Ny studie kan bidra til å forhindre dødelige infeksjoner hos babyer

For tidlig fødte barn født før 28-30 ukers liv har stor risiko for mange komplikasjoner, blant dem er sjansene for å dø av en infeksjon som starter i tarmen veldig store. En ny studie publisert i tidsskriftet Naturmedisin rapporterer at slike infeksjoner er mye mer sannsynlig hvis noe forstyrrer den normale mikrobielle akkumuleringen i tarmen. Tilsetning av visse bakteriestammer beskytter mot slike infeksjoner, på den andre siden.

Forskere Jeffrey Singer og Casey Weaver sier:"Våre funn gir muligheten for rasjonell design og testing av effektive probiotiske behandlinger for å beskytte premature spedbarn i fare."

Sent infeksjon og dysbiose

Infeksjoner som oppstår 3 eller flere dager etter fødselen er merket med sepsis som begynner sent. Forskerne konkluderte med at sepsis som oppstår sent, ofte fremmes av hyper-spredning av en enkelt art i tarmen. Dette fenomenet kalles neonatal dysbiose. Når dette skjer, sen debut sepsis følger ofte. Klinisk arbeid som viser dette funnet er nå validert av funnene i denne studien.

Forskerne sier, "Vår modell skal hjelpe til med å definere mekanismer som pionerarter i det utviklende mikrobiomet hos nyfødte forhindrer - eller unnlater å forhindre - dysbiose som disponerer for LOS."

Studien

Den nåværende studien brukte mus fordi nyfødte mus har tarm som fremdeles utvikler seg ved fødselen og kort tid etterpå. Dette gjør dem mer sammenlignbare med de umodne tarmene hos svært premature babyer.

Forskerne brukte nyfødte unger utsatt for en sykdomsfremkallende stamme av bakterien Klebsiella pneumoniae Kp-43816, som ble satt inn i deres umodne mage. Disse mikrober er konstruert for å bære et biomolekyl som er selvlysende. Som et resultat, posisjonen til bakterievekstene i tarmen til levende dyr kan tydelig sees. Videre, det er lett å spore spredningen ut av tarmen for å invadere resten av kroppen. Bioluminescens er ideell for denne oppgaven, da den er synlig selv når den er overlagt nesten en solid tomme vev.

Bakterier Klebsiella, 3D -illustrasjon Kreditt:Kateryna Kon / Shutterstock

De satte inn den patogene stammen i en dose som ville drepe 50% av dyrene innen 10 dager. Ved denne dosen, de så hvordan Klebsiella beveget seg ut av tarmen på akkurat de punktene der den hadde dannet de tetteste vekstene eller koloniene. Samtidig, dysbiose var ikke universelt assosiert med sepsis. Dette korrelerer med menneskelige premature babyer, ikke alle utvikler sepsis som oppstår sent.

Det neste trinnet var å plassere en ikke-sykdomsfremkallende stamme av den samme bakterien, nemlig, Kp-39, inn i den nyfødte musemagen. På dette tidspunktet var forskerne overrasket over å se hvordan denne stammen ikke forårsaket sykdom, som forventet, men ble funnet å bevege seg ut av tarmen inn i magen. Det forårsaket også infeksjoner i leveren eller mesenteriet, den vaskulære stilken som forbinder mageblodkarene med resten av kroppen. I løpet av 9 dager, valpene ryddet bakteriene fra kroppen.

Konklusjonene

Forskerne føler det mens begge deler Klebsiella belastninger kan vandre gjennom tarmveggen, Det er klare forskjeller i måten vertsimmunsystemet fjerner disse mikrobene fra kroppen etter at det har utført dette trinnet. Denne forskjellen vedvarte da stammene ble injisert rett inn i bukhinnen, slik at de ikke trengte å vandre ut av tarmlumen.

Dysbiose med og uten sen begynnende sepsis

Ved peritoneal injeksjon med Kp-43816, alle de nyfødte musene døde innen 24 timer. Derimot, da Kp-39 ble brukt, ikke en eneste musunge valp døde, og bakteriene ble fjernet fra kroppen i løpet av en uke. Kapselvariasjoner mellom disse stammene viste forskerne at kapslen rundt den mer virulente stammen motsto virkningen av immunceller ved å sluke og fjerne disse bakteriene. Som et resultat, de klarte å infisere pus, i motsetning til Kp-39.

Som et resultat av dette eksperimentet, forskerne var i stand til å skille og spore to forskjellige hendelser:mens Kp-43816-stammen følger en vei som speiler sepsis som oppstår sent som følge av dysbiose hos det nyfødte, Kp-39 tillater utvikling av dysbiose uten sepsis eller død, som ville ødelegge bildet.

De fulgte opp denne studien ved å endre sammensetningen av tarmmikrobiomet hos musunger. De fant at de kunne endre nivået av mottakelighet for tarmdysbiose og sen debut av sepsis. Det er allerede kjent at det normale eller sunne tarmmikrobiomet er avgjørende for å forhindre patogenkolonisering og invasjon. Når en populasjon av bakteriefrie musunger, som mangler et tarmmikrobiom, ble utsatt for Kp-43816, alle var like smittet av bakterien, resulterer i sepsis som begynner sent.

Antibiotisk behandling hos mor

Tar ting videre, forskerne administrerte nå antibiotika til gravide mus fra en dag før levering til flere dager deretter, hvoretter Klebsiella infeksjon med den virulente stammen ble introdusert. Det ble gitt to forskjellige antibiotika, dvs. gentamicin og vancomycin. Siden begge absorberes veldig lite, tilstedeværelsen av antibiotika er usannsynlig å være signifikant hos musen. Derimot, mors tarmbakteriepopulasjon ville blitt endret på mange måter. På sin side, dette vil bety at valpene blir utsatt for en annen type tarmmikrobiom etter fødselen og vil utvikle denne typen mikrobiom.

Det som skjedde var at valpene til mødre på gentamicin var svært utsatt for infeksjon, men ikke mødre som ble behandlet med vankomycin, sammenlignet med kontroller. Gjenta forsøket med den avirulente stammen Kp-39 resulterte i null dødelighet, men større dysbiose hos gentamicin -unger sammenlignet med vancomycin -valper.

Lactobacillus -stammer var mer utbredt i tarmfloraen til vancomycin -valpene sammenlignet med gentamicin -valpene. Og dermed, det synes som Lactobacillus tall korrelerer med økt eller redusert sårbarhet for utbruddet av dysbiose og sen debut av sepsis hos nyfødte.

DNA -sekvensering for å identifisere bakteriene som dominerte tarmmikrobiomet viste det Lactobacillus murinus var dominerende hos valpene født av mødre på vankomycin. Derimot, med gentamicin, denne stammen var nesten fraværende hos valpene.

Et annet spennende funn var det L. murinus er følsom for virkningen av gentamicin, men motstandsdyktig mot virkningen av vancomycin. Fjernelsen av denne beskyttende og fordelaktige arten ved administrering av gentamicin banet vei for dysbiose hos nyfødte, ved å blokkere passasjen til denne ‘gode’ bakterien fra mors tarm til valpene.

Forebygging av dysbiose med gunstige bakterier

For å bekrefte disse funnene, forskerne administrerte nå L. murinus til unger født av gentamicinbehandlede mødre, før de ble utsatt for Kp-39. Forekomsten av dysbiose gikk kraftig ned i denne gruppen sammenlignet med kontroller. I et annet sett med eksperimentelle mus, de fant også at en stamme av Escherichia coli (E. coli) bakterier som brukes i probiotika er også i stand til å gi lignende beskyttelse i denne gruppen av unger, men den samme handlingen manglet da flere andre vanlige stammer av Lactobacillus som ble brukt i probiotika ble testet.

Studien fant også at svært unge unger lignet premature babyer ved at fakultative anerober dominerte tarmmiljøet. Disse bakteriene tilhører forskjellige stammer, men er like ved at de kan leve og vokse med eller uten oksygen. Dette er karakteristisk for tarmen til svært umodne unger og babyer.

Med vekst og modning, mikrobiomsammensetningen endres til den er sammenlignbar med den hos eldre eller spedbarn, med overveiende obligatoriske anerober. Disse bakteriene vokser bare hvis oksygen er fraværende og dør i nærvær av oksygen. Eldre unger som hadde denne typen modent mikrobiom utviklet ikke neonatal dysbiose.

Og dermed, det ser ut til at når oksygen er tilstede i tarmen til nyfødte mus, obligatoriske anerober er hemmet, tillater gjengroing av andre arter. Dette kan være grunnen til at dysbiose forekommer oftere hos svært små spedbarn.

Implikasjoner

Forfatterne konkluderer med at noen normale bakteriearter er viktige så vel som tilstrekkelige for å forhindre overvekst av patogene arter i den nyfødte tarmen, og dermed hemme sen debut sepsis som følge av dysbiose. Forskerne Singer og Casey Weaver sier, "De gir et grunnlag for å forstå hvorfor noen probiotika er beskyttende, mens andre ikke er det. Dette kan ha viktige implikasjoner for klinisk praksis, hvor både mors og nyfødt antibiotikabruk kan endre det nyfødte mikrobiomet, og hvor spedbarn med svært lav fødselsvekt får probiotika uten klare bevis på foretrukne probiotiske arter. ”

• Dråper som inneholder en spesifikk probiotisk stamme kan redusere kolikk hos spedbarn
• Å spise hel frukt kan redusere blodtrykket for både menn og kvinner