Прескочи към главното съдържание на страницата

Архив


БРОЙ 9 2018

Микробиом и антибактериална терапия

виж като PDF
Текст A
Нели Ерменлиева, Габриела Цанкова, Татина Тодорова
Катедра по Предклинични и клинични науки; Факултет по фармация, Медицински университет-Варна


Въведение

Създаването на чревната микрофлора в човешкия организъм започва веднага след разкъсване на амниотичните мембрани. Впоследствие разнообразието от бактериални популации се променя в различните етапи от развитието на гостоприемника и съобразно прилаганата хранителна диета.

Резидентната микрофлора на стомашно-чревния тракт се състои от близо 1000 различни бактериални вида и над 7000 различни щама.

Въпреки че съставът на човешкия микробиом има "индивидуално ядро", което варира на нивото на филотипа, в общия бактериален профил доминират родовете Bacteroides, Prevotella и Ruminococcus[1] и тип Firmicutes (включват родовете Lactobacillus, Clostridium и др.). В по-малка степен се развиват бактерии от типовете Actinobacteria (род Acti­no­my­ces, Bifidobacterium и др.), Pro­te­o­bac­teria (сем. Enterobacteriaceae и др.), Verrucomicrobiae и Fusobacteria[2,3] (Табл. 1).

Таблица 1: Преобладаваща резидентна чревна микрофлора

Bacteroides

Prevotella

Ruminococcus

Enterococcus

Lactobacillus

Clostridium

Peptostreptococcus

Actinomyces

Bifidobacterium

Enterobacteriaceae

Fusobacteria

    

Човешката чревна микрофлора допринася за здравето на гостоприемника, като повлиява храносмилателните процесите, устойчивостта на организ­ма към патогенни щамове, енергийния метаболизъм на гостоприемника, чревната епителна пролиферация и имунния отговор.

Нарушенията в състава на чревната микрофлора са свързани със заболявания, като вагиноза, затлъстяване, чревни възпаления[4,5], алергии и други[6].


Генетични характеристики на микробиома

Чрез изследвания, проведени в рамките на международния проект „Метагеномика на човешкия чревен тракт (Meta-HIT)”, са установени около 3.3 милиона различни бактериални гени сред 124 изследвани индивиди, което е 150 пъти повече, отколкото в собствения ни човешки геном[7].

Стомашно-чревният тракт е отворена система, в която ежедневно постъпват множество бактериални щамове, произхождащи от околната среда (чрез храна, вода, почва и други хора или животни[8]). Тези входящи бактерии често притежават гени за резистентност към антибиотици, които могат да бъдат прехвърлени на резидентните щамове чрез хоризонтален генен трансфер. От съществено значение е проучването не само на механизмите на антибиотична резистентност, проявили се в патогените, а и изследването на потенциала на микробиома в това направление[9].


Микробиома, като резервоар на гени, кодиращи бактериална резистентност

Към момента антибиотичната резистентност е една от най-важните заплахи за общественото здраве по всички части на света. Тя намалява клиничната ефикасност и увеличава разходите за лечение. При липсата на нови антибиотици, опазването на съществуващите е от решаващо значение.

От откриването и клиничното приложение на антибиотиците, патогените и човешката микрофлора са изложени непрекъснато под действието на тези селективни агенти. Вследствие на това действие е добре проучена еволюцията на многофункционални патогени, причиняващи заболявания, които могат да станат практически нелечими. По-рядко се оценяват съпътстващите промени в човешкия микробиом в отговор на тези атаки и техният принос към проблемите на клиничната резистентност[2,10].

Преобладаващата част от известните гени, кодиращи антибиотична резистентност, се съдържат в транспозони, интеграни или плазмиди, които могат да бъдат мобилизирани и прехвърлени върху други бактерии от същия или различен вид. Добре известни са CTX-M гените, кодиращи широкоспектърни бета-лактамази (ESBL) или широкото разпространение на стрептограмин ацетилтрансферази тип А. По данни на Sommer&Dantas (2011) кодиращите антибиотична резистентност гени от микробиома демонстрират тясна еволюционна връзка с гени за устойчивост в изследвани патогенни щамове. В тяхно проучване са идентифицирани няколко стотици гени за антибиотична резистентност в нормалната микрофлора на двама здрави възрастни индивиди. При над 95% от тези гени се доказва сходство (>90% нуклеотидна идентичност) с гени, идентифицирани в патогени[11]. Сходни данни са получени и от други изследователи[12-14], проучващи потенциала на микрофлората на човешките черва и устна кухина, като резервоар на гени, кодиращи антибиотична резистентност, придобити чрез хоризонтален генен трансфер между патогени и резидентни щамове.

Културелни изследвания показват, че лечението с кларитромицин води до високо ниво на резистентност на резидентни Enterococcus sp. в червата по време на лечението. Наличието на силно устойчивите Enteroccocus sp. при някои пациенти продължава от една до три години след края на лечението[15]. Подобни резултатите са получени за щамове Staphylococcus epidermis, изолирани от ноздрите на пациенти, лекувани с антибиотици[16] и Bacteriodes sp., изолирани от червата[17]. Освен това PCR анализ показа, че изобилието от специфични гени за устойчивост към макролиди нарасна до 10 000 пъти в сравнение с първоначално измерените нива и продължава до две години след прекратяването на антибиотичното лечение[18].


Промени в състава на микробиома при антибиотична терапия

Към днешна дата антибиотиците най-често и в най-голяма степен нарушават състава и свойствата на човешката микрофлора. Всеки ден приблизително 1 до 3% от хората в развиващите се страни приема фармакологични дози от антибиотици[19].

Проведен е генетичен анализ за изследване на ефекта на два цикъла антибиотичен прием на ципрофлоксацин върху микрофлората на стомашно-чревния тракт при трима здрави индивиди. Резултатите отчитат незабавна и значителна промяна във филогенетичното разнообразие на стабилната преди това микробна екосистема[20,21].

Микрофлората започва да се възстановява една седмица след преустановяване на антибиотичния прием, но предварителната архитектура не се възстановява напълно в рамките на 6-10 месеца. Установява се също така, че някои от щамовете изчезват от състава на резидентната флора[22].

През 2010 г. чрез генетични методи са проследени краткосрочните и дългосрочни ефекти от приема на кларитромицин и метронидазол, чийто избор е стандартен терапевтичен подход за терапия на Helicobacter pylori. Изследването включва трима пациенти на антибиотична терапия и три контроли[23]. Подобно на ефектите, отчетени от приема на ципрофлоксацин, комбинираното антибиотично лечение причинява намаляване на микробиомното разнообразие в гърлото и червата на пациентите. Общият състав на микробната общност се възстановява само частично, изследвана една и четири години след лечението. Интересен е фактът, че микрофлората в гърлото е отчетена като по-стабилна след антибиотичното лечение, в сравнение с интестиналната[11].

По данни на Owens et al. (2008) микробиома на човешкото черво на здрави възрастни индивиди е до голяма степен, но не изцяло, устойчив на кратки курсове на антибиотична терапия. Клиничните данни показват обаче, че разширените или повторни курсове на антибиотичен прием е по-вероятно да доведат до сериозни и необратими нарушения в баланса на резидентната микрофлора, което води до здравни рис­кове, като инвазия и размножаване на патогенни щамове Clostridium difficile[24].

Разбира се, превенцията на този тип неблагоприятни въздействия върху микробиома не е насочена към преустановяване на назначаването на антибиотична терапия там, където е необходима. Препоръките са насочени към щателно прецизиране на терапията на всеки един пациент, на базата на микробиологична диагностика, включваща и изследване на антибиотичната чувствителност на изолирания патоген. По този начин адекватното лечение ще намали необходимостта от разширени или повторни курсове на антибиотичен прием, както и риска от тежки необратими изменения в състава и функциите на микробиома.

Важно е, също така, преустановяването на антибиотичния прием при вирусни инфекции, тъй като не е налице терапевтичен ефект, а в същото време се засилва селективният натиск върху налични в организма бактериални щамове, което стимулира антибиотичната резистентност и евентуален последващ генен трансфер на гени за устойчивост.


Заключение

Антибиотичното лечение често води до съществени промени в структурата на микробната общност, както и до нарастване броя на щамовете, пренасящи гени за антибиотична резистентност. Напредъкът в генотипните методи позволява познанията ни за ефектите на антибиотично лечение върху нормалната микрофлора да се задълбочат. Въпреки това все още е ограничено разбирането ни за механизмите, по които генетичните елементи, кодиращи антибиотичната резистентност се разпространяват в дадена микробна общност и в каква степен антибиотичният прием може да повлияе резидентната човешка микрофлора.

 

  
 
 

 
книгопис:
1.    Arumugam M., Raes J., Pelletier E., Le Paslier D., Yamada T., Mende D., et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature. 2011 May; 473:174–80.
2.    Jernberg C., Lofmark S., Edlund C., Jansson J. Long-term impacts of antibiotic exposure on the human intestinal microbiota. Microbiology. 2010 Nov;156(11):3216-23.
3.    Jalanka-Tuovinen J., Salonen A., Nikkila, J., Immonen, O., Kekkonen, R., Lahti, L., et al. Intestinal microbiota in healthy adults: temporal analysis reveals individual and common core and relation to intestinal symptoms. PLoS One. 2011 Jul;6(7):e23035.
4.    Neuman M., Nanau R. Inflammatory bowel disease: role of diet, microbiota, life style. Transl Res. 2012 Jul;160(1):29–44.
5.    Simren M., Barbara G., Flint H., Spiegel B., Spiller R., Vanner S., et al. Intestinal microbiota in functional bowel disorders: a Rome foundation report. Gut. 2013 Jun;62(1):159–76.
6.    Penders J., Stobberingh E., Savelkoul P., Wolffs P. The human microbiome as a reservoir of antimicrobial resistance. Front Microbiol. 2013 Apr;4:87.
7.    Qin J., Li R., Raes J., Arumugam M., Burgdorf K., Manichanh C., et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010 Mar;464:59–65.
8.    Baquero F. Metagenomic epidemiology: a public health need for the control of antimicrobial resistance. Clin Microbiol Infect. 2012 Jul;18(4):67–73.
9.    Schmieder R., Edwards R. Insights into antibiotic resistance through metagenomic approaches. Future Microbiol. 2012 Jan;7(1):73–89.
10.    Salyers A., Amabile-Cueva C. Why Are Antibiotic Resistance Genes So Resistant to Elimination? Antimicrobial agents and chemotherapy. 1997;2321–2325.
11.    Sommer M., Dantas G. Antibiotics and the resistant microbiome. Curr Opin Microbiol. 2011 Oct; 14(5):556–63.
12.    Smillie C., Smith M., Friedman J., Cordero O., David L. et al. Ecology drives a global network of gene exchange connecting the human microbiome. Nature. 2011 Oct;480(7376):241-4.
13.    Roberts A., Mullany P. Oral biofilms: a reservoir of transferable, bacterial, antimicrobial resistance. Expert Rev Anti Infect Ther. 2010; 8, 1441-50.
14.    Salyers A., Gupta A., Wang Y. Human intestinal bacteria as reservoirs for antibiotics resistance genes. Trends Microbiol. 2004;12:412-6.
15.    Sjolund M., Wreiber K., Andersson D., Blaser M., Engstrand L. Long-term persistence of resistant Enterococcus species after antibiotics to eradicate Helicobacter pylori. Ann Intern Med. 2003;139:483-487.
16.    Sjolund M, Tano E, Blaser MJ, Andersson DI, Engstrand L. Persistence of resistant Staphylococcus epidermidis aftersingle course of clarithromycin. Emerg Infect Dis. 2005 Sep; 11(9):1389-93.
17.    Lofmark S., Jernberg C., Jansson J., Edlund C. Clindamycininduced enrichment and long-term persistence of resistant Bacteroides spp. and resistance genes. J Antimicrob Chemother. 2006 Dec;58(6):1160-7.
18.    Jernberg C., Lofmark S., Edlund C., Jansson J. Long-term ecological impacts of antibiotic administration on the human intestinal microbiota. ISME J. 2007 May;1(1):56-66.
19.    Goossens H., Ferech M., Vander Stichele R., Elseviers M. Outpatient antibiotic use in Europe and association with resistance: a cross-national database study. ESAC Project Group. Lancet. 2005;365:579.
20.    Dethlefsen L., Huse S., Sogin M., Relman D. The pervasive effects of an antibiotic on the human gut microbiota, as revealed by deep 16S rRNA sequencing. PLoS Biol. 2008 Nov;6(11):e280.
21.    Dethlefsen L., Relman D. Incomplete recovery and individualized responses of the human distal gut microbiota to repeated antibiotic perturbation. Proc Natl Acad Sci USA. 2011 Mar;108(1):4554-61.
22.    Costello E., Stagaman K., Dethlefsen L., Bohannan B., Relman D. The Application of Ecological Theory Toward an Understanding of the Human Microbiome. Science. 2012 Jun;336:1255-62.
23.    Jakobsson H., Jernberg C., Andersson A., Sjolund-Karlsson M., Jansson J., Engstrand L. Short-term antibiotic treatment has differing long-term impacts on the human throat and gut microbiome. PLoS One. 2010 Mar;5(3):e9836.
24.    Owens R., Donskey C., Gaynes R., Loo V., Muto C. Antimicrobial-associated risk factors for Clostridium difficile infection. Clin Infect Dis. 2008 Jan;46 (1):S19-31.