Исследования микробиома открывают новую форму толерантности к антибиотикам

Антибиотики могут облегчить борьбу с инфекциями. Но как они влияют на сложные экосистемы дружественных бактерий, составляющих наш микробиом?

"Когда врач прописывает антибиотики, он ставит многогранный эксперимент в вашей желудочно-кишечной системе, - объясняет Уилл Лудингтон Карнеги:«Чему это может научить нас о молекулярных принципах взаимодействия видов в природе?»

Новая работа под руководством Лудингтона и К.С. Стэнфордского университета. Хуан решил ответить на этот сложный вопрос и открыл новую форму толерантности к антибиотикам. Их выводы, которые имеют важные последствия для здоровья, публикуются электронная жизнь .

Это одно из нескольких направлений исследований, в которых Лудингтон использует микробиом плодовой мушки для понимания взаимодействия между видами в бактериальном сообществе. Он представляет собой идеальную среду для исследования как природных популяций бактерий, так и микробиома человека.

Микробиом человека - это экосистема от сотен до тысяч видов микробов, обитающих в нашем кишечнике. Это влияет на наше здоровье и даже на наше долголетие. Но трудно объяснить бесчисленное множество способов, которыми различные виды, составляющие наш микробиом, взаимодействуют и влияют друг на друга. даже в нормальных условиях. После введения антибиотиков мало что известно о том, как эти жизненно важные сообщества влияют на биохимический уровень.

Вот почему плодовая мушка является такой отличной моделью. В отличие от микробиома человека, он состоит только из нескольких видов бактерий.

<цитата>

Мы действительно хотели понять, как воздействие антибиотика на определенные физиологические процессы влияет на метаболические взаимодействия и распределение ресурсов между видами бактерий внутри сообщества. Это особенно важно, потому что в природе бактерии живут в различных сообществах ».

Андрес Аранда-Диас, ведущий автор из Стэнфордского университета

Простота микробиома плодовой мушки делает его идеальным средством для выявления того, как это многовидовое биохимическое взаимодействие изменяется при введении антибиотиков.

«Мы обнаружили, что взаимодействие между видами в экосистеме микробиома кишечника влияет на эффективность антибиотиков при уничтожении отдельных видов в этом сообществе, а также метаболизм всего сообщества, "сказал Хуан.

Исследователи продемонстрировали, что когда тип бактерии из микробиома плодовой мухи, Lactobacillus, которые также содержатся в йогурте, выращиваются вместе с производящей уксус бактерией мух под названием Acetobacter, он менее подвержен смерти от антибиотиков.

Это новая категория явления, называемого толерантностью к антибиотикам. Это означает, что клетки умирают намного медленнее, когда находятся вместе, чем по отдельности. Терпимость может быть опасной, потому что эта задержка увеличивает риск развития полной устойчивости к антибиотику.

"Как обычно, толерантность возникает, когда клетка замедляет свой метаболизм в ответ на воздействие антибиотиков, "объяснил Лудингтон." Но в этом случае, толерантность фактически связана с повышенным метаболизмом ».

Оказывается, Acetobacter потребляют молочную кислоту, которая выводится в виде отходов жизнедеятельности соседними Lactobacillus, обеспечение преимущества в пригодности для обоих видов и запуск обнаруженной командой толерантности.

"Мы пока точно не знаем, как это происходит, но мы думаем, что оба вида бактерий «знают», когда присутствует другой тип клеток, и реагируют соответствующим образом, - сказал Бенджамин Обадиа из Калифорнийского университета в Беркли. - Эти механизмы, вероятно, возникли в результате совместной жизни. и мы бы не увидели их, если бы изучили эти два вида изолированно ».

Работа команды показывает, что микробиом может быть важным инструментом для понимания взаимоотношений внутри сообществ бактерий в естественном мире на биохимическом уровне.

"Это также показывает, что здоровье кишечного микробиома следует учитывать при назначении антибиотиков. "добавил Лудингтон.

Изучение принципов, управляющих межвидовыми взаимодействиями, является ключом к пониманию большого и малого количества экосистем, а микробиом - важнейший инструмент для изучения этих вопросов.

Еще одно недавно опубликованное сотрудничество между Лудингтоном, Хуанг, Другой исследователь из Стэнфорда - биолог Люси О'Брайен - разработал новую технологию для визуализации кишечника живых плодовых мушек. Называется Bellymount, это позволило им впервые наблюдать отдельные бактериальные клетки в кишечнике живой плодовой мушки.

"Наблюдая за микробиомом в режиме реального времени, мы смогли измерить его динамику, "сказал Лудингтон о своей газете, который появился в PLOS Biology.

Исследовательская группа обнаружила, что определенные области кишечника обладают высокой стабильностью микробиома, а другие - непрерывным обновлением. Это указывает на то, что в кишечнике плодовой мушки есть структуры, которые поддерживают колонизацию, и открывает дверь для возможности того, что плодовые мухи могли развить эти структуры для сохранения своих микробиомов.

«Теперь у нас есть возможность подслушивать« разговоры », происходящие между микробиомными бактериями, и клетки кишечника в окружающей их среде, "сказал Хуан

• Желудочно-кишечные проявления и фекально-оральная передача нового коронавируса
• Исследователи обнаружили ранее неизвестную реакцию в микробиоме кишечника.