Триллионы микробов в кишечнике помогают здоровью человека, включая переваривание грудного молока, расщепление клетчатки и помогают контролировать иммунную систему. Однако известно, что лечение антибиотиками нарушает структуру сообщества этих микробов - от 500 до 1000 видов бактерий, оказывающих в основном благотворное влияние.
Исследование Университета Алабамы в Бирмингеме теперь отслеживает это нарушение на уровне штамма микробов, заменяющего другой штамм того же вида у 30 человек - все они молодые, здоровые взрослые, которые, как ожидается, будут имеют стабильные микробные сообщества.
«Как показал наш анализ, способность к восстановлению в отношении количества и стабильности новых штаммов индивидуальна для каждого человека», - сказал Кейси Морроу, доктор философии, руководитель исследовательской группы и почетный профессор. на кафедре клеточной, эволюционной и интегративной биологии UAB.
Различия в восстановлении имеют потенциальные последствия для здоровья, говорит Морроу.
«Возможно, что по мере старения людей, каждый из которых различается по количеству и циклам лечения антибиотиками, резервуар микробных штаммов истощается, что приводит к индивидуальной картине восстановления для определенных микробных штаммов», - сказал он. «Понимание этой модели восстановления, включая появление определенных штаммов после антибиотиков, может быть важным фактором для долгосрочного здоровья."
"В будущем характеристика этих индивидуальных моделей восстановления может также использоваться для прогнозирования восприимчивости как к эндогенным, так и к экзогенным микробным патогенам."
Исследование UAB использовало биоинформационные инструменты для анализа ранее описанного исследования 18 человек, которым в течение недели давали один антибиотик, цефпрозил. Образцы их фекалий были собраны до лечения, в конце лечения антибиотиками и через три месяца после лечения. В исследовании UAB также проанализированы ранее описанные данные 12 человек, которым в течение четырех дней давали комбинацию из трех антибиотиков - меропенема, гентамицина и ванкомицина. Образцы их фекалий были собраны при предварительной обработке; в конце лечения; и через четыре, 38 и 176 дней после лечения. Также были проанализированы шесть человек из контрольной группы, которые не получали антибиотики.
В целом, исследователи UAB обнаружили, что штаммы 10 наиболее распространенных видов оставались стабильными в контроле. У лиц, получавших однократное лечение антибиотиками, у 15 из 18 человек после лечения были транзиторные новые штаммы, которые, в свою очередь, были заменены исходным штаммом через три месяца после лечения.
Напротив, у лиц, принимавших три антибиотика, наблюдалось значительное увеличение числа новых штаммов, которые сохранялись в течение шести месяцев после лечения, по сравнению с лицами, принимавшими один антибиотик, и контрольными лицами. Кроме того, доля транзиторных штаммов также была значительно выше у лиц, принимавших несколько антибиотиков. По словам Морроу, это предполагает долгосрочный переход к альтернативному стабильному состоянию микробиома. Эти изменения не были связаны с разницей в темпах роста.
«Учитывая важность микробиома для здоровья человека, мы считаем, что наши результаты с этими наборами данных могут быть использованы для оценки стабильности микробиома в различных условиях», - сказал Морроу. «Например, теперь мы можем дать рекомендации клиническим исследователям, чтобы оценить влияние определенных методов лечения заболеваний, таких как рак или диабет, на микробное сообщество кишечника, что может иметь значение для оценки результатов. Кроме того, этот подход может быть применен к до- и после госпитализации пациента для выявления лиц, которым может потребоваться дальнейшее управление их микробиомами».
В этом исследовании использовался инструмент биоинформатики для отслеживания штаммов, ранее разработанный UAB, под названием Window-based Similarity Single-нуклеотид-variant, или WSS, для отслеживания микробных штаммов отдельных лиц от предварительной обработки до лечения после антибиотиков. », - сказал Хёнмин Ку, доктор философии, отдел генетики UAB и центр геномных наук Хефлина, который руководил информационным анализом. «Этот метод продвигает анализ воздействия антибиотиков на микробиоту кишечника человека. Предыдущие исследования микробиома позволили определить общий таксономический профиль, включая информацию об относительной численности каждого вида, но показали ограничение, позволяющее различать каждый вид по штамму. уровень или отследить одно и то же напряжение у каждого человека на лонгитюдном уровне».
В 2017 году исследователи UAB использовали WSS, чтобы показать первую прямую демонстрацию того, что фекальные донорские микробы, используемые для лечения пациентов с рецидивирующими инфекциями Clostridium difficile, остаются в реципиентах в течение месяцев или лет после фекальных трансплантаций.