Przełom w ochronie mikrobioty podczas terapii antybiotykowej

Czy innowacyjne podejście w ochronie mikrobioty zmieni terapię antybiotykową?

Przełomowe badanie naukowców wykazało, że kombinacja przeszczepu filtratu kału (FF) z węglem aktywowanym (AC) może chronić mikrobiotę jelitową podczas stosowania antybiotyków o szerokim spektrum działania. To innowacyjne podejście może zrewolucjonizować sposób, w jaki zapobiegamy dysbiozie wywołanej antybiotykami.

Mikrobiota jelitowa, złożona ze społeczności bakterii, grzybów, wirusów i innych mikroorganizmów, odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu zdrowia. Dysbioza, czyli zaburzenie równowagi mikrobioty jelitowej, może być spowodowana wieloma czynnikami, w tym stosowaniem antybiotyków, dietą, genetyką oraz infekcjami, i wiąże się z rozwojem wielu chorób, takich jak rak jelita grubego, otyłość czy zwiększona podatność na infekcje.

Badacze przeprowadzili eksperyment na modelu mysim, w którym zwierzęta otrzymywały ceftriakson – antybiotyk o szerokim spektrum działania, powszechnie stosowany w leczeniu różnych infekcji nabytych w społeczności. “Naszym celem było znalezienie skutecznej metody zapobiegania dysbiozie jelitowej wywoływanej przez antybiotyki, która mogłaby być stosowana równocześnie z terapią przeciwbakteryjną” – wyjaśniają autorzy badania.

W przeciwieństwie do wcześniejszych badań, które skupiały się na przywracaniu mikrobioty jelitowej po zakończeniu antybiotykoterapii, naukowcy testowali różne strategie podczas trwającego leczenia ceftriaksonem – sytuacja często spotykana w praktyce klinicznej, gdy nie można przerwać podawania antybiotyków.

Jakie strategie testowano w eksperymencie na modelu mysim?

Myszy C57BL/6 podzielono na siedem grup: kontrolną, grupę otrzymującą tylko ceftriakson oraz grupy otrzymujące ceftriakson w połączeniu z różnymi interwencjami – węglem aktywowanym (AC), przeszczepem mikrobioty kałowej (FMT), kombinacją FMT i AC, przeszczepem filtratu kału (FF) oraz kombinacją FF i AC. Ceftriakson podawano dootrzewnowo przez 7 kolejnych dni, a równolegle stosowano interwencje poprzez sondę dożołądkową.

Przeszczep filtratu kału (FF) to innowacyjna metoda polegająca na sterylnym filtrowaniu zawiesiny kału w celu usunięcia żywych bakterii, zachowując jednocześnie bakteriofagi, immunoglobuliny, makrocząsteczki i metabolity. W przeciwieństwie do tradycyjnego FMT, FF teoretycznie nie powinien być podatny na działanie antybiotyków, ponieważ nie zawiera żywych bakterii. Wcześniejsze badania wykazały, że FF wykazuje aktywność przeciwko infekcji Clostridioides difficile, a jego skuteczność jest prawdopodobnie związana z bakteriofagami.

Wyniki badania były zaskakujące. Grupa otrzymująca kombinację FF i AC (CeftriFFAC) wykazała znacząco wyższą różnorodność mikrobioty jelitowej w porównaniu z grupą otrzymującą sam węgiel aktywowany (CeftriAC), co mierzono za pomocą indeksów Chao1 i PD whole tree. Co istotne, w grupie CeftriFFAC zaobserwowano również niższą względną liczebność potencjalnie problematycznych bakterii z rodzaju Enterococcus, które często wykazują oporność na antybiotyki.

“Nasze badanie pokazuje, że połączenie przeszczepu filtratu kału z węglem aktywowanym może pomóc zrównoważyć różnorodność mikrobioty jelitowej i zmniejszyć obecność opornych bakterii podczas ekspozycji na ceftriakson” – podkreślają badacze.

Co mówią szczegółowe wyniki badania o ochronie mikrobioty?

Interesującym odkryciem było również to, że sam węgiel aktywowany (CeftriAC) prowadził do znaczącego wzrostu liczebności bakterii z rodzaju Enterococcus w porównaniu zarówno z grupą kontrolną, jak i grupą otrzymującą sam ceftriakson. Badacze sugerują, że może to być spowodowane desorpcją (uwalnianiem) ceftriaksonu z węgla aktywowanego, co prowadzi do przedłużonej ekspozycji na niskie stężenia antybiotyku, sprzyjając wzrostowi opornych bakterii.

Warto zauważyć, że grupa CeftriFFAC wykazała również wyższą liczebność korzystnych bakterii z rodziny Muribaculaceae, które są najliczniejsze w zdrowym przewodzie pokarmowym myszy. Wcześniejsze badania wykazały, że bakterie te mogą przywracać wydzielanie śluzu w jelitach myszy z zapaleniem okrężnicy.

Szczególnie interesujące jest to, że badacze zaobserwowali, iż systemowe podawanie ceftriaksonu nie wpłynęło znacząco na patologię błony śluzowej jelita. W przeciwieństwie do wcześniejszych badań z doustnym podawaniem antybiotyków, które wykazały zaburzenia architektury tkanki, przekrwienie naczyń i naciek komórek zapalnych, w tym badaniu myszy leczone ceftriaksonem dootrzewnowo nie wykazały utraty architektury błony śluzowej, ropni krypt ani deplecji komórek kubkowych. Sugeruje to, że droga podania antybiotyku może mieć istotny wpływ na rozwój zmian patologicznych w jelicie.

Analiza LEfSe (Linear Discriminant Analysis Effect Size) pozwoliła badaczom zidentyfikować charakterystyczne taksony bakteryjne dla każdej z grup eksperymentalnych. W grupie kontrolnej dominowały Bacteroidota, Bacteroidia, Bacteroidales, Muribaculaceae, Lachnospirales i Lachnospiraceae, podczas gdy w grupie otrzymującej sam ceftriakson znacząco dominowały Staphylococcales, Staphylococcaceae i Staphylococcus. Co ciekawe, w grupie CeftriFFAC zaobserwowano wzbogacenie w bakterie z rodzajów Verrucomicrobiota, Verrucomicrobiae, Verrucomicrobiales, Akkermansiaceae i Akkermansia.

“Odkryliśmy, że każda z interwencji wywołuje charakterystyczne zmiany w składzie mikrobioty jelitowej, ale połączenie filtratu kału z węglem aktywowanym najskuteczniej chroni przed dysbiozą wywołaną ceftriaksonem” – komentują badacze.

Jak węgiel aktywowany wpływa na skuteczność leczenia antybiotykowego?

Warto zauważyć, że Akkermansia muciniphila, bakteria z rodzaju Akkermansia, jest uznawana za potencjalny probiotyk nowej generacji ze względu na jej korzystne właściwości, w tym wzmacnianie bariery jelitowej i modulowanie odpowiedzi immunologicznej. Wzbogacenie mikrobioty w ten rodzaj bakterii w grupie CeftriFFAC może częściowo wyjaśniać obserwowane korzyści.

Badacze zwracają uwagę na potencjalny mechanizm działania węgla aktywowanego w kontekście antybiotykoterapii. Teoretycznie, AC powinien adsorbować antybiotyki w jelicie podczas leczenia, potencjalnie zmniejszając kolonizację i proliferację opornych bakterii. Wcześniejsze badania na modelu mysim wykazały, że jednoczesne podawanie DAV132 (adsorbenta na bazie węgla aktywowanego ukierunkowanego na okrężnicę) i moksyfloksacyny chroniło mikrobiotę jelitową. Ponadto, AC mógł zmniejszyć stężenie ceftriaksonu w próbkach kału pacjentów, którzy otrzymywali ceftriakson dożylnie.

Jednak w tym badaniu grupa CeftriAC wykazała znacząco wyższą liczebność bakterii z rodzaju Enterococcus w porównaniu z grupą Ceftri. Badacze sugerują, że może to być spowodowane desorpcją ceftriaksonu z AC po początkowej adsorpcji. “Bez węgla aktywowanego poziom ceftriaksonu w jelicie szybko wzrasta z powodu wydzielania żółciowego i szybko spada poprzez normalną defekację. Jednak z AC szybki wzrost poziomu ceftriaksonu w jelicie może być zahamowany przez adsorpcję AC, a spadek może być opóźniony z powodu desorpcji ceftriaksonu z AC i zaparć spowodowanych przez AC” – wyjaśniają autorzy badania.

Równowaga między pozostałym ceftriaksonem w kale a dawką AC może odgrywać istotną rolę. Nadmierna ilość AC powinna działać jako adsorbent w obecności niewielkiej ilości pozostałego ceftriaksonu. Z drugiej strony, nadmierna ilość ceftriaksonu może szybko nasycić zdolność adsorpcyjną niewielkiej ilości AC, a AC może wtedy działać jako rezerwuar. Wyniki mogłyby być lepsze, gdyby dawka AC została zwiększona lub zastosowana na końcu leczenia antybiotykiem, aby zaadsorbować ograniczoną ilość pozostałego antybiotyku.

Co ciekawe, w przeciwieństwie do grupy CeftriAC, badacze zaobserwowali, że grupa CeftriFFAC nie wykazywała wyższej liczebności bakterii z rodzajów Enterococcus i Lactobacillus w porównaniu z grupą Ceftri. Sugerują, że FF może przeciwdziałać zaparciom powodowanym przez węgiel aktywowany, ponieważ nie napotkali żadnych problemów z pobieraniem kału w grupie CeftriFFAC.

Jakie ograniczenia mają obecne badania?

Badacze zwracają uwagę na pewne ograniczenia badania. Analizowali tylko względną liczebność bakterii, a nie bezwzględną. Podczas gdy bezwzględna liczebność może bezpośrednio odzwierciedlać wzrost i spadek taksonów, wzrost lub spadek względnej liczebności określonego taksonu może być również spowodowany odpowiednio spadkiem lub wzrostem innych taksonów. Analiza bezwzględnej liczebności wymaga liczenia komórek bakteryjnych metodą hodowli (jednostki tworzące kolonie) lub cytometrii przepływowej.

Ponadto badacze nie byli w stanie utrzymać tej samej całkowitej objętości zawiesiny podawanej doustnie dla wszystkich grup. Grupy CeftriFMTAC i CeftriFFAC otrzymały dwukrotnie większą objętość w porównaniu z innymi grupami. Mieszanie FMT i AC w jednej objętości 200 µl było zbyt gęste do podania doustnego. Zdecydowali się podawać je sekwencyjnie, po 200 µl każdy. Sondowanie doustne z AC wykonano najpierw, aby zaadsorbować jelitowy ceftriakson, trzymając pozostały antybiotyk z dala od FMT w późniejszym podaniu. Jednak różnica w podawanej objętości mogła zmienić szansę na powikłania (np. aspirację, uszkodzenia jelit) i anatomiczną dystrybucję składników FMT w jelicie biorcy.

Badacze zauważyli również znaczną heterogeniczność mikrobioty przed rozpoczęciem leczenia we wszystkich siedmiu grupach. Dwa tygodnie aklimatyzacji prawdopodobnie nie wystarczyły, ponieważ grupa kontrolna w dniu 7 nadal znacznie różniła się od grupy kontrolnej w dniu 0, co oznacza, że mikrobiota nadal nie była stabilna w momencie ponownej randomizacji (dzień 0). Ponieważ mieli wiele grup (łącznie 7), ponowna randomizacja mogła nie gwarantować równowagi szybko zmieniającej się i różnej mikrobioty u każdej myszy, co skutkowało różnicami wyjściowymi, które mogły następnie zaciemnić efekty leczenia.

Czy nowe podejście może wpłynąć na praktykę kliniczną?

Jak te wyniki mogą wpłynąć na praktykę kliniczną? Badacze wskazują, że choć doustne antybiotyki mogłyby lepiej pokazać korzyści z testowanych interwencji, są one niepraktyczne w warunkach klinicznych. AC może zmniejszyć biodostępność doustnych antybiotyków, dlatego jest przeciwwskazany przy doustnej drodze podawania antybiotyków. Złożoność procesu FMT i jego potencjalne ryzyko (np. aspiracja, infekcje ukrytymi patogenami) mogą ograniczać jego zastosowanie do starannie wyselekcjonowanych przypadków, zazwyczaj pacjentów hospitalizowanych, którzy otrzymują długotrwale dożylne antybiotyki o szerokim spektrum działania i cierpią na nawracające ciężkie infekcje wywołane przez bakterie wielolekooporne.

Czy kombinacja FF i AC mogłaby znaleźć zastosowanie w profilaktyce zakażeń Clostridioides difficile, które często występują po antybiotykoterapii? Badacze zwracają uwagę, że wcześniejsze badania wykazały skuteczność FF przeciwko infekcji C. difficile, a jego skuteczność prawdopodobnie wiąże się z bakteriofagami. Połączenie tej metody z AC mogłoby potencjalnie zwiększyć jej skuteczność.

Mimo tych ograniczeń, wyniki badania otwierają nowe możliwości w zapobieganiu dysbiozie wywołanej antybiotykami. “To pierwsze badanie, które wykazuje, że przeszczep filtratu kału w połączeniu z węglem aktywowanym może pomóc zrównoważyć różnorodność mikrobioty jelitowej i zmniejszyć obecność opornych bakterii podczas ekspozycji na ceftriakson” – podsumowują badacze.

Dla lekarzy stosujących antybiotyki o szerokim spektrum działania, badanie to dostarcza cennych informacji o możliwościach ochrony mikrobioty jelitowej pacjentów podczas niezbędnej terapii przeciwbakteryjnej. W przyszłości ta kombinacja może stanowić alternatywne podejście podczas podawania ceftriaksonu pacjentom z opornymi bakteriami, potencjalnie zmniejszając ryzyko powikłań związanych z dysbiozą jelitową, takich jak zakażenia C. difficile czy kolonizacja bakteriami wielolekoopornymi.

Podsumowanie

Przełomowe badanie naukowe wykazało skuteczność nowej metody ochrony mikrobioty jelitowej podczas antybiotykoterapii. Kombinacja przeszczepu filtratu kału (FF) z węglem aktywowanym (AC) podczas leczenia ceftriaksonem wykazała znaczące korzyści w zachowaniu różnorodności mikrobioty jelitowej. Badanie przeprowadzone na modelu mysim wykazało, że grupa otrzymująca kombinację FF i AC (CeftriFFAC) charakteryzowała się wyższą różnorodnością mikrobioty i niższą liczebnością problematycznych bakterii z rodzaju Enterococcus. Zaobserwowano również wzrost korzystnych bakterii z rodziny Muribaculaceae oraz wzbogacenie w bakterie z rodzaju Akkermansia. Mimo pewnych ograniczeń metodologicznych, wyniki badania otwierają nowe możliwości w zapobieganiu dysbiozie wywołanej antybiotykami i mogą znaleźć zastosowanie w praktyce klinicznej, szczególnie u pacjentów otrzymujących długotrwale dożylne antybiotyki o szerokim spektrum działania.