Studie finner ackumulering av vanliga terapeutiska läkemedel av tarmbakterier

Vanliga mediciner kan ackumuleras i tarmbakterier, en ny studie har funnit, förändra bakteriefunktionen och eventuellt minska läkemedlets effektivitet. Dessa interaktioner - sett för en mängd olika mediciner, som depression, diabetes, och astmaläkemedel-kan hjälpa forskare att bättre förstå individuella skillnader i läkemedels effektivitet och biverkningar, enligt studien publicerad i Natur .

Det är känt att bakterier kan modifiera vissa läkemedel kemiskt, en process som kallas biotransformation. Den här studien, ledd av forskare från Medical Research Council (MRC) Toxicology Unit vid University of Cambridge och European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Tyskland, är den första som visar att vissa arter av tarmbakterier ackumulerar mänskliga droger, förändra typer av bakterier och deras aktivitet.

Detta kan förändra läkemedlets effektivitet både direkt, eftersom ackumuleringen kan minska tillgängligheten av läkemedlet till kroppen, och indirekt, eftersom förändrad bakteriefunktion och sammansättning kan kopplas till biverkningar.

Människans tarm innehåller naturligtvis samhällen med hundratals olika bakteriearter, som är viktiga för hälsa och sjukdomar, kallas tarmmikrobiomen. Sammansättningen av bakteriearter varierar avsevärt mellan människor och har tidigare visat sig vara associerat med ett brett spektrum av tillstånd, inklusive fetma, immunsvar, och psykisk hälsa.

I den här studien, forskarna odlade 25 vanliga tarmbakterier och studerade hur de interagerade med 15 läkemedel som tas oralt. Läkemedlen valdes för att representera en rad olika typer av vanliga läkemedel, inklusive antidepressiva läkemedel, som är kända för att påverka individer på olika sätt och orsaka biverkningar som tarmproblem och viktökning.

Forskarna testade hur var och en av de 15 läkemedlen interagerade med de utvalda bakteriestammarna-totalt 375 bakterie-drogtester.

De hittade 70 interaktioner mellan bakterierna och de studerade läkemedlen - varav 29 inte tidigare rapporterats.

Även om tidigare forskning har visat att bakterier kan modifiera läkemedel kemiskt, när forskarna studerade dessa interaktioner vidare, de fann att för 17 av de 29 nya interaktionerna, läkemedlet ackumuleras i bakterierna utan att modifieras.

Dr Kiran Patil, från MRC Toxicology Unit vid University of Cambridge, som ledde studien, sade:"Det var förvånande att majoriteten av de nya interaktioner vi såg mellan bakterier och läkemedel var de läkemedel som ackumuleras i bakterierna, för hittills trodde man att biotransformation var det viktigaste sättet att bakterier påverkar tillgängligheten av läkemedel. "

"Detta kommer sannolikt att vara mycket personliga skillnader mellan individer, beroende på sammansättningen av deras tarmmikrobiota. Vi såg skillnader även mellan olika stammar av samma bakterieart. "

Exempel på läkemedel som ackumuleras i bakterier inkluderar antidepressivt duloxetin och rosiglitazon mot diabetes. För vissa droger, såsom montelukast (ett astmaläkemedel) och roflumilast (för kronisk obstruktiv lungsjukdom), båda förändringarna skedde i olika bakterier - de ackumulerades av vissa bakteriearter och modifierades av andra.

De fann också att bioackumulering av läkemedel förändrar metabolismen av de ackumulerande bakterierna. Till exempel, det antidepressiva läkemedlet duloxetin bundet till flera metaboliska enzymer i bakterierna och förändrade deras utsöndrade metaboliter.

Forskarna växte ett litet samhälle av flera bakteriearter tillsammans och fann att det antidepressiva duloxetinet dramatiskt förändrade balansen mellan bakteriearter. Läkemedlet förändrade molekylerna som produceras av de läkemedelsackumulerande bakterierna, som andra bakterier livnär sig på, så de förbrukande bakterierna växte mycket mer och obalanserade samhällssammansättningen.

Forskarna testade effekterna ytterligare med C. elegans , en nematodmask som vanligtvis används för att studera tarmbakterier. De studerade duloxetin, som visat sig ackumuleras i vissa bakterier men inte andra. I maskar som odlas med de bakteriearter som visat sig ackumulera läkemedlet, maskarnas beteende förändrades efter att ha utsatts för duloxetin, jämfört med maskar som odlats med bakterier som inte ackumulerat duloxetin.

Dr Athanasios Typas, från EMBL, som ledde studien, sa:"Först nu inser människor att droger och vårt mikrobiom påverkar varandra med en kritisk konsekvens för vår hälsa."

Dr Peer Bork, från EMBL och en ledare för studien, sade:"Detta kräver att vi börjar behandla mikrobiomet som ett av våra organ."

Nästa steg för oss blir att ta vidare denna grundläggande molekylära forskning och undersöka hur individens tarmbakterier knyter an till de olika individuella reaktionerna på läkemedel som antidepressiva medel - skillnader i om du svarar, den läkemedelsdos som behövs, och biverkningar som viktökning. Om vi ​​kan karaktärisera hur människor reagerar beroende på sammansättningen av deras mikrobiom, då skulle läkemedelsbehandlingar kunna individualiseras. "

Dr Kiran Patil, MRC Toxicology Unit, Universitetet i Cambridge

Forskarna varnar för att undersökningsresultaten endast är på bakterier som odlas i laboratoriet och mer forskning behövs för att förstå hur bioackumulering av läkemedel av tarmbakterier manifesteras inuti människokroppen.

Studien startade som ett samarbetsprojekt på EMBL Heidelberg och avslutades i gruppen Kiran Patil efter hans flytt till Cambridge. Det involverade forskare från EMBL's Typas, Bork, Zimmermann, Hennig, Schultz, och Beck -grupper och Savitski -team, liksom genomiken, Proteomik, och Metabolomics Core Facilities på EMBL Heidelberg.

Denna studie finansierades av Europeiska kommissionen Horisont 2020, MRC och EMBL.

Dr Megan Dowie, Chef för molekylär och cellulär medicin vid MRC, sade:"Denna studie belyser mikrobiomets betydelse för läkemedelsleverans, effektivitet och säkerhet. Det finns fortfarande mycket som inte är väl förstått om mikrobiomet och det är klart att ytterligare arbete måste göras för att förstå de viktiga molekylära aspekterna som är involverade här, vilket kan leda till en positiv inverkan på en individs svar på en rad vanliga läkemedel. "

• Återställa fördelaktiga tarmmikrober för att öka effekten av cancerimmunterapi
• Koloskopi retroflexion ofta dåligt förformad i praktiken,