Ny studie kan hjälpa till att förhindra dödliga infektioner hos spädbarn

För tidiga spädbarn födda före 28-30 veckors liv löper stor risk för många komplikationer, bland vilka chansen att dö av en infektion som börjar i tarmen är mycket stor. En ny studie publicerad i tidskriften Naturmedicin rapporterar att sådana infektioner är mycket mer sannolika om något stör den normala mikrobiella ackumuleringen i tarmen. Att lägga till vissa bakteriestammar skyddar mot sådana infektioner, å andra sidan.

Forskarna Jeffrey Singer och Casey Weaver säger, "Våra resultat ger möjlighet till rationell design och testning av effektiva probiotiska terapier för att skydda prematura barn i riskzonen."

Sen infektion och dysbios

Infektioner som inträffar 3 eller fler dagar efter födseln märks med sena sepsis. Forskarna drog slutsatsen att sepsis som uppstår sent främjas ofta av hyperproliferation av en enda art i tarmen. Detta fenomen kallas neonatal dysbios. När detta inträffar, sen debut sepsis följer ofta. Kliniskt arbete som visar detta fynd har nu validerats av resultaten av denna studie.

Forskarna säger, "Vår modell bör hjälpa till att definiera mekanismer genom vilka pionjärarter i det utvecklande mikrobiomet hos nyfödda förhindrar - eller misslyckas med att förhindra - dysbios som predisponerar för LOS."

Studien

Den aktuella studien använde möss eftersom nyfödda möss har tarmar som fortfarande utvecklas vid födseln och kort därefter. Detta gör dem mer jämförbara med de omogna tarmarna hos mycket för tidigt födda barn.

Forskarna använde nyfödda ungar utsatta för en sjukdomsframkallande stam av bakterien Klebsiella pneumoniae Kp-43816, som sattes in i deras omogna magar. Dessa mikrober har konstruerats för att bära en biomolekyl som är självlysande. Som ett resultat, positionen för bakterietillväxten i tarmen hos levande djur kan tydligt ses. Dessutom, det är lätt att spåra deras spridning från tarmen för att invadera resten av kroppen. Bioluminescens är idealisk för denna uppgift eftersom den är synlig även när den överlagras med nästan en solid tum vävnad.

Bakterier Klebsiella, 3D -illustration Kredit:Kateryna Kon / Shutterstock

De infogade den patogena stammen i en dos som skulle döda 50% av djuren inom 10 dagar. Vid denna dos, de såg hur Klebsiella flyttade ut ur tarmen på just de punkter där det hade bildat de tätaste tillväxtarna eller kolonierna. På samma gång, dysbios var inte universellt associerad med sepsis. Detta korrelerar med mänskliga prematura barn, inte alla utvecklar sena sepsis.

Nästa steg var att placera en icke-sjukdomsframkallande stam av samma bakterie, nämligen, Kp-39, in i den nyfödda musmagen. Vid denna tidpunkt var forskarna förvånade över att se hur denna stam inte orsakade sjukdom, som förväntat, men befanns röra sig ur tarmen in i buken. Det orsakade också infektioner i levern eller mesenteriet, kärlstjälken som förbinder bukblodkärlen med resten av kroppen. Under 9 dagar, valparna rensade bakterierna från sina kroppar.

Slutsatserna

Det tycker forskarna medan båda Klebsiella stammar kan vandra genom tarmväggen, det finns tydliga skillnader i hur värdens immunsystem rensar dessa mikrober från kroppen efter att det har genomfört detta steg. Denna skillnad kvarstod när stammarna injicerades rakt in i bukhinnan, så att de inte behövde migrera ut ur tarmlumen.

Dysbios med och utan sena sepsis

Vid peritoneal injektion med Kp-43816, alla nyfödda möss dog inom 24 timmar. Dock, när Kp-39 användes, inte en enda musvalp dog, och bakterierna rensades från kroppen inom en vecka. Kapselvariationer mellan dessa stammar visade forskarna att kapseln runt den mer virulenta stammen motstod immuncellernas verkan vid uppslukning och avlägsnande av dessa bakterier. Som ett resultat, de lyckades infektera pus, till skillnad från Kp-39.

Som ett resultat av detta experiment, forskarna kunde urskilja och spåra två olika händelser:medan Kp-43816-stammen följer en väg som speglar sena sepsis till följd av dysbios hos nyfödda, Kp-39 tillåter utveckling av dysbios utan sepsis eller död, vilket skulle förstöra bilden.

De följde upp denna studie genom att ändra tarmmikrobiomets sammansättning hos musvalpar. De fann att de kunde ändra graden av mottaglighet för tarmdysbios och sen debut sepsis. Det är redan känt att det normala eller friska tarmmikrobiomet är avgörande för att förhindra patogenkolonisering och invasion. När en population av bakteriefria musvalpar, som saknar tarmmikrobiom, utsattes för Kp-43816, alla var lika infekterade av bakterien, vilket resulterar i sen debut av sepsis.

Antibiotikabehandling hos modern

Tar saker längre, forskarna administrerade nu antibiotika till gravida möss från en dag före leverans till flera dagar därefter, efter vilken Klebsiella infektion med den virulenta stammen infördes. Två olika antibiotika gavs, nämligen, gentamicin och vankomycin. Eftersom båda absorberas väldigt lite, förekomsten av antibiotika är osannolikt att vara signifikant hos musvalparna. Dock, moderns tarmbakteriepopulation skulle förändras på många sätt. I tur och ordning, detta kommer att innebära att ungarna utsätts för en annan typ av tarmmikrobiom efter födseln och kommer att utveckla denna typ av mikrobiom.

Det som hände var att valparna till mödrar på gentamicin var mycket benägna att infekteras, men inte för mödrar som behandlats med vankomycin, jämfört med kontroller. Upprepa experimentet med den avirulenta stammen Kp-39 resulterade i noll dödlighet, men större dysbios hos gentamicinungar jämfört med vankomycinungar.

Lactobacillus -stammar var vanligare i vankomycinungarnas tarmflora jämfört med gentamicinvalparna. Således, det verkar som Lactobacillus siffror korrelerar med ökad eller minskad sårbarhet för uppkomsten av dysbios och sena sepsis hos nyfödda.

DNA -sekvensering för att identifiera de bakterier som dominerade tarmmikrobiomet visade det Lactobacillus murinus var dominerande hos valparna födda av mödrar på vankomycin. Dock, med gentamicin, denna stam var nästan frånvarande hos valparna.

En annan intressant upptäckt var det L. murinus är känslig för gentamicins verkan men resistent mot vankomycins verkan. Avlägsnandet av denna skyddande och fördelaktiga art genom gentamicinadministration banade väg för dysbios hos nyfödda, genom att blockera passagen av denna "goda" bakterie från moderns tarm till valparnas.

Förhindra dysbios med fördelaktiga bakterier

För att bekräfta dessa fynd, forskarna administrerade nu L. murinus till valpar födda av gentamicinbehandlade mödrar, innan de utsatte dessa valpar för Kp-39. Förekomsten av dysbios minskade kraftigt i denna grupp jämfört med kontroller. I en annan uppsättning experimentella möss, de fann också att en stam av Escherichia coli (E. coli) bakterier som används i probiotika kan också ge liknande skydd i dessa valpar, men samma åtgärd saknades när flera andra vanliga stammar av Lactobacillus som används i probiotika testades.

Studien fann också att mycket unga ungar liknade för tidigt födda barn eftersom fakultativa anerober dominerade deras tarmmiljö. Dessa bakterier tillhör olika stammar men är lika genom att de kan leva och växa med eller utan syre. Detta är karakteristiskt för tarmarna hos mycket omogna ungar och spädbarn.

Med tillväxt och mognad, mikrobiomkompositionen ändras tills den är jämförbar med den hos äldre eller nyfödda spädbarn, med övervägande obligatoriska anerober. Dessa bakterier växer bara om syre saknas och dör i närvaro av syre. Äldre ungar som hade denna typ av moget mikrobiom utvecklade inte neonatal dysbios.

Således, det verkar som om syre finns i tarmen hos nyfödda möss, obligatoriska anerober hämmas, tillåter överväxt av andra arter. Det kan vara därför dysbios förekommer vanligare hos mycket små spädbarn.

Implikationer

Författarna drar slutsatsen att vissa normala bakteriearter är viktiga såväl som tillräckliga för att förhindra överväxt av patogena arter i den nyfödda tarmen, och därmed hämma sen debut sepsis till följd av dysbios. Forskarna Singer och Casey Weaver säger, "De ger en grund för att förstå varför vissa probiotika är skyddande, medan andra inte är det. Detta kan ha viktiga konsekvenser för klinisk praxis, där både maternell och nyfödd antibiotikaanvändning kan förändra det neonatala mikrobiomet, och där spädbarn med mycket låg födelsevikt får probiotika utan tydliga bevis för att föredra probiotiska arter. ”

• Droppar som innehåller en specifik probiotisk stam kan minska kolik hos spädbarn
• Att äta full frukt kan sänka blodtrycket för både män och kvinnor