Antibiotici utiču na sastav i dinamiku crevnog mikrobioma. Lečenje antibioticima ne samo da dovodi do gubitka biodiverziteta mikroorganizama, već često favorizuje selekciju rezistentnih sojeva bakterija. Bilo je nejasno kako mikrobiom reaguje na ponovljenu antibiotsku terapiju.
U pretkliničkoj studiji, međunarodni istraživački tim predvođen dvojicom naučnika iz DZIF-a koristio je analize metagenoma i kultivacije da identifikuje evolucione mehanizme koji doprinose otpornosti mikrobne zajednice nakon ponovljene primene antibiotika. Studija je sada objavljena u časopisu Cell Host & Microbe.
Mikrobiom creva svake osobe sadrži specifičnu zajednicu mikroorganizama koja obično ostaje stabilna godinama. Međutim, faktori kao što su promene u ishrani, infekcije ili lekovi mogu da ga izbace iz ravnoteže. Antibiotici posebno imaju snažan uticaj na mikrobiom. Kao odgovor, mikroorganizmi koriste različite mehanizme rezistencije, pri čemu se pojedinačne bakterijske populacije razvijaju selekcijom varijanti otpornih na antibiotike. Ipak, obim i mehanizmi ovih procesa i njihov uticaj na ekologiju mikrobne zajednice su slabo shvaćeni.
U sveobuhvatnoj metagenomskoj studiji, naučnici DZIF-a, prof. Berbel Steher i prof. Alice McHardi, zajedno sa međunarodnim istraživačkim timom, istraživali su evoluciju crevnih bakterija izloženih ponavljanim poremećajima antibiotika. U tu svrhu su koristili gnotobiotički mišji model, odnosno miševi su držani bez klica i stabilno kolonizovani sa poznatim konzorcijumom bakterija. Ovaj model omogućava evoluciona proučavanja pojedinačnih članova zajednice u prirodnom domaćinu pod dobro definisanim i kontrolisanim uslovima.
Istraživači su zatim analizirali efekte različitih klasa antibiotika na mikrobiom u periodu od 80 dana. Koristeći metagenomske analize, pratili su selekciju navodnih mutacija koje podstiču otpornost na antibiotike u bakterijskim populacijama, a zatim su analizirali karakteristike evoluiranih bakterijskih klonova izolovanih iz zajednica.
„Uspeli smo da pratimo kako ponovljena antibiotska terapija dovodi do selekcije komenzalnih bakterija otpornih na antibiotike, što posle nekog vremena povećava otpornost mikrobne zajednice na određene antibiotike kao što su tetraciklini. Pored prilagođavanja mikrobioma kroz evoluciju pojedinačnih mikroorganizama, takođe smo pronašli dokaze o razvoju otpornosti pojedinih bakterija kroz usporavanje rasta ćelija. Mikrobiom se prilagođava tretmanu, da tako kažem, i bolje ga podnosi“, kaže Stecher, koordinator istraživačke oblasti Gastrointestinalnih infekcija na Nemački centar za istraživanje infekcija (DZIF) i profesor medicinske mikrobiologije i higijene na Institutu Maks fon Petenkofer na Univerzitetu Ludvig Maksimilijan u Minhenu (LMU).
Pored toga, istraživački tim je primetio indukciju profaga izazvanu lečenjem određenim antibioticima. U ovom procesu, lizogeni bakteriofagi — čiji su genomi integrisani u bakterijske genome — se aktiviraju, nakon čega se razmnožavaju i liziraju ćelije domaćina nakon oslobađanja novih virusnih čestica. „Ovo je primer kako antibiotici mogu indirektno uticati na preživljavanje bakterija“, kaže dr Filip Minh, prvi autor studije.
Sve u svemu, studija pokazuje ogromnu raznolikost u odgovoru mikrobioma na tretmane antibioticima. Ovo uključuje, na primer, ekološke efekte kao što je inhibicija mikroorganizma eliminacijom važne „partnerske“ bakterije u metaboličkoj mreži crevnog ekosistema.
„Zbog ove velike složenosti direktnih i indirektnih odgovora, teško je predvideti na koje vrste će uticati tretman antibiotikom, čak i na gnotobiotičkim životinjskim modelima sa definisanom zajednicom mikroorganizama“, kaže prof. Alice McHardi, zamenik koordinatora za bioinformatiku i mašinsko učenje u DZIF-u i šef Odeljenja za računarsku biologiju za istraživanje infekcija u Helmholc centru za istraživanje infekcija, instituciji članici DZIF-a.
