Добавки клетчатки защищают от антибиотиков

Nature Communications, том 14, номер статьи: 5161 (2023) Цитировать эту статью

872 Доступа

38 Альтметрика

Подробности о метриках

Дисбиоз кишечника, вызванный антибиотиками (АИД), является частым и серьезным побочным эффектом применения антибиотиков, и смягчение этого дисбиоза является важной терапевтической целью. Мы предполагаем, что диета хозяина может модулировать химическую среду кишечника, что приводит к изменениям в структуре и функциях микробиома во время лечения антибиотиками. Дисбиоз кишечника обычно характеризуется увеличением аэробного респираторного бактериального метаболизма, окислительно-восстановительного потенциала и обилия протеобактерий. В этом исследовании мы изучаем добавки с пищевыми волокнами как потенциальные модуляторы химической среды в кишечнике, способные уменьшить этот тип дисбиоза. Используя определенные диеты и полногеномное секвенирование микробиомов самок мышей во время модуляции диеты и лечения антибиотиками, мы обнаружили, что пребиотики, содержащие клетчатку, значительно снижают влияние лечения антибиотиками на состав и функцию микробиома. Мы наблюдаем снижение численности аэробных бактерий, а также метаболических путей, связанных с окислительным метаболизмом. Эти метатранскриптомические результаты подтверждаются химическими измерениями eH и pH, что позволяет предположить, что клетчатка ослабляет дисбиотические эффекты антибиотиков. Эта работа показывает, что клетчатка может действовать как потенциальное терапевтическое средство при СПИДе, модулируя бактериальный метаболизм в кишечнике, предотвращая увеличение окислительно-восстановительного потенциала и защищая комменсальные микробы во время лечения антибиотиками.

Антибиотики являются важной частью современной медицины, позволяющей защититься от инфекции, но их использование часто приводит к побочному повреждению микробиома кишечника1,2,3. Это СПИД может привести к таким осложнениям со здоровьем, как воспалительные заболевания кишечника, нарушения иммунной функции, инфекции и нарушения обмена веществ4. В нескольких исследованиях изучались методы снижения стресса антибиотиков для микробиома с использованием пероральных адсорбентов лекарств и пробиотических добавок5,6.

Однако эти подходы могут снизить эффективность лекарств или усилить нарушение равновесия в кишечнике в случае пробиотиков6. В этой работе мы используем диету для изменения химической среды кишечника и исследуем, как пребиотики, содержащие клетчатку, могут облегчить СПИД, предотвращая увеличение окислительно-восстановительного потенциала кишечника, наблюдаемое после лечения антибиотиками4,7,8.

Тип источника углерода в рационе может определять, какие акцепторы электронов достигают бактерий в кишечнике, вызывая специфические и предсказуемые биохимические реакции9,10,11. Например, простые источники углерода, присутствующие в западной диете с высоким содержанием сахара, быстро усваиваются хозяином, ограничивая количество углерода для микробов в кишечнике. Поскольку эти микробы конкурируют за ограниченный доступный углерод, они метаболизируют углерод, полученный хозяином, из слизистой оболочки кишечника12,13. В результате это усиливает воспаление кишечника и изменяет структуру микробиома за счет отбора бактерий, которые процветают в этой воспалительной и аэробной среде14. Эта дисбиотическая среда может предоставлять акцепторы электронов, такие как O2, NO3, Fe3+, и термодинамически выбирать метаболические реакции с более высокой окислительно-восстановительной потенциальной энергией11,15. С другой стороны, пищевые волокна отбирают микробы, которые могут метаболизировать сложные полисахариды с помощью ферментативного метаболизма. Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК), вырабатываемые бактериями посредством ферментации, метаболизируются колоноцитами в реакции потребления кислорода16,17,18. В результате такой анаэробной среды термодинамически предпочтительными являются метаболические реакции с более низкой окислительно-восстановительной потенциальной энергией, такие как ферментация.

Современный взгляд на чувствительность бактерий к антибиотикам предполагает, что изменение метаболизма может защитить от антибиотикорезистентности. Несколько исследований in vitro проверили эту гипотезу и обнаружили, что подавление микробного метаболизма снижает чувствительность к антибиотикам19,20,21,22. Эти исследования показывают, что восприимчивость связана с признаками метаболической активности, такими как бесполезная активация цикла, оборот АТФ, более высокий мембранный потенциал и увеличение количества радикалов. И наоборот, было показано, что повышенный pH, разобщение транспорта электронов и снижение доступности глюкозы подавляют микробный метаболизм и защищают от антибиотиков20,22. Этот механизм восприимчивости, обусловленный метаболизмом, в основном исследовался in vitro, однако недавние исследования также показывают, что модуляция метаболизма кишечных бактерий у хозяина также может влиять на AID.