Naukowcy z Uniwersytetu Stanford University wyjaśniają, dlaczego dwa potencjalnie śmiertelne patogeny znajdują oparcie w nieprzyjaznym środowisku jelit po leczeniu antybiotykami.
Naukowcy napisali w czasopiśmie, że ich odkrycia mogą pomóc w zidentyfikowaniu sposobów przeciwdziałania efektom wyczerpania „przyjaznych bakterii jelitowych” po leczeniu antybiotykami.
Kilka patogenów jelitowych może powodować poważne problemy podczas przebiegu antybiotyków. Starszy autor, dr Justin Sonnenburg, powiedział: „Antybiotyki otwierają drzwi dla tych patogenów, ale jak to dokładnie się stało, nie zostało dobrze zrozumiane.”
Autorzy wyjaśnili, że istnieje znaczny wzrost dostępności węglowodanów w jelitach po upływie 24 godzin od podania doustnych antybiotyków. Ta tymczasowa nadwyżka węglowodanów oraz redukcja „dobrych bakterii” w jelitach pozwala szybko rozmnażać się co najmniej dwóm potencjalnie zagrażającym życiu patogenom.
W ciągu ostatnich dziesięciu lat naukowcy poczynili ogromny postęp w zrozumieniu tego, co dzieje się w „złożonym ekosystemie mikrobiologicznym”, który istnieje w jelicie grubym każdego zdrowego ssaka, w tym człowieka „.
Około 1000 różnych rodzajów drobnoustrojów współistnieje harmonijnie w typowym zdrowym jelicie człowieka. Te szczepy bakteryjne, które zamieszkują tę trudną, lecz bogatą w składniki odżywcze nisze, przystosowały się bardzo dobrze, tak dobrze, że bez tego mielibyśmy trudności z przetrwaniem.
Przyjazne, żyjące w jelitach bakterie syntetyzują witaminy, są kluczem do kierowania naszymi układami odpornościowymi, uczestniczą w rozwoju i utrzymywaniu własnych tkanek – pomagają nawet regulować ciśnienie krwi.
Antybiotyki wyniszczają ten ekosystem jelito-drobnoustroju. Dobre bakterie zaczynają się szybko mnożyć w ciągu kilku dni, a w ciągu miesiąca powracają do normalnych wartości. Jednak według autorów „wydaje się, że ekosystem cierpi na trwałą utratę niektórych ze szczepów bakteryjnych”.
Naukowcy porównują te przyjazne bakterie do rodzaju trawnika, który pokonuje chwasty (bakterie chorobotwórcze) do bogatego nawozu, który przechodzi przez nasze jelita. Wcześniejsze badania sugerowały, że nasze przyjazne błędy wydzielają substancje chemiczne, które uniemożliwiają kontrolę patogennych bakterii.
Istnieje teoria, że kiedy nasz wewnętrzny ekosystem mikrobiologiczny zostaje zakłócony, cierpi na to reakcja układu odpornościowego.
Sonnenburg powiedział:
„Chociaż te hipotezy w żaden sposób nie wykluczają się nawzajem, nasza praca wyraźnie wspiera sugestię, że nasze mikroby utrzymują patogeny na dystans, rywalizując o składniki odżywcze.”
Kiedy te mechanizmy obronne są osłabione, jak zwykle następuje niedługo po rozpoczęciu kuracji antybiotykami, grabieże patogenów, takich jak, są w stanie ustanowić przyczółki.
Jak tylko te dwa pasożytnicze najeźdźcy pomnożą się do wystarczającej liczby, wywołują zapalenie. Podczas gdy zapalenie nie jest dobrym środowiskiem do przywracania dobrych bakterii, rozwija się w nim salmonella.
Sonnenburg i jego współpracownicy skupili się na dwóch szczególnych składnikach odżywczych w jelitach – fukozie i kwasie sialowym – obaj członkowie rodziny cukrowej. Nie są to cukry, które większość osób zna, ale są one niezbędne do zdrowego przeżycia i są wytwarzane w każdej komórce ludzkiego ciała. Występują również w produktach mlecznych, jajach i mięsie.
Bakterie jelitowe jedzą śluz
Komórki, które wyściełają jelito, wyciągają długie łańcuchy znanych i egzotycznych cukrów, które są połączone ze sobą tworząc śluz.
Śluz ma dwie funkcje:
- zatrzymuje mikroby rezydentne przed przejściem przez ścianę jelita do krwiobiegu
- jest ważnym źródłem żywności dla kilku cukrów, w tym kwasu sialowego i fukozy, dla drobnoustrojów będących rezydentami
Sonnenburg powiedział: „Nasze mikroby jelitowe stały się bardzo biegły w jedzeniu śluzu.”
Sonnenburg i jego współpracownicy eksperymentowali na myszach laboratoryjnych, które wychowywały się w środowisku wolnym od drobnoustrojów. Myszy te były bardzo różne od normalnych myszy – ich jelita nie miały bakterii.
Naukowcy wprowadzili pojedynczy szczep bakterii do tych zwierząt wolnych od zarazków – przyjaznego szczepu bakterii, który znajduje się w jelitach normalnych myszy i ludzi. ma enzymy, które podważają cząsteczki cukru z łańcuchów śluzu zwisających z wyściółki jelitowej. brakuje enzymów do rozbicia cząsteczek tworzących kwas sialowy.
Może wydawać się bezcelowe, aby rozluźnić cząsteczki cukru, którego nie jest w stanie rozłożyć na jedzenie. Jednak w normalnych jelitach istnieje kilka innych mikroorganizmów, które mogą rozkładać cząsteczki kwasu sialowego i fukozy. Normalne jelito jest pełne drobnoustrojów, które mogą siekać żywność, która nie może, ale potrzebuje.
Autorzy nazywają to systemem barterowym, ekologiści nazywają to symbiozą. (Być może rozluźnia te resztki cukru, aby dostać się do innych, jadalnych resztek cukru pod spodem.)
C. difficile, częstą przyczyną
biegunka związana z antybiotykami
W wielu eksperymentach naukowcy wprowadzili szczep lub Salmonella do myszy wcześniej pozbawionych zarazków, które zostały załadowane. Oba te szczepy bakterii są potencjalnie zagrażające życiu, gdy powodują choroby u pacjentów otrzymujących antybiotyki. Pochłaniają one również kwas sialowy w celu uzyskania energii, ale nie mogą rozluźnić go ze śluzów jelitowych.
Po odkryciu, że ani nie jest w stanie rozluźnić fukozy, ani jej nie skonsumować, zespół skoncentrował się na tym, w jaki sposób dwa patogeny wykorzystały kwas sialowy.
Naukowcy symulują ekosystem mikrobów jelitowych zdziesiątkowany antybiotykiem
Wprowadzając jeden patogenny i przyjazny szczep bakterii do jelita myszy niegroźnych, naukowcy mogli wykazać, że poziom kwasu sialowego znacznie wzrósł w przypadku braku kompletnego ekosystemu jelit drobnoustrojów, który powstrzymałby te poziomy przed szybowaniem.Posiadanie tylko jednego szczepu dobrej bakterii w jelicie myszy było zbliżeniem ekosystemu bakterii jelitowych zdziesiątkowanego antybiotykiem.
Zarówno replikowane jak i szybciej w obecności tych cukrów i innych konkurencyjnych mikrobów. stworzyła nadwyżkę kwasu sialowego, która była ucztą dla patogennego szczepu.
Naukowcy zaobserwowali, jakie skutki mogą mieć antybiotyki u „normalnych” myszy z ekosystemami jelitowymi. Donoszą o tym samym wzroście kwasu sialowego i eksplozji populacji patogennych bakterii. Jeśli myszy leczono tylko antybiotykami i nie wystawiano na działanie patogenów, poziomy kwasu sialowego wróciły do normy w ciągu około trzech dni, gdy dobre bakterie zaczęły wracać do zdrowia.
Sonnenburg powiedział:
„Źli ludzie w jelitach wyłapują substancje odżywcze, które zostały wyzwolone przez dobrych ludzi, którzy są ofiarami ubocznych obrażeń zadawanych przez antybiotyki, a antybiotyki powodują, że nasze przyjazne bakterie jelitowe nieświadomie pomagają tym patogenom.
Uważamy, że bakteryjne patogeny w jelicie powodują chorobę w dwóch etapach. Inni udowodnili, że gdy te patogeny osiągną wystarczającą liczbę, wykorzystują sztuczki wyzwalające zapalenia, aby zniszczyć nasze przyjazne dla mieszkańców mikroby – bez żadnych kosztów dla samych patogenów, ponieważ rozwinęły sposoby radzenia sobie z nimi. Ale najpierw muszą przezwyciężyć krytyczną przeszkodę: pod nieobecność zapalenia, które próbują wywołać, muszą w jakiś sposób osiągnąć tę krytyczną masę. Nasza praca pokazuje, jak sobie z tym radzą po dawce antybiotyków. Wykorzystują tymczasowy skok dostępnych cukrów uwolnionych ze śluzu jelitowego pozostawionego przez zabite komensalne mikroby. „
Zespół wierzy, że pewnego dnia możemy stworzyć lek, który hamuje enzymy używane przez przyjazne bakterie jelitowe do uwalniania kwasu sialowego ze śluzu, tym samym pozbawiając patogeny ich uczty. Lek może być następnie podawany wraz z antybiotykami. Dodali, że probiotyki w postaci szczepów bakteryjnych, które szybko trawią kwas sialowy, mogą również osiągnąć podobny efekt.
Badanie zostało sfinansowane przez Burroughs Wellcome Fund i National Institutes of Health (grant R01-DK085025).
