阿拉巴馬州伯明翰大學(xué)(UAB)的研究人員提供了新的見(jiàn)解，說(shuō)明人類使用抗生素如何破壞腸道系統(tǒng)中細(xì)菌的群落。該團(tuán)隊(duì)的研究表明，新的腸道微生物菌株是如何出現(xiàn)并取代預(yù)處理菌株的，有時(shí)只是暫時(shí)的，但有時(shí)是長(zhǎng)期的。應(yīng)變恢復(fù)的模式因人而異。“從我們的分析中可以看出，新菌株數(shù)量和穩(wěn)定性的恢復(fù)能力對(duì)每個(gè)人都是特定的，” UAB細(xì)胞，發(fā)育和整合生物學(xué)系研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，名譽(yù)教授Casey Morrow博士說(shuō)。

“了解這種恢復(fù)模式，包括抗生素后出現(xiàn)特定的菌株，可能是長(zhǎng)期健康的重要考慮因素，” Morrow及其同事在他們?cè)贐iofilms和Microbiomes上發(fā)表的論文中總結(jié)道。“將來(lái)，這些個(gè)體特異性恢復(fù)模式的特征還可以用來(lái)預(yù)測(cè)對(duì)內(nèi)源性和外源性微生物病原體的敏感性。”該團(tuán)隊(duì)的論文標(biāo)題為“ 抗生素后腸道微生物菌株的個(gè)體化恢復(fù)。”

居住在胃腸道中的細(xì)菌群落在維持健康中起關(guān)鍵作用，許多研究表明，抗生素會(huì)破壞腸道微生物組的組成。作者寫(xiě)道：“這些研究的共識(shí)是，抗生素會(huì)導(dǎo)致微生物成分的破壞，從而對(duì)社區(qū)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響。” “由于這種破壞，社區(qū)的正常功能受到損害。”

現(xiàn)在可以使用下一代測(cè)序技術(shù)來(lái)分析細(xì)菌菌株變異體，而無(wú)需進(jìn)行微生物培養(yǎng)。在他們的研究中，研究人員使用了由UAB開(kāi)發(fā)的生物信息學(xué)工具，該工具可以評(píng)估不同樣品中多種微生物的應(yīng)變相關(guān)性，以分析來(lái)自之前描述的兩項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)。在其中一項(xiàng)研究中，有18位患者接受了一種抗生素頭孢曲唑的治療，為期一周。在預(yù)處理時(shí)間點(diǎn)，在抗生素治療結(jié)束時(shí)和治療后三個(gè)月再次收集參與者的糞便樣品。第二項(xiàng)研究分析了12個(gè)人，他們接受了美羅培南，慶大霉素和萬(wàn)古霉素這三種抗生素的組合治療，為期4天。在這項(xiàng)研究中，參與者的糞便樣本是在預(yù)處理時(shí)收集的，在治療結(jié)束后，治療后第4、38和176天再次進(jìn)行。來(lái)自六個(gè)未接受抗生素的對(duì)照個(gè)體的數(shù)據(jù)也包括在UAB分析中。

使用生物信息學(xué)工具(稱為基于窗口的單核苷酸變異(SNV)相似性)對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，以評(píng)估由于抗生素治療而導(dǎo)致的不同樣品之間細(xì)菌菌株的出現(xiàn)和相關(guān)性。Hyunmin Koo博士說(shuō)：“這項(xiàng)研究使用了UAB先前開(kāi)發(fā)的一種應(yīng)變追蹤生物信息學(xué)工具，稱為基于窗口的相似性單核苷酸變異體(WSS)，用于追蹤從預(yù)處理到抗生素后處理的個(gè)體微生物菌株。” ，位于UAB遺傳學(xué)系和Heflin基因組科學(xué)中心。Koo領(lǐng)導(dǎo)了信息學(xué)分析，并且是該論文的第一作者。2017年，UAB研究人員使用WSS進(jìn)行了首次直接證明，糞便供體微生物用于治療復(fù)發(fā)性患者艱難梭狀芽胞桿菌感染-糞便移植后在接收者中保留數(shù)月或數(shù)年。

Koo補(bǔ)充說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)可以進(jìn)一步分析抗生素對(duì)人體腸道菌群的影響。” “微生物組的先前研究已經(jīng)能夠確定總體分類學(xué)概況，包括每個(gè)物種的相對(duì)豐度信息，但顯示出在菌株水平上區(qū)分每種物種或在縱向水平上追蹤每個(gè)個(gè)體中相同菌株的局限性。”

最新報(bào)道的研究結(jié)果顯示，在對(duì)照組中，最豐富的10種細(xì)菌的菌株保持穩(wěn)定。相反，經(jīng)抗生素治療的隊(duì)列顯示其腸道菌群發(fā)生了變化。在接受單一抗生素治療的18個(gè)人中，有15個(gè)人表現(xiàn)出在治療后出現(xiàn)了暫時(shí)性毒株，但隨后在治療后三個(gè)月又被原始毒株替代。“我們注意到在一些情況下，新菌株的繁殖(不同于預(yù)菌株)大量繁殖，這些菌株是短暫的，最終被預(yù)菌株取代……”研究人員說(shuō)。“最可能，新菌株的初期開(kāi)花是由于與抗生素前菌株相比，對(duì)營(yíng)養(yǎng)的更有效競(jìng)爭(zhēng)，盡管這也可能是抗生素前菌株對(duì)抗生素的敏感性更高。隨著整個(gè)微生物群落結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，抗生素前菌株重新獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”

在三聯(lián)抗生素個(gè)體中，微生物菌株的變化更為明顯，與接受單一抗生素的個(gè)體和對(duì)照數(shù)據(jù)集相比，它們顯示出“新菌株的顯著增加”。經(jīng)三聯(lián)抗生素治療的個(gè)體中的新污點(diǎn)在治療后的分析時(shí)間點(diǎn)持續(xù)了六個(gè)月。

分析還發(fā)現(xiàn)，與單一抗生素施用相比，接受三種抗生素的個(gè)體中瞬時(shí)菌株的比例顯著更高。Morrow說(shuō)，這些變化并不是由于增長(zhǎng)率的差異所致，而是表明對(duì)另一種穩(wěn)定的微生物組狀態(tài)的長(zhǎng)期變化。他補(bǔ)充說(shuō)：“隨著個(gè)體年齡的增長(zhǎng)，抗生素治療的次數(shù)和周期各不相同，微生物菌株的庫(kù)將被耗盡，從而導(dǎo)致特定微生物菌株的個(gè)體內(nèi)恢復(fù)模式，”他補(bǔ)充說(shuō)。

“鑒于微生物組對(duì)人類健康的重要性，我們認(rèn)為這些數(shù)據(jù)集的結(jié)果可用于幫助評(píng)估不同條件下微生物組的穩(wěn)定性，” Morrow指出。“例如，我們現(xiàn)在可以為臨床研究人員提供指導(dǎo)，以判斷某些疾病(例如癌癥或糖尿病)的治療對(duì)腸道微生物群落的影響，這可能對(duì)評(píng)估結(jié)局具有重要意義。此外，該方法可應(yīng)用于患者住院之前和之后，以識(shí)別可能需要進(jìn)一步管理其微生物組的個(gè)體。”