Ny modell för sen debut av sepsis undersöker potentiella behandlingar för neonatal infektion

Extremt för tidigt födda barn löper risk för livshotande infektioner som sprids in i kroppen från tarmen. Infektioner efter de tre första levnadsdagarna kallas sena sepsis, eller LOS.

University of Alabama at Birmingham forskare rapporterar nu en ny modell för LOS i en artikel i Nature Medicin e, och de visar att störande normal mognad av mikrober i tarmen kan göra nyfödda musvalpar mycket mottagliga för LOS.

Vidare, de fann att de kunde förhindra den dödliga infektionen genom att ge valparna specifika skyddande bakterier före en utmaning med invasiva Klebsiella pneumoniae -bakterier.

Våra resultat ger möjlighet till rationell design och testning av effektiva probiotiska terapier för att skydda prematura barn i riskzonen. Dessa studier styrker klinisk forskning som tyder på att överväxt av en enda bakterieart, kallas neonatal dysbios, föregår ofta utvecklingen av LOS.

Vår modell ska 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. "

Jeffrey Singer, Ph.D., och Casey Weaver, M.D, motsvarande författare

Deras modell stöds av det faktum att tarmen hos den nyfödda valpen fortfarande utvecklas efter födseln, liknar den fortfarande utvecklande tarmen hos extremt för tidigt födda barn.

På UAB, Singer är student i M.D./Ph.D. Medicinsk forskarutbildningsprogram, och Weaver är Wyatt och Susan Haskell, professor i medicinsk excellens i patologi.

Bioluminescens

UAB -forskarna placerade en virulent K. pneumoniae -stam, Kp-43816, i magen på valpar.

Bakterierna bar en bioluminescerande markör som tillät forskare att använda ett bildsystem för att se var i tarmkanalen bakterierna växte i levande djur, och sedan mäta mikrobernas invasiva spridning från tarmen och in i resten av kroppen. Bioluminescerande bakterier hos levande djur kan ses genom nästan en tum vävnad.

Med hjälp av en dos som orsakade 50 procent dödlighet med 10 dagar, forskarna såg att translokation från tarmen inträffade där Klebsiella -koloniseringen var tätast i tarmen. Dock, inte alla valpar med dysbios utvecklade sepsis, precis som inte alla prematura mänskliga spädbarn med dysbios utvecklar LOS.

När UAB -teamet placerade samma dos av en avirulent K. pneumoniae -stam, Kp-39, i magen, ett spännande resultat följde. Kp-39 orsakade ingen dödlighet hos valparna, men det förflyttades också från tarmen till buken, och som Kp-43816, det infekterade också levern och mesenteriet. Kp-39-infektionen rensades under de kommande nio dagarna.

Detta föreslog att båda stammarna av K. pneumoniae kunde spridas ut ur tarmen, men skillnader i värdklarering av immunförsvaret efter translokation bidrog till differential virulens hos dessa relaterade stammar.

Verkligen, när endera stammen injicerades direkt i bukhinnan -; kringgå behovet av translokation från tarmen -; Kp-43816 orsakade 100 procent dödlighet på en dag, men Kp-39 orsakade ingen dödlighet hos valpar och rensades på en vecka.

Forskarna fann skillnader i kapseln som omger bakterierna som gjorde att Kp-43816 kunde motstå infektionsklarande fagocytos av immunceller starkare än Kp-39.

"I synnerhet, därför, medan Kp-43816-infektionsmodellerna LOS, "Sångaren och Weaver sa, "Kp-39 möjliggör spårning av dysbios utan de förvirrande effekterna av sepsis och dödlighet."

Forskarna fann då att förändring av ungarnas mikrobiom förändrade känsligheten för dysbios och LOS.

Det normala tarmmikrobiomet är känt för att ha en avgörande roll för att begränsa koloniseringen och spridningen av en patogen. Valpar utan mikrobiom, uppvuxen i bakteriefria förhållanden, var enhetligt mottagliga för Kp-43816 LOS.

För att titta vidare, forskare behandlade dammar med två antibiotika som börjar en dag före leverans och flera dagar därefter, före infektion med Klebsiella.

Båda antibiotika absorberas dåligt och kommer sannolikt inte att överföras till valpar; men de skulle förändra moderns tarmmikrobiomer på olika sätt, vilket i sin tur borde förändra mikrobiomet som valparna förvärvar efter födseln från dammarna.

UAB -teamet fann att valpar av mödrar som fick gentamicin var markant mer mottagliga för sepsis, medan valpar till mödrar som fick vankomycin var mindre mottagliga för sepsis, jämfört med kontroller.

När antibiotika-experimentet upprepades med den avirulenta Kp-39, det fanns ingen dödlighet. Dock, valpar vars mödrar hade fått vankomycin hade färre Kp-39, eller mindre dysbios, jämfört med kontroller; valpar vars mödrar hade fått gentamicin visade mer Kp-39, eller mer dysbios, jämfört med kontroller.

Skyddande bakterier

Skillnaden?

Forskare fann att ungar av vancomycin-dammarna hade större överflöd av Lactobacillus-bakterier i deras tarmmikrobiom, och ungarna av gentamicindammar hade mindre mängder Lactobacillus.

Således, närvaro eller frånvaro av laktobaciller verkade korrelera med resistens eller mottaglighet, respektive, till neonatal dysbios och LOS.

DNA-analys visade att vancomycin-valparna dominerades av arten Lactobacillus murinus, medan gentamycinvalparna i stort sett saknade L. murinus.

De fann också att L. murinus var känslig för gentamicin och resistent mot vankomycin, tyder på att gentamycinbehandling dödade denna skyddande art i dammar, vilket förhindrar dess passage till ungar genom vertikal överföring.

När L. murinus-arten gavs profylaktiskt till gentamycin-valpar före en Klebsiella-utmaning, det minskade dramatiskt överväxt av Kp-39 jämfört med kontroller.

Genom en annan serie experiment, forskarna fann att en stam av probiotiska E. coli också kunde ge skydd för gentamycin-valpar. Detta skydd sågs inte för flera andra vanliga Lactobacillus probiotiska arter.

Forskarna fann också att yngre valpar, som extremt för tidigt födda barn, har mikrobiomer dominerade av bakterier som kallas fakultativa anaerober som kan växa antingen i närvaro eller frånvaro av syre.

När valparna blev äldre, deras mikrobiomer blir mer som termspädbarn eftersom de domineras av bakterier som kallas obligatoriska anaerober, som växer bra i frånvaro av syre men dör om syre är närvarande. De äldre valparna, med en mogen mikrobiom som domineras av obligatoriska anaerober, var resistenta mot neonatal dysbios.

Det syntes att närvaron av syre i tarmlumen hos nyfödda ungar förhindrade kolonisering av obligatoriska anaerober. UAB-forskarna antog att detta kan förklara varför dysbios är vanligare hos spädbarn med mycket låg födelsevikt.

"Våra resultat visar att normala beståndsdelar i mikrobiomet är både nödvändiga och tillräckliga för att buffra patobiont -expansion i den neonatala tarmen för att förhindra LOS, "Sångaren och Weaver sa." De ger vidare 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 neonatal antibiotikaanvändning kan förändra det neonatala mikrobiomet, och där spädbarn med mycket låg födelsevikt ges probiotika utan tydliga bevis för att föredra probiotiska arter. "

• Ny mänsklig kolon-på-ett-chip möjliggör in vitro-studie av slemfysiologi
• Människor som äter bushmeat kan riskera att drabbas av livshotande sjukdomar