Nieuw model voor late sepsis onderzoekt mogelijke behandelingen voor neonatale infectie

Onze bevindingen bieden de mogelijkheid voor een rationeel ontwerp en testen van effectieve probiotische therapieën om premature baby's met een verhoogd risico te beschermen. Deze studies onderbouwen klinisch onderzoek dat suggereert dat overgroei van een enkele bacteriesoort, neonatale dysbiose genoemd, gaat vaak vooraf aan de ontwikkeling van LOS.

Ons model zou moeten helpen bij het definiëren van mechanismen waarmee pioniersoorten van het zich ontwikkelende microbioom van pasgeborenen voorkomen -; of niet te voorkomen -; dysbiose die vatbaar is voor LOS."

Jeffrey Zanger, doctoraat, en Casey Wever, MD, corresponderende auteurs

Hun model wordt geholpen door het feit dat de darm van de pasgeboren pup nog in ontwikkeling is na de geboorte, vergelijkbaar met de zich nog ontwikkelende darm van extreem premature baby's.

Bij UAB, Singer is een student in de M.D./Ph.D. Opleidingsprogramma tot medisch wetenschapper, en Weaver is de Wyatt en Susan Haskell hoogleraar medische uitmuntendheid in pathologie.

Bioluminescentie

De UAB-onderzoekers plaatsten een virulente K. pneumoniae-stam, Kp-43816, in de maag van de pups.

De bacteriën droegen een bioluminescente marker waarmee onderzoekers een beeldvormingssysteem konden gebruiken om te zien waar in het darmkanaal de bacteriën groeiden bij levende dieren, en meet vervolgens de invasieve verspreiding van de microben uit de darm en in de rest van het lichaam. Bioluminescente bacteriën in levende dieren kunnen door bijna een centimeter weefsel worden gezien.

Met behulp van een dosis die 50 procent sterfte veroorzaakte na 10 dagen, de onderzoekers zagen dat translocatie uit de darm plaatsvond waar Klebsiella-kolonisatie het meest dicht was in de darm. Echter, niet alle pups met dysbiose ontwikkelden sepsis, net zoals niet alle premature menselijke baby's met dysbiose LOS ontwikkelen.

Toen het UAB-team dezelfde dosis van een avirulente K. pneumoniae-stam plaatste, Kp-39, in de maag, een intrigerend resultaat volgde. Kp-39 veroorzaakte geen sterfte bij de pups, maar het verplaatste zich ook van de darm naar de buik, en net als Kp-43816, het infecteerde ook de lever en het mesenterium. De Kp-39-infectie werd in de komende negen dagen geklaard.

Dit suggereerde dat beide stammen van K. pneumoniae in staat waren zich uit de darm te verspreiden, maar verschillen in gastheerklaring door het immuunsysteem na translocatie droegen bij aan de differentiële virulentie van deze verwante stammen.

Inderdaad, wanneer een van beide stammen rechtstreeks in het buikvlies werd geïnjecteerd -; het omzeilen van de noodzaak van translocatie vanuit de darm -; Kp-43816 veroorzaakte 100 procent sterfte in één dag, maar de Kp-39 veroorzaakte geen sterfte bij pups en werd binnen een week geklaard.

De onderzoekers vonden verschillen in de capsule rond de bacteriën waardoor Kp-43816 sterker bestand was tegen infectie-opruimende fagocytose door immuuncellen dan Kp-39.

"Opmerkelijk, daarom, terwijl de Kp-43816 infectie modellen LOS, " Singer en Weaver zeiden:"Kp-39 maakt het volgen van dysbiose mogelijk zonder de verstorende effecten van sepsis en mortaliteit."

De onderzoekers ontdekten toen dat het veranderen van het microbioom van de pups de gevoeligheid voor dysbiose en LOS veranderde.

Het is bekend dat het normale darmmicrobioom een ​​cruciale rol speelt bij het beperken van de kolonisatie en verspreiding van een ziekteverwekker. Pups zonder microbioom, gekweekt in kiemvrije omstandigheden, waren uniform vatbaar voor Kp-43816 LOS.

Verder kijken, onderzoekers behandelden moederdieren met twee antibiotica, te beginnen een dag voor de bevalling en enkele dagen daarna, voorafgaand aan infectie met Klebsiella.

Beide antibiotica worden slecht geabsorbeerd en zullen waarschijnlijk niet op pups worden overgedragen; maar ze zouden het darmmicrobioom van de moeder op verschillende manieren veranderen, wat op zijn beurt het microbioom zou moeten veranderen dat de pups na de geboorte van de moederdieren verwerven.

Het UAB-team ontdekte dat pups van moeders die gentamicine kregen duidelijk vatbaarder waren voor sepsis, terwijl pups van moeders die vancomycine kregen minder vatbaar waren voor sepsis, vergeleken met controles.

Toen het antibiotica-experiment werd herhaald met het avirulente Kp-39, er was geen sterfelijkheid. Echter, pups van wie de moeder vancomycine had gekregen, hadden minder Kp-39, of minder dysbiose, vergeleken met controles; pups van wie de moeder gentamicine had gekregen, vertoonden meer Kp-39, of meer dysbiose, vergeleken met controles.

Beschermende bacteriën

Het verschil?

Onderzoekers ontdekten dat pups van de vancomycine-moederdieren een grotere overvloed aan Lactobacillus-bacteriën in hun darmmicrobioom hadden, en de pups van gentamicine-moeders hadden kleinere hoeveelheden Lactobacillus.

Dus, de aanwezigheid of afwezigheid van lactobacillen leek te correleren met resistentie of gevoeligheid, respectievelijk, tot neonatale dysbiose en LOS.

DNA-analyse toonde aan dat de vancomycine-pups werden gedomineerd door de soort Lactobacillus murinus, terwijl de gentamycine-pups grotendeels verstoken waren van L. murinus.

Ze ontdekten ook dat L. murinus gevoelig was voor gentamicine en resistent was tegen vancomycine, wat suggereert dat behandeling met gentamycine deze beschermende soort in moederdieren heeft gedood, waardoor de doorgang naar pups door verticale transmissie wordt voorkomen.

Toen de L. murinus-soort profylactisch werd gegeven aan gentamycine-pups vóór een Klebsiella-uitdaging, het verminderde de overgroei van Kp-39 drastisch in vergelijking met controles.

Door een andere reeks experimenten, de onderzoekers ontdekten dat een stam van probiotische E. coli ook bescherming kon bieden aan gentamycine-pups. Deze bescherming werd niet gezien voor verschillende andere veelgebruikte Lactobacillus-probiotische soorten.

De onderzoekers ontdekten ook dat jongere pups, zoals extreem premature baby's, hebben microbiomen die worden gedomineerd door bacteriën die facultatieve anaëroben worden genoemd en die kunnen groeien in aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof.

Naarmate de pups ouder werden, hun microbiomen lijken meer op voldragen baby's omdat ze worden gedomineerd door bacteriën die obligate anaëroben worden genoemd, die goed groeien in afwezigheid van zuurstof, maar sterven als zuurstof aanwezig is. De oudere pups, met een volwassen microbioom gedomineerd door obligate anaëroben, resistent waren tegen neonatale dysbiose.

Het bleek dat de aanwezigheid van zuurstof in de darmlumen van pasgeboren pups kolonisatie door obligate anaëroben verhinderde. De UAB-onderzoekers veronderstelden dat dit zou kunnen verklaren waarom dysbiose vaker voorkomt bij zuigelingen met een zeer laag geboortegewicht.

"Onze bevindingen stellen vast dat normale bestanddelen van het microbioom zowel noodzakelijk als voldoende zijn om pathobiontexpansie in de neonatale darm te bufferen om LOS te voorkomen, Singer en Weaver zeiden. "Ze bieden verder een basis om te begrijpen waarom sommige probiotica beschermend zijn, terwijl anderen dat niet zijn. Dit kan belangrijke implicaties hebben voor de klinische praktijk, waar zowel maternale als neonatale antibioticagebruik het neonatale microbioom kan veranderen, en waar zuigelingen met een zeer laag geboortegewicht probiotica krijgen zonder duidelijk bewijs over de voorkeur voor probiotische soorten."

• Nieuwe menselijke colon-on-a-chip maakt in vitro studie van slijmfysiologie mogelijk
• Mensen die bushmeat eten, lopen mogelijk het risico levensbedreigende ziekten op te lopen