Бактериальные инфекции, устойчивые к антибиотикам, часто возникают у пациентов с хроническими воспалительными кишечными заболеваниями, такими как воспалительное заболевание кишечника, и у пациентов, которые принимали антибиотики в течение длительного времени. Грамотрицательные бактерии, такие как Enterobacteriaceae, являются частой причиной этих инфекций и имеют мало вариантов лечения. Трансплантация фекальной микробиоты показала, что может сдержать некоторые из этих инфекций, но ее состав различается между партиями, и она не всегда успешна.

Исследователи из Медицинской школы Университета Кейо в Токио и Института Брода Массачусетского технологического института и Гарварда выделили 18 штаммов бактерий из кала здоровых людей, которые потенциально могли бы быть более эффективным лечением. Команда обнаружила, что эти штаммы подавляют рост Enterobacteriaceae и снимают воспаление в кишечнике мышей, конкурируя с вредными бактериями за углеводы и не давая им колонизировать кишечник.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, могут привести к разработке микробной трансплантации для пациентов, которая будет управлять бактериями, устойчивыми к антибиотикам, более целенаправленно и с меньшим количеством побочных эффектов, чем существующие методы лечения.

«Несмотря на два десятилетия исследований микробиома, мы только начинаем понимать, как определить полезные для здоровья свойства микробиома кишечника», — говорит соавтор исследования Мари-Мадлен Пуст.

«Часть проблемы заключается в том, что микробиом каждого человека уникален. Эти совместные усилия позволили нам функционально охарактеризовать различные механизмы действия, которые эти бактерии используют для снижения патогенной нагрузки и воспаления кишечника», — сказала она.

«Исследования микробиома часто могут состоять из анализа наборов генетических последовательностей, без понимания того, что делает каждый ген или почему определенные микробы полезны», — сказал соавтор исследования Рамник Ксавье. «Попытка раскрыть эту функцию — это следующий рубеж, и это хороший первый шаг к выяснению того, как микробные метаболиты влияют на здоровье и воспаление».

Устойчивые к антибиотикам энтеробактерии, такие как бактерии E. coli и Klebsiella , распространены в больницах, где они могут размножаться в кишечнике пациентов и вызывать опасные системные инфекции, которые трудно поддаются лечению. Некоторые исследования показывают, что энтеробактерии также способствуют сохранению воспаления в кишечнике и инфицированию другими микробами. Ученые хотели понять, какие конкретные бактерии в трансплантациях фекальной микробиоты могут помочь защитить кишечный микробиом от энтеробактерий . Команда выделила около 40 штаммов бактерий из каждого образца кала от пяти здоровых доноров и использовала их для лечения мышей, инфицированных E. coli или Klebsiella. Они протестировали различные комбинации штаммов и определили группу из 18 штаммов, которые подавляли энтеробактерии сильнее всего.

Исследователи из Университета Кейо обнаружили, что у мышей, инфицированных клебсиеллой и получавших 18 полезных штаммов, клебсиелла изменила экспрессию генов, участвующих в поглощении и метаболизме углеводов. Это включало в себя подавление генов глюконаткиназы и транспортеров, что указывает на возросшую конкуренцию между кишечными микробами за питательные вещества.

Команда хотела изучить образцы от пациентов с воспалением кишечника и без него. В партнерстве с Broad’s Metabolomics Platform, под руководством старшего директора и соавтора исследования Клэри Клиш , они проанализировали образцы от детей с язвенным колитом, ища наличие альтернативных генов глюконатного пути кишечных микробов и уровни фекального глюконата. Они обнаружили более высокие уровни глюконата, связанные с большим потреблением глюконата Enterobacteriaceae в образцах от детей с продолжающимся воспалением, на что указывали высокие уровни белка кальпротектина.

В совокупности результаты показывают, что Enterobacteriaceae перерабатывает глюконат как ключевое питательное вещество и способствует воспалению у пациентов. Но когда микробиом кишечника включает 18 полезных штаммов, они, вероятно, конкурируют с Enterobacteriaceae за глюконат и другие источники питательных веществ, ограничивая распространение вредных бактерий.

18 штаммов также не нарушили рост других здоровых бактерий у животных с кишечной микрофлорой от пациентов с болезнью Крона и язвенным колитом, что еще раз подчеркивает их терапевтический потенциал.

Хотя для точного понимания механизмов, лежащих в основе конкуренции различных бактерий друг с другом, потребуются дополнительные исследования, полученные результаты свидетельствуют о том, что микробную терапию можно использовать для корректировки экологии кишечника и подавления вредоносных бактериальных инфекций с меньшим количеством негативных побочных эффектов, чем при обычном лечении антибиотиками.

В то же время команда намерена раскрыть сущность и функции неизвестных метаболитов, которые способствуют здоровью кишечника и воспалению.