Если обитающая в кишечнике бактерия Escherichia coli ( E. coli) приобретает устойчивость ко многим антибиотикам, это может вызвать серьёзные проблемы со здоровьем, если она попадёт в кровоток. Как эффективно удалить такие потенциально опасные мультирезистентные бактерии из кишечника?
Исследователи из Центра исследований инфекций Гельмгольца (HZI) в сотрудничестве с учёными из Ганноверской медицинской школы (MHH) изучили этот вопрос в своём последнем исследовании. Их стратегия — пищевая конкуренция. Из более чем 430 различных штаммов E. coli, выделенных из образцов стула доноров, они определили некоторые, которые успешно вытеснили мультирезистентные штаммы.
Их выводы дают учёным надежду на то, что их подход может помочь замедлить распространение мультирезистентных кишечных бактерий и предотвратить опасные инфекции в будущем. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Микробиом кишечника и E. coli
Микробиом кишечника жизненно важен для нашего здоровья. Это сообщество различных бактерий и микроорганизмов поддерживает пищеварение, влияет на обмен веществ и иммунную систему. У примерно 90% людей в кишечнике обитает бактерия E. coli.
«Это бактерия-комменсал, которая нашла свою пищевую нишу в кишечнике и может там постоянно колонизировать», — объясняет доктор Мари Венде из отдела микробной иммунной регуляции в HZI и первый автор исследования. «Помимо нескольких штаммов, которые могут вызывать желудочно-кишечные инфекции, большинство штаммов E. coli в кишечнике безвредны. Однако, если бактерии E. coli попадают в кровоток, это может быть опасно, поскольку они могут повредить органы или вызвать сепсис».
Однако такие инфекции обычно можно эффективно лечить антибиотиками — если только они не вызваны так называемыми мультирезистентными бактериями E. coli, которые устойчивы ко многим антибиотикам. «Инфекции, вызванные мультирезистентными бактериями E. coli, приводят к смерти около 800 000 человек во всём мире каждый год. Это невероятно большое число — здесь срочно необходимы действия», — говорит профессор Тилль Стровиг, заведующий отделом микробной иммунной регуляции в HZI и автор исследования.
Новая стратегия
«Мультирезистентные бактерии E. coli, дремлющие в кишечнике, представляют риск, поскольку они могут попасть в кровоток. Особенно уязвимы люди, которые серьёзно или хронически больны или имеют ослабленную иммунную систему. В лучшем случае последняя линия защиты от инфекции с мультирезистентными бактериями E. coli — это резервный антибиотик». Однако резервные антибиотики часто вызывают серьёзные побочные эффекты и доступны в ограниченном количестве.
Профилактический подход, который устраняет мультирезистентные бактерии E. coli из кишечника до развития осложнений, был бы более разумным и устойчивым. Именно здесь вступает в игру текущее исследование.
Исследователи использовали конкурентное давление за пищевые ресурсы в кишечнике. Они ввели более 430 различных штаммов E. coli, которые они выделили из образцов стула здоровых доноров, в конкуренцию — по сути, в «конкурс по поеданию» — со штаммом E. coli, устойчивым ко многим лекарствам, предоставленным отделением медицинской микробиологии MHH.
В своих обширных лабораторных исследованиях команда сравнила один из нормальных штаммов E. coli со штаммом, устойчивым ко многим лекарствам. Они использовали содержимое кишечника стерильных мышей в качестве пищи и среды для роста.
«Мы исследовали, изменился ли рост мультирезистентного штамма в присутствии других штаммов E. coli», — объясняет Венде. «Некоторые штаммы действительно смогли сильно подавить рост мультирезистентного штамма и оказались способными лишить его питательной основы».
Исследователи более подробно изучили многообещающих кандидатов в пищевую конкуренцию в дальнейших исследованиях на модели мыши. «Мы смогли показать, что эти штаммы E. coli также могут успешно сдерживать мультирезистентный штамм E. coli в кишечнике мышей», — говорит Венде. «Мы также протестировали наиболее эффективный штамм против другого мультирезистентного штамма. Он так же успешно подавил его».
Чтобы дополнительно изучить защитный эффект штаммов E. coli, исследователи повторили всю описанную ранее процедуру тестирования. На этот раз они протестировали три наиболее успешных штамма E. coli против более широкого спектра мультирезистентных штаммов E. coli. Они также включили другого конкурента: кишечную бактерию Klebsiella oxytoca, которая имеет схожие, но не идентичные пищевые предпочтения с E. coli.
«Наша гипотеза заключалась в том, что сочетание двух разных бактериальных штаммов может потенциально усилить защитный эффект против мультирезистентных штаммов E. coli», — объясняет Венде. «И это действительно так: сочетание защитных штаммов E. coli и Klebsiella oxytoca оказалось высокоэффективным против мультирезистентных штаммов E. coli, которые одиночные штаммы E. coli не могли эффективно вытеснить. Комбинация смогла полностью устранить их на модели мыши».
Стровиг заявляет: «Наше исследование показывает, что специально отобранные бактериальные штаммы могут успешно вытеснять мультирезистентные патогены из кишечника в качестве пищевых конкурентов. Таким образом, в будущем можно будет избежать опасных инфекций в группах пациентов с ослабленным иммунитетом, а дальнейшее распространение мультирезистентных кишечных бактерий также можно будет сдержать».
В дальнейших исследованиях учёные планируют тщательно охарактеризовать штаммы E. coli, которые особенно эффективны в вытеснении мультирезистентных штаммов E. coli. Являются ли эти штаммы безвредными или они производят токсины, вредные для человека? Признаются ли они иммунной системой или могут легко ускользать от обнаружения? Меняется ли их эффективность против мультирезистентных патогенов, когда в микробиоме присутствуют другие бактерии? И не развивают ли они устойчивость к антибиотикам?
«Мы хотим всесторонне изучить эти вопросы. Прежде чем отобранные штаммы E. coli можно будет использовать в качестве пищевых конкурентов для профилактики или лечения мультирезистентных штаммов E. coli, потребуется провести ещё много исследований», — говорит Стровиг.
Предоставлено Helmholtz Association of German Research Centres.