Forskare undersöker hur bredspektrum antibiotikabehandling påverkar tarmbakteriernas interaktion

Människans tarm vimlar av miljarder nyttiga bakterier. Terapier som använder antibiotika förstör ofta de flesta av dem. Huruvida och hur tarmfloran senare kommer att återhämta sig har undersökts av ett forskargrupp som inkluderade forskare från MDC. Resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Naturmikrobiologi .

Människans matsmältningskanal rymmer ett universum av små organismer. Det finns ungefär lika många bakterier i tarmen som det finns människor som lever på jorden. Dessa mikroorganismer tjänar nästan alltid värdens välbefinnande. De hjälper till att smälta mat, producera vitaminer, och träna immunförsvaret. Dessutom, deras närvaro hjälper till att stoppa spridningen av patogener.

Men tarmmikrokosmos, även känd som mikrobiomen, är känslig för störningar. "När det kastas ur balans, det finns risk för infektion, övervikt, och diabetes, samt inflammatoriska och neurologiska sjukdomar, säger doktor Sofia Forslund, som i maj i år bytte från European Molecular Biology Lab (EMBL) i Heidelberg till Max Delbrück Center for Molecular Medicine (MDC) i Berlin för att studera de komplexa interaktionerna mellan människor och mikrobiomer.

Antibiotika lämnar permanenta spår i tarmen

I en studie som nyligen publicerades i Naturmikrobiologi , Forslund, tillsammans med kollegor från Danmark, Tyskland, och Kina, undersökt hur bredspektrum antibiotikabehandling påverkar interaktionen mellan tarmbakterier. "Vi kunde visa att mikrobiomet nästan helt hade återhämtat sig sex månader efter läkemedelsadministration, "säger den svenska forskaren. Men bara" nästan ":" Några känsliga bakteriearter försvann helt, säger Forslund.

I den fyra dagar långa studien, teamet under ledning av MDC -forskare och två forskare från Köpenhamns universitet administrerade en cocktail med tre antibiotika (meropenem, gentamicin, och vancomycin) till tolv friska unga män som hade gått med på att delta. Dessa läkemedel används främst när mer vanliga antibiotika inte längre fungerar, på grund av att bakterierna redan har blivit resistenta mot dem.

Vissa typer av bakterier överlevde läkemedelsadministrationen

Forskarna studerade sedan sina ämnes mikrobiomer i sex månader. Med hjälp av DNA -sekvensering - en metod som används för att bestämma det genetiska materialets struktur - bestämde de vilka bakteriearter som fanns i männens tarmar, och vilka gener som fanns i bakterierna. Teamet ägnade också särskild uppmärksamhet åt resistensgener, med vilka mikroberna försvarar sig mot droger. "Vår studie är förmodligen den första som undersökte hur antibiotika påverkar bakteriell genaktivitet, säger Forslund.

Det visades först att tarmen inte hade blivit helt steril trots administrering av tre potenta antibiotika, rapporterar forskaren. Bland de återstående bakterierna laget upptäckte till och med några tidigare okända arter som ännu inte har karakteriserats. Andra mikrober krympt och förvandlades till sporer - en livsform där bakterier kan bestå i många år under osäkra förhållanden utan att förlora sina ursprungliga egenskaper.

Fler och fler sjukdomsframkallande patogener dök initialt upp

Den efterföljande återbefolkningen av tarmen var gradvis. "Liknar när en skog långsamt återhämtar sig efter en brand, "säger Forslund. Men enligt forskaren, bakterier med sjukdomsframkallande egenskaper, såsom Enterococcus faecalis och Fusobacterium nucleatum, dök initialt upp oftare. På samma gång, laget kunde identifiera många virulensfaktorer i mikroorganismerna - strukturer och metaboliter som är mer skadliga för människor. "Denna observation förklarar varför de flesta antibiotika orsakar gastrointestinala störningar, säger Forslund.

Över tid, dock, tarmfloran normaliserades igen. Dåliga mikrober ersattes alltmer av goda bakterier som de mjölksyraproducerande bifidobakterierna som är avgörande för att hålla patogener borta. Efter sex månader, försökspersonernas mikrobiom var nästan densamma som tidigare. Dock, mer än några av de tidigare bakteriesorterna saknades. "Som förväntat, antalet resistensgener i bakterierna ökade också, "rapporterar Forslund. Överraskande nog, det var inte så att de bakteriearter som återkom snabbast efter antibiotikabehandling också hade flest resistensgener. "Detta genetiska material verkar mer sannolikt spela en långsiktig roll i tarmbefolkningen, säger forskaren.

Lungmikrobiomet kommer också att undersökas ytterligare

"Med tanke på den tydligen permanenta förlusten av enskilda arter och det ökade antalet resistensgener, studien visar än en gång hur viktigt det är att administrera antibiotika med omsorg, "Forslund betonar, tillägger:"Det måste också undersökas ytterligare hur man kan öka framtida framgångar för att skydda det känsliga mikrobiomet från skador orsakade av antibiotika."

Forskaren planerar att bidra till denna forskning. Till exempel, MDC kör för närvarande en observationsstudie genom vilken Forslund vill ta reda på hur långsiktiga antibiotikabehandlingar påverkar tarmens biologiska mångfald - och om en större utarmning av arter ökar risken för fetma och metabola sjukdomar. Hon skulle också vilja undersöka hur ofta tarmbakterier utbyter sina resistensgener under antibiotikabehandling. En studie som undersöker hur dessa läkemedel påverkar lungmikrobiomet är redan i planeringsstadiet.

• En typ av Chlamydia -protein manipulerar mänskliga celler på två olika sätt
• Kostbegränsning kan hjälpa till att förhindra åldersrelaterad minskning av människans tarms integritet