آنتی بیوتیک ها چگونه بر اکولوژی میکروبیوم روده تأثیر می گذارند؟

میکروبیوم روده هر فرد حاوی جامعه خاصی از میکروارگانیسم ها است که به طور معمول برای سال ها ثابت می ماند. با این حال، می تواند توسط عواملی مانند تغییرات رژیم غذایی، عفونت ها یا داروها از تعادل خارج شود. آنتی بیوتیک ها به طور خاص تأثیر زیادی بر میکروبیوم دارند. در پاسخ، میکروارگانیسم‌ها مکانیسم‌های مقاومت مختلفی را به کار می‌گیرند و جمعیت‌های باکتریایی منفرد از طریق انتخاب گونه‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک تکامل می‌یابند. با این حال، میزان و مکانیسم این فرآیندها و تأثیر آنها بر اکولوژی جامعه میکروبی به خوبی درک نشده است.

در یک مطالعه فرا ژنومیک، دانشمندان DZIF، پروفسور باربل استچر و پروفسور آلیس مک هاردی، همراه با یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی، تکامل باکتری‌های روده‌ای را که در معرض اختلالات مکرر آنتی‌بیوتیک‌ها قرار داشتند، بررسی کردند. برای این منظور، آنها از یک مدل موش gnotobiotic استفاده کردند، یعنی موش‌ها عاری از میکروب و به طور پایدار با کنسرسیوم شناخته شده‌ای از باکتری‌ها مستعمره شدند. این مدل اجازه می دهد تا مطالعات تکاملی تک تک اعضای جامعه در میزبان طبیعی تحت شرایط کاملاً تعریف شده و قابل کنترل انجام شود. محققان سپس اثرات کلاس های مختلف آنتی بیوتیک ها را بر روی میکروبیوم در یک دوره 80 روزه تجزیه و تحلیل کردند. آنها با استفاده از آنالیزهای متاژنومی، انتخاب جهش‌های احتمالی محرک مقاومت آنتی‌بیوتیکی را در جمعیت‌های باکتریایی دنبال کردند و متعاقباً ویژگی‌های کلون‌های باکتریایی تکامل‌یافته جدا شده از جوامع را تجزیه و تحلیل کردند.

ما توانستیم ردیابی کنیم که چگونه درمان مکرر آنتی‌بیوتیکی منجر به انتخاب باکتری‌های کامنسال مقاوم به آنتی‌بیوتیک می‌شود، که پس از مدتی انعطاف‌پذیری جامعه میکروبی را نسبت به آنتی‌بیوتیک‌های خاصی مانند تتراسایکلین‌ها افزایش می‌دهد. علاوه بر انطباق میکروبیوم از طریق تکامل میکروارگانیسم‌های منفرد، ما همچنین شواهدی از رشد مقاومت باکتری‌های منفرد از طریق کند کردن رشد سلول پیدا کردیم. میکروبیوم به اصطلاح با درمان سازگار است و بهتر می تواند در برابر آن مقاومت کند.”

Bärbel Stecher، هماهنگ کننده، عفونت های گوارشی، مرکز تحقیقات عفونت آلمان

Bärbel Stecher همچنین استاد میکروبیولوژی پزشکی و بهداشت در موسسه Max von Pettenkofer در دانشگاه Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) است.

علاوه بر این، تیم تحقیقاتی القای پروفاژهایی را مشاهده کردند که در اثر درمان با آنتی‌بیوتیک‌های خاص ایجاد می‌شد. در این فرآیند، باکتریوفاژهای لیزوژنیک – که ژنوم آنها در ژنوم باکتری ادغام می شود – فعال می شوند، در نتیجه تکثیر می شوند و با آزادسازی ذرات ویروسی جدید، سلول های میزبان را لیز می کنند. دکتر فیلیپ مونچ، نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: «این نمونه‌ای از این است که چگونه آنتی‌بیوتیک‌ها می‌توانند به‌طور غیرمستقیم بر بقای باکتری‌ها تأثیر بگذارند».

به طور کلی، این مطالعه تنوع بسیار زیادی را در پاسخ میکروبیوم به درمان های آنتی بیوتیکی نشان می دهد. این شامل، برای مثال، اثرات زیست محیطی مانند مهار یک میکروارگانیسم با از بین بردن یک باکتری “شریک” مهم در شبکه متابولیک اکوسیستم روده است.

پروفسور آلیس مک هاردی، معاون هماهنگ کننده بیوانفورماتیک، خلاصه می‌کند: «به دلیل پیچیدگی بالای پاسخ‌های مستقیم و غیرمستقیم، پیش‌بینی اینکه کدام گونه تحت تأثیر درمان با آنتی‌بیوتیک قرار می‌گیرد، حتی در مدل‌های حیوانی گنتوبیوتیک با جامعه‌ای مشخص از میکروارگانیسم‌ها دشوار است». و یادگیری ماشین در DZIF و رئیس بخش زیست شناسی محاسباتی برای تحقیقات عفونت در مرکز هلمهولتز برای تحقیقات عفونت، یک موسسه عضو DZIF.