Các nhà khoa học thuộc trường Đại học Y khoa Stanford giải thích tại sao hai tác nhân gây bệnh chết người có thể có chỗ đứng trong môi trường cấm của ruột sau khi điều trị bằng kháng sinh.
Các nhà nghiên cứu đã viết trên tạp chí rằng phát hiện của họ có thể giúp xác định các cách để chống lại tác động của sự suy giảm “vi khuẩn đường ruột thân thiện” sau khi điều trị bằng kháng sinh.
Một số tác nhân gây bệnh đường ruột có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng trong quá trình kháng sinh. Tác giả cao cấp, Justin Sonnenburg, tiến sĩ, cho biết “Kháng sinh mở cửa cho các tác nhân gây bệnh để giữ. Nhưng làm thế nào, chính xác, điều đó xảy ra đã không được hiểu rõ.”
Các tác giả giải thích rằng có sự gia tăng đáng kể lượng carbohydrate trong ruột 24 giờ sau khi dùng thuốc kháng sinh uống. Lượng thặng dư carbohydrate tạm thời này, cộng với việc giảm “vi khuẩn tốt” trong ruột, cho phép ít nhất hai mầm bệnh có khả năng gây nguy hiểm đến tính mạng nhân lên nhanh chóng.
Trong mười năm qua, các nhà khoa học đã có những tiến bộ to lớn trong việc tìm hiểu những gì diễn ra trong “hệ sinh thái vi sinh phức tạp” tồn tại trong ruột già của mọi động vật có vú khỏe mạnh, kể cả con người.
Khoảng 1.000 loại vi khuẩn khác nhau cùng tồn tại hài hòa trong ruột của một người khỏe mạnh điển hình. Những chủng vi khuẩn sống trong khu vực giàu dinh dưỡng nhưng giàu dinh dưỡng này đã thích nghi rất tốt, vì vậy thực tế là chúng ta sẽ vật lộn để tồn tại mà không có chúng.
Thân thiện, vi khuẩn trong ruột tổng hợp vitamin, chúng là chìa khóa để hướng dẫn hệ thống miễn dịch của chúng ta, chúng tham gia vào sự phát triển và duy trì các mô của chúng ta – thậm chí giúp điều hòa huyết áp.
Các loại thuốc kháng sinh tàn phá hệ sinh thái đường ruột này. Vi khuẩn tốt bắt đầu nhân lên nhanh chóng trong vòng vài ngày, và trong vòng một tháng trở lại số bình thường. Tuy nhiên, theo các tác giả, “hệ sinh thái dường như bị mất vĩnh viễn một số chủng vi khuẩn thành phần của nó”.
Các nhà khoa học so sánh những loại vi khuẩn thân thiện này với một loại cỏ mà đánh bại cỏ dại (vi khuẩn gây bệnh) cho phân bón giàu có thông qua đường ruột của chúng ta. Các nghiên cứu trước đây đã gợi ý rằng các lỗi thân thiện của chúng ta tiết ra các hóa chất ngăn chặn vi khuẩn gây bệnh khỏi kiểm soát.
Có một giả thuyết cho rằng khi hệ sinh thái vi sinh vật bên trong của chúng ta bị gián đoạn, hệ miễn dịch của chúng ta sẽ bị phản ứng.
Sonnenburg nói:
“Mặc dù những giả thuyết này không có nghĩa là loại trừ lẫn nhau, công việc của chúng tôi đặc biệt hỗ trợ gợi ý rằng vi khuẩn thường trú của chúng tôi giữ mầm bệnh tại vịnh bằng cách cạnh tranh cho các chất dinh dưỡng.”
Khi các phòng thủ này bị suy yếu, như thường xảy ra không lâu sau khi bắt đầu một quá trình kháng sinh, cướp bóc mầm bệnh, chẳng hạn như, có thể thiết lập chỗ đứng.
Ngay sau khi hai kẻ xâm lược ký sinh này nhân lên với số lượng đủ, chúng gây ra viêm. Trong khi tình trạng viêm không phải là một môi trường tốt để phục hồi vi khuẩn tốt, và salmonella phát triển mạnh trong đó.
Sonnenburg và các đồng nghiệp tập trung vào hai chất dinh dưỡng đặc biệt trong ruột – fucose và axit sialic – cả hai thành viên của họ đường. Đây không phải là loại đường mà hầu hết mọi người đều quen thuộc, nhưng chúng rất quan trọng cho sự sống còn lành mạnh và được sản xuất trong mọi tế bào trong cơ thể con người. Chúng cũng được tìm thấy trong các sản phẩm sữa, trứng và thịt.
Vi khuẩn đường ruột ăn chất nhầy
Các tế bào lót đường ruột mở rộng chuỗi dài của các loại đường quen thuộc và kỳ lạ được liên kết với nhau để tạo thành chất nhầy.
Chất nhầy có hai chức năng:
- nó ngăn chặn vi khuẩn cư trú đi qua thành ruột vào dòng máu
- nó là một nguồn thực phẩm quan trọng của một số loại đường, bao gồm cả axit sialic và fucose, cho vi khuẩn thường trú
Sonnenburg nói: “Vi khuẩn đường ruột của chúng ta trở nên rất giỏi trong việc ăn chất nhầy.”
Sonnenburg và các đồng nghiệp đã thử nghiệm trên những con chuột trong phòng thí nghiệm đã được nuôi dưỡng trong một môi trường không có mầm bệnh. Những con chuột này rất khác với chuột bình thường – ruột của chúng không có vi khuẩn.
Các nhà khoa học đã đưa một chủng vi khuẩn vào những con vật không có mầm bệnh này – một chủng vi khuẩn thân thiện nằm trong ruột của chuột và con người bình thường. có các enzyme làm tăng phân tử đường từ các chuỗi chất nhầy lủng lẳng từ lớp lót ruột. thiếu các enzym để phá vỡ các phân tử tạo nên axit sialic.
Nó có vẻ vô nghĩa để nới lỏng các phân tử đường, nó không thể phá vỡ thức ăn. Tuy nhiên, trong một ruột bình thường có một số vi khuẩn khác có thể phá vỡ các axit sialic và phân tử fucose. Một đường ruột bình thường có đầy đủ các vi sinh vật có thể cắt các loại thực phẩm không thể nhưng cần.
Các tác giả gọi nó là một hệ thống trao đổi, các nhà sinh thái học gọi nó là cộng sinh. (Có lẽ nới lỏng dư lượng đường này để lấy các chất cặn đường ăn được khác bên dưới.)
C. difficile, một nguyên nhân phổ biến của
tiêu chảy liên quan đến kháng sinh
Trong một số thí nghiệm, các nhà khoa học đã giới thiệu hoặc chủng Salmonella vào những con chuột không có mầm bệnh trước đó đã được nạp vào. Cả hai chủng vi khuẩn này đều có khả năng đe dọa đến tính mạng khi chúng gây bệnh ở những bệnh nhân dùng kháng sinh. Họ cũng tiêu thụ axit sialic cho năng lượng, nhưng không thể nới lỏng nó ra khỏi chất nhầy ruột.
Sau khi phát hiện ra rằng không thể nới lỏng fucose hoặc tiêu thụ nó, nhóm nghiên cứu tập trung vào cách hai tác nhân gây bệnh được sử dụng axit sialic.
Các nhà khoa học mô phỏng một hệ sinh thái ruột-vi sinh vật bị suy giảm chất kháng sinh
Bằng cách giới thiệu một loại vi khuẩn gây bệnh và một vi khuẩn thân thiện vào ruột của những con chuột không có mầm bệnh trước đây, các nhà nghiên cứu có thể chứng minh rằng mức độ axit sialic tăng đáng kể trong trường hợp không có hệ sinh thái đường ruột hoàn chỉnh.Chỉ có một dòng vi khuẩn tốt trong ruột của chuột là xấp xỉ hệ sinh thái của vi khuẩn đường ruột kháng sinh.
Cả hai và nhân rộng nhanh hơn trong sự hiện diện của các loại đường và không có vi khuẩn cạnh tranh khác. tạo ra một thặng dư axit sialic, đó là một bữa tiệc cho các chủng gây bệnh.
Các nhà khoa học sau đó đã quan sát thấy những tác động của kháng sinh có thể có đối với chuột “bình thường” với hệ sinh thái đường ruột. Họ báo cáo sự gia tăng tương tự trong axit sialic và sự bùng nổ dân số của vi khuẩn gây bệnh. Nếu những con chuột chỉ được điều trị bằng kháng sinh và không tiếp xúc với mầm bệnh, nồng độ axit sialic trở lại bình thường trong vòng khoảng ba ngày khi vi khuẩn tốt bắt đầu hồi phục.
Sonnenburg nói:
“Những kẻ xấu trong ruột là những chất dinh dưỡng nhặt rác được giải phóng bởi những kẻ tốt, những người bị thương do những thiệt hại tài sản thế chấp phát sinh từ thuốc kháng sinh. Thuốc kháng sinh khiến vi khuẩn đường ruột thân thiện của chúng tôi vô tình giúp đỡ những tác nhân gây bệnh này.
Chúng tôi tin rằng vi khuẩn gây bệnh trong ruột gây bệnh trong hai bước. Những người khác đã chỉ ra rằng một khi các mầm bệnh này đạt được số lượng đầy đủ, chúng sử dụng các thủ thuật kích thích viêm để loại bỏ vi khuẩn thân thiện với cư dân của chúng ta – miễn phí cho các tác nhân gây bệnh, bởi vì chúng đã tiến hóa cách để giải quyết nó. Nhưng trước tiên, họ phải vượt qua một trở ngại quan trọng: Trong trường hợp không có viêm họ đang cố gắng để gây ra, họ phải bằng cách nào đó đạt được khối lượng quan trọng đó. Công việc của chúng tôi cho thấy cách họ đi về nó sau một liều thuốc kháng sinh. Họ tận dụng một sự tăng đột biến tạm thời trong các loại đường có sẵn được giải phóng từ chất nhầy ruột bị bỏ lại bởi các vi khuẩn lây lan. “
Nhóm nghiên cứu tin rằng một ngày nào đó chúng ta có thể tạo ra một loại thuốc ức chế enzym được sử dụng bởi vi khuẩn đường ruột thân thiện để giải phóng axit sialic khỏi chất nhờn, do đó làm mất đi mầm bệnh của bữa tiệc của chúng. Sau đó thuốc có thể được dùng cùng với thuốc kháng sinh. Họ nói thêm rằng các chế phẩm sinh học ở dạng vi khuẩn tiêu hóa axit sialic nhanh chóng cũng có thể đạt được hiệu quả tương tự.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Quỹ Burroughs Wellcome và Viện Y tế Quốc gia (cấp R01-DK085025).
