Изучение ответа микобиоты кишечника на терапию β-лактамными антибиотиками (аннотация)Изучение ответа микобиоты кишечника на терапию β-лактамными антибиотиками
Интерес к роли микробиоты кишечника в здоровье и заболевании растет и роль антибиотиков как основных нарушителей здорового состояния микробиоты в значительной степени изучена.
Уничтожая бактерии, обитающие в кишечнике, антибиотики широкого спектра действия уменьшают бактериальное разнообразие в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) и снижают численность полезных бактерий. Они также изменяют сеть взаимодействий микробиоты кишечника, способствуя тем самым чрезмерному росту условно-патогенных микроорганизмов. Более тревожным является то, что длительное применение антибиотиков может способствовать развитию антибиотикорезистентности. Например, воздействие β-лактамов может привести к селекции специфических кишечных бактерий, способных производить β-лактамазы - ферменты, которые могут гидролизовать β-лактамные антибиотики, что приводит к общему росту антибиотикорезистентности.
В то время как бактериальная микробиота изучена достаточно широко, микобиота - грибковая часть микробиоты - и последствия дисбиоза, вызванного антибиотиками, для грибковых сообществ кишечника изучены меньше. В настоящее время хорошо известно, что грибы могут быстро размножаться в ЖКТ мышей после удаления кишечных бактерий антибиотиками. ЖКТ мышей естественным образом не колонизирован условно-патогенным микроорганизмом Candida albicans, и антибиотики были использованы для того, чтобы вызвать такую колонизацию, что позволяет предположить, что они удаляют специфические бактерии, способные подавлять рост C. albicans в ЖКТ мышей. Тем не менее, необходимо больше информации о влиянии дисбиоза, вызванного антибиотиками, на микобиоту кишечника здорового человека и, в частности, на C. albicans. Поскольку системные инфекции C. albicans являются причиной тысяч смертей в год, а антибиотики - хорошо известный фактор риска развития этих инфекций, необходимо лучше понять механизмы избыточного роста C. albicans в кишечнике человека после терапии антибиотиками.
В данной работе мы проспективно наблюдали за двумя параллельными группами из 11 здоровых людей до, во время и после внутривенного лечения цефотаксимом или цефтриаксоном, двумя цефалоспориновыми антибиотиками третьего поколения (3GC), обладающими сходным спектром активности. Мы количественно определили уровень носительства C. albicans у всех испытуемых и охарактеризовали их здоровую микобиоту и ее изменчивость в течение 2-недельного периода, предшествующего приему антибиотиков. Затем мы проанализировали изменения в плане грибкового разнообразия, грибкового бремени, профиля сообществ и уровней C. albicans, возникающих в микобиоте после приема антибиотиков, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Наконец, мы отслеживали уровень фекальной β-лактамазной активности, которая, как известно, модулирует интенсивность дисбиоза кишечника после приема 3GC, и соотнесли изменения β-лактамазной активности с влиянием 3GC на носительство C. albicans.
В данном исследовании мы изучили влияние β-лактамных антибиотиков на микобиоту кишечника человека, проведя целевой метагеномный анализ микобиоты здоровых людей до, во время и после приема 3GC. 3GC сильно повлиял на микобиоту, особенно на носительство C. albicans, с широкими межсубъектными вариациями, которые не были связаны с типами получаемых ими 3CG. Мы определили изменения активности фекальной β-лактамазы после лечения как потенциальный ключевой фактор, регулирующий избыточный рост C. albicans, причем субъекты, характеризующиеся низким увеличением активности β-лактамазы, демонстрировали более сильный рост уровня C. albicans после приема антибиотиков.
Такое регулирование, вероятно, опосредовано дифференцированным воздействием антибиотиков на эндогенные бактерии кишечника в зависимости от различий в распространенности β-лактамаз-продуцирующих бактерий в микробиоте. Если говорить кратко, то микробиота, богатая β-лактамазопродуцирующими бактериями, будет благоприятствовать гидролизу 3GC, снижению дисбиоза микробиоты, вызванного антибиотиками, и уменьшению роста C. albicans. Напротив, микробиота, бедная β-лактамазопродуцирующими бактериями, будет способствовать сохранению 3GC, дисбиозу микробиоты, вызванному антибиотиками, и чрезмерному росту C. albicans.
Этот феномен может объяснить так называемую колонизационную резистентность C. albicans, с которой сталкиваются некоторые пациенты. Такая колонизационная резистентность уже являлась предметом предварительного отчета, но до настоящего исследования она не изучалась. В целом, эти результаты согласуются с гипотезой о том, что специфические кишечные бактерии или их метаболиты регулируют рост C. albicans.
Наши результаты свидетельствуют о том, что один и тот же режим приема антибиотиков может по-разному влиять на микробиоту и, следовательно, приводить к различным рискам избыточного роста C. albicans в зависимости от субъекта, который его получает. Таким образом, текущая парадигма, утверждающая, что антибиотики являются систематическим фактором риска избыточного роста C. albicans, должна быть скорректирована для лечения на основе β-лактамных антибиотиков. Мониторинг активности фекальных β-лактамаз во время и после лечения β-лактамными антибиотиками может быть точным предиктором фактического риска последующего увеличения бремени C. albicans.
Важно отметить, что мы обнаружили, что C. albicans в том или ином количестве присутствует в кишечнике почти каждого здорового человека. В этом исследовании впервые использован метод qPCR для количественной оценки и отслеживания носительства C. albicans, что позволяет проводить все более специфическое определение. При использовании более традиционных анализов распространенность C. albicans у этих людей была значительно ниже и близка к той, о которой сообщалось ранее. Это позволяет предположить, что наши результаты отражают реальность истинного присутствия C. albicans в кишечнике здоровых людей. Если результаты будут подтверждены в более крупном исследовании, это может свидетельствовать о том, что C. albicans не является факультативным комменсалом, как считалось ранее, но что она способна поддерживать себя в кишечнике большинства людей даже при очень низкой концентрации.
То, что почти все испытуемые в данном исследовании были колонизированы C. albicans, делает нашу когорту особенно подходящей для изучения влияния антибиотикотерапии на носительство C. albicans. Более того, в отличие от других исследований, наше внимание к одному семейству антибиотиков позволяет точно понять, как 3GC, широко используемое семейство антибиотиков, действует на микобиоту кишечника человека. Это позволило нам показать, что 3GC сильно влияют на микобиоту кишечника, с глобальным увеличением грибковой нагрузки, а также точечным возмущением нескольких видов и родов грибов, включая C. albicans.
Действительно, относительная и абсолютная численность C. albicans увеличилась после начала приема антибиотиков. Это особенно тревожно, поскольку недавний отчет показал, что применение β-лактамных антибиотиков приводит к увеличению вирулентности C. albicans. Уничтожая грамотрицательные комменсальные бактерии, β-лактамы вызывают высвобождение большого количества пептидогликанов, которые затем могут индуцировать рост гиф C. albicans - важнейшего фактора вирулентности этого вида. Более того, недавнее исследование показало, что воздействие не-3GC антибиотиков широкого спектра действия не только повышает чувствительность к системной инфекции C. albicans у мышей, но и увеличивает смертность из-за нарушения лимфоцит-зависимого IL-17A- и GM-CSF-опосредованного ответа. Таким образом, C. albicans может не только расти у пациентов, получающих лечение препаратами 3GC, но и увеличивать свои разрушительные способности. Это может быть особенно проблематично не только для пациентов с иммуносупрессией, но и для пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника, которые уже имеют более высокий уровень C. albicans в своем кишечнике.
В целом, большинство нарушений микобиоты после лечения 3GC зависело от субъекта, причем на одних субъектах это сказалось сильнее, чем на других. Об этом уже сообщалось, и это позволяет предположить, что большая часть фекальной микобиоты состоит из переходных видов, привнесенных диетой, таких как D. hansenii, который часто встречается в сыре, или, возможно, путем вдыхания спор нитчатых грибов, которые затем могут быть проглочены, таких как Penicillium sp.
В пользу этой гипотезы свидетельствует недавнее исследование, показавшее, что грибки, связанные с питанием, обнаруживаются с низкой относительной численностью в образцах слизистой оболочки, извлеченных хирургическим путем, что подчеркивает различия, наблюдаемые в микобиоте кишечника в зависимости от ее пространственной организации в желудочно-кишечном тракте. Более того, ассоциированные грибы вносят значительный вклад в грибковую биомассу фекальной микробиоты. Наши результаты также указывают на то, что в отличие от Penicillium sp. или D. hansenii, основным резервуаром C. albicans действительно является человек, что объясняет, почему до сих пор не найден экологический резервуар для этого вида.
Наконец, грибы представляли собой лишь небольшую часть общей микробиоты на основе количественного определения общей и грибковой ДНК. О такой недостаточной представленности грибкового сообщества в кишечнике человека уже сообщалось, но авторы не определили точную долю микобиоты. Совсем недавно была проведена оценка грибковой нагрузки у 24 здоровых людей, результаты которой были очень похожи на наши. Наконец, Doron et al. подтвердили, что биомасса грибов в микробиоте кишечника была низкой и составляла всего 1-2% микробной биомассы кишечника. Однако, насколько нам известно, настоящее исследование является первым, в котором оценивается ежедневная вариация грибковой нагрузки у здоровых людей.
В целом, данное исследование позволяет лучше понять факторы, вызывающие избыточный рост C. albicans после приема антибиотиков. Мы показали, что одно и то же лечение антибиотиками может по-разному нарушать микробиоту кишечника в зависимости от того, кто его получает. Это подчеркивает важность более персонализированного использования противогрибковой профилактики и помогает ограничить селекцию грибков, резистентных к противогрибковым препаратам, у пациентов с высоким риском инвазивного кандидоза, таких как пациенты отделений интенсивной терапии или гематоонкологические больные.
