Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda wyjaśniają, dlaczego dwa potencjalnie śmiertelne patogeny znajdują oparcie w nieprzyjaznym środowisku jelit po leczeniu antybiotykami. Odkrycia te mogą pomóc w identyfikacji sposobów przeciwdziałania efektom wyczerpania «przyjaznych bakterii jelitowych» po terapii antybiotykowej.
Podczas leczenia antybiotykami, kilka patogenów jelitowych może powodować poważne problemy zdrowotne. Starszy autor badań, dr Justin Sonnenburg, podkreśla, że «antybiotyki otwierają drzwi dla tych patogenów, ale jak to dokładnie się dzieje, pozostaje wciąż nie do końca zrozumiane.»
Naukowcy zauważyli znaczący wzrost dostępności węglowodanów w jelitach już 24 godziny po podaniu doustnych antybiotyków. Ta nadwyżka węglowodanów, w połączeniu z redukcją «dobrych bakterii» w jelitach, sprzyja szybkiemu rozmnażaniu się co najmniej dwóch potencjalnie niebezpiecznych patogenów.
Ostatnie dziesięciolecie przyniosło ogromny postęp w zrozumieniu «złożonego ekosystemu mikrobiologicznego», który istnieje w jelicie grubym każdego zdrowego ssaka, w tym człowieka. Szacuje się, że w typowych zdrowych jelitach człowieka współistnieje około 1000 różnych rodzajów drobnoustrojów, które przystosowały się do trudnych warunków, co umożliwia nam przetrwanie.
Przyjazne bakterie w jelitach syntetyzują witaminy, odgrywają kluczową rolę w regulacji układu odpornościowego i nawet wpływają na ciśnienie krwi. Antybiotyki jednak niszczą ten delikatny ekosystem, a dobre bakterie szybko się mnożą, osiągając normalne wartości w ciągu kilku dni. Niemniej jednak, według autorów, «ekosystem może cierpieć na trwałą utratę niektórych szczepów bakteryjnych.»
Naukowcy porównują te korzystne bakterie do trawnika, który pokonuje chwasty (bakterie chorobotwórcze) w bogatej glebie, która przechodzi przez nasze jelita. Wcześniejsze badania sugerowały, że nasze przyjazne bakterie wydzielają substancje chemiczne, które uniemożliwiają rozwój patogennych bakterii.
Teoria głosi, że zakłócenie wewnętrznego ekosystemu mikrobiologicznego osłabia odpowiedź układu odpornościowego. Sonnenburg stwierdza: «Nasza praca wspiera sugestię, że mikroby konkurują o składniki odżywcze, co utrzymuje patogeny na dystans.»
Kiedy mechanizmy obronne są osłabione, co zwykle ma miejsce po rozpoczęciu kuracji antybiotykami, patogeny mogą z łatwością zyskać przewagę. Kiedy te dwa pasożytnicze szczepy pomnożą się, wywołują stan zapalny, który nie sprzyja odbudowie dobrych bakterii, a wręcz przeciwnie, sprzyja rozwojowi takich patogenów jak salmonella.
Sonnenburg i jego zespół skupili się na dwóch ważnych składnikach odżywczych w jelitach – fukozie i kwasie sialowym – które są niezbędne do zdrowego życia i występują w produktach mlecznych, jajach i mięsie.
Bakterie jelitowe a śluz
Komórki wyściełające jelito produkują długie łańcuchy znanych i egzotycznych cukrów, które tworzą śluz. Śluz pełni dwie podstawowe funkcje:
- zapobiega przedostawaniu się mikroorganizmów do krwiobiegu przez ścianę jelita
- stanowi ważne źródło pożywienia dla drobnoustrojów, w tym dla kwasu sialowego i fukozy
Sonnenburg podkreśla: «Nasze mikroby jelitowe stały się mistrzami w jedzeniu śluzu.»
Naukowcy przeprowadzili eksperymenty na myszach laboratoryjnych, które wychowywano w środowisku wolnym od drobnoustrojów. Te myszy, pozbawione bakterii, były poddane wprowadzeniu pojedynczego szczepu przyjaznych bakterii. Te bakterie mają enzymy, które rozkładają cząsteczki cukru ze śluzu, ale brakuje im enzymów do rozkładu kwasu sialowego.
Choć może wydawać się to bezcelowe, istnieją inne mikroorganizmy, które mogą rozkładać cząsteczki kwasu sialowego i fukozy, co czyni jelito bogatym w drobnoustroje, które współdziałają w ekosystemie.
Ten system barterowy, znany jako symbioza, pozwala różnym mikroorganizmom współpracować. W normalnych jelitach są inne mikroby, które mogą wykorzystywać cukry, które nie mogą zostać rozłożone przez inne bakterie.
C. difficile, częsta przyczyna
biegunka związana z antybiotykami
W wielu eksperymentach naukowcy wprowadzili szczep bakterii Salmonella do myszy, które były wcześniej pozbawione drobnoustrojów. Oba szczepy są potencjalnie niebezpieczne dla pacjentów otrzymujących antybiotyki, gdyż wykorzystują kwas sialowy jako źródło energii, ale nie potrafią go uwolnić ze śluzu jelitowego.
Odkrywszy, że ani Salmonella, ani inne patogeny nie są w stanie rozkładać fukozy, zespół skoncentrował się na tym, jak te patogeny wykorzystują kwas sialowy.
Symulacja ekosystemu mikrobów jelitowych
Wprowadzając patogen i przyjazny szczep bakterii do jelit mysz, naukowcy wykazali, że poziom kwasu sialowego znacznie wzrósł w przypadku braku pełnego ekosystemu drobnoustrojów. Obecność jednego szczepu dobrej bakterii w jelicie przypominała ekosystem, który został zdziesiątkowany przez antybiotyki.
Badania wskazują, że zarówno replikowane, jak i szybciej rozmnażające się bakterie w obecności tych cukrów prowadzą do wzrostu poziomu kwasu sialowego, co staje się ucztą dla patogenów.
W eksperymentach z «normalnymi» myszami z pełnym ekosystemem jelitowym naukowcy również zaobserwowali wzrost kwasu sialowego i eksplozję populacji patogennych bakterii. Po kuracji antybiotykowej, gdy myszy nie były narażone na działanie patogenów, poziomy kwasu sialowego wróciły do normy w ciągu trzech dni, gdy dobre bakterie zaczęły się regenerować.
Sonnenburg podsumowuje: «Złe bakterie przejmują składniki odżywcze, które byłyby dostępne dla naszych dobrych bakterii, które cierpią na efekt uboczny terapii antybiotykowej. Antybiotyki sprawiają, że nasze przyjazne bakterie nieświadomie pomagają tym patogenom.»
Zespół wierzy, że w przyszłości będzie możliwe opracowanie leku, który zablokuje enzymy używane przez przyjazne bakterie do uwalniania kwasu sialowego, a tym samym pozbawi patogeny ich pożywienia. Lek ten mógłby być podawany równocześnie z antybiotykami. Zespół zasugerował również, że probiotyki w formie szczepów bakterii, które szybko trawią kwas sialowy, mogą osiągnąć podobny efekt.
Badanie zostało sfinansowane przez Burroughs Wellcome Fund oraz National Institutes of Health (grant R01-DK085025).
