Біологи змінили геном бактерії так, що вона стала синтезувати лактамазу - фермент, що розщеплює лактамні антибіотики. Цей штам зводить до мінімуму можливий дисбіоз, звичайний при прийомі антибіотиків. Про це автори розповіли в статті, опублікованій в журналі .Антибіотики застосовуються при лікуванні бактеріальних інфекцій, проте їх прийом веде до деяких побічних ефектів. Один з них - це розвиток дисбіозу, стану, при якому порушується баланс кишкової мікробіоти. Це призводить до того, що патогенні бактерії починають переважати над непатогенними через що розвиваються інші захворювання. Наприклад, у Європі від діареї та коліту, спричинених кишковою бактерією, щороку гинуть понад 13000 осіб. Інший побічний ефект - виникнення резистентності до антибіотиків. Цей стан може розвиватися через неправильне дозування та прийом ліків, а також наявність стійких до нього бактерій. В результаті цього стійкі мікроорганізми, які мали механізми захисту, після курсу антибіотиків виживають. Після звільнення середи, вони починають активно ділитися, тим самим формуючи, резистентне до антибіотиків, бактеріальне співтовариство. Щоб усунути побічні ефекти антибіотиків, лікарі можуть призначити прийом пробіотиків. Це живі бактерії, які покликані запобігти втраті видів кишкової мікробіоти або ж взяти на себе виконання їхніх функцій, тим самим поліпшивши здоров'я людини. Однак на даний момент немає переконливих доказів того, що пробіотики дійсно допомагають при дисбіозі. Щоб виживати при дії антибіотиків, бактерії розвинули різні механізми стійкості до них. Найпоширеніший з них - синтез лактамази. Цей фермент рятує бактерію, розщеплюючи молекулу лактамного антибіотика до того, як вона зв'язується з клітинною стінкою бактерії і вбиває її. Андрес Кубільо-Руїз (Andres Cubillos-Ruiz) з Массачусетського технологічного інституту разом з колегами з Інституту Броуда, застосувавши методи біоінженерії, вивчили можливість використання лактамази як засобу запобігання дисбіозі кишкової мікробіоти, викликаного прийомом антибіотиків. Як бактерію-носій ферменту дослідники вибрали через кілька особливостей. Ця бактерія протягом тисячоліть використовується у виробництві кисломолочних продуктів і безпечно вживається у високих концентраціях. Також було показано, що не затримується в товстому кишечнику і не впливає на видовий склад мікробіоти. Крім вибору бактерії-носія, біологи вирішили іншу проблему, пов'язану з горизонтальним перенесенням генів. Через цей механізм патогенні бактерії в кишечнику можуть отримати гени лактамази і набути резистентності до антибіотиків. Щоб не допустити цього, дослідники розбили ген ферменту на два фрагменти і розмістили їх у різних ділянках ДНК, кожна з яких кодує лише частину лактамази. У свою чергу для того, щоб вона стала активною, обидва її фрагменти повинні з'єднатися в зовнішньому середовищі. Завдяки цьому ферменти розщеплюють антибіотики в просвіті кишечника, захищаючи всю мікробіоту, а не окремих її представників. Крім цього, шанс отримати горизонтальним перенесенням обидва гена лактамази у патогенних бактерій знижується, тим самим знижуючи ризик виникнення резистентних патогенних бактерій.
Щоб перевірити метод, дослідники взяли дві групи мишей (N = 10). Обидві групи інъецировали ампіцилінном, але першою перорально вводили модифіковані бактерії на кожен прийом антибіотика. У процесі вивчення концентрації ліків у крові автори виявили, що вона висока в обох груп. Дослідники виявили відмінності після дослідження кишкової мікробіоти: у мишей, які поряд з антибіотиком отримували бактерії, вона краще зберегла своє видове розмаїття.
Біологи також вирішили перевірити, як вплине прийом антибіотиків на рівень патогенної мікробіоти. Для цього вони використовували дві інші групи мишей, однією з яких (N = 12) вводили модифіковані, а другій групі (N = 12) штам, який не несе будь-якого вектора. Потім дослідники заражали всіх мишей суперечками щоразу, як вводили ампіцилін.
Після вивчення складу мікробіоти кишківника мишей з першої групи дослідники дійшли висновку, що стійкість до колонізації патогенними бактеріями збереглася. Зворотна ситуація спостерігалася в другій групі - ступінь заселення кишківника була високою, незважаючи на присутність пробіотичних бактерій. Ґрунтуючись на цих даних, дослідники дійшли висновку, що простої присутності будь-яких бактерій у кишечнику недостатньо для формування стійкості до патогенних бактерій.
Автори статті вважають, що розроблена ними стратегія може просунути використання лактамаз для захисту кишкової мікробіоти через дві причини. Перша - приготування модифікованої бактерії набагато дешевше, ніж виробництво і очищення ферментів для клінічного застосування, а друга причина полягає в тому, що ферменти більш ефективно виділяються на всьому просвіті кишківника.
Крім розробки методів захисту кишкової мікробіоти ведеться повноцінний пошук нових класів антибіотиків через поступове придбання бактеріями резистентності. Детальніше про це ми писали в матеріалі «Кінець прекрасної епохи».