Raziskave mikrobiomov odkrivajo novo obliko tolerance na antibiotike

Antibiotiki lahko olajšajo okužbe. Kako pa vplivajo na kompleksne ekosisteme prijaznih bakterij, ki sestavljajo naš mikrobiom?

"Ko zdravnik predpiše antibiotike, vzpostavlja večstranski poskus v vašem prebavnem sistemu, "pojasnjuje Carnegiejev Will Ludington" Kaj nas lahko to nauči o molekularnih načelih interakcij vrst v naravi? "

Novo delo, ki sta ga vodila K.C. Ludington in Univerza Stanford Huang se je odločil odgovoriti na to zahtevno vprašanje in odkril novo obliko tolerance na antibiotike. Njihove ugotovitve, ki imajo pomembne posledice za zdravje, objavlja založnik eLife .

To je eno izmed številnih raziskovalnih področij, na katerih Ludington uporablja mikrobiom sadne muhe za razumevanje interakcij med vrstami v bakterijski skupnosti. Predstavlja idealno okolje za sondiranje naravnih populacij bakterij in človeškega mikrobioma.

Človeški mikrobiom je ekosistem več sto do tisoč mikrobnih vrst, ki živijo v naših črevesjih. To vpliva na naše zdravje in celo na dolgoživost. Težko pa je pojasniti nešteto načinov, kako različne vrste, ki vsebujejo naš mikrobiom, medsebojno delujejo in vplivajo drug na drugega, tudi v normalnih pogojih. Ko se uvedejo antibiotiki, malo se razume, kako na vitalne skupnosti vplivajo na biokemični ravni.

Zato je sadna muha tako odličen model. Za razliko od človeškega mikrobioma, sestavlja ga le peščica bakterijskih vrst.

Resnično smo želeli razumeti, kako ciljanje antibiotika na določene fiziološke procese vpliva na presnovne interakcije in delitev virov, ki se pojavljajo med bakterijskimi vrstami v skupnosti. To je še posebej pomembno, ker v naravi bakterije živijo v različnih skupnostih. "

Andrés Aranda-Díaz, vodilni avtor z univerze Stanford

Zaradi preprostosti mikrobioma sadne muhe je popolno sredstvo za razkrivanje, kako se to večvrstno biokemično medsebojno delovanje spreminja z uvedbo antibiotikov.

"Ugotovili smo, da interakcije med vrstami v ekosistemu črevesnega mikrobioma vplivajo na učinkovitost antibiotikov pri ubijanju posamezne vrste v tej skupnosti, pa tudi metabolizem celotne skupnosti, "je rekel Huang.

Raziskovalci so dokazali, da če je vrsta bakterije iz mikrobioma sadne muhe, Lactobacillus, ki ga najdemo tudi v jogurtu, se goji skupaj z bakterijo muh, ki proizvaja kis, imenovano Acetobacter, je manj dovzeten za smrt zaradi antibiotikov.

To je novo odkrita kategorija pojava, imenovana toleranca na antibiotike, kar pomeni, da celice umrejo veliko počasneje, če jih najdemo skupaj, kot bi same. Strpnost je lahko nevarna, ker ta zamuda povečuje tveganje, da bi se razvila popolna odpornost na antibiotik.

"Običajno, toleranca se pojavi, ko celica upočasni presnovo kot odgovor na izpostavljenost antibiotikom, "je pojasnil Ludington." Toda v tem primeru toleranca je dejansko povezana s povečano presnovo. "

Izkazalo se je, da acetobakterji porabijo mlečno kislino, ki jo kot odpadni proizvod izloča sosednji laktobacili, zagotavljanje prednosti fitnesa obema vrstama in sprožitev tolerance, ki jo je odkrila ekipa.

"Še ne vemo, kako se to zgodi, vendar menimo, da obe bakterijski vrsti "vesta", kdaj je tam druga vrsta celic, in se ustrezno odzoveta, "je dejal Benjamin Obadia iz UC Berkeley." Ti mehanizmi so verjetno nastali iz skupnega življenja, in ne bi jih videli, če bi obe vrsti proučevali ločeno. "

Delo ekipe kaže, da je mikrobiom lahko pomembno orodje za razumevanje odnosov v skupnostih bakterij v naravnem svetu na biokemični ravni.

"Prav tako ponazarja, da je treba pri zdravljenju črevesnih mikrobiomov upoštevati vsakokrat, ko so predpisani antibiotiki, "je dodal Ludington.

Proučevanje načel, ki urejajo interakcije med vrstami in vrstami, je ključnega pomena za razumevanje toliko o velikih in majhnih ekosistemih, mikrobiom pa je ključno orodje za raziskovanje teh vprašanj.

Še eno nedavno objavljeno sodelovanje med Ludingtonom, Huang, in druga raziskovalka iz Stanforda-biologinja Lucy O'Brien-je razvila novo tehnologijo za vizualizacijo drobovja živih sadnih muh. Imenuje se Bellymount, omogočilo jim je, da so prvič opazovali posamezne bakterijske celice v črevesju žive sadne muhe.

"Z opazovanjem mikrobioma v realnem času, smo lahko izmerili njegovo dinamiko, "je o svojem listu dejal Ludington, ki se je pojavil v PLOS Biology.

Raziskovalna skupina je ugotovila, da imajo določene regije črevesja visoko stabilnost mikrobiomov, druga pa stalen promet. To kaže, da v črevesju sadnih muh obstajajo strukture, ki vzdržujejo kolonizacijo in odpirajo možnost, da so sadne muhe morda razvile te strukture, da ohranijo svoje mikrobiome.

"Zdaj imamo moč, da dejansko prisluhnemo" pogovorom "med mikrobiomskimi bakterijami, in črevesne celice v okolici, "je rekel Huang

• Gastrointestinalne manifestacije in fekalno-oralni prenos novega koronavirusa
• Raziskovalci odkrijejo prej neznan odziv v črevesnem mikrobiomu