Studie bestemmer effekten av antibiotisk forstyrrelse av tarmmikrobiomet på skjeletthelsen

Mikrober blir ofte sett på som patogener som forårsaker sykdom og antibiotika har blitt brukt med hell for å bekjempe disse utenlandske inntrengerne. I virkeligheten, bildet er mer komplekst. Mesteparten av tiden lever vi i harmoni med vår tarmmikrobiota, som er samlingen av mikroorganismer som koloniserer den sunne tarmen. Kommensale bakterier regulerer vertens biologiske funksjoner, inkludert skjeletthelse. Forskere ved Medical University of South Carolina (MUSC) som studerer osteoimmunologi, grensesnittet til skjelett- og immunsystemet, har undersøkt virkningen av å forstyrre det sunne tarmmikrobiomet med antibiotika på skjelettutvikling etter puberteten. Resultatene deres, publisert online 16. januar, 2019 i American Journal of Pathology , viste at antibiotikaforstyrrelse i tarmmikrobiota induserte en proinflammatorisk respons som førte til økt aktivitet av osteoklaster.

"Denne rapporten introduserer antibiotika som en kritisk eksogen modulator av tarmmikrobiota osteoimmunrespons under post-pubertal skjelettutvikling, "sier Chad M. Novince, D.D.S., Ph.D., adjunkt i både Colleges of Medicine og Dental Medicine som studerer mikrobiomets innvirkning på osteoimmunologi og utvikling av skjelett. "Folk har vist at antibiotika forstyrrer mikrobiota, men dette er den første kjente studien som evaluerer hvordan det har nedstrøms effekter på immunceller som regulerer beinceller og den generelle skjelettfenotypen. Dette verket bringer hele historien sammen. "

Den post-pubertale utviklingsfasen er et kritisk vindu for plastisitet som støtter opptjening av omtrent 40 prosent av vår høyeste benmasse. Nyere arbeid av Novince -laboratoriet og andre har vist at tarmmikrobiota bidrar til skjeletthelse. For å bestemme virkningen av antibiotisk forstyrrelse av tarmmikrobiota i utviklingen av skjelettet etter puberteten, Novince jobbet med teammedlemmer ved MUSC og behandlet mus med en cocktail med tre antibiotika. I samarbeid med mikrobioforsker Alexander V. Alekseyenko, Ph.D., førsteamanuensis i Biomedical Informatics Center og grunnlegger av MUSC Program for Human Microbiome Research, de var i stand til å vise at antibiotikabehandling førte til store endringer i tarmmikrobiota, som resulterer i spesifikke endringer i store grupper av bakterier.

"Å ha Dr. Alekseyenko som en del av teamet er en unik styrke, "sier Novince.

Etter antibiotikaforstyrrelse av mikrobiota, Novince -laboratoriet undersøkte integriteten til skjelettsystemet. Antibiotikainduserte endringer i mikrobiota hadde liten innvirkning på kortikale bein; derimot, det var betydelige endringer i det trabekulære beinet, typen ben som gjennomgår høye beinmetabolisme. Mens tidligere arbeid så på bentetthet i hele skjelettet ved antibiotikabehandling, dette arbeidet fokuserte på de cellulære detaljene som ligger til grunn for beinvedlikehold. Benmetabolisme kontrolleres gjennom en balanse mellom beinresorberende (osteoklast) og beinbyggende (osteoblast) celler. Interessant, det var ingen endringer i osteoblastene, mens osteoklastcellnummer, størrelse og aktivitet ble økt.

For å finne ut hva som forårsaket at osteoklastaktiviteten økte, Novince -laboratoriet vurderte nivåene av flere osteoklast -signalmolekyler. De fant at nivåene av pro-osteoklastiske signalmolekyler ble økt i sirkulasjonen av antibiotikabehandlede dyr, antyder at økt osteoklastaktivitet er et resultat av en spesifikk immunrespons på en endring i mikrobiota.

Det neste store spørsmålet var hvordan antibiotika påvirker immunceller i beinmargsmiljøet.

"Vår studie er faktisk i stand til å dykke ned i spesifikke adaptive og medfødte immuncellemekanismer i beinmargsmiljøet for å vise at det er en effekt på beincellene, "sier Jessica D. Hathaway-Schrader, Ph.D., postdoktor og første forfatter på denne studien.

Undersøkelse av immuncellepopulasjoner i benmargen avslørte overraskende en signifikant økning i myeloid-avledede suppressorceller (MDSC) av antibiotikabehandlede dyr. MDSC er kjent for å regulere den medfødte og adaptive immunresponsen under forskjellige sykdommer, men har ikke blitt grundig studert innen helse. I tillegg antigenpresentasjon og behandling ble undertrykt i benmargen ved antibiotikabehandling.

Oppsummert, Gruppen til Novince har vist at antibiotikaforstyrrelse i tarmmikrobiota dysregulerer kommunikasjonen mellom immunceller og beinceller. Mens den nåværende studien benyttet en bredspektret antibiotikacocktail som var ment å grovt forstyrre sammensetningen av tarmbakteriene, resultatene krever videre undersøkelse. Fremtidige studier tar sikte på å inkorporere et antibiotikakur som bedre oversetter menneskelige antibiotikabehandlinger. Disse studiene kan føre til kliniske studier som tar sikte på å definere effekten av spesifikke antibiotika på tarmmikrobiomet. Denne forskningen vil støtte utvikling av ikke-invasive terapeutiske inngrep i mikrobiomet som er ment å forhindre og behandle skjelettforringelse.

• Bedfont utnevner Dr Jafar Jafari til første medlem av Gastrolyzer Medical Advisory Board
• Forskere tar et nytt skritt for å forstå bakterier som forårsaker Salmonella -epidemi