Lavdoseeksponering for antibiotika kan ha stor innvirkning på tarmbakterier

Et antibiotikum som vanligvis finnes i lave konsentrasjoner i miljøet, kan ha stor innvirkning på tarmbakterier, rapporterer forskere ved University of Oregon.

Studien, publisert denne uken i Prosedyrer fra National Academy of Sciences , anvendt tredimensjonal mikroskopi på nesten gjennomsiktig sebrafisk for å vise hvordan svake nivåer av antibiotika forårsaker strukturelle endringer i tarmbakteriesamfunn som forårsaker alvorlige fall i bakteriepopulasjonene.

Lave nivåer av antibiotika finnes ofte som miljøforurensninger, for eksempel fra utbredt bruk i oppdrett av husdyr. Det er kjent at svake antibiotika dramatisk kan forandre tarmmikrobiomet hos mennesker, men hvorfor dette skjer har vært et mysterium.

Raghuveer Parthasarathy, professor i fysikk og medlem av UOs institutt for molekylærbiologi

Sebrafisklarver er en god modell for å takle mysteriet, Parthasarathy sa, fordi de deler mange anatomiske likheter med mennesker og andre virveldyr, og deres tarmmikrober kan observeres direkte.

Doktorand Brandon H. Schlomann og postdoktor Travis J. Wiles ledet prosjektet, der larver ble observert med 3D -mikroskopi da de ble utsatt for konsentrasjoner av antibiotika ciprofloxacin på nivåer som er sammenlignbare med det som ofte finnes i miljøprøver.

Forskerne så separat på sebrafisk som bærer en av to forskjellige bakteriearter som hver ofte finnes i sebrafisk -tarmen. Bakterier av en av artene er bevegelige og hurtigsvømmende. Bakterier av de andre artene er nesten helt aggregerte i tette kolonier.

I nærvær av antibiotika, begge typer bakterier viste dramatiske endringer i oppførselen. De normalt motile artene ble mye tregere og dannet aggregater. De normalt aggregerte artene skiftet i struktur for å danne enda større kolonier, med mindre fragmentering.

I begge tilfeller, den forbedrede aggregeringen gjorde bakteriene mer følsomme for tarmens mekaniske sammentrekninger, som fører til økt utvisning fra tarmen og mer enn hundre ganger dråper i tarmpopulasjonene.

"Våre funn, "Parthasarathy sa, "foreslår at på grunn av tarmens fysiske aktivitet, forurensning med antibiotika forårsaker mye større endringer i tarmmikrobiomet enn man skulle mistenke ved å studere bakterier alene. I en forstand, tarmen forsterker effekten av svake antibiotika. "

Basert på deres observasjoner, forskerne utviklet en matematisk modell for bakteriell dynamikk i tarmen, med spådommer for kolonistørrelser som matchet eksperimentelle data. Modellen ligner den for polymer- og mikropartikkelvekst, viser, medforfatterne skriver, at metoder utviklet i fysikk kan brukes fruktbart på studier av tarmmikrobiomet.

Parthasarathy forventer at teamets funn vil gjelde for mer enn sebrafisk.

"Et bredt spekter av bakterier reagerer på svake antibiotika ved å endre form og aggregeringsatferd, "sa han." Alle virveldyrstarmene - mennesker inkludert - transporterer mat og mikrober, og deres mekanikk driver bevegelsen til bakteriegrupper. Vi mistenker, derfor, at tingene vi har oppdaget er ganske generelle på tvers av arter, inkludert mennesker og andre dyr. "

Modellen, Parthasarathy og kolleger skriver, gir et rammeverk for å evaluere forstyrrelser av antibiotika hos mennesker og andre dyr. Teamet på fem medlemmer antyder at utvisning av levende antibiotika-eksponerte bakterier fra tarmene gjennom aggregeringsbasert prosess kan være en mekanisme for spredning av antibiotikaresistens.

• Rotavirusinfeksjon kan spille en rolle i type 1 diabetes utvikling
• Studien identifiserer et gen som gjør at klamydia kan plukke opp DNA fra vertsmiljøet