抗生素影響腸道微生物群和耐藥性的新證據

時間:2022年5月10日
來源:medical Xpress

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抗生素通常用于治療感染和確保手術安全。然而,它們的過度使用導致了抗藥性細菌的出現和傳播,導致了一場“軍備競賽”。

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Antibiotics impact gut microbiome and antimicrobial resistance
抗生素治療小鼠的抗性組。每個組(n = 8個生物重復)的總ARG相對豐度水平。*表示使用Wilcoxon秩和檢驗評估的經調整的p值小于0.05的顯著性。中線表示中間值(第50個百分位數),框的外線表示第25到第75個百分位數。黑色的胡須標志著第5和第95百分位。b在不同時間點(即第0天、第7天和第21天),經調整的p值< 0.05 (Wilcoxon秩和檢驗),發現抗生素治療小鼠中AMR種類豐富程度顯著差異。N = 8,每組生物重復。中線表示中間值(第50百分位),框外線表示第25 - 75百分位。黑色的胡須標志著第5和第95百分位。c Barplots展示了每個樣品中ARGs相關的mas相對豐度(Family level)。d對照和處理小鼠中與Akkermansiaceae、Enterococcaceae和乳酸桿菌科相關的ARGs的相對豐度(每組n = 8個生物重復)。*調整后的p值< 0.05 (Wilcoxon秩和檢驗)。中線表示中間值(第50百分位),框外線表示第25 - 75百分位。黑色的胡須標志著第5和第95百分位。所有分析的顯著性采用雙側Wilcoxon秩和檢驗。

抗生素通常用于治療感染和確保外科手術的安全。然而,它們的過度使用導致了耐藥細菌的出現和傳播,導致了一場“軍備競賽”,在這種競賽中,更有效的藥物正成為一種必要。由于抗菌素耐藥性代表著世界范圍內日益嚴峻的醫療保健挑戰,來自盧森堡系統生物醫學中心(LCSB)和生命科學系(DLSM)的系統生態學研究小組以及DLSM的分子疾病機制小組的研究人員探索了抗生素治療對小鼠腸道微生物群落的影響。他們的研究結果最近發表在《Nature Communications》雜志上,強調了一些細菌比其他細菌更有可能獲得抗菌素耐藥性基因。研究人員還描述了腸道微生物群中涉及抗生素耐藥性短期進化的關鍵機制。

在小鼠模型中研究腸道抵抗體

抗生素在人類疾病治療和畜牧業中的使用,加劇了全球抗菌素耐藥性(AMR)的形成。許多細菌現在已經對幾種抗生素產生了耐藥性,從而阻止了對感染的綜合治療,并導致全世界死亡人數迅速增加?!读~刀》雜志最近發表的一篇文章顯示,2019年,全球與耐藥感染相關的負擔估計為約500萬人死亡,其中抗生素耐藥性是約130萬人死亡的直接原因。系統生態學小組負責人保羅·威爾姆斯教授詳細介紹說:“目前的趨勢顯然不是下降,COVID-19進一步加劇了抗菌素耐藥性問題,到2050年,我們每年將有1000萬人死亡。這就是抗生素耐藥性目前被稱為‘無聲的大流行’的原因。然而,關于其演變、時間尺度和傳播仍有很多需要了解?!?/p>

來自盧森堡大學的研究人員使用了一個小鼠模型來更好地理解形成抗菌素耐藥性進展的機制。他們用廣譜抗生素雞尾酒治療一組小鼠(這是術前治療方案的代表),并跟蹤其對小鼠腸道微生物群的影響,研究了一些細菌是如何獲得抗菌素耐藥性基因的?!拔覀冊O計我們的研究是為了了解耐藥性基因是在哪個階段獲得的,以及在單一的抗生素療程后耐藥性病原體是如何出現的,”系統生態學小組的博士后研究員、該出版物的第一作者之一勞拉·德·尼斯博士解釋說。

抗生素引起的成分變化

研究人員觀察到抗生素治療小鼠的腸道微生物組的組成發生了重大變化。雖然大多數常住細菌種群因抗生素治療而減少,但Akkermansia muciniphila和腸桿菌科、腸球菌科和乳酸菌科的成員對抗生素治療仍不耐受。

“有趣的是,我們已經知道這些細菌在帕金森氏癥患者的腸道中富集,并與其他慢性疾病有關,”分子疾病機制小組的負責人伊麗莎白·勒特利爾博士補充說?!八鼈儗股馗心退幮缘氖聦嵄砻?,耐藥耐藥性的影響是多么廣泛,以及更好地了解其潛在機制是多么重要?!?/p>

抗菌素耐藥性基因增加

除了腸道微生物組組成的變化,科學家們還觀察到,抗生素治療的小鼠表現出明顯更高的抗菌耐藥基因豐度。更具體地說,他們發現對四種抗生素中的三種產生耐藥性的基因有所增加,分析表明,這些基因可能是隨著時間的推移而獲得的,而不是最初編碼在細菌DNA中?!拔覀兊慕Y果表明,使用抗生素的選擇性壓力可能導致腸道微生物群中抗菌素耐藥性的實時進化,”系統生態學小組成員和該論文的共同第一作者Susheel Bhanu Busi博士解釋說?!斑@意味著單一的治療可能已經足夠驅動微生物群落內的變化,并導致一些細菌獲得新的耐藥性基因?!?/p>

抗菌素耐藥性通過流動遺傳元件傳播

我們已經知道,細菌可以通過兩種不同的遺傳機制產生抗菌素耐藥性,一是自發突變,二是通過流動遺傳元件(MGEs)積累和傳播耐藥基因。這些元素是一種遺傳物質,可以從一個物種轉移到另一個物種。它們通過一個被稱為水平基因轉移的過程,促進細菌群體之間的抗性基因轉移。

為了更好地理解導致在抗生素治療的小鼠中觀察到的抗菌素耐藥性基因增加的機制,研究人員調查了MGEs的作用。他們發現,整合子,一種特殊類型的可移動基因元件,在介導對抗生素雞尾酒療法的耐藥性中發揮了關鍵作用。保羅·威爾姆斯教授說:“在我們的抗生素治療小鼠中發現的耐藥基因大多是由整合子賦予的,這突出了抗生素耐藥性傳播的一種被低估的遺傳機制。這些結果闡明了塑造抗生素暴露群體組成和抗菌素耐藥性進化的短期過程?!?/p>

由于許多整合子與耐抗生素治療的細菌家族(如Akkermansiaceae和Enterobacteriaceae)的基因組相關,這些發現也加強了某些分類群的重要性。保羅·威爾姆斯教授總結道:“這項研究強調了特定細菌的關鍵作用,考慮到這些細菌與一些慢性疾病的關聯,我們需要繼續探索整合子在促進該分類體內外抗菌藥物耐藥性方面的作用?!?/p>



盧森堡大學提供


                       

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