Gli scienziati della Stanford University School of Medicine spiegano perché due agenti patogeni potenzialmente letali entrano nell’ambiente proibitivo dell’intestino dopo il trattamento antibiotico.
I ricercatori hanno scritto sulla rivista che le loro scoperte potrebbero aiutare a identificare i modi per contrastare gli effetti dell’esaurimento dei “batteri che vivono nell’intestino amichevole” dopo il trattamento antibiotico.
Diversi agenti patogeni dell’intestino possono causare seri problemi durante un ciclo di antibiotici. L’autore senior, Justin Sonnenburg, PhD, ha dichiarato: “Gli antibiotici aprono la porta affinché questi agenti patogeni possano prendere piede, ma come, esattamente, ciò avvenga non è stato ben compreso”.
Gli autori hanno spiegato che c’è un aumento significativo della disponibilità di carboidrati nell’intestino ventiquattro ore dopo la somministrazione di antibiotici orali. Questo surplus temporaneo di carboidrati, oltre a una riduzione dei “batteri buoni” nell’intestino, consente di moltiplicare rapidamente almeno due agenti patogeni potenzialmente letali.
Negli ultimi dieci anni, gli scienziati hanno compiuto enormi progressi nella comprensione di ciò che accade nel “complesso ecosistema microbico” che esiste nell’intestino crasso di tutti i mammiferi sani, compresi gli umani “.
Circa 1.000 diversi tipi di microbi coesistono armoniosamente all’interno di un tipico intestino umano sano. Questi ceppi batterici che popolano questa nicchia stimolante ma ricca di nutrienti si sono adattati molto bene, così bene che avremmo lottato per sopravvivere senza di loro.
I batteri amichevoli del budello sintetizzano le vitamine, sono la chiave per guidare il nostro sistema immunitario, sono coinvolti nello sviluppo e nel mantenimento dei nostri stessi tessuti – aiutano persino a regolare la pressione sanguigna.
I farmaci antibiotici devastano questo ecosistema dell’intestino-microbo. I batteri buoni iniziano a moltiplicarsi rapidamente in pochi giorni e entro un mese tornano ai numeri normali. Tuttavia, secondo gli autori, “l’ecosistema sembra subire la perdita permanente di alcuni dei suoi ceppi batterici costituenti”.
Gli scienziati paragonano questi batteri amici a una specie di prato che batte le erbacce (batteri patogeni) al ricco fertilizzante che attraversa il nostro intestino. Precedenti studi hanno suggerito che i nostri insetti amichevoli secernono sostanze chimiche che impediscono ai batteri patogeni di prendere il controllo.
C’è una teoria secondo cui quando il nostro ecosistema microbico interno viene distrutto, la nostra capacità di risposta del sistema immunitario soffre.
Sonnenburg ha detto:
“Anche se queste ipotesi non si escludono a vicenda, il nostro lavoro sostiene specificamente il suggerimento che i nostri microbi residenti tengono a bada gli agenti patogeni competendo per i nutrienti”.
Quando queste difese sono indebolite, come di solito accade non molto tempo dopo l’inizio di un ciclo di antibiotici, gli agenti patogeni di saccheggio, come ad esempio, sono in grado di stabilire appigli.
Non appena questi due invasori parassiti si sono moltiplicati a numeri sufficienti, inducono l’infiammazione. Mentre l’infiammazione non è un buon ambiente per il ripristino di batteri buoni, e la salmonella prosperano in esso.
Sonnenburg e colleghi si sono concentrati su due particolari nutrienti nell’intestino – fucosio e acido sialico – entrambi membri della famiglia di zuccheri. Questi non sono zuccheri con cui la maggior parte delle persone ha familiarità, ma sono vitali per una sana sopravvivenza e sono prodotti in ogni cellula del corpo umano. Si trovano anche in latticini, uova e carne.
I batteri intestinali mangiano il muco
Le cellule che rivestono l’intestino estraggono lunghe catene di zuccheri familiari ed esotici che sono collegati tra loro per formare il muco.
Muco ha due funzioni:
- impedisce ai microbi residenti di passare attraverso la parete dell’intestino nel flusso sanguigno
- è una fonte di cibo vitale di diversi zuccheri, tra cui l’acido sialico e il fucosio, per i microbi residenti
Sonnenburg ha dichiarato: “I nostri microbi intestinali sono diventati molto abili nel mangiare il muco”.
Sonnenburg e colleghi hanno sperimentato su topi da laboratorio allevati in un ambiente privo di germi. Questi topi erano molto diversi dai topi normali – il loro intestino non aveva batteri.
Gli scienziati hanno introdotto un ceppo batterico singolo in questi animali privi di germi -, un ceppo batterico amichevole che risiede nell’intestino di topi normali e umani. ha enzimi che fanno leva sulle molecole di zucchero dalle catene di muco che penzolano dal rivestimento intestinale. manca gli enzimi per abbattere le molecole che compongono l’acido sialico.
Potrebbe sembrare inutile sciogliere le molecole di zucchero che non è in grado di distruggere per il cibo. Tuttavia, in un normale intestino ci sono molti altri microbi che possono abbattere l’acido sialico e le molecole di fucosio. Un intestino normale è pieno di microbi che possono tritare cibi che non possono che essere necessari.
Gli autori lo chiamano un sistema di baratto, gli ecologi lo chiamano simbiosi. (Forse allenta questi residui zuccherini per arrivare ad altri residui di zucchero commestibili sottostanti.)
C. difficile, una causa comune di
diarrea associata agli antibiotici
In una serie di esperimenti, gli scienziati hanno introdotto uno o ceppo di Salmonella nei topi precedentemente privi di germi che erano stati caricati. Entrambi questi ceppi batterici sono potenzialmente pericolosi per la vita quando causano malattie in pazienti che ricevono antibiotici. Inoltre consumano l’acido sialico per produrre energia, ma non riescono a staccarlo dal muco intestinale.
Dopo aver scoperto che non è in grado di sciogliere il fucosio o consumarlo, il team si è concentrato su come i due agenti patogeni hanno utilizzato l’acido sialico.
Gli scienziati simulano un ecosistema intestinale-microbo decimato da antibiotici
Introducendo un ceppo batterico patogeno e un ceppo amichevole nell’intestino di topi precedentemente privi di germi, i ricercatori hanno potuto dimostrare che i livelli di acido sialico aumentavano considerevolmente in assenza di un ecosistema completo dell’ecosistema microbico che avrebbe fermato quei livelli dall’impennata.Avere un solo ceppo di buon batterio nell’intestino dei topi era un’approssimazione di un ecosistema intestinale-microbo decimato da antibiotici.
Entrambi e replicati più rapidamente in presenza di questi zuccheri e nessun altro microbo concorrente. creato un surplus di acido sialico, che era una festa per il ceppo patogeno.
Gli scienziati hanno poi osservato quali effetti potrebbero avere gli antibiotici sui topi “normali” con gli ecosistemi intestinali. Hanno riportato lo stesso aumento di acido sialico e un’esplosione demografica di batteri patogeni. Se i topi sono stati trattati con antibiotici e non sono stati esposti agli agenti patogeni, i livelli di acido sialico sono tornati alla normalità entro circa tre giorni dal momento in cui i batteri hanno iniziato a riprendersi.
Sonnenburg ha detto:
“I cattivi nell’intestino stanno recuperando nutrienti liberati dai buoni, che sono vittime dei danni collaterali sostenuti dagli antibiotici: gli antibiotici inducono i nostri batteri intestinali ad aiutare involontariamente questi agenti patogeni.
Crediamo che i patogeni batterici nell’intestino causino la malattia in due fasi. Altri hanno dimostrato che una volta che questi patogeni raggiungono un numero sufficiente, usano trucchi innescanti l’infiammazione per eliminare i nostri microbi residenti – senza alcun costo per gli stessi patogeni, perché hanno sviluppato modi per affrontarlo. Ma prima, devono superare un ostacolo critico: in assenza dell’infiammazione che stanno cercando di indurre, devono in qualche modo raggiungere quella massa critica. Il nostro lavoro mostra come si comportano dopo una dose di antibiotici. Approfittano di un picco temporaneo degli zuccheri disponibili liberati dal muco intestinale lasciato da microbi commensali uccisi. “
Il team crede che un giorno potremmo creare un farmaco che inibisce gli enzimi utilizzati dai batteri intestinali per liberare l’acido sialico dal muco, privando così i patogeni della loro festa. Il farmaco potrebbe quindi essere somministrato insieme agli antibiotici. Hanno aggiunto che i probiotici sotto forma di ceppi batterici che digeriscono rapidamente l’acido sialico potrebbero anche ottenere un effetto simile.
Lo studio è stato finanziato dal Burroughs Wellcome Fund e dal National Institutes of Health (concessione R01-DK085025).
