Исследование связано с обнаружением в 2009 году племени американских индейцев яномами в отдаленном горном районе на юге Венесуэлы. Во многом из-за того, что это племя было изолировано от других обществ более 11000 лет, его члены имели одну из самых разнообразных коллекций бактерий, зарегистрированных у людей. Однако внутри этого множества бактерий исследователи определили гены, способные сопротивляться антибиотикам.В исследовании, опубликованном 17 апреля в журнале Science Advances, сообщается, что микробные популяции на коже, во рту и кишечнике представителей племени яномами были гораздо более разнообразными, чем у людей из Соединенных Штатов и Европы.
Многоцентровое исследование было проведено учеными Школы медицины Нью-Йоркского университета, Школы медицины Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Венесуэльского института научных исследований и других учреждений.«Это была идеальная возможность изучить, как развиваются связи между микробами и людьми, когда они свободны от влияния современного общества», — сказал Гаутам Дантас, доктор философии, доцент кафедры патологии и иммунологии Вашингтонского университета и один из авторов исследования. «Такие влияния включают поездки за границу и воздействие антибиотиков».Интересно, что в лаборатории Дантаса аспирантка Эрика Перссон искала и обнаружила гены устойчивости к антибиотикам у бактерий на коже, во рту и кишечнике членов племени, долгое время изолированных от таких внешних воздействий.«Эти люди не подвергались воздействию современных антибиотиков; их единственный потенциальный прием антибиотиков мог быть в результате случайного проглатывания почвенных бактерий, которые производят естественные версии этих лекарств», — сказал Перссон. «Тем не менее, мы смогли идентифицировать несколько генов в бактериях из их фекальных и оральных образцов, которые деактивируют натуральные, полусинтетические и синтетические лекарства».
За тысячи лет до того, как люди начали использовать антибиотики для борьбы с инфекциями, почвенные бактерии начали производить природные антибиотики для уничтожения конкурентов. Точно так же микробы развили защиту, чтобы защитить себя от антибиотиков, которые будут производить их бактериальные конкуренты, вероятно, путем приобретения генов устойчивости от самих продуцентов посредством процесса, известного как горизонтальный перенос генов.
В последние годы изобилие антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве ускорило этот процесс, стимулируя развитие и распространение генов, которые помогают бактериям выжить после воздействия антибиотиков. В результате появились штаммы болезней человека, которые гораздо труднее поддаются лечению.«У нас уже закончились лекарства для лечения некоторых типов инфекций с множественной лекарственной устойчивостью, многие из которых могут привести к летальному исходу, что создает мрачную перспективу постантибиотической эры», — сказал Дантас.
По словам Дантаса, ученые на самом деле не знают, улучшает ли разнообразие конкретных бактерий здоровью или вредит им, но добавил, что микробиомы людей в промышленно развитых странах примерно на 40 процентов менее разнообразны, чем у тех, кто никогда не подвергался воздействию антибиотиков."Наши результаты подтверждают растущий объем данных, предполагающих связь между, с одной стороны, уменьшением бактериального разнообразия, индустриальными диетами и современными антибиотиками, а с другой — иммунологическими и метаболическими заболеваниями, такими как ожирение, астма, аллергия и диабет, которые резко увеличились с 1970-х годов », — сказала Мария Домингес-Белло, доктор философии, доцент медицины Медицинского центра Лангоне при Нью-Йоркском университете и старший автор исследования. «Мы считаем, что что-то происходило в окружающей среде в течение последних 30 лет, что приводило к этим заболеваниям, и мы думаем, что микробиом может быть вовлечен».Домингес-Белло сказал, что исследование предполагает связь между современными антибиотиками, диетами в промышленно развитых частях мира и значительным сокращением разнообразия микробиома человека — триллионов бактерий, которые живут в теле и на теле и которые все чаще признаются жизненно важными. к хорошему здоровью.
Подавляющее большинство исследований микробиома человека сосредоточено на западном населении, поэтому доступ к людям, не подвергавшимся воздействию антибиотиков и обработанных диет, может пролить свет на то, как человеческий микробиом изменился в ответ на современную культуру, и может указать на методы лечения, которые могут помочь в борьбе с болезнетворными причинами. дисбаланс в микробиоме.В текущем исследовании, когда исследователи подвергли культивированные виды бактерий из этого племени воздействию 23 различных антибиотиков, лекарства смогли убить все бактерии. Однако ученые подозревали, что эти восприимчивые бактерии могут нести скрытые гены устойчивости к антибиотикам, которые могут активироваться при воздействии антибиотиков.Они проверили такую активацию, и тесты подтвердили их подозрения.
Образцы бактерий содержали много генов устойчивости к антибиотикам, которые могут противостоять многим современным антибиотикам. Эти гены могут включаться в ответ на воздействие антибиотиков.«Однако мы знаем, что легко культивируемые бактерии составляют менее 1 процента микробиоты человека, и мы хотели узнать больше о потенциальной устойчивости некультивируемых большинства микробов», — сказал Дантас.
Поэтому исследователи применили тот же метод, называемый функциональной метагеномикой, для идентификации функциональных генов устойчивости к антибиотикам в образцах фекалий и ротовой полости яномами без какого-либо предварительного культивирования. В результате этого эксперимента они смогли идентифицировать около 30 дополнительных генов устойчивости. Многие из этих генов деактивировали природные антибиотики, но ученые также обнаружили несколько генов, способных противостоять полусинтетическим и синтетическим антибиотикам.«К ним относятся, например, цефалоспорины третьего и четвертого поколений, которые мы стараемся оставлять за собой для борьбы с некоторыми из самых тяжелых инфекций», — сказал Дантас. «Было тревожно обнаружить гены, полученные от людей из племени, которые деактивируют эти современные синтетические наркотики».
Что касается того, как бактерии могут противостоять лекарствам, с которыми такие микробы никогда раньше не сталкивались, исследователи указывают на возможность перекрестной устойчивости, когда гены, которые сопротивляются естественным антибиотикам, также обладают способностью сопротивляться родственным синтетическим антибиотикам.«Мы видели, как в клинике возникает резистентность к каждому новому классу антибиотиков, и это, по-видимому, связано с тем, что механизмы резистентности являются естественной особенностью большинства бактерий и только ждут, чтобы активироваться или приобрести их под воздействием антибиотиков», — сказал Дантас.
Финансируется CD Fund, Emch Fund, Helmsley Charitable Trust, SUCCESS, NAKFI Synthetic Biology, награда I-CARES Вашингтонского университета, Программа Дайан Белфер по микробной экологии человека, стипендия NDSEG, ранняя карьера Медицинского института Говарда Хьюза Премия ученого и гранты Национального института диабета, болезней органов пищеварения и почек и Национального института общих медицинских наук Национальных институтов здоровья (NIH). NIH предоставляет DK062429, DP2-DK098089, R01-GM099538 и UH2AR057506.