше исследование, вероятно, является первым, в котором изучается влияние антибиотиков на активность бактериальных генов», - говорит Форслунд.
Впервые было показано, что кишечник не стал полностью стерильным, несмотря на введение трех сильнодействующих антибиотиков, сообщает исследователь. Среди оставшихся бактерий команда даже обнаружила несколько ранее неизвестных видов, которые еще не были охарактеризованы. Другие микробы сморщились и превратились в споры - форму жизни, в которой бактерии могут сохраняться многие годы в неблагоприятных условиях, не теряя своих первоначальных свойств.
Первоначально появлялось все больше и больше болезнетворных патогенов
Последующее заселение кишечника происходило постепенно. «Похоже на то, когда лес медленно восстанавливается после пожара», - говорит Форслунд. Однако, по словам исследователя, изначально чаще появлялись бактерии с болезнетворными свойствами, такие как Enterococcus faecalis и Fusobacterium nucleatum. В то же время команде удалось выявить в микроорганизмах множество факторов вирулентности - структур и метаболитов, более вредных для человека. «Это наблюдение объясняет, почему большинство антибиотиков вызывают желудочно-кишечные расстройства», - говорит Форслунд.
Со временем кишечная флора снова нормализовалась. Плохие микробы все чаще замещались хорошими бактериями, такими как бифидобактерии, продуцирующие молочную кислоту, которые играют важную роль в защите от патогенов. Через шесть месяцев микробиом испытуемых был почти таким же, как и раньше. Однако многие из более ранних разновидностей бактерий отсутствовали. «Как и ожидалось, количество генов устойчивости у бактерий также увеличилось», - сообщает Форслунд. Удивительно, но это не тот случай, когда виды бактерий, которые появляются быстрее всего после введения антибиотиков, также имеют наибольшее количество генов устойчивости. «Этот генетический материал, скорее всего, будет играть долгосрочную роль в репопуляции кишечника», - говорит исследователь.
Микробиом легких также будет изучаться дальше
«Учитывая явно необратимую потерю отдельных видов и увеличение числа генов резистентности, исследование еще раз показывает, насколько важно применять антибиотики с осторожностью», - подчеркивает Форслунд, добавляя: «Это также требует дальнейшего изучения». как повысить в будущем показатели успеха в защите чувствительного микробиома от повреждений, вызванных антибиотиками».
Ученый планирует внести свой вклад в это исследование. Например, MDC в настоящее время проводит обсервационное исследование, в ходе которого Форслунд хочет выяснить, как долгосрочное лечение антибиотиками влияет на биоразнообразие кишечника и увеличивает ли большее истощение видов риск ожирения и метаболических заболеваний. Она также хотела бы исследовать, как часто кишечные бактерии обмениваются своими генами устойчивости во время приема антибиотиков. Исследование влияния этих препаратов на микробиом легких уже находится на стадии планирования.