El estudio, publicado esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , aplicó microscopía tridimensional a un pez cebra casi transparente para mostrar cómo los niveles débiles de antibióticos inducen cambios estructurales en las comunidades bacterianas intestinales que causan caídas severas en las poblaciones bacterianas.
Los niveles bajos de antibióticos se encuentran a menudo como contaminantes ambientales, por ejemplo, del uso generalizado en la cría de ganado. Se sabe que los antibióticos débiles pueden alterar drásticamente el microbioma intestinal humano, pero por qué sucede esto ha sido un misterio.
Raghuveer Parthasarathy, profesor de física y miembro del Instituto de Biología Molecular de la UO
Las larvas de pez cebra son un buen modelo para abordar el misterio, Parthasarathy dijo:porque comparten muchas similitudes anatómicas con los humanos y otros vertebrados, y sus microbios intestinales se pueden observar directamente.
El estudiante de doctorado Brandon H. Schlomann y el investigador postdoctoral Travis J. Wiles dirigieron el proyecto, en el que se observaron larvas con microscopía 3D mientras estaban expuestas a concentraciones del antibiótico ciprofloxacino en niveles comparables a los que se encuentran a menudo en muestras ambientales.
Los investigadores observaron por separado al pez cebra que portaba una de las dos especies bacterianas diferentes que se encuentran con frecuencia en el intestino del pez cebra. Las bacterias de una de las especies son móviles y nadan rápidamente. Las bacterias de las otras especies están agregadas casi por completo en densas colonias.
En presencia del antibiótico, ambos tipos de bacterias mostraron cambios dramáticos en su comportamiento. Las especies normalmente móviles se volvieron mucho más lentas y formaron agregados. Las especies normalmente agregadas cambiaron de estructura para formar colonias aún más grandes, con menos fragmentación.
En ambos casos, la agregación mejorada hizo que las bacterias fueran más sensibles a las contracciones mecánicas de los intestinos, conduciendo a un aumento de la expulsión del intestino y más de cien veces más gotas en las poblaciones intestinales.
"Nuestros hallazgos, "Parthasarathy dijo:"sugieren que debido a la actividad física del intestino, La contaminación por antibióticos induce cambios en el microbioma intestinal mucho más grandes de lo que uno podría sospechar con sólo estudiar las bacterias. En un sentido, el intestino amplifica los efectos de los antibióticos débiles ".
Basado en sus observaciones, los investigadores desarrollaron un modelo matemático de dinámica bacteriana en el intestino, con predicciones para el tamaño de las colonias que coincidían con los datos experimentales. El modelo es similar a los del crecimiento de polímeros y micropartículas, demostración, los coautores escriben, que los métodos desarrollados en física se pueden aplicar de manera fructífera a los estudios del microbioma intestinal.
Parthasarathy espera que los hallazgos del equipo se apliquen a más que al pez cebra.
"Una amplia gama de bacterias responde a los antibióticos débiles cambiando su forma y comportamientos de agregación, ", dijo." Todos los intestinos de los vertebrados, incluidos los humanos, transportan alimentos y microbios, y su mecánica impulsa el movimiento de grupos bacterianos. Sospechamos, por lo tanto, que las cosas que hemos descubierto son bastante generales en todas las especies, incluidos los seres humanos y otros animales ".
El modelo, Parthasarathy y sus colegas escriben:proporciona un marco para evaluar las perturbaciones de los antibióticos en humanos y otros animales. El equipo de cinco miembros sugiere que la expulsión de bacterias vivas expuestas a antibióticos de los intestinos de los animales a través del proceso de agregación puede ser un mecanismo para la propagación de la resistencia a los antibióticos.
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