Взаимосвязь: антибиотики - диета - кишечный микробиом

Исследования показали, что диета влияет на чувствительность кишечного микробиома к антибиотикам

Антибиотики изменяют вид бактерий в кишечнике мыши так же, как и метаболизм бактерий, но диетпитание может обострить эти изменения

Каждый год антибиотики спасают бесчисленное количество жизней от вредных бактериальных инфекций, но сообщество полезных бактерий, которые живут в кишечнике человека, известное как микробиом, часто страдает от побочных повреждений.

Питер Беленький (Peter Belenky), доцент кафедры молекулярной микробиологии и иммунологии в Университете Брауна (Brown University), изучает способы минимизации этого побочного эффекта, который может привести к C-diff (или инфекции Clostridium difficile) и другим опасным для жизни дисбалансам в микробиоме. В новом исследовании, опубликованном 12 сентября 2019 г., в разделе «Метаболизм клеток», Беленький и его коллеги обнаружили, что антибиотики изменяют состав и метаболизм кишечного микробиома у мышей и что диета может смягчить или усугубить эти изменения. Полученные результаты являются шагом, сказал Беленький, к тому, чтобы помочь людям лучше переносить лечение антибиотиками.

«Врачи теперь знают, что каждый рецепт антибиотика может привести к очень вредным последствиям для здоровья, связанным с микробиомами, но у них нет надежных инструментов для защиты этого критически важного сообщества, а также лечения смертельных инфекций», - сказал Беленький. «Цель моей лаборатории - найти новые способы защиты микробиома, которые могут смягчить некоторые из худших побочных эффектов антибиотиков».

Микробиом кишечника - это экосистема, включающая триллионы бактерий, которые специфически сосуществуют с хозяином. Это сообщество помогает хозяину во многих отношениях, таких как расщепление пищевых волокон и оказание помощи в поддержании общего здоровья кишечника - путем обеспечения того, чтобы клетки кишечника образовывали плотный барьер и конкурировали за ресурсы с вредными бактериями, сказал Беленький.

Амоксициллин, B. thetaiotaomicron, Углеводы

На рисунке: модель молекулы Амоксициллина (Amoxicillin)

Ведущий автор исследования Дэмиен Кабрал (Damien J. Cabral), докторант в программе патобиологии в Университете Брауна, лечил три группы мышей различными антибиотиками, а затем следил за тем, как изменился состав бактерий в кишках мышей и как бактерии адаптировались на метаболическом уровне после лечения антибиотиками.

Амоксициллин, обычно используемый для лечения ушных инфекций и ангины, резко уменьшил количество бактерий, присутствующих в кишечнике, и изменил гены, используемые оставшимися бактериями. Исследователи также изучили ципрофлоксацин, используемый для лечения инфекций мочевыводящих путей и брюшного тифа, и доксициклин, часто применяемый для лечения заболеваний Лайма и синусовых инфекций. Изменения, связанные с этими препаратами, были менее выраженными.

Один тип потенциально полезных в норме бактерий (помогающих расщеплять молекулы растительной пищи), и очень распространенных в кишечной микрофлоре человека, Bacteroides thetaiotaomicron, фактически процветал после лечения Амоксициллином. После лечения эта бактерия увеличила свою зависимость от ферментов, которые переваривают клетчатку - произошло изменение, которое, по-видимому, позволяет ей процветать в измененной экосистеме и каким-то образом защищает ее от антибиотика, сказал Беленький.

Bacteroides thetaiotaomicron  - это вид бактерий рода Bacteroides, грамотрицательный облигатный анаэроб, одна из самых распространенных бактерий, обнаруженных в кишечнике человека, но также условно-патогенный микроорганизм. Его геном содержит многочисленные гены, по-видимому, специализирующиеся на переваривании полисахаридов. B. thetaiotaomicron потенциально может инфицировать ткани, подверженные воздействию кишечной флоры, способствовать росту патогенных бактерий. Например, в то время как B. thetaiotaomicron экспрессирует ферменты сиалидазы, он не может катаболизировать сиаловую кислоту; в результате его присутствие увеличивает свободную сиаловую кислоту, доступную для других организмов в кишечнике. Эти взаимодействия могут способствовать росту патогенных бактерий, таких как Clostridium difficile, использующих сиаловую кислоту в качестве источника углерода. Подобные взаимодействия могут привести к тому, что B. thetaiotaomicron усугубит патогенную инфекцию кишечной палочки.

В целом (при диете со сложными углеводами с пищевыми волокнами – ред.), бактерии B. thetaiotaomicron увеличили использование генов, имеющих критическое значение для устойчивости к стрессу. В тоже время, они уменьшили использование генов, участвующих в нормальном росте (создающих новые белки и ДНК).

Интересно, что команда Беленького обнаружила, что добавление глюкозы в мышиный рацион - который обычно содержит много клетчатки и мало простых сахаров - у Bacteroides thetaiotaomicron повышает восприимчивость к Амоксициллину. Это намекает на то, что диета может как защитить некоторые кишечные бактерии от разрушительного действия антибиотиков, так и наоборот, ослабить их защиту.

«Мы давно знаем, что антибиотики воздействуют на микробиом», - сказал Беленький. «Мы также знали, что диета влияет на микробиом. Это первая статья, которая объединяет эти два факта».

Беленький предупредил, что исследование проводилось на грызунах, и еще многое предстоит узнать о взаимодействии между питанием хозяина, метаболизмом микробиома и уязвимостью к различным антибиотикам.

«Теперь, когда мы знаем, что диета важна для восприимчивости бактерий к антибиотикам, мы можем задать новые вопросы о том, какие питательные вещества оказывают влияние, и посмотреть, сможем ли мы предсказать влияние различных диет», - сказал он.

Команда Беленького изучает, как различные виды пищевых волокон влияют на изменение микробиома после лечения антибиотиками, и как диабет может повлиять на метаболическую среду микробиома и чувствительность к антибиотикам.

Источник: Материал предоставлен Brown University. 

Статья в журнале: Damien J. Cabral, Peter Belenky, et al. Microbial Metabolism Modulates Antibiotic Susceptibility within the Murine Gut Microbiome. Cell Metabolism, 2019.