Желудочно-кишечный тракт является резервуаром условно-патогенных микроорганизмов или патобионтов, которые, пользуясь дисбалансом кишечной микробиоты, или дисбиозом, размножаются в организме предрасположенных пациентов, прежде чем вызвать инфекцию.
Род Enterococcus является комменсалом желудочно-кишечного тракта человека и животных. Некоторые виды, в частности Enterococcus faecalis и Enterococcus faecium, являются условно-патогенными микроорганизмами, которые безвредны для здоровых людей. Однако у ослабленных пациентов (таких как люди с ослабленным иммунитетом и пожилые люди) могут развиться тяжелые инфекции, особенно после лечения антибиотиками.
За последние 30 лет энтерококки стали третьей по частоте причиной оппортунистических инфекций у ослабленных пациентов во всем мире. Многие штаммы приобрели высокий уровень устойчивости к гентамицину и, что очень важно, к ванкомицину. Это приводит к увеличению затрат, снижению эффективности и повышению риска токсичности. Инфекции, вызванные ванкомицин-резистентными энтерококками (VRE), представляют собой серьезную проблему для пациентов, у которых развиваются серьезные инфекции, такие как эндокардит. VRE происходят из желудочно-кишечного тракта, где их размножение предшествует распространению в кровоток, лимфатическую циркуляцию, что приводит к инфекции. Понимание механизмов, ответственных за сопротивляемость кишечной колонизации VRE, необходимо для борьбы с инфекциями и ограничения распространения антибиотикорезистентности.
Кроме того, баланс микробиоты кишечника обеспечивает колонизационную резистентность с экологическим барьерным эффектом против патогенов или условно-патогенных микроорганизмов, включая патобионтов. Колонизационная резистентность возникает через прямые механизмы, такие как выработка ингибирующих бактерии соединений или конкуренция за ресурсы, или через косвенные механизмы, например, путем влияния на реакции хозяина. Различные биотические и абиотические факторы (употребление алкоголя, диета с высоким содержанием жиров, неантибиотические препараты) нарушают микробиоту кишечника и потенциально приводят к альтернативному устойчивому состоянию дисбиоза, в результате чего появляются патобионты, такие как энтерококки, которым благоприятствует лечение антибиотиками. В этом контексте дисбиоз, вызванный приемом антибиотиков, может способствовать колонизации желудочно-кишечного тракта VRE.
Лучшее понимание механизмов колонизационной резистентности микробиоты кишечника может привести к разработке целевой терапии, направленной на восстановление микробного сообщества. Такая терапия на основе микробиоты особенно важна для восстановления микробиоты госпитализированных пациентов, получающих антибиотики широкого спектра действия. Использование живых биотерапевтических продуктов (ЖБП), состоящих из консорциумов комменсальных бактериальных изолятов, было предложено в качестве альтернативы трансплантации фекальной микробиоты для борьбы с C. difficile благодаря их более контролируемому профилю безопасности и многообещающим доклиническим и клиническим результатам. Эти ЖБП также могут быть предложены для борьбы с другими кишечными патогенами, ассоциированными с дисбиозом. Исследования с использованием консорциумов для борьбы с такими патобионтами, как VRE, показали обнадеживающие результаты на доклинических моделях мышей. Известно, что секвестрация питательных веществ разнообразной микробиотой является ключом к защите от патогенов.
В данном исследовании мы поставили перед собой цель рационально определить виды бактерий микробиоты кишечника, участвующих в барьерном эффекте против VRE E. faecalis, объединив биологические данные с математическим моделированием. Из выявленных видов был определен консорциум из семи комменсальных бактерий (Mix7) для проверки его анти-VRE эффекта на двух различных линиях мышей (аутбредной CF1 и инбредной BALB/c). Чтобы понять эффект Mix7 и межиндивидуальную вариабельность ответа, был проведен анализ микробиоты высокого разрешения в период выздоровления. С помощью метабаркодирования генов 16S рРНК (более 50 000 прочтений) для обеих линий мышей и метаболомики в конечных точках для BALB/c было показано, что добавка Mix7 ускоряет восстановление микробиоты после лечения антибиотиками за счет модуляции других видов, помимо Mix7. Более того, проследив эволюцию микробиоты мышей CF1, было показано, что реакция на Mix7 зависит от исходного состава микробиоты. Кроме того, были изучены функциональные эквиваленты шести нечеловеческих штаммов консорциума для оценки трансляционного потенциала нашего доклинического исследования для пациентов.
Инновационный подход, основанный на математическом моделировании состава микробиоты, позволил выявить смесь комменсальных бактериальных штаммов, которая улучшает экологический барьерный эффект против VRE. Механизмы зависят от восстановления и исходного состава микробиоты. В конечном итоге эта работа позволит перейти к персонализированной медицине, нацеливаясь на предрасположенных пациентов с риском инфекции, таких как нейтропеники или пациенты, перенесшие трансплантацию костного мозга, которые, вероятно, ответят на добавление комменсальных штаммов, закладывая основу для создание в будущем новых ЖБП и открытие биомаркеров для прогнозирования ответа на добавление.
