スタンフォード大学医学部の科学者は、2つの潜在的に致死的な病原体が抗生物質治療後の腸の禁断環境においてなぜ足場を得るのかを説明する。
研究者らは、彼らの発見が抗生物質治療後の「友好的な腸内細菌」の枯渇の影響を打ち消す方法を特定するのに役立つかもしれないと、この雑誌に書いている。
いくつかの消化管病原体は、抗生物質のコース中に深刻な問題を引き起こす可能性があります。上級著者のJustin Sonnenburg医師は、「抗生物質がこれらの病原体を保有するための扉を開いているが、正確にはどのように起こっているのかよく分かっていない」
著者らは、経口抗生物質を投与してから24時間後に、腸内の炭水化物の利用可能性が有意に上昇すると説明した。この一時的な余剰炭水化物と腸内の「良質な細菌」の減少は、少なくとも2つの潜在的に生命を脅かす病原体が急速に増殖することを可能にする。
過去10年間、科学者たちは、人間を含むすべての健康な哺乳動物の大腸に存在する「複雑な微生物生態系」において何が起こっているのかを理解する上で莫大な進歩を遂げました。
典型的な健康な人間の腸内には、約1,000種類の微生物が調和的に共存しています。この挑戦的ではあるが栄養豊富なニッチに生息するこれらの細菌株は非常によく適応しているので、実際にはそれらなしで生存するのに苦労するだろう。
親しみやすく腸内細菌はビタミンを合成し、免疫システムを導く鍵であり、私たち自身の組織の開発と維持に関わっており、血圧の調節にも役立ちます。
抗生物質薬はこの腸内微生物生態系を荒廃させる。良い細菌は数日で急速に増殖し始め、1ヶ月以内に正常な数に戻ります。しかし、著者によると、「生態系は細菌の構成菌の一部が永久に失われているようだ」
科学者たちは、これらの友好的な細菌を雑草（病原性細菌）よりも優しい肥料に匹敵する芝生に似せています。以前の研究では、われわれの親しみやすいバグが、病原細菌の防除を妨げる化学物質を分泌することを示唆しています。
私たちの内部の微生物生態系が破壊されると、私たちの免疫系の反応性が損なわれるという理論があります。
Sonnenburgは言った：
「これらの仮説は決して相互に排他的ではありませんが、私たちの研究は、私たちの常在微生物が、栄養素と競合することによって病原体を拘束するという示唆を支持しています。
これらの防御が弱まると、通常、抗生物質のコースを開始してからあまり時間がかからずに、病原体を略奪するなどの足場を立てることができます。
これらの2つの寄生虫が十分な数に掛けられるとすぐに、それらは炎症を誘発する。炎症は良好な細菌を回復させる良い環境ではなく、サルモネラ菌はその中で繁栄します。
Sonnenburgらは、砂糖ファミリーのメンバーであるフコースとシアル酸の2つの特定の栄養素に焦点を合わせました。これらはほとんどの人がよく知っている糖ではありませんが、健康な生存には不可欠であり、人体のあらゆる細胞で産生されます。乳製品、卵、肉などにも含まれています。
腸内細菌は粘液を食べる
腸を構成する細胞は、粘液を形成するために一緒に連結された、よく知られたエキゾチック糖の長い鎖を押し出す。
粘液には2つの機能があります：
- 常在微生物が腸壁を通過して血流に入るのを止める
- それは、常在微生物のためのシアル酸およびフコースを含むいくつかの糖の重要な食物源である
ゾンネンブルグは、「私たちの消化管は粘液を食べるのに非常に熟達している」と語った。
Sonnenburgらは、無菌環境で飼育された実験用マウスについて実験した。これらのマウスは、正常なマウスとは非常に異なっていた – その腸に細菌はなかった。
科学者らは、これらの無菌動物に単一の細菌株を導入した。これは、正常なマウスおよびヒトの腸に存在する友好的な細菌株である。腸内層からぶら下がっている粘液鎖から糖分子を取り出す酵素を持っています。シアル酸を構成する分子を分解する酵素が欠けている。
食物のために分解することができない糖分子を緩めることは無意味に思われるかもしれません。しかし、正常な腸内には、シアル酸およびフコース分子を分解するいくつかの他の微生物が存在する。正常な腸には、必要ではないが食べ物を切り刻むことができる微生物がいっぱいです。
作者はそれを交換システムと呼び、生態学者はそれを共生と呼んでいる。 （おそらく、これらの糖残基を緩めて、下の他の食用糖残渣にすることができます。）
クロストリジウム・ディフィシル（C. difficile）
抗生物質関連下痢
多くの実験において、科学者は、いずれかまたはサルモネラ菌株を、以前に無菌化されたマウスに導入した。これらの細菌株は両方とも、抗生物質を受ける患者に病気を引き起こすと、生命を脅かす可能性があります。彼らはまた、エネルギーのためにシアル酸を消費するが、腸の粘液からそれを緩めることはできません。
チームはフコースを溶かすことも消費することもできないことを発見した後、2つの病原体がどのようにしてシアル酸を利用したかに集中しました。
科学者たちは、抗生物質をデシメートした腸内微生物生態系
研究者らは、無菌マウスの腸内に1つの病原性細菌株と1つの親和性細菌株を導入することにより、これらのレベルが急上昇するのを止めた完全な微生物腸生態系が存在しない場合にシアル酸のレベルが大幅に増加したことを実証することができた。マウスの腸内に良好な細菌のただ1つの菌株を有することは、抗生物質で消化された腸内微生物生態系の近似であった。
両方とも、これらの糖類の存在下でより迅速に複製し、他の競合微生物は複製しなかった。シアル酸余剰を作り出しました。これは病原性菌株の饗宴でした。
科学者らは、抗生物質が腸内生態系を持つ「正常な」マウスに与える影響を観察した。彼らはシアル酸の増加と病原菌の人口爆発を報告した。マウスに抗生物質のみを投与し、病原体に曝露しない場合、良好な細菌が回復し始めてから約3日以内にシアル酸レベルが正常に戻った。
Sonnenburgは言った：
「腸の悪い人は、抗生物質による副作用の犠牲者である善良な人々によって解放された栄養素を掃除しています。抗生物質によって、われわれの友好的な腸内細菌が無意識にこれらの病原体に役立ちます。
我々は、腸内の細菌性病原体が2段階で病気を引き起こすと考えている。他の人々は、これらの病原体が十分な数に達すると、それに対処する方法を進化させたため、病原体自体に無料で微生物を撲滅するために炎症誘発トリックを使用することを示しています。しかし、まず、彼らは重大なハードルを克服しなければなりません。彼らが誘発しようとしている炎症がなければ、何とかその重要な塊に到達しなければなりません。私たちの研究は、抗生物質の投与の後、彼らがどのようにそれについて行っているかを示しています。彼らは、殺された共生微生物によって残された腸粘液から遊離した利用可能な糖の一時的なスパイクを利用する。
チームは、ある日、シアル酸を粘液から遊離させるために、友好的な腸内細菌によって使用される酵素を阻害し、その病原体の病原体を奪い取ることができると信じています。その後、抗生物質と一緒に投与することができます。彼らは、シアル酸を急速に消化する細菌株の形のプロバイオティクスも同様の効果を達成することができると付け加えた。
この研究はBurroughs Wellcome基金と国立衛生研究所（R01-DK085025）によって資金提供されました。
