Výskum mikrobiómov odhaľuje novú formu tolerancie voči antibiotikám

Antibiotiká môžu uľahčiť liečbu infekcií. Ako však ovplyvňujú komplexné ekosystémy priateľských baktérií, ktoré tvoria náš mikrobióm?

„Keď lekár predpisuje antibiotiká, nastavuje mnohostranný experiment vo vašom gastrointestinálnom systéme, “vysvetľuje Carnegie's Will Ludington„ Čo nás to môže naučiť o molekulárnych princípoch interakcií druhov v prírode? “

Nová práca pod vedením K.C. Ludingtona a Stanfordovej univerzity Huang sa rozhodol odpovedať na túto náročnú otázku a objavil novú formu tolerancie voči antibiotikám. Ich zistenia, ktoré majú závažné zdravotné dôsledky, sú publikované spoločnosťou eLife .

Toto je jeden z niekoľkých frontov výskumu, na ktorých Ludington používa mikrobióm ovocných mušiek na pochopenie interakcií medzi druhmi v bakteriálnom spoločenstve. Predstavuje ideálne prostredie na skúmanie prirodzených bakteriálnych populácií a ľudského mikrobiómu.

Ľudský mikrobióm je ekosystém stoviek až tisícov mikrobiálnych druhov žijúcich v našich črevách. Ovplyvňuje naše zdravie a dokonca aj našu dlhovekosť. Je však ťažké objasniť nespočetné množstvo spôsobov, akými rôzne druhy, ktoré tvoria náš mikrobióm, interagujú a navzájom sa ovplyvňujú, aj za normálnych podmienok. Akonáhle sú zavedené antibiotiká, málo sa chápe o tom, ako sú tieto životne dôležité komunity ovplyvnené na biochemickej úrovni.

Preto je z ovocnej mušky taký vynikajúci model. Na rozdiel od ľudského mikrobiómu pozostáva len z niekoľkých bakteriálnych druhov.

Naozaj sme chceli pochopiť, ako zacielenie konkrétnych fyziologických procesov na antibiotiká ovplyvňuje metabolické interakcie a zdieľanie zdrojov, ku ktorým dochádza medzi bakteriálnymi druhmi v rámci komunity. To je obzvlášť dôležité, pretože v prírode baktérie žijú v rôznych komunitách. "

Andrés Aranda-Díaz, vedúci autor zo Stanfordskej univerzity

Jednoduchosť mikrobiómu ovocných mušiek z neho robí perfektný nástroj na odhalenie toho, ako sa táto viacdruhová biochemická súhra mení zavedením antibiotík.

"Zistili sme, že interakcie medzi druhmi v ekosystéme črevných mikrobiómov ovplyvňujú účinnosť antibiotík pri usmrcovaní jednotlivých druhov v rámci tejto komunity," ako aj metabolizmus celej komunity, “povedal Huang.

Vedci preukázali, že keď typ baktérie z mikrobiómu ovocných mušiek, Lactobacillus-ktoré sa nachádzajú aj v jogurte-sa pestuje spoločne s octovou produkciou muškárskej baktérie Acetobacter, je menej náchylný na smrť antibiotikami.

Ide o novoobjavenú kategóriu fenoménu nazývaného tolerancia na antibiotiká, to znamená, že bunky pri ich nájdení odumierajú oveľa pomalšie, než by bývali samy. Tolerancia môže byť nebezpečná, pretože toto oneskorenie zvyšuje riziko, že by sa mohla vyvinúť úplná rezistencia na antibiotikum.

„Normálne, tolerancia nastáva, keď bunka spomalí svoj metabolizmus v reakcii na expozíciu antibiotikám, “vysvetlil Ludington.„ Ale v tomto prípade tolerancia je v skutočnosti spojená so zvýšeným metabolizmom. “

Ukazuje sa, že Acetobacter spotrebúvajú kyselinu mliečnu, ktorú susedný Lactobacillus vylučuje ako odpadový produkt, poskytnutie výhody v oblasti kondície obom druhom a spustenie tolerancie, ktorú tím zistil.

„Ešte nevieme, ako sa to stane, ale myslíme si, že tieto dva druhy baktérií „vedia“, keď je tam iný typ buniek, a primerane reagujú, "povedal Benjamin Obadia z UC Berkeley." Tieto mechanizmy sú pravdepodobne vyvinuté zo spoločného života, a nevideli by sme ich, keby sme tieto dva druhy študovali izolovane. “

Práca tímu ukazuje, že mikrobióm môže byť dôležitým nástrojom na pochopenie vzťahov v rámci spoločenstiev baktérií v prírodnom svete na biochemickej úrovni.

"Tiež to ukazuje, že zdravie črevných mikrobiómov by sa malo brať do úvahy vždy, keď sú predpísané antibiotiká," “dodal Ludington.

Štúdium zásad, ktorými sa riadia interakcie medzi druhmi a druhmi, je kľúčové pre pochopenie toho, aké veľké a malé ekosystémy sú a mikrobióm je kritickým nástrojom na skúmanie týchto otázok.

Ďalšia nedávno publikovaná spolupráca medzi Ludingtonom, Huang, a iný výskumník zo Stanfordu-biologička Lucy O'Brien-vyvinuli novú technológiu na vizualizáciu vnútorností živých ovocných mušiek. Volajú sa Bellymount, umožnilo im to po prvý raz pozorovať jednotlivé bakteriálne bunky v čreve živej ovocnej mušky.

„Pozorovaním mikrobiómu v reálnom čase, dokázali sme zmerať jeho dynamiku, “povedal Ludington o svojom papieri, ktorý sa objavil v PLOS Biology.

Výskumný tím zistil, že konkrétne oblasti čreva majú vysokú mikrobiómovú stabilitu a ostatné majú kontinuálny obrat. To naznačuje, že v čreve ovocných mušiek existujú štruktúry, ktoré udržujú kolonizáciu, a otvára dvere možnosti, že ovocné mušky mohli vyvinúť tieto štruktúry, aby si zachovali svoje mikrobiómy.

„Teraz máme silu skutočne odpočúvať„ rozhovory “medzi mikrobiómovými baktériami, a črevné bunky v ich okolitom prostredí, “povedal Huang

• Gastrointestinálne prejavy a fekálno-orálny prenos nového koronavírusu
• Vedci zistili predtým neznámu reakciu v črevnom mikrobióme