Inligting

Het dermflora dieselfde DNA as hul gasheer?

Het dermflora dieselfde DNA as hul gasheer?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Verdra my asseblief, dit is nie my professionele veld nie en ek meng dalk dinge deurmekaar. In 'n verduideliking waarom sade nie in 'n mens se ingewande sal begin groei nie, was die verduideliking wat gegee is dat vreemde liggame opgespoor word deur die DNS wat hulle dra en aangeval en verteer word, wat alle stringe aminosure skei sodat dit deur die gasheer hergebruik kan word en geen DNA-mengsel kan voorkom.

Ek het ook gehoor dat die immuunstelsel dieselfde tegniek gebruik om indringers op te spoor (en daarna skenkerorgane aan te val).

Ek het gewonder, wanneer 'n baba gespeen word (begin om gereelde kos te eet), waar kom hierdie fauna vandaan? Produseer die baba hulle, of word hulle in die kos voorsien en oorleef die verdedigingstelsel?


Kan jy 'n goeie bron voorstel vir beginners. - Louis Somers

Die interaksies tussen die menslike liggaam en sy mikrobioom is redelik kompleks. Ek gaan jou 'n antwoord gee wat gebaseer sal wees op jou opmerking dat jy 'n antwoord uit 'n beginnersperspektief wil hê.

Ter wille van eenvoud sal ek die antwoord aan mense as die gasheerorganisme hou, alhoewel feitlik enige meersellige organisme as gasheer vir mikroskopiese organismes kan optree.

Let wel: 'n Nommer of die verwysings wat ek gebruik kom van Janeway's Immunobiology. Die skakels wat verskaf word, is na die 2001-uitgawe wat op die NCBI-boekrak is. Die kwessie is egter dat ons die afgelope dekade baie meer oor die immuunstelsel geleer het sedertdien, en sommige van die dinge waarna ek verwys is nie in daardie uitgawe van die teks verteenwoordig nie.

Het dermfauna dieselfde DNA as hul gasheer?

Die kort antwoord op hierdie vraag is nee. Ons identifiseer ook oor die algemeen mikrobes van hierdie aard as flora in plaas van fauna, so jy sou sê dermflora.

Die menslike mikrobioom (mikrobiota), soos dit dikwels na verwys word, bestaan ​​uit honderde triljoene mikroörganismes wat in die nis van ons spysverteringskanaal, lugweë, urogenitale kanaal en vel leef. Trouens, die skatting is dat daar 10 keer soveel mikrobiese selle is wat op die menslike liggaam leef as wat daar menslike selle is wat die liggaam self uitmaak (1). Die verskil is dat menslike selle groot is in vergelyking met die meeste van die mikrobiese selle wat ons koloniseer (2).

Die oorgrote meerderheid van die mikroörganismes wat ons bevolk, is eensellige organismes, soos bakterieë of swamme (giste). Elkeen van hierdie selle is sy eie entiteit, met ander woorde is 'n onafhanklike lewende organisme, en hulle het hul eie genoom (die volledige genetiese materiaal van 'n organisme) wat vir hul eie proteïene kodeer.

Daar is 'n goeie verwysingshulpmiddel, maar miskien 'n bietjie gevorderd van die Universiteit van Utah, The Human Microbiome. Hierdie interaktiewe aanbieding gee 'n leek se oorsig. Die American Museum of Natural History het ook 'n uitstalling saamgestel genaamd The Secret World Inside You.

Om 'n punt vir verduideliking by te voeg, terwyl die genetiese kodes van hierdie mikrobes verskil in verskillende spesies en verskil van dié van die menslike gasheer, is die molekules wat die inligting bevat, naamlik DNS, almal gemaak van dieselfde nukleïensuur boublokke ( 5). Om 'n analogie te gebruik, is dit soos om dieselfde letters te gebruik, maar in twee verskillende tale te skryf. Ons gebruik dalk meestal dieselfde karakters, maar die manier waarop ons daardie letters rangskik om woorde in Spaans of woorde in Engels te vorm, skep verskillende betekenis.

Wanneer hierdie eensellige organismes voortplant, kopieer hulle hul eie DNS en hulle verdeel in twee nuwe selle, wat elkeen een kopie van daardie DNS ontvang (6).

Aangesien gis en ander swamme evolusionêr nader voorouers aan mense is as bakterieë, het sommige van hul gene, die dele van DNS wat funksioneel is en kodeer vir proteïene en RNA's, 'n baie soortgelyke volgorde as ons eie (na verwys as homologie) en voer dikwels soortgelyke of dieselfde funksie uit (7). Wanneer dit die geval is, sê ons dat die gene evolusionêr behoue ​​bly, maar meestal sal evolusionêr bewaarde gene in volgorde van organisme tot organisme verskil, en die variasie sal gewoonlik toeneem hoe verder terug jy gaan om 'n gemeenskaplike voorouer te vind. tussen die organismes.

Die menslike liggaam bestaan ​​gemiddeld uit ongeveer 37,2 triljoen selle (8). Byna al hierdie selle, met die uitsondering van Rooibloedselle, het 'n kopie van die gasheergenoom (9). Al hierdie selle het ontstaan ​​uit 'n enkele eiersel wat deur die moeder geproduseer is en deur die vader se sperm bevrug is (10). Die eiersel en die sperm het die helfte van die genoom bevat wat nodig was vir die embrio om te ontwikkel. Die DNA van die moeder en die DNA van die vader kom bymekaar wanneer die kerne saamsmelt. Ons het dus ons eie genoom wat van ons ma en pa af gekom het, en die mikrobes het hul eie genoom wat hulle geërf het van die voorvaderlike selle wat tot hulle aanleiding gegee het.

Dit is 'n effens vereenvoudigde antwoord aangesien daar verskillende maniere kan wees waarop die DNA tussen die organismes deurgegee kan word, maar vir die grootste deel het ons ons eie DNA en al leef hulle op ons en in ons, het die mikrobes hul eie DNA.

Jou eerste paragraaf.

Ek kan nie noodwendig vir jou sê hoekom saad wat ons sluk en verteer nie binne-in ons ontkiem nie. Dit is waarskynlik dat die sade nie die regte seine van die omgewing van ons spysverteringstelsel ontvang om die genetiese program te begin om ontkieming en ontwikkeling tot 'n plant te begin nie.

Ek het ook gehoor dat die immuunstelsel dieselfde tegniek gebruik om indringers op te spoor (en daarna skenker-organe aan te val).

Die gewerwelde immuunstelsel is 'n diverse, hoogs-ingestelde stelsel van toesig wat monitor vir patogene of vreemde liggame wat in die liggaam ingebring word wat gevaarlik kan wees vir die oorlewing van die organisme (11).

Vir mense is die eerste stel verdediging versperringsverdediging (12). Die oppervlak van ons vel bestaan ​​uit verskeie lae dooie, gekeratiniseerde selle wat 'n ondeurdringbare versperring vorm. Solank hierdie laag nie gebreek word nie, doen dit 'n uitstekende werk om gis en bakterieë buite te hou, weg van weefsel wat hulle kan beskadig.

Op die binne-oppervlaktes bevat ons lugweë, spysverteringskanaal en genitourinêre kanaal gespesialiseerde selle wat groot hoeveelhede slym produseer wat die oppervlaktes van hierdie weefsel sal bedek. Slym dien verskeie rolle. Eerstens hou dit die weefsel klam, sodat dit nie dehidreer nie. Vervolgens hou dit die mikrobes op 'n afstand van ons selle, sodat hulle nie in direkte kontak met ons epiteelselle kom nie (Die selle wat die voerings van ons spysverteringskanaal, genitourinêre kanaal en lugweë uitmaak). Derdens kan dit mikrobes daarin vasvang. Die epiteel is in staat om die slym saam te "vee" en as gevolg daarvan is dit in staat om bakterieë uit die liggaam te verwyder (13).

Ingesluit in die versperring verdediging is eintlik die mikrobiese organismes self. Die interaksie tussen die gasheer en 'n organisme wat nie nadelig of aktief voordelig is nie, staan ​​bekend as kommensalisme (13). Basies, al hierdie triljoene mikroörganismes wat lewe op ons maak ons ​​nie seer nie. In ruil daarvoor kry hulle ’n omgewing waarin hulle kan leef. As gevolg hiervan sal kommensale organismes op hierdie oppervlaktes groei, al die spasie opneem en die voedingstowwe wat deur patogeniese organismes (organismes wat aktief in staat is om 'n infeksie te veroorsaak) gebruik kan word om 'n infeksie te vestig .

Die volgende vlak van verdediging kom van die selle van die aangebore immuunstelsel (14). In aangebore immuniteit monitor gespesialiseerde selle die area waarin hulle is vir Patogeen-geassosieerde molekulêre patrone (PAMPs). PAMP's kan suikers wees wat die selwande van die mikrobe uitmaak of proteïene wat op die oppervlak van die organisme uitgedruk word, soos Flagellin, 'n proteïen wat slegs in die flagella van sekere patogeen voorkom. Die aangebore immuunselle het patroonherkenningsreseptore (PRR) wat 'n algemene spesifisiteit het om die PAMP's te herken en daarop te reageer. Ons selle het selfs PRR's vir DNA en dubbelstrengs RNA's, maar dit word gewoonlik in vesikels aan die binnekant van die sel aangetref. Hierdie interaksies is baie algemeen, maar sodra PRR'e aan die PAMP bind, kan hulle in die sitoplasma sein, wat kan lei tot die produksie van proteïene, onder andere moontlike reaksies.

Hier kan jy aan PRR'e dink soos 'n bewegingsmelder in 'n sekuriteitstelsel; die hond, of jou tweejarige, of 'n indringer gaan die alarm net so laat afgaan. Dit is nie spesifiek nie. Die bewegingsensor "weet" dat iets wat dit veronderstel is om te herken, d.w.s. 'n bewegende voorwerp groter as 'n muis verbygegaan het en dit het die reaksie veroorsaak, maar dit kan nie vir jou sê watter bewegende voorwerp dit veroorsaak het nie, net dat dit geaktiveer is.

Die aangebore immuunselle is ook in staat om te reageer deur die patogeen te "eet" in 'n proses wat fagositose genoem word. Hier breek hulle die bakterieë, gis of die oorblyfsels van ander dooie gasheerselle of groot patogene op, dinge soos wurms, en sit die opgebreekte stukke op proteïenmolekules op hul oppervlak.

Wanneer aangebore immuunselle dit doen, bied hulle molekules aan gespesialiseerde immuunselle (aanpasbare immuunselle (14)), B-selle en T-selle, wat hoogs spesifiek is oor waarop hulle sal reageer. Hierdie selle kan ook baie skade aan die gasheer veroorsaak, so hulle word streng gereguleer. Dink aan die interaksies as sleutels en slotte. 'n Proteïen van 'n bakterie moet 'n paar van hierdie selle aanskakel, maar 'n proteïen van die gasheer behoort nie by die slot te pas nie.

Al hierdie immuunselle reageer ook op diffuse chemiese seine wat sitokiene genoem word. Hierdie molekules word deur sommige selle afgeskei en word deur reseptore op die gasheerselle ontvang. Soms is die afskeiding deur 'n ander immuunsel, soms is dit van 'n nie-immuunstelsel gasheersel, en soms kan hierdie molekules deur die bakterieë, swamme of wurms self afgeskei word.

Afhangende van die chemiese seine wat afgeskei word, en hoe die selle op die tydstip van die boodskap interaksie het, en watter selle die boodskap ontvang, sal die reaksie op die boodskap bepaal. Dit is kontekstueel. Dink aan die frase "Jy maak my dood." As iemand dit sê, terwyl hy lag, vir 'n goeie vriend wat grappe vertel, beteken dit een ding. As dit geskree word terwyl iemand deur 'n aanvaller verstik word, beteken dit iets heel anders.

Om op te som, die immuunselle hou die omgewing dop en probeer optel wat vriend en wat vyand is en hulle probeer dienooreenkomstig reageer.

Met verloop van tyd en ko-evolusie het ons mikrobiome maniere ontwikkel om met ons immuunstelsel te kommunikeer om dit te laat weet dat hierdie mikrobes geen skade beteken nie. Hulle is in staat om die immuunselle te "oplei" deur chemiese seine te gebruik om die immuunstelsels se reaksie daarop te temper (15), en dit is hoe hulle in staat is om saam te bestaan ​​binne ons liggaam en met 'n immuunstelsel wat voortdurend op soek is na 'n vernietigingsmissies. . Ook as gevolg van die slym is ons mikrobioom gewoonlik nie in direkte kontak met ons selle nie, so dit is 'n ander soort interaksie as wanneer 'n infekterende patogeen die hindernisse sou deurbreek en toegang verkry tot steriele areas waar geen bakterieë of swamme behoort te wees nie. gevind, en gevolglik reageer die immuunstelsel anders.

Wat orgaan- en weefselverwerpings betref (16), is die kwessie hier dat elkeen van ons selle, behalwe Rooibloedselle, molekules op hul oppervlak aanbied wat dit identifiseer as 'n sel wat deur die liggaam self gemaak is. Jy kan amper daaraan dink as 'n sport se spanne trui. Die immuunselle kan die proteïene wat op die oppervlak van ons selle vertoon word, ondersoek en sê dat hulle ons s'n is in plaas van van 'n patogeen. Die probleem is dat elke persoon 'n ander verskeidenheid van hierdie proteïene maak, so as ek vir jou 'n nier sou gee, sal die proteïene wat die selle van my nier maak en op hul oppervlak plaas vir immuunselle om na te kyk, anders wees as joune. In hierdie geval, omdat die sleutels Moenie pas die slotte, die immuunstelsel reageer op die geskenkte orgaan as 'n indringer en begin dit aanval. Immuunselle is uiters dodelik en sal die geskenkte orgaan doodmaak as hulle nie onderdruk word nie. Dit is hoekom oorplantingsontvangers hul immuunstelsels moet onderdruk om met die geskenkte orgaan te kan oorleef. Jy kan dalk vra "wel, wat as ons net al hierdie proteïene van die oppervlak verwyder het sodat hulle nie herken word nie?" Wel, die probleem is dat ons nog 'n klas immuunselle het wat bekend staan ​​as Natural Killer Cells wat die liggaam patrolleer op soek na selle wat nie hierdie proteïene aanbied nie, so die immuunstelsel is redelik bedrewe en vind en dood dinge wat dit nie spesifiek herken nie. as self.

Ek het gewonder, wanneer 'n baba gespeen word (begin om gereelde kos te eet), waar kom hierdie fauna vandaan? Produseer die baba hulle, of word hulle in die kos voorsien en oorleef die verdedigingstelsel?

Om eerlik te wees, word die meerderheid van die mikrobioom tydens vaginale geboorte en borsvoeding neergelê. Deur die geboortekanaal gaan, word mikrobes uit die moeder se vagina en ontlasting deur die pasgebore ingeneem en dit is hul eerste werklike dosis mikrobioom, alhoewel sommige navorsing daarop dui dat die mikrobioom voor geboorte in die fetus begin vorm en deur die plasenta oorgedra word. van die moeder na die fetus.

As ons aanvaar dat ons nie hierdie bakterieë met antibiotika doodmaak nie, dat ander patogene bakterieë die gebied oorneem (ja, bakterieë en swamme, soos bendes, het turfoorloë; dit is hoekom ons ons antibiotika dikwels vind as verbindings wat deur hierdie organismes afgeskei word), of het 'n siekte wat die mikrobioom uitwis, en dit van 'n gesondheidsdieet voorsien, dan word die mikrobioom redelik in stand gehou deur die mikrobiese selle wat deur seldeling voortplant.

Ons sal ook hierdie bakterieë uit die omgewing optel. Ons gooi voortdurend enorme hoeveelhede van hierdie selle in ons omgewing uit. Babas raak aan dinge en sit hul hande in hul mond. Dit dra goeie mikrobes sowel as slegtes oor, en dit is eintlik net 'n natuurlike deel van die proses. Daarom kan die oorbenutting van antibiotika en antibakteriese seep onbedoelde gevolge veroorsaak. Ons maak die goeie sowel as die slegte dood.

Hierdie verwysing, Your Changing Microbiome, weer van die Universiteit van Utah is 'n goeie hulpbron.

So om op te som, babas kry die mikrobioom by geboorte deur vaginale flora en moederlike ontlasting. Hulle kry ook daaglikse dosisse van die mikrobes wat die ma se vel koloniseer wanneer sy die kind verpleeg. Dan is hierdie bakterieë ook in die omgewing, so babas raak aan dinge, dan sit hulle hul hande (of voete, die klein kronkelaars) in hul mond en hulle kry dosisse op hierdie manier. Rou vrugte en groente sal ook mikrobes op hulle hê wat ingeneem sal word. Wat die mikrobes betref, hulle het selwande wat hulle toelaat om in omgewings te leef wat vyandig sou wees as hulle nie die selwande gehad het nie. Hulle kommunikeer ook met ons immuunstelsel en "train" dit om hulle nie dood te maak nie, en solank niks wat ons doen nie, soos om antibiotika te neem of 'n siekte op te doen, sal die mikrobioom homself redelik handhaaf deur replikasie.


Alkohol-afhanklikheid en die mikrobiota-derm-brein-as

P. Stärkel , . P. de Timary, in The Gut-Brain Axis, 2016

Ingewande mikrobiota-afgeleide metaboliete

Kolonbakterieë kan voedingstowwe, endogene gasheer-afgeleide substrate (bv. slym en pankreas-ensieme) en dieetkomponente wat vertering in die boonste deel van die spysverteringskanaal ontsnap, fermenteer. Twee tipes bakteriële fermentasie kom in die kolon voor (Hamer et al., 2012): koolhidraatfermentasie en proteïenfermentasie.

Koolhidraatfermentasie vind hoofsaaklik in die proksimale deel van die kolon plaas, waarvan die metaboliese eindpunt die generering van kortkettingvetsure (SCFA's) is. Asetaat, propionaat en butyraat verteenwoordig die belangrikste SCFA's wat in fekale monsters gevind word. Daar is getoon dat SCFA's, veral butyraat, 'n voordelige impak op gesondheid en welstand het. Dit sluit in voorsiening van energie vir kolonosiete, inhibisie van patogeengroei (deur pH-modulasie), en verbeterde mineraal- en ioonabsorpsie. SCFA's versterk ook verskeie komponente van die kolonverdedigingsversperring, het anti-inflammatoriese eienskappe, verbeter insulien sensitiwiteit, en is gedemonstreer om versadiging te bevorder (Hamer et al., 2008 Arora et al., 2011). Na koolhidraatfermentasie kan bepaalde dermbakterieë die reduksie van asetaat na asetaldehied en dan na etanol kataliseer (Macfarlane et al., 2003). Hierdie bakterieë word etanol-produserende bakterieë genoem. Etanol wat in die ingewande voorkom, kan dus twee oorsprong hê: eksogeen (alkoholverbruik) en endogeen (geproduseer deur bakteriële ensieme).

Aan die ander kant behels proteïenfermentasie die fermentasie van dieetpeptiede sowel as slym en pankreasensieme en vind plaas in die distale kolon. Hierdie proses genereer potensieel giftige stowwe. Die fermentasie van vertakte ketting aminosure (BCAA's—valien, isoleucien en leucine) lei tot die produksie van vertakte ketting vetsure (BCFA's) soos 2-metielpropaansuur, 2-metielbutaansuur en 3-metielbutaansuur suur. Die bakteriële afbraak van aromatiese aminosure tirosien en triptofaan lei tot die produksie van onderskeidelik fenoliese en indoolverbindings. Die eindprodukte van tirosienmetabolisme sluit hoofsaaklik fenol en 4-metielfenol in, terwyl triptofaanafbraak indool en 3-metielindool (ook genoem skatool) genereer. Fermentasie van swaelaminosure deur sulfaatverminderende bakterieë lei tot die produksie van waterstofsulfied (H2S). Let wel, SCFA's kan ook ontstaan ​​uit proteïenfermentasie, maar in klein hoeveelhede. Fenoliese en swaelbevattende verbindings is potensieel giftig. Daar word byvoorbeeld geglo dat fenole as mede-karsinogene optree (Bone et al., 1976). Boonop het twee onafhanklike studies getoon dat fenolblootstelling transepiteel-elektriese weerstand op 'n konsentrasie-afhanklike wyse verlaag, parallel met 'n toename in die parasellulêre vloed van mannitol of dextran-fluoresceïen-isotiosianaat in derm-epiteelselkultuur (Hughes et al., 2008 McCall et al. ., 2009). Die verandering in parasellulêre deurlaatbaarheid wat na fenolbehandeling waargeneem word, korreleer met wanlokalisering van die stywe aansluitingsproteïene claudin-1 en ZO-1 na die sitosol (McCall et al., 2009). Daarteenoor is getoon dat indool die epiteel dermselversperring in vitro versterk (Bansal et al., 2010). H.2S wat deur sulfaat-reduserende bakterieë geproduseer word, is 'n uiters toksiese middel wat getoon is om genomiese DNA-skade in kolonosiete te veroorsaak (Attene-Ramos et al., 2006).Dit is belangrik om daarop te let dat BCFA's, fenoliese en indoliese verbindings nie deur menslike ensieme geproduseer word nie, daarom is dit unieke kolonbakteriële metaboliete.


Abstrak

Die verband tussen intestinale mikrobiota samestelling en akute ent-versus-gasheer siekte (GVHD) na allogene bloed/murgoorplanting (allo-BMT) word nie goed verstaan ​​nie. Daar is lank reeds gedink dat dermbakterieë bydra tot GVHD-patofisiologie, maar onlangse dierestudies in nie-oorplantingsinstellings het bevind dat anti-inflammatoriese effekte deur sekere subpopulasies van intestinale kommensale bemiddel word. Met 'n hipotese dat 'n meer genuanseerde verhouding tussen die dermbakterieë en GVHD kan bestaan, het ons die fekale bakteriese samestelling van 64 pasiënte 12 dae na BMT geëvalueer. Ons het gevind dat verhoogde bakteriese diversiteit geassosieer word met verminderde GVHD-verwante mortaliteit. Verder huisves groter hoeveelhede bakterieë wat tot die genus behoort Blautia was geassosieer met verminderde GVHD dodelikheid in hierdie kohort en is bevestig in 'n ander onafhanklike kohort van 51 pasiënte van dieselfde instelling. Blautia oorvloed is ook geassosieer met verbeterde algehele oorlewing. Ons het die oorvloed van geëvalueer Blautia met betrekking tot kliniese faktore en gevind dat verlies van Blautia was geassosieer met behandeling met antibiotika wat anaërobiese bakterieë inhibeer en die ontvangs van totale parenterale voeding vir langer duur. Ons kom tot die gevolgtrekking dat verhoogde oorvloed van kommensale bakterieë wat aan die Blautia genus word geassosieer met verminderde dodelike GVHD en verbeterde algehele oorlewing.


Wat is dermflora? (met foto's)

Die menslike spysverteringskanaal begin in die mond en strek tot by die anus. Dermflora verwys na die mikroörganismes wat in die spysverteringskanaal woon. Hierdie mikroörganismes is oor die algemeen onskadelik. Hul verspreiding wissel langs die ligging van die ingewande en onder individue. Hulle speel 'n belangrike rol in die beskermende, strukturele en metaboliese funksionering van die ingewande.

Bakterieë is die dominante mikroörganismes in die ingewande. Hulle oorheers beide die jejunum en ileum van die distale dunderm sowel as die dikderm. Suur-, pankreas- en galafskeidings verhoed hul kolonisasie van die maag en die duodenum van die proksimale dunderm. Aërobiese bakterieë, soos aërobiese laktobacilli en enterokokke, is die dominante dermflora in die jejunum, en die ileum en dikderm word oorheers deur anaërobiese bakterieë soos bifidobakterieë, Escherichia coli en anaërobiese laktobacilli. In 'n volwasse ingewande kan daar 'n paar veranderinge in bakteriese bevolking wees wanneer daar veranderinge in ouderdom, dieet, lewenstyl en omgewing is.

Onder normale toestande het die menslike gasheer en sy dermflora 'n simbiotiese verhouding waarin beide voordelig vir mekaar is. Die menslike gasheer verskaf voedsel en 'n stabiele omgewing vir die dermflora. Intussen bied die dermflora voordele aan sy menslike gasheer deur die kolonisasie van skadelike bakterieë in die ingewande te voorkom, dermontsteking te voorkom, by te dra tot die ontwikkeling van die immuunstelsel, die opname van voedsel en water te verbeter, en vitamiene K en B te sintetiseer.12.

Die groei van skadelike bakterieë word deur versperringseffek voorkom, wat beteken dat die hegting van die dermflora aan die dermvoering meeding met en die inval van skadelike bakterieë inhibeer. Die rol daarvan in die voorkoming van dermontsteking en om by te dra tot die ontwikkeling van die immuunstelsel word toegeskryf aan die vermoë van die dermflora om die limfoïede weefsels in die derm te stimuleer om teenliggaampies teen skadelike bakterieë te produseer. Groei van limfoïede weefsels kan ook veroorsaak word deur die werking van kortkettingvetsure, wat produkte is van koolhidraatfermentasie deur bakterieë. Daarbenewens beheer kortketting-vetsure die proliferasie en differensiasie van selle wat die ingewande beklee wat help om besering van die dermvoering te voorkom.

Afgesien van koolhidraatfermentasie, verbeter ensieme wat deur die dermflora geproduseer word ook die opname van koolhidrate. Hierdie ensieme verteer koolhidrate in 'n vorm van nuttige energie en voedingstowwe vir mense. Daarbenewens word die opname van water en dieetminerale soos yster, kalsium en magnesium, wat ook noodsaaklik is in die metaboliese funksies van die menslike liggaam, ook verbeter.


Resultate

Mikrobiota-uitputting van konvensionele muise verhoog plasma cholesterolvlak

Ons het ten doel gehad om die rol wat die dermmikrobiota speel in die regulering van plasmacholesterolvlakke in muise te ontsyfer. Om hierdie vraag aan te spreek, het ons die dermmikrobiota van spontaan hipercholesterolemie uitgeput Apoe −/− muise oor 4 weke deur daaglikse sondevoeding met 'n mengsel van antibiotika wat bestaan ​​uit vankomisien, ampisillien, neomisien en metronidasool (Fig. 1a, Addisionele lêer 1). Na 7 dae van behandeling was dermmikrobiota-uitputting effektief en stabiel gedurende 3 weke met 'n kopiegetal van 16S rRNA-gene in ontlasting 10 5-voudig minder as die aanvanklike bakteriese lading (Bykomende lêer 2: Figuur S1) in ooreenstemming met vorige bevindings [ 31]. Plasma totale cholesterol vlak was 55% hoër in mikrobiota-uitgeput (AB-Mdpl) muise in vergelyking met konvensioneel verhoogde (Conv-R) muise (Fig. 1b). Plasma fosfolipiede en trigliseriede is ook verhoog deur mikrobiota uitputting, hoewel nie statisties betekenisvol vir trigliseriede nie (Fig. 1b).

Uitputting van intestinale mikrobiota verhoog plasmacholesterolvlakke en intestinale cholesterolabsorpsie. a Eksperimentele ontwerp. Sien ook Addisionele lêer 2: Figuur S1. b Plasma cholesterol, fosfolipiede en trigliseriede vlakke in konvensioneel verhoogde (Conv-R) en mikrobiota-uitgeput muise (AB-Mdpl). c Cholesterolverspreiding oor die VLDL-, LDL- en HDL-lipoproteïenklasse ontleed deur vinnige proteïenvloeistofchromatografie. d Plasma radioaktiwiteit 2 uur na sondevoeding met [3H]-cholesterol. e Relatiewe uitdrukking van gene wat verband hou met cholesterolabsorpsie in die jejunum. f Relatiewe uitdrukking van gene wat verband hou met lipoproteïenafskeiding in die jejunum. Data word voorgestel as gemiddelde ± SEM, n = 5–10 muise/groep (d, e) of as kolletjies met mediaan (bf). Data is ontleed met Mann-Whitney toets. *bl < 0,05, **bl & lt 0,01, ***bl < 0,001

Cholesterol in die plasma bestaan ​​hoofsaaklik verpak in die vorm van lipoproteïene: chilomikrone, baie-lae-digtheid lipoproteïene (VLDL), lae-digtheid lipoproteïene (LDL), en hoë-digtheid lipoproteïene (HDL). Kwantitatiewe ontleding van cholesterolverspreiding onder lipoproteïene geskei deur gelfiltrasie het 'n toename in die oorvloed van VLDL- en LDL-subklasse (onderskeidelik + 53% en + 36%) in AB-Mdpl-muise aan die lig gebring, terwyl die HDL-fraksie soortgelyk was in Conv-R en AB -Mdpl muise (Fig. 1c).

Hierdie eksperimente bevestig dat intestinale mikrobiota bydra tot die regulering van plasma cholesterolvlakke en demonstreer dat mikrobiese uitputting verskeie lipoproteïenevlakke sterk beïnvloed, hoofsaaklik VLDL en LDL.

Intestinale mikrobiota-uitputting verhoog intestinale cholesterolabsorpsie met geen effek op hepatiese VLDL-produksie

Soos die lewer VLDL-deeltjies afskei, het ons die impak van mikrobiota-uitputting op VLDL-produksie ondersoek. Net so, aangesien LDL-deeltjies afkomstig is van die verlies van trigliseriede deur VLDL en chylomikrone van derm oorsprong in die bloedstroom, het ons intestinale cholesterolabsorpsie ondersoek.

Toe, het ons die voorkoms van gemerkte cholesterol in die plasma van konvensioneel verhoogde en mikrobiota-uitgeputte muise gemeet 2 uur na toediening van [3H]-cholesterol in olyfolie. Die voorkoms van radio-gemerkte cholesterol in die plasma was 25% hoër in antibiotika-behandelde muise (Fig. 1d), wat aandui dat die uitputting van die mikrobiota derm cholesterol absorpsie verhoog.

Ons het vervolgens die jejunale uitdrukking van gene wat betrokke is by intestinale cholesterol absorpsie ontleed (Npc1l1 [39]) en intrasellulêre cholesterol-uitskeiding in die dermlumen (Abcg5 en 8 [40]). Ons het opgemerk dat mikrobiota-uitgeputte muise 'n drievoudige toename in Npc1l1 uitdrukking terwyl Abcg8 uitdrukking was matig verhoog en Abcg5 uitdrukking is nie beïnvloed nie (Fig. 1e). Boonop is die uitdrukking van verskeie gene wat kodeer vir apolipoproteïene en proteïene betrokke by chylomikron en preβ-HDL samestelling en afskeiding ten minste twee voue verhoog in die jejunum van mikrobiota-uitgeputte muise (Fig. 1f).

VLDL word in die lewer saamgestel uit trigliseriede, cholesterol en apolipoproteïene (hoofsaaklik ApoB) deur die chaperone Mttp. Hier, lewer geen uitdrukking vlakke van ApoB en Mttp van Conv-R en AB-Mdpl muise was soortgelyk (Bykomende lêer 3: Figuur S2A). Dit stem ooreen met die soortgelyke VLDL-afskeidingskoers wat met Triton WR-1339 geassesseer is as 'n inhibeerder van perifere lipiedopname deur endoteellipoproteïenlipase [41] (Bykomende lêer 3: Figuur S2B).

Hierdie stel eksperimente toon dat die uitputting van die dermmikrobiota met antibiotika dermcholesterolabsorpsie verhoog. Inteendeel, die hipotese van verhoogde VLDL-vlakke in mikrobiota-uitgeputte muise wat 'n gevolg is van verhoogde hepatiese VLDL-sintese en -afskeiding is redelik onwaarskynlik.

Uitputting van intestinale mikrobiota verhoog die hepatiese opruiming van plasma cholesterol deur LDLr

[3H]-cholesterolabsorpsietoets het getoon dat die vlak van radiogemerkte cholesterol 37% hoër was in die lewer van mikrobiota-uitgeputte muise (Fig. 2a, Addisionele lêer 4), wat 'n mikrobiese regulering van hepatiese cholesterolopname voorstel. Die opname van cholesterolryke deeltjies HDL en LDL in die lewer word bemiddel deur hul onderskeie reseptore, aasvanger reseptor tipe B1 (SR-B1) en LDL reseptor (LDLr) [42]. mRNA vlakke van LDLr is aansienlik verhoog deur mikrobiota-uitputting wat nie die geval was vir SR-B1 mRNA (Fig. 2b). Daarom het ons ingedien LDLr −/− muise volgens dieselfde mikrobiota-uitputtingsprotokol en het hul sirkulerende cholesterolvlakke gemeet. Opvallend genoeg het mikrobiota-uitputting plasma-cholesterolvlakke met 91% verhoog in LDLr-tekorte muise teenoor slegs 50% in Apoe-tekorte muise (Fig. 2c). Dit toon dat LDLr-gemedieerde cholesterolopname deur die lewer die plasma cholesterolverhoging wat deur mikrobiota-uitputting veroorsaak word, gedeeltelik teenwerk.

Uitputting van intestinale mikrobiota verhoog hepatiese cholesterolopname en hepatiese cholesterolsintese. a Lewerradioaktiwiteit 2 uur na sondevoeding met [3H]-cholesterol in konvensioneel verhoogde (Conv-R) en mikrobiota-uitgeputte muise (AB-Mdpl). b Hepatiese relatiewe uitdrukking van cholesterolvervoerders. c Plasma cholesterol toename in mikrobiota-uitgeput muise in vergelyking met beheer muise in Apoe (○) en LDLr (□) −/− muise. d Hepatiese relatiewe uitdrukking van gene wat verband hou met cholesterolsintese. Sien ook Addisionele lêer 5: Figuur S3. e Cholesterol- en latosterolkonsentrasie ontleed deur GC-MS in die lewer. Data word voorgestel as gemiddelde ± SEM, n = 6–9 muise/groep (bd) of as kolletjies met mediaan (a, c, e). Data is ontleed met Mann-Whitney toets. *bl < 0,05, **bl & lt 0,01, ***bl < 0,001

Uitputting van intestinale mikrobiota verhoog cholesterolsintese in die lewer

Die spysverteringskanaal dra by tot 15-35% en die lewer tot 20-40% van die totale cholesterolsintese by knaagdiere [43]. Die relatiewe uitdrukking van Hmgcs1 en HmgcoAr, wat twee sleutelensieme in cholesterolbiosintese-weg kodeer, is nie geaffekteer na dermmikrobiota-uitputting in die ingewande nie (Bykomende lêer 5: Figuur S3) maar het aansienlik toegeneem met vier- tot sewevoudig in die lewer (Fig. 2d). Ons het vervolgens die lewerinhoud van cholesterol en latosterol, 'n sintese-intermediêre wat beskou word as 'n merker van cholesterol-sintese [44], bepaal deur gaschromatografie gekoppel aan massaspektrometrie (GC-MS). Cholesterol konsentrasie was 30% hoër en latosterol konsentrasie was verdubbel in die lewer van AB-Mdpl in vergelyking met Conv-R muise (Fig. 2e). Dit dui daarop dat intestinale mikrobiota cholesterolbiosintese spesifiek in die lewer reguleer.

Die dermmikrobiota beïnvloed galsuursintese en gal cholesterolafskeiding

Cholesterol word hoofsaaklik uit die liggaam uitgeskei in die gal wat dan in die duodenum afgeskei word, wat lei tot fekale uitskeiding in twee vorme: cholesterol en galsure. Om cholesterol-uitset vanaf die lewer te evalueer, het ons galvloei gedurende 1 uur gemonitor en 'n 40% toename in AB-Mdpl-muise gevind in vergelyking met kontrolemuise (Fig. 3a), Bykomende lêer 6). Ons het getoon dat gal cholesterol afskeiding in die derm lumen aansienlik verhoog is in AB-Mdpl muise in vergelyking met kontroles (Fig. 3b). Wat belangrik is, is dat cholesterol apikaal afgeskei word vanaf hepatosiete na gal as vry cholesterol via ABCG5/8 [45], wie se geenuitdrukking twee keer groter was in AB-Mdpl-muise (Fig. 3c).

Enterohepatiese siklus van cholesterol en galsure in konvensioneel grootgemaakte en mikrobiota-uitgeputte muise. a Galvolume ingesamel in 1 uur galblaaskanulasie in konvensioneel verhoogde (Conv-R) en mikrobiota-uitgeputte muise (AB-Mdpl). b Hoeveelheid cholesterol wat in die gal afgeskei word gedurende 1 uur van galblaaskanulering. c Hepatiese geenuitdrukking van ensieme betrokke by galsuurbiosintese en van vervoerders van cholesterol en galsure in konvensioneel grootgemaakte (Conv-R) en mikrobiota-uitgeputte muise (AB-Mdpl). d Fekale uitskeiding van 14 C galsure (wateroplosbare fraksie) en 14 C cholesterol (sikloheksaan oplosbare fraksie) gedurende 72 uur na orale sonde met 14 C cholesterol. e 14 C-galsure wat in die ontlasting uitgeskei word, uitgedruk as persentasie van totale radioaktiwiteit (cholesterol + galsure). f Relatiewe uitdrukking van fgf15 in die distale ileum. g Plasma radioaktiwiteit 2 uur na sonde met [3 H]-taurocholsuur. h Relatiewe geenuitdrukking van galsuurvervoerders in die distale ileum. Data word voorgestel as gemiddelde ± SEM (c, f, h) of as kolletjies met mediaan (a, b, g), n = 5–8 muise/groep. Data is ontleed met Mann-Whitney toets. *bl < 0,05, **bl & lt 0,01, ***bl < 0,001

Die drastiese uitputting van dermmikrobiota verhoog intraluminale cholesterolabsorpsie sowel as heruitskeiding in die gal deur die lewer. Om te ondersoek hoe dermmikrobiota-uitputting die balans tussen cholesterol-inname en afskeiding beïnvloed, het ons muise gedwing met 14 C-cholesterol en hul ontlasting elke 24 uur gedurende 72 uur versamel. Ons het neutrale lipiede wat cholesterol bevat geskei van wateroplosbare komponente insluitend galsure en radioaktiwiteit in elke fraksie gemeet (Fig. 3d). Conv-R muise het 70% meer radioaktiewe sterole (som van neutrale lipiede en wateroplosbare fraksie) uitgeskei as AB-Mdpl oor 72 uur (Fig. 3d), wat bevestig dat sterole in die liggaam opgehoop het in die afwesigheid van mikrobiota. Spesifiek, AB-Mdpl muise het drie keer minder cholesterol en 50% meer galsure uitgeskei as Conv-R muise, dus verteenwoordig die galsure 'n aansienlik hoër proporsie fekale sterole in Ab-Mdpl muise (Fig. 3e). Dit dui daarop dat die afwesigheid van dermmikrobiota lei tot 'n ophoping van sterole in die liggaam en dat in hierdie konteks galsure 'n beduidende deel van fekale sterole uitmaak.

Vervolgens het ons opgemerk dat die verhoogde fekale galsuuruitskeiding geassosieer word met 'n regulering van ensieme in die galsintese-weg. Uitdrukking vlakke van Ak1r1d1 en Cyp7a1, die tempo-beperkende ensiem in die galsuursintese-weg, is in die lewer in AB-Mdpl-muise verhoog, wat 'n verhoogde galsuursintese in die afwesigheid van mikrobiota ondersteun (Fig. 3c). Maar Cyp27a1 uitdrukking was soortgelyk in beide groepe terwyl Cyp8b1 uitdrukking is verminder in AB-Mdpl muise (Fig. 3c). Met inagneming dat dit bekend is dat mikrobiota intestinale FXR veroorsaak wat op sy beurt hepatiese Cyp7a1 reguleer deur 'n fibroblastgroeifaktor 15 (Fgf-15)-afhanklike meganisme [46], het ons bepaal Fgf-15 uitdrukking in die distale ileum. Ons het gevind dat mikrobiota-uitputting verminder Fgf-15 uitdrukking met 75% (Fig. 3f).

Aangesien mikrobiota-uitputting galsuursintese en -afskeiding verhoog, moes ons ondersoek word of verandering van galsuurabsorpsie in die derm kan versterk of verminder fekale verlies van galsure. Gavage met 3 H-taurocholic suur het getoon dat mikrobiota-uitputting taurocholic suur absorpsie aansienlik verminder (Fig. 3g). Dit hou waarskynlik nie verband met 'n afname in aktiewe vervoer van galsure nie, aangesien die geenuitdrukking van die twee vervoerders Ibat en Abcc3 nie deur die mikrobiota-uitputting verminder is nie (Fig. 3h). Hierdie afname in taurocholic suur absorpsie is dus waarskynlik die gevolg van 'n afname in passiewe absorpsie, die belangrikste absorpsie pad van mikrobiota-afgeleide ongekonjugeerde galsure [47].

Plasma cholesterolvlak is oordraagbaar van mense na muise deur mikrobiota-oorplanting

Ons eerste eksperimente het aangedui dat die gebrek aan 'n funksionele mikrobiota gasheer cholesterolmetabolisme diep ontwrig. Ons het dus veronderstel dat nie net bakteriese lading cholesterolmetabolisme sal beïnvloed nie, maar ook dat variasies in intestinale mikrobiota samestelling en funksionaliteit variasies van cholesterol sirkulerende vlakke kan veroorsaak. Ons het dus menslike mikrobiota-skenkers geselekteer wie se plasma cholesterolvlakke verskillend was en ontvangermuise met hul dermmikrobiota gekoloniseer. Ons het vier vroue gekies op grond van hul plasmalipiedprofiel: twee skenkers met normale bloedcholesterolvlakke (NorChol) en twee skenkers met matig verhoogde totale cholesterolvlakke (HiChol) (Fig. 4a, Addisionele lêer 7). Hierdie proefpersone het geen behandeling ontvang nie. In ooreenstemming met 'n dislipidemiese konteks, was HDL-cholesterolvlakke effens laer in die twee HiChol-skenkers terwyl LDL-cholesterol- en trigliseriedevlakke aansienlik hoër was (Fig. 4a).

Plasma-cholesterolvlakke is oordraagbaar van mense na muise deur intestinale mikrobiota-oorplanting. a Skenkers se kenmerke en eksperimentele ontwerp. b Plasma cholesterol, fosfolipiede en trigliseriede vlakke in muise gekoloniseer met die mikrobiota van normocholesterolemiese skenkers (NorChol-r1 en r2, afgebeeld siaan en donker siaan) en hoë-cholesterol skenkers (HiChol-r1 en r2, uitgebeeld in rooi en donker rooi). Data word voorgestel as kolletjies met mediaan (a, b), n = 8–12 muise/groep. Ontvangergroepe is ontleed met behulp van Kruskal-Wallis-toets gevolg deur Dunn se paarsgewyse meervoudige vergelykingsprosedure. *q < 0,05, **q & lt 0,01, ***q < 0,001

Ons het vier groepe van mikrobiota-uitgeput 7-week-oue wyfie gekoloniseer Apoe −/− muise (n = 10-14 muise per groep) deur herhaalde mondelinge sondes met fekale mikrobiota van onderskeie skenkers (Fig. 4a).Opvallend, na 9 weke was die gemiddelde van plasma totale cholesterolvlakke van HiChol-ontvanger muise 23% hoër as dié van NorChol-ontvangers (Fig. 4b). Ander plasmalipiede soos trigliseriede en fosfolipiede is ook dramaties verhoog (Fig. 4c), wat daarop dui dat HiChol-ontvangermuise as hul skenkers 'n algehele veranderde plasmalipiedprofiel gehad het.

Intestinale mikrobiota reguleer cholesterol absorpsie/sintese balans

Om te ondersoek of dermmikrobiota van dislipidemiese of normolipidemiese skenkers cholesterolmetabolismeweë kan moduleer, het ons die uitdrukking in die jejunum van gene wat verband hou met intestinale cholesterolabsorpsie en lipoproteïenafskeiding ontleed. Npc1l1, ApoB, ApoCII, en Mtpp is almal aansienlik meer uitgedruk in beide HiChol-ontvangergroepe as in beide NorChol-ontvangergroepe (Fig. 5a, Addisionele lêer 8). Dit dui daarop dat die dermmikrobiota van dislipidemiese skenkers intestinale cholesterolabsorpsie in ontvangermuise opreguleer in vergelyking met muise wat gekoloniseer is met mikrobiota van normolipidemiese skenkers.

Intestinale mikrobiota reguleer cholesterol absorpsie/sintese balans. a Relatiewe uitdrukking van gene wat verband hou met cholesterolabsorpsie en lipoproteïenafskeiding in die jejunum in muise wat gekoloniseer is met die mikrobiota van normocholesterolemiese skenkers (NorChol-r1 en r2, afgebeeld siaan en donker siaan) en hoë-cholesterol skenkers (HiChol-r1 en r2, afgebeeld in rooi en donkerrooi). b Relatiewe uitdrukking van ensieme betrokke by cholesterolsintese in die lewer. Sien ook Addisionele lêer 9: Figuur S4. c Cholesterol- en latosterolkonsentrasie ontleed deur GC-MS in die lewer. d Trigliseriede en fosfolipiede ontleed deur biochemiese toets in die lewer. e Hepatiese relatiewe uitdrukking van LDLr. f Hepatiese relatiewe uitdrukking van Cyp7a1 in die lewer. g Relatiewe uitdrukking van fgf15 in die distale ileum. Data word voorgestel as gemiddelde ± SEM (a, b, e, f, g) of as kolletjies met mediaan (c, d), n = 8–12 muise/groep. Ontvangergroepe is ontleed met behulp van Kruskal-Wallis-toets gevolg deur Dunn se paarsgewyse meervoudige vergelykingsprosedure. *q < 0,05, **q & lt 0,01, ***q < 0,001

Inteendeel, gene van die cholesterol sintese-weg (HmgcoAr en Hmgcs1) is twee keer minder uitgedruk in die lewer van HiChol-ontvangers as in Norchol-ontvangers (Fig. 5b). Konsekwent was die konsentrasie van latosterol aansienlik laer in die lewer van die twee groepe HiChol-ontvangers as in die lewer van Norchol-ontvangers, wat 'n afname in hepatiese cholesterol-sintese in HiChol-ontvanger muise ondersteun (Fig. 5c). Hepatiese cholesterol inhoud is egter nie deur die skenkers se status beïnvloed nie (Fig. 5c), wat daarop dui dat ander cholesterol metabolisme paaie in die lewer deur die mikrobiota beïnvloed is. As cholesterol was lewerfosfolipiede soortgelyk in die vier groepe terwyl lewertrigliseriede effens verhoog is in HiChol-ontvangers in vergelyking met NorChol-ontvangers (Fig. 5d).

Hepatiese uitdrukking van LDL reseptor was laer in HiChol as in NorChol ontvanger muise (Fig. 5e), wat 'n verlaagde hepatiese opname in muise wat met die mikrobiota van dislipidemiese skenkers gekoloniseer is, voorstel. Boonop is die uitdrukking van Cyp7a1 was ook verminder in HiChol-ontvangers, wat waarskynlik die gevolg is van die verhoogde uitdrukking van sy onderdrukker Fgf15 in die distale ileum (Fig. 5f, g). Daar was 'n neiging tot afname Cyp8b1 en kanalikulêre cholesterol Abcg5/g8 en galsuur Abcb11 vervoerders, maar dit het nie statistiese betekenisvolheid bereik nie (Bykomende lêer 9: Figuur S4).

Altesaam dui hierdie stel eksperimente op 'n verhoogde intestinale cholesterolabsorpsie en 'n verminderde hepatiese opname en sintese in HiChol-ontvangermuise in vergelyking met NorChol-ontvangermuise. Gal cholesterol afskeiding in die derm lumen kan ook laer wees in HiChol as in NorChol ontvanger muise. Dit dui breër aan dat die mikrobiota 'n reguleerder van die intestinale absorpsie/hepatiese sintesebalans kan wees.

Muise wat gekoloniseer is met die mikrobiota van normocholesterolemiese en dislipidemiese menslike skenkers, het verskillende intestinale mikrobiota samestelling

Ten einde bakteriese spesies of taksa betrokke by die regulering van cholesterol homeostase te identifiseer, het ons die fekale mikrobiota van ontvangermuise 9 weke na kolonisasie deur 16S rRNA geenvolgordebepaling van die V3-V4 streek ontleed. Rykdoms-, Simpson- en Shannon-alfa-diversiteitsindekse was soortgelyk tussen ontvangermuisegroepe (Bykomende lêer 10: Figuur S5). Interklas PCA gebaseer op die ASV oorvloed het getoon dat die mikrobiota van muise afsonderlik gegroepeer het afhangende van die mikrobiota skenker (Fig. 6a). Die twee NorChol- en die twee HiChol-ontvangergroepe het nie saam gegroepeer nie. Ons het toe gesoek vir ASV's wat spesifiek oor- of onderverteenwoordig was in beide NorChol-groepe in vergelyking met beide HiChol-groepe, en geen spesifieke filum is anders verteenwoordig in NorChol- en HiChol-ontvangermuise nie (Fig. 6b en Addisionele lêer 11: Figuur S6). Na toewysing aan laer taksonomiese vlakke en kladogramkonstruksie met behulp van GraPhlAn [38], het ons gevind dat Betaproteobakterieë klas was aansienlik meer volop in beide HiChol ontvanger groepe van muise as in beide NorChol ontvanger muis groepe (Fig. 6b en Addisionele lêer 11: Figuur S6). Dit was hoofsaaklik as gevolg van hoër proporsies ongeklassifiseerde Betaproteobakterieë (Fig. 6b en Addisionele lêer 12: Figuur S7). Ongeklassifiseerde Firmicutes is ook in hoër proporsies in die mikrobiota van HiChol-ontvangermuise gevind (Fig. 6a, c, d, en Addisionele lêer 12: Figuur S7 A en B). Daar is gevind dat tien ASV's wat ooreenstem met 6 taksonomiese trosse meer volop in HiChol-ontvanger se mikrobiota is (Fig. 6c). Drie lede van die Bacteroidales S24-7-klas was meer volop in HiChol-ontvangers as in NorChol-ontvangers, asook een ASV wat verband hou met Bakteroides genus, een verwant aan Alitipes genus en Barnesiella genus (Fig. 6c). Daarbenewens, 3 ASV's wat aan ongeklassifiseerde behoort Betaproteobakterieë en een tot ongeklassifiseerde Firmicutes is spesifiek geassosieer met HiChol-ontvangers.

Muise gekoloniseer deur die mikrobiota van normocholesterolemiese en hoë-cholesterol menslike skenkers huisves spesifieke derm mikrobiota samestelling. a Interklas hoofkomponent-analise uitgevoer gebaseer op ASV-oorvloed. Muise mikrobiota is saamgevoeg en die swaartepunt vir elke groep bereken. Die bl waarde van die skakel tussen ontvanger groepe en ASV oorvloed is bereken met behulp van 'n Monte Carlo toets (999 herhalings). b Cladogram gegenereer met behulp van GraPhlAn [38] wat ontvangers se mikrobiota verteenwoordig met siaanklade-merkers wat bakteriese groepe aansienlik meer volop in NorChol-ontvangers uitlig en rooi klade-merkers wat bakteriese groepe wat aansienlik meer volop in HiChol-ontvangers uitlig, soos geassesseer deur Kruskal–Wallis-toets gevolg deur Dunn se meervoudige vergelykingsprosedure. Sirkelvormige hittekaart verteenwoordig genormaliseerde oorvloed van alle ASV in elke ontvangergroep, met die donkerste kleur wat ooreenstem met die groep wat die hoogste persentasie van die gegewe ASV het. Swart stawe verteenwoordig die gemiddelde oorvloed van die ASV's in die hele datastel. c Bakteriese ASV's is statisties meer volop in beide HiChol-ontvangers se groepe as in beide NorChol-ontvangers se groepe. n = 9–12 muise/groep. d Spearman-korrelasies tussen ASV-vlak mikrobiese populasies en cholesterol metabolisme-geassosieerde parameters. Sterk korrelasies word deur groot sirkels aangedui, terwyl swakker korrelasies deur klein sirkels aangedui word. Die kleure van die sirkels dui die aard van die korrelasie aan met donkerblou wat sterk positiewe korrelasie aandui en donkerrooi wat 'n sterk negatiewe korrelasie aandui. ¤ q < 0,05, ¤¤ q < 0,01, ¤¤¤ q < 0,001 na FDR-regstelling

HiChol-geassosieerde mikrobiota taksa korreleer met plasma cholesterolvlakke

Om te bevestig of een of meer spesifieke dermbakterieë betrokke was by die regulering van die belangrikste cholesterolmetabolismebane, het ons veelvuldige korrelasie-ontledings uitgevoer tussen die voorheen geïdentifiseerde ASV's en plasmacholesterolvlak sowel as parameters wat verband hou met hepatiese cholesterolsintese, lipoproteïenopname deur die lewer, galsuursintese, en dermabsorpsie (Fig. 6d). Ses van die tien HiChol-ontvanger-geassosieerde ASV's was beduidend en positief gekorreleer met plasma cholesterolvlakke. Vyf van hierdie ASV's het negatief gekorreleer met merkers van hepatiese cholesterol sintese soos HmgcoAr uitdrukking en latosterolkonsentrasie in die lewer. Hierdie ASV's het ook positief gekorreleer met merkers van intestinale absorpsie soos Npcl1 en Mttp uitdrukking in die jejunum. Die Fgf15 uitdrukking in die ileum en die LDLr uitdrukking in die lewer was ook gekorreleer met hierdie ASVs, maar statistiese betekenisvolheid is egter nie bereik nie, wat daarop dui dat hierdie parameters van cholesterol metabolisme minder streng deur die mikrobiota gereguleer word as die ander parameters. Die reekse van sewe van hierdie tien ASV's is nie deur Qiime2-pyplyn aan die genusvlak toegeken nie, maar handleiding BLAST teen die EzBioCloud 16S-databasis (opdatering 06 Augustus 2019) [48] het aangedui dat ASV 1 aan die Sutterellaceae familie, ASV 3 en ASV 8 behoort aan die Turicimonas genus, en ASV 4 aan die Erysipelotrichaceae familie.


Dermbakterieë word deur antidiabetiese middels aangetas, toon navorsing

Darmbakterieë verander hul samestelling en funksie wanneer diabetiese pasiënte met die middel metformien behandel word.

Die meeste van die sowat 100 triljoen bakterieë wat in ons ingewande skuil - die dermmikrobiota - is moeilik om met tradisionele metodes te groei, omdat hulle nie atmosferiese suurstof verdra nie. Binne die afgelope paar jaar het nuwe navorsing gebaseer op geentegnologie en gevorderde bioinformatika dit moontlik gemaak om die samestelling en funksie van dermbakterieë uit hul DNA te ontleed. Die bakterieë produseer baie verskillende soorte stowwe wat ons fisiologie en gesondheid op talle maniere beïnvloed.

Op die gebied van siektenavorsing het veranderinge in die samestelling en funksie van die komplekse intestinale bakteriese gemeenskappe -- sogenaamde dysbioses -- 'n fokusarea geword. Dit is egter 'n swakheid van die studies dat navorsers nie die potensiële uitwerking van middels op die pasiënte se dermbakterieë in ag geneem het nie.

Om daardie rede is dit nie moontlik om te bepaal watter disbiose met spesifieke siektes geassosieer word en watter veranderinge in dermbakterieë met mediese behandeling geassosieer word nie. Terselfdertyd word botsende resultate van navorsing in dermbakterieë vir dieselfde siekte gerapporteer. Dit kan wees as gevolg van die feit dat die effek van geneesmiddels op die samestelling en funksie van die dermmikrobiota nie in ag geneem is nie.

Metformien laat dermbakterieë vetsure produseer

Europese en Chinese navorsers in die EU-befondsde MetaHIT-konsortium het die intestinale bakteriese gemeenskappe van Deense, Sweedse en Chinese pasiënte met tipe 2-diabetes sowel as van gesonde individue bestudeer, altesaam 784 mense is bestudeer. Die doel van hierdie studies was om veranderinge in dermmikrobiota geassosieer met siekte te skei van veranderinge wat geassosieer kan word met die inname van sekere tipes medikasie. Die bevindinge is onlangs in die internasionale joernaal gepubliseer Natuur.

Die studie toon dat die middel wat die meeste gebruik word vir die behandeling van hoë bloedglukosevlakke, metformien, gunstige veranderinge in die dermmikrobiota by pasiënte met tipe 2-diabetes veroorsaak. Dit verhoog die vermoë van die bakterieë om sekere soorte kortkettingvetsure, soos bottersuur en propionzuur, te produseer. Hierdie vetsure kan bloedglukosevlakke op verskillende maniere verlaag. Metformien is egter ook bekend daarvoor dat dit nadelige effekte op die spysverteringskanaal het, byvoorbeeld opgeblasenheid en verhoogde winderigheid. Die studie het die navorsers 'n moontlike verduideliking gegee, aangesien pasiënte wat met metformien behandel word, meer koliforme bakterieë in hul ingewande het, wat een van die oorsake van die ongerief kan wees.

"Ons kon nie wys dat ander tipes antidiabetiese middels enige werklike impak op die dermmikrobiota gehad het nie. Toe ons tipe 2-diabetespasiënte bestudeer wat nie met metformien behandel word nie, het ons egter ontdek dat hulle -- ongeag of hulle van Denemarke, China of Swede -- het minder van die bakterieë gehad wat die gesondheidsbevorderende kortkettingvetsure produseer. Of die gebrek aan sekere kombinasies van vetsuurproduserende dermbakteriespesies een van die faktore is wat tot tipe 2-diabetes bydra, is tans word ondersoek," sê professor Oluf Borbye Pedersen van die Novo Nordisk-stigtingsentrum vir basiese metaboliese navorsing aan die Universiteit van Kopenhagen, wat die senior skrywer van die Natuur rapporteer.


Abstrak

Hipoksie is een van die mees algemene stressors in akwakultuur. Hipoksie veroorsaak groot finansiële verliese en agteruitgang van hulpbronne. Die reaksie van cobia (Rachycentron canadum) tot hipoksie stres word nie heeltemal verstaan ​​nie. In hierdie studie is die uitwerking van hipoksie op die dermmikroflora van jeugdige kobia ondersoek. Die diversiteit en struktuur van mikroflora na 4 weke van hipoksie stres is ontleed deur gebruik te maak van hoë-deurset volgordebepaling tegnologie. 'n Totaal van 210 visse is in twee behandelingsgroepe verdeel, naamlik hipoksiese stres en normoksiese kontrolegroepe, met 3 herhalings per groep en 35 visse per herhaling. Die resultate het getoon dat die rykdom en diversiteit van intestinale mikroflora eers aansienlik toegeneem het en daarna aansienlik afgeneem het na uitnodiging van die hipoksie stres (P & lt 0,05). Hoofkoördinaatanalise (PCoA) het getoon dat hipoksie die struktuur van die dermmikroflora verander het. Op die filumvlak was Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Tenericutes en Bacteroidetes die dominante bakterieë. In vergelyking met die kontrolegroepe het die relatiewe oorvloed van Proteobakterieë aansienlik toegeneem (P < 0,05) in H7-, H14- en H28-groepe, wat teenoor dié van Tenericutes was. Die oorvloede van Firmicutes en Tenericutes het albei aansienlik toegeneem (P < 0,05) in die H14-groep. Op die genusvlak is die relatiewe oorvloed van Fotobakterie aansienlik toegeneem (P < 0,05) in die H7-, H14- en H28-groepe, terwyl dié van Brevinema aansienlik verminder (P < 0,05) in die H1- en H7-groepe. Mykoplasma aansienlik verminder (P < 0,05) by al die tydpunte van hipoksie, terwyl Methylobacterium aansienlik verminder (P < 0,05) in die H7- en H28-groepe. Daarbenewens het lineêre diskriminant analise (LDA) effek grootte (LefSe) analise resultate aangedui dat hipoksie 'n beduidende toename in die relatiewe oorvloed van Actinomyces, Pseudoalteromonas, Staphylococcus, γ-Proteobacteria, Vibrionaceae en Pseudomonadales, wat die biomerkers van die hipoksiegroep was. Hierdie resultate verskaf 'n begrip van die uitwerking van hipoksie-stres op die dermmikroflora van jeugdige kobia.


Die dermmikrobiota bestaan ​​uit geweldige organismes wat in die menslike ingewande leef, insluitend bakterieë, archaea, virusse en swamme, wat die sleutel bydra tot gasheermetabolisme en as potensiële bronne van nuwe terapeutiese middels beskou word. Daar word nou gedink dat verskeie siektes deur prosesse in die dermmikrobioom beïnvloed word. Dit sluit in kanker, outo-immuunafwykings soos veelvuldige sklerose en outismespektrumversteuring. Die dermmikrobioom is ook sterk in wisselwerking met sekere middels, insluitend sommige geestesgesondheidsterapie, en beïnvloed die uitwerking daarvan.

Potensiële navorsingsrigtings van dermmikrobiota-analise

• Verken die verskille in dermflora samestelling en inhoud tussen die gesonde toestand en in 'n verskeidenheid siektetoestande
• Verken die verskille in dermflora samestelling en inhoud tydens die ontwikkeling van 'n sekere siekte om na siekteverwante biomerkers te soek
• Verken die verskille in dermflora samestelling en inhoud by verskillende geneesmiddel- of dieetintervensiestadia
• Verken die verskille in dermflora samestelling en inhoud by verskillende ontwikkelingstadia van dieselfde individu
• Verken die verskille in dermflora samestelling en inhoud by verskillende liggaamsdele van dieselfde individu

Tegniese platforms

Met ons volgende-generasie-volgordebepaling (NGS)-tegnologie, PacBio SMRT-volgordebepaling en Nanopore-volgordebepalingsplatforms, het ons die instrument om die dermmikrobiota te identifiseer, te kwantifiseer en te ontleed. Met hierdie hoë-deurset-tegnologie kan ons volledige metagenomika-studies uitvoer wat in staat is om die genome van hele gemeenskappe te ondersoek, insluitend dié van onkweekbare organismes.

Illumina HiseqIllumina MiseqIoon PGMPacBio SMRT-stelsel
Nanopore stelselPCR-DGGEIntydse qPCRKloon biblioteek

Wat kan Creative Biogene doen?

Kreatiewe Biogene bied volledige oplossing vir onbevooroordeelde mikrobioom-profilering sluit nie net konsultasie, studie-ontwerp, steekproefoplossings en volgordebepaling in nie, maar ook stroomaf bioinformatiese en biostatistiese ontledings.

Projek Werkvloei

Fig.1 Hoë-deurset volgordebepaling analise proses

Fig.2 PCR-DGGE analise proses

Diensspesifikasies

• Kwaliteitvereistes: ≥ 300 ng, ≥ 10 ng/μL, OD260/280=1.8-2.0, nie-afbrekend
• Versending: Droë ys of yspakkies
• Herhaalde vries-ontdooi siklusse moet vermy word

• Gehaltevereistes: ≥1g
• Berging: -80℃
• Versending: Droë ys
• Herhaalde vries-ontdooi siklusse moet vermy word

Opspoorbare voorwerpe
Mens, muis, rot, aap, hoender, skape, vis, perd, donkie, panda, pangoline en ander diere.

• Volgordefiltrering en snoei
• Reekslengteverspreiding
• OTU-groepering en Spesie-annotasie
• Diversiteitsindeks
• Shannon-Wiener Curve
• Rang-Abundance Curve
• Seldsame brekingskurwe
• Veelvuldige kontras
• Hittekaart
• Hoofkomponent-analise (PCA)

• Hittekaart
• VENN
• Hoofkomponente-analise (PCA)
• Mikrobiese gemeenskapstruktuuranalise
• α Diversiteitsindeksanalise
• Matastat-analise
• Geweegde Unifrac-toets
• CCA/RDA Analise

Gevorderde data-analise

• Filogenetiese boom
• LDA-effekgrootte (LEfSe)
• Netwerkanalise
• Korrelasie-analise

Verwysings
1. Fuhrman JA. 2009. Mikrobiese gemeenskapstruktuur en die funksionele implikasies daarvan. Natuur 459:193–199.
2. Zhou, J., He, Z., Yang, Y., Deng, Y., & Alvarez-Cohen, L.. (2015).Hoë-deurset metagenomiese tegnologieë vir komplekse mikrobiese gemeenskapsanalise: oop en geslote formate. mBio, 6(1).
3. Blandino, G., Inturri, R., Lazzara, F., Rosa, M.D., & Malaguarnera, L. (2016). Impak van dermmikrobiota op diabetes mellitus. Diabetes en metabolisme, 42 5, 303-315.


Op pad na 'n meganistiese begrip van wederkerige geneesmiddel-mikrobioom-interaksies

Breëspektrum antibiotika teiken verskeie gram-positiewe en gram-negatiewe bakterieë, en kan kollaterale skade aan die derm mikrobiota. Tog is ons kennis van die omvang van skade, die antibiotika-aktiwiteitspektra en die weerstandsmeganismes van dermmikrobes yl. Dit beperk ons ​​vermoë om mikrobioom-gefasiliteerde verspreiding van antibiotika-weerstandigheid te versag. Benewens antibiotika, beïnvloed nie-antibiotiese middels die menslike mikrobioom, soos getoon deur metagenomika sowel as in vitro studies. Mikrobioom-geneesmiddel-interaksies is tweerigting, aangesien mikrobes ook dwelms kan moduleer. Chemiese modifikasies van antibiotika funksioneer meestal as antimikrobiese weerstandsmeganismes, terwyl metabolisme van nie-antibiotika ook die geneesmiddels se farmakodinamiese, farmakokinetiese en toksiese eienskappe kan verander. Onlangse studies het begin om die uitgebreide kapasiteit van dermmikrobes om dwelms te metaboliseer, die meganismes en die relevansie van sulke gebeure vir geneesmiddelbehandeling te ontrafel. Hierdie bevindinge laat die vraag ontstaan ​​of en tot watter mate hierdie wederkerige geneesmiddel-mikrobioom-interaksies tussen individue sal verskil, en hoe om dit in ag te neem in geneesmiddelontdekking en presisiemedisyne. Hierdie oorsig beskryf onlangse ontwikkelings in die veld en bespreek toekomstige studieareas wat baat sal vind by sisteembiologie-benaderings om die meganistiese rol van die menslike dermmikrobiota in geneesmiddelaksies beter te verstaan.

Inleiding

Ons begrip van hoe die menslike dermmikrobiota bydra tot gesondheid en siekte, en hoe dit verander oor tyd, lewensfases, verskillende geografiese streke en in reaksie op omgewingsfaktore het dramaties toegeneem oor die afgelope dekade (The Integrative HMP (iHMP) Research Network Konsortium, 2019 Pasolli et al, 2019 Nayfach et al, 2019 Falony et al, 2016). Die huidige konsensus is dat die dermmikrobioom 'n hoogs geïndividualiseerde samestelling het, veral op die bakteriële stamvlak (Franzosa) et al, 2015). Verder behou gesonde individue 'n grootliks stabiele mikrobiota-samestelling vir die grootste deel van hul volwassenheid (Sommer et al, 2017 Mehta et al, 2018). Hierdie samestelling word in vroeë stadiums van die lewe gevestig (Bäckhed et al, 2015 Wampach et al, 2017) en is meer afhanklik van die omgewing as van gasheergenetika (Rothschild et al, 2018). Gevolglik kan sterk versteurings, soos dieetverskuiwings en antibiotikaverbruik, mikrobioomstabiliteit onbalanseer, met tot dusver onvoorspelbare herstel (Gewillig et al, 2011 Falony et al, 2016 Lynn et al, 2018). Aan die ander kant kan chemiese modifikasie van terapeutiese verbindings deur dermbakterieë die terapeutiese effek van geneesmiddels beïnvloed (Fig 1). Ons het eers onlangs begin om hierdie komplekse, tweerigting-interaksies tussen ons inwonende mikrobes en medikasie te ondersoek. In hierdie oorsig gee ons 'n oorsig van die verskillende stelselvlakbenaderings wat aangewend kan word om insigte te verkry in die dwelm-mikrobioom-gasheer-triade (Fig 2). 'n Beter en meer sistematiese begrip van hierdie interaksies en hul onderliggende molekulêre bestanddele kan instrumenteel wees vir diagnostiese, prognostiese en uiteindelik terapeutiese toepassings.

Figuur 1. Oorsig oor die geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-triade en hul interaksies

Links: Die inname van middels kan 'n direkte invloed hê op individuele lede van die dermmikrobioom (klassieke voorbeeld: antibiotika), maar kan ook die samestelling en funksionaliteit van die mikrobioom verander deur indirekte, gasheer-gemedieerde maniere (byvoorbeeld: protonpomp-inhibeerders, wat die mikrobioomsamestelling kan verander deur die maag pH te verhoog). Regs: Dermbakterieë kan middels verander en metaboliseer. Daarbenewens kan die mikrobioom indirek gasheer xenobiotiese metabolisme in die lewer moduleer. Verder is daar oorspraak tussen al hierdie interaksies. Uiteindelik kan hierdie komplekse interaksies moontlik negatiewe gesondheidsgevolge hê en interpersoonlike verskille in behandelingsuitkomste veroorsaak.

Figuur 2. Stelselbenaderings om geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies te bestudeer

Links: 'n Wye verskeidenheid modelstelsels kan gebruik word om geneesmiddel-mikrobioom-gasheer interaksies te bestudeer. Aan die mikrobiese kant word (moontlik geneties gemodifiseerde) isolate in suiwer kultuur of sintetiese of stoelafgeleide mikrobiese gemeenskappe toegedien. Aan die gasheerkant kan eenvoudige selkultuurstelsels, intestinale organoïede maar ook verskillende diermodelle aangewend word. Regs: Diverse tegnologieë help om geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies te ontsyfer. Benaderings kan breedweg verdeel word in fenotipiese karakterisering, OMIC-benaderings en model-gebaseerde voorspellings. Afhangende van die navorsingsvraag kan toepaslike modelstelsels en geskikte tegnologieë gekombineer word. TPP: termiese proteoomprofilering, LiP-MS: beperkte proteolise-gekoppelde massaspektrometrie.

Terapeutiese middels verander die dermmikrobioomsamestelling

Bewyse van metagenomiese-gebaseerde kohorte en kliniese studies-die top-down benadering

Die ondersoek van die faktore wat inter-individuele verskille in die intestinale mikrobioomsamestelling oor groot bevolkingskohorte verklaar, het medikasie herhaaldelik as 'n hoofbydraer geïdentifiseer (Falony et al, 2016 Ticinesi et al, 2017 Jackson et al, 2018 Vich Vila et al, 2020). Alhoewel sulke studies insiggewend was en die kumulatiewe en dramatiese impak van medikasie op die dermmikrobioomsamestelling aan die lig gebring het, is hulle steeds ondermagtig om die effekte van individuele geneesmiddelklasse te skei. Om hierdie effekte te begin stratifiseer, kan 'n mens middels breedweg skei van antimikrobiese middels, ontwikkel om mikrobes te teiken, en middels wat ontwerp is om met menslike/gasheer-teikens in wisselwerking te tree, hier na verwys as mensgerigte middels.

Antimikrobiese middels bestaan ​​uit antibiotika, antifungale, antiprotosoë, antivirale en anti-argaeale middels. Hierdie verbindings teiken proteïene wat tipies afwesig is in die gasheer of duidelik onderskeibaar is van hul menslike homoloë, maar tog is hulle dikwels teenwoordig in kommensale mikrobes wat die menslike liggaam koloniseer. As gevolg hiervan kan antimikrobiese middels die mikrobioom "kollaterale beskadig" en daardeur ligte tot ernstige newe-effekte vir pasiënte hê (Kuhn et al, 2016). Dit is die beste bestudeer vir antibiotika, met kliniese en dierestudies wat veranderinge in die dermmikrobioomsamestelling en fisiologiese gasheerparameters, soos metaboliese, kognitiewe en immuunfunksies illustreer (Cho) et al, 2012 Cox et al, 2014 Hwang et al, 2015 Fröhlich et al, 2016 Hagan et al, 2019). Aanvanklike data dui daarop dat die mikrobiota van gesonde pasiënte gedeeltelik kan herstel na-antibiotiese behandeling (Rashid et al, 2015 Palleja et al, 2018). Dit bly egter onduidelik of dit waar is vir 'n breër en/of meer diverse bevolking, en wat die skakels is met antibiotikaklasse, aanvanklike mikrobioomsamestelling en behandelingsduur. Net so is ons kennis oor die teikenspektra, werkingswyse en weerstandsmeganismes van die verskillende klasse antibiotika en hul spesifieke effek op ingewande kommensale bakteriese spesies skaars (voordruk: Maier et al, 2020). Om meganistiese insigte in hierdie sake te verkry, kan toetse, gereedskap en toetsstelsels van dekades se antibiotika-navorsing oor patogene gekapitaliseer en aangepas word om derm-kommensale spesies in suiwer kultuur, binne mikrobiese gemeenskappe en binne die gasheer, veral op 'n sistematiese vlak ( Fig 2) (Maier & Typas, 2017). Sulke gedetailleerde meganistiese kennis kan help om beter en meer presiese strategieë te ontwerp om antibiotika-veroorsaakte "kollaterale skade" te voorkom of terug te keer, wat op die oomblik gebaseer is op generiese prosesse met beperkte sukses en/of nadelige uitkomste, soos fekale oorplanting of toediening van probiotika (Zmora et al, 2018 Suez et al, 2018 DeFilipp et al, 2019) (Kassie 2).

Vir gasheer-geteikende middels dui toenemende bewyse daarop dat dit geassosieer word met verskuiwings in dermmikrobioomsamestelling. Bekende voorbeelde strek oor 'n wye reeks terapeutiese klasse en sluit in die antidiabetiese metformien, protonpomp-inhibeerders, antipsigotika, nie-steroïdale anti-inflammatoriese middels, parasetamol, opioïede, selektiewe serotonienheropname inhibeerders, lakseermiddels en statiene (Le Bastard). et al, 2018 Jackson et al, 2018 Kummen et al, 2020 MetaCardis Consortium et al, 2020). Hierdie verskuiwings is nie noodwendig ongunstig vir die gasheer nie. In sekere gevalle kan gasheer-geteikende middels die dermmikrobioom diversifiseer (MetaCardis Consortium et al, 2020) - 'n kenmerk wat gewoonlik aan 'n gesonde mikrobioom gekoppel word. Die funksionele implikasies van hierdie taksonomiese verskuiwings, byvoorbeeld in terme van veranderde metaboliese vermoëns en/of antibiotika weerstand repertoriums, moet egter afsonderlik vir elke verbinding beoordeel word (Vich Vila) et al, 2020 ).

Huidige kliniese studies van die uitwerking van medikasie op die dermmikrobioom was meestal deursnee, terwyl intervensionele of longitudinale benaderings en vergelykings met behandeling-naïewe maar siek kontrolegroepe dikwels ontbreek. As gevolg hiervan is dit moeilik om te onderskei tussen siekte-gemedieerde en dwelmverwante effekte. Hierdie probleem word geïllustreer deur die antidiabetiese middel metformien. Die middel toon beperkte orale biobeskikbaarheid, wat lei tot hoë dermmiddelkonsentrasie. Dit was een van die eerste nie-antibiotiese middels wat getoon het dat dit die samestelling van dermmikrobiome beïnvloed (Napolitano et al, 2014) en het die behoefte onthul om vir behandeling te stratifiseer wanneer mikrobioom-handtekeninge geïnterpreteer word (Forslund et al, 2015). Terselfdertyd het hierdie bevinding oorsaaklike studies gestimuleer wat samestellingsverskuiwings direk gekoppel het aan die verbetering van metaboliese disfunksie en hiperglukemie (Wu) et al, 2017). Een voorgestelde meganisme behels metformien wat die relatiewe oorvloed van Bacteroides fragilis en die afregulering van die geassosieerde galsouthidrolase-aktiwiteit daarvan. Dit lei tot 'n ophoping van glicoursodeoxycholic suur, wat die intestinale farnesoid X-reseptor (FXT) sein inhibeer en sodoende verskeie metaboliese uitkomste in muise verbeter, insluitend hiperglukemie (Son) et al, 2018). Ander voorgestelde meganismes om die mikrobioom-gemedieerde hipoglisemiese effek van metformien te verduidelik, sluit in die mikrobiese produksie van kortketting-vetsure, bevordering van dermversperringsintegriteit en verhoogde afskeiding van dermhormone soos glukagon-agtige peptied 1 en peptied YY (PYY) (hersien) in Pryor et al, 2020). Opmerklik is dat verskeie modelstelsels soos Caenorhabditis elegans (Cabreiro et al, 2013), muise (Shin et al, 2014), en rotte (Bauer et al, 2018) was instrumenteel in die opheldering van hierdie metformien-mikrobioom-gasheer-interaksies, wat die vertaling van hierdie verskynsels tussen evolusionêr verafgeleë organismes beklemtoon en die nut van verskillende model-organismes demonstreer om hierdie interaksies te bestudeer. In teenstelling met metformien, is ons ver van die dissekteer van die interaksie van die oorgrote meerderheid gasheer-geteikende middels met dermmikrobes. Dit bly onduidelik of hierdie middels direk op die mikrobes inwerk, wat hul spektrum en onderliggende molekulêre interaksies is, en wat die impak op die mikrobioom as geheel, op die geneesmiddel se terapeutiese werking en op die gasheer is. Om hierdie kennisgaping te sluit en geneesmiddelterapieë te optimaliseer, is verdere goed ontwerpte kliniese studies nodig, wat naatloos gekoördineer moet word met bottom-up benaderings (Fig 2).

Ex vivo-studies—versnel meganistiese begrip van geneesmiddel-mikrobioom-interaksies deur die kompleksiteit te verminder en die deurset te verhoog—die bottom-up-benadering

Terwyl kliniese studies 'n uitstekende globale prentjie bied van geneesmiddeleffekte op die mikrobioom, ex vivo benaderings maak voorsiening vir 'n sistematiese, gekontroleerde en vraagspesifieke disseksie van hierdie interaksies op verskeie skale wat wissel van molekules tot inter-organisme-interaksies. Onlangse vooruitgang in hoë-deursetbenaderings vir die kweek van kieskeurige anaërobe (Kassie 1) het die eerste sistematiese studies van die uitwerking van geneesmiddels op dermmikrobes moontlik gemaak. 'n Grootskaalse in vitro skerm van 1 200 bemarkde middels het direkte impak op die groei van ten minste een van veertig getoetsde menslike derm-kommensale spesies getoon vir 78% van die antibakteriese middels, 53% van ander antimikrobiese middels en 24% van die mens-geteikende middels (Maier et al, 2018). Alhoewel middels oor alle terapeutiese klasse 'n direkte impak op derm-kommensale spesies gehad het, was die effek die meeste uitgesproke vir antimetaboliete, antipsigotika en kalsiumkanaalblokkers. Sommige van hierdie verbindings, soos antimetaboliete, teiken bewaarde ensieme en weë in prokariote en eukariote en het dus waarskynlik dieselfde manier van werking in dermkommensale as in gasheerselle. Vir die oorgrote meerderheid van menslike gerigte middels met aktiwiteit teen dermbakterieë bly hul bakteriële teikens egter onduidelik. Die identifisering van mikrobiese teikens vir hierdie middels sal nuwe moontlikhede oopmaak om hulle as antibakteriese middels te hergebruik en/of om hul kollaterale skade op dermbakterieë te versag. Interessant genoeg, mensgerigte middels wat mikrobes beïnvloed in vitro het soos antibiotika gelyk met betrekking tot hul gerapporteerde newe-effekte in klinieke, wat aanvanklike bewyse lewer dat dit ook 'n impak op die ingewande kommensale het. in vivo. Boonop was antibiotika-weerstandige mikrobes oor die algemeen ook meer weerstand teen menslike-geteikende middels, wat daarop dui dat weerstandsmeganismes teen antibiotika en nie-antibiotika ten minste gedeeltelik oorvleuel. Aanvanklike profilering van hierdie algemene weerstandsmeganismes het uitvloeipompe, vervoerders en ontgiftingsmeganismes aan die lig gebring. Ander aktiwiteite, soos selomhulsel-eienskappe, stresreaksies en teikenmodifikasie is waarskynlik ook betrokke. Om hierdie vlak van kruisweerstand en kollaterale sensitiwiteit presies te karteer (d.w.s., weerstand teen een middel wat sensitiwiteit aan 'n ander verskaf) is noodsaaklik om die risiko's wat mensgerigte middels vir antibiotikaweerstandigheid kan inhou te verminder en om kollaterale sensitiwiteitsgeleenthede te ontgin om antibiotikaweerstandigheid te vertraag, te voorkom of terug te keer (Pál et al, 2015 Baym et al, 2016). Vir hierdie doel kan 'n aantal gevestigde stelselbenaderings spesifiek gerig wees om geneesmiddelteikens te ontvou en weerstandsmeganismes te openbaar, soos gedemonstreer vir chemiese genetika (Cacace) et al, 2017 Kintses et al, 2019), proteomika (termiese proteoomprofilering (Mateus et al, 2020), beperkte proteolise-gekoppelde massaspektrometrie (Schopper et al, 2017), en metabolomika (Zampieri et al, 2018) (Figuur 2).

Raam 1. Verteenwoordigende mikrobes en mikrobiome

A: Verteenwoordigende mikrobes

Die belangrikheid van sistemiese kartering van geneesmiddel-mikrobioom-interaksies neem toe met die aantal verteenwoordigende mikrobes wat getoets word. Gevolglik is omvattende spesie- en stamversamelings noodsaaklik. Die voordeel van sulke versamelings neem verder toe, hoe beter die isolate gekenmerk word (bv., genoomvolgorde), en die meer gedetailleerde metadata-inligting word verskaf (bv., gesondheidstatus van die gasheer).

Ingewande mikrobiome isoleer versamelings

Die samestelling van sulke versamelings volg gewoonlik sekere seleksiekriteria—soos om verteenwoordigend te wees vir die dermmikrobioom van gesonde individue—en fokus op tipe stamme, wat verkry word uit publieke beskikbare stamversamelings soos DSMZ, ATCC/BEI Resources, ens. (www.dsmz.de, http://www.atcc.org, www.beiresources.org) (bv. Tramontano et al, 2018). Verdere versamelings is nodig wat verteenwoordigend is vir ander liggaamsplekke, sekere siektes, ouderdomsgroepe, etnisiteite, voedselvoorkeure, ens.. Terwyl die meeste konsentreer op die maksimalisering van filogenetiese diversiteit van algemene en volop spesies, is dit vir 'n globale prentjie ook belangrik om vas te vang skaars spesies en spesiediversiteit (m.a.w., stamvlakvariasie).

Variasie op stamvlak

Huidige studies fenotipeer slegs een of min stamme per spesie, gewoonlik begin met tipe stamme. Vir die meeste getoetste spesies is dit onbekend hoe verteenwoordigend hulle is. Alhoewel pangenome vir baie dermspesies geskat kan word (Zou et al, 2019), is dit onduidelik hoe dit in fenotipiese variasie vertaal. Vorige werk dui egter daarop dat geneesmiddelmetabolisme en geneesmiddelsensitiwiteit stamspesifieke eienskappe is (Koppel et al, 2018 voordruk: Maier et al, 2020) en dat funksionele spanningsverskille menslike gesondheid kan beïnvloed. Sulke waarnemings onderstreep die belangrikheid van monsterneming van baie stamme per bakteriese spesie. Verskeie pogings is onlangs in die rigting van hierdie doel aangewend deur honderde menslike dermbakterie-isolate te versamel. In die toekoms moet sulke versamelings aanhou uitbrei om stam- en spesiediversiteit te dek - baie onbekende spesies word byvoorbeeld voorspel uit metagenoom-saamgestelde genome (Almeida) et al, 2019 Pasolli et al, 2019 Nayfach et al, 2019 ).

  1. Breë Instituut-OpenBiome Microbiome Library (Poyet et al, 2019 ).
  2. Culturable Genome Reference (CGR) Collection (Zou et al, 2019 ).
  3. Menslike Gastroïntestinale Bakteriekultuurversameling (HBC) (Forster et al, 2019 ).
  4. Global Microbiome Conservancy (http://microbiomeconservancy.org).

Versameling van naasbestaande isolate van dieselfde gasheer

In plaas daarvan om stamme van 'n groot aantal verskillende individue te versamel en te fenotipeer, kan stamversamelings van 'n enkele persoon afkomstig wees (Goodman et al, 2011 Coyne et al, 2014). Aangesien hierdie mede-inwonende stamme van dieselfde menslike gasheer versamel word, vang hulle die mede-geëvolueerde en naasbestaande stamvlakdiversiteit binne een individu vas. Persoonlike versamelings is van besondere waarde vir ondersoeke van inter-individuele verskille in geneesmiddel-mikrobioom-interaksies.

B: Mikrobiome

Die aantal verskillende gemeenskapsamestellings wat ondersoek moet word, skaal byna oneindig. Om hierdie uitdaging aan te pak, kan twee fundamenteel verskillende benaderings gevolg word: sintetiese gemeenskappe kan saamgestel word vanaf akseniese bakteriese kulture (bottom-up benadering) of natuurlike, self-saamgestelde gemeenskappe, bv., afgelei van menslike stoelgang kan gebruik word (top-down benadering).

Sintetiese gemeenskappe

Reduksionistiese konsortia van gedefinieerde organismes word op modulêre maniere saamgestel, hetsy skenkerspesifiek of saamgevoeg. Individuele gemeenskapslede is gewoonlik goed gekarakteriseer en ideaal geneties hanteerbaar.Sistematiese manipulasies van die stam en genetiese samestelling van sintetiese gemeenskappe maak die identifikasie van oorsaaklike verbande tussen die samestelling en waargenome gemeenskapsfenotipes moontlik (Shetty) et al, 2019 ).

Stoelbanke

Ontlastingmonsters bied 'n nie-indringende beginpunt vir die bestudering van die komplekse, self saamgestelde menslike mikrobioom (Bolan) et al, 2016) en kan met dwelms geïnkubeer word ex vivo (Maurice et al, 2013 van de Steeg et al, 2018). Onlangs het sogenaamde "stoelbanke" meer gesofistikeerd geraak om toeganklikheid tot fekale mikrobiota-oorplanting in kliniese praktyk te bevorder (Cammarota et al, 2019). Maar hulle kan ook vir navorsingsdoeleindes gebruik word, veral as hulle ooptoegang en nie-winsgewende is, soos OpenBiome. Daaropvolgende pogings tot bewaring van mikrobiome mik na langtermynberging: byvoorbeeld, die "The Microbiota Vault" (www.microbiotavault.org) is 'n projek om die mikrobiese diversiteit wat met ons liggame en omgewings geassosieer word vir toekomstige geslagte te bewaar.

In beide opstellings moet sleutel funksionele en samestellingsprofiele van die dermmikrobiota gehandhaaf word, byvoorbeeld in deurlopende vloei bioreaktorstelsels of mikrofluïdiese dermmodelle (Guzman-Rodriguez et al, 2018). Aangesien hierdie tegnies moeisame stelsels uitdagend is om aan te pas by hoë-deurset werkvloeie, is deurlopende verdunning bondelkulture in multi-put formate suksesvol toegepas om geneesmiddeleffekte op mikrobiese gemeenskappe te skerm (Venturelli) et al, 2018 Li et al, 2019 ).

Die talle interaksies waargeneem tussen mensgerigte middels en dermmikrobes in vitro vra die vraag of hulle relevant is in vivo. Dit is byvoorbeeld onduidelik of mikrobes alleen op soortgelyke wyse op dwelms reageer as wanneer dit deel is van 'n gemeenskap, en hoe die ruimtelik gestruktureerde derm-omgewings en geneesmiddelkonsentrasiegradiënte binne die gasheer die geneesmiddelreaksie beïnvloed. Een manier om dwelm-mikrobioom-interaksies op gemeenskapsvlak te benut, is om saamgestelde ("sintetiese") gemeenskappe te toets (Kassie 1). Mikrobes kan dieselfde in gemeenskappe optree as in 'n akseniese kultuur (die middel is so effektief teen hulle) of kan gemeenskaplike ontluikende eienskappe hê: wees meer beskerm (kruisbeskerming) of sensitief (kruissensibilisering) vir die dwelm. Dit is tans onduidelik hoe gereeld sulke opkomende gemeenskaplike eiendomme voorkom en/of wat hulle dryf. Geneesmiddel chemiese modifikasie kan lei tot beide kruisbeskerming (Vega & Gore, 2014) en kruissensitisering (Roemhild et al, 2020), maar ook ander minder direkte effekte kan soortgelyke resultate ontlok: die verandering in fisiologiese stadium van die bakteriële selle (bv., stresreaksies en vervoerders wat op gemeenskapsvlak veroorsaak word), veranderinge van omgewing (m.a.w., pH-veranderinge (Ratzke & Gore, 2018)), of die opening van nisse in 'n mededingende omgewing. Om sulke reaksies sistematies te ondersoek, is robuuste hoë-deurset maniere nodig om gemeenskappe te laat groei (Kassie 1) en om spesie-oorvloed te volg, ideaal op 'n absolute kwantifiseringsvlak (bv., deur metaproteomics (Li et al, 2020), Fig 2). Om die frekwensie en molekulêre drywers van sulke interaksies te verstaan, sal van kardinale belang wees om mikrobioom-gemedieerde geneesmiddeleffekte in klinieke te ontgin of te versag (Fig 3).

Figuur 3. Toepassings van kennis verkry deur die bestudering van geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies

Diagnostiek en Prognostiek: Mikrobioom-afgeleide biomerkers (makromolekules, metaboliete en samestellings) kan gebruik word om siektes te diagnoseer, maar ook vir prognose van die siekteverloop of om behandelingsukses te voorspel. Beskerming en Voorkoming: Verskeie maatreëls kan toegepas word om ongewenste geneesmiddeleffekte op die mikrobioom te verminder of om chemiese geneesmiddelmodifikasies deur dermbakterieë te onderdruk. Met 'n beter begrip van die dwelm-mikrobioom-gasheer-triade, kan intervensies van verhoogde spesifisiteit aangewend word (d.w.s. van fekale oorplantings tot gedefinieerde herstelterapie). Intervensie en Modulasie: Daar is beide abiotiese en biotiese benaderings om die mikrobioom, sy funksionele uitset en gevolglik geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies te beïnvloed. Vir meer gedetailleerde verduidelikings, sien boks 2.

Mikrobioom-effekte op dwelms

Mikrobes verander die chemie van geneesmiddels en geneesmiddelmetaboliete

Gegewe die strukturele ooreenkoms tussen kleinmolekule-medisyne en endogene metaboliete, die feit dat baie geneesmiddels afkomstig is van natuurlike produkte, en die groot ensiematiese potensiaal van die mikrobioom, is mikrobiese geneesmiddelmetabolisme te verwagte. Inderdaad, reeds in die vroeë 20ste eeu is gevind dat die middel prontosil bakteriële omskakeling vereis om die antibiotiese effekte daarvan te ontvou (Fuller, 1937). Sedertdien dui versamelde bewyse daarop dat mikrobiese modifikasie van geneesmiddels en geneesmiddelmetaboliete die reël eerder as die uitsondering is. Sulke mikrobiese geneesmiddelmetabolisme kan dieselfde of verskillende chemiese produkte tot gevolg hê as die menslike metaboliese ensieme, wat lei tot geneesmiddelaktivering (bv., sulfasalasien, Sousa et al, 2014 ), inaktivering (bv., L-dopa en digoksien (Lindenbaum et al, 1981 Haiser et al, 2013 Maini Rekdal et al, 2019 )) of toksisiteit (bv., sorivudien en brivudien, (Zimmermann et al, 2019a Nakayama et al, 1997). Benewens geneesmiddelmolekules, is geneesmiddelmetaboliete ook onderhewig aan mikrobiese metabolisme. Daar is gevind dat fase II geneesmiddelmetaboliete (geproduseer deur konjugasiereaksies) gedekonjugeer is na hul voorlopermolekules (m.a.w., fase I metaboliete (Wallace et al, 2010) of oorspronklike geneesmiddelmolekules (Taylor et al, 2019)) deur mikrobes. Belangriker nog, hierdie tipe mikrobiese metabolisme kan farmakokinetika beïnvloed, veral die intestinale oorvloed van geneesmiddel- en geneesmiddelmetaboliete, en daardeur geneesmiddelreaksie en toksisiteit verander (Wallace) et al, 2010 Taylor et al, 2019). Aangesien verskille in mikrobioom-gekodeerde genetiese inhoud genetiese verskille tussen menslike individue ver oorskry, is dit baie waarskynlik dat die mikrobiota samestelling agter 'n groot fraksie van persoon-tot-persoon variasie in geneesmiddelreaksie kan wees, veral in terme van geneesmiddel newe-effekte. In die volgende paragrawe sal ons verskeie benaderings bespreek om mikrobioom-geneesmiddelmetabolisme te ondersoek, die impak daarvan op geneesmiddelreaksie en moontlike maniere om mikrobioom-geneesmiddelmetabolisme te benut om terapeutiese geneesmiddelintervensies te verbeter. Laasgenoemde sal ongetwyfeld 'n geleentheid bied vir die farmaseutiese industrie en presisiemedisyne-toepassings in klinieke.

Sistematiese studies toon uitgebreide mikrobiese geneesmiddelmetabolisme

'n Verbinding se metabolisme in die menslike liggaam is 'n deurslaggewende faktor vir die sukses daarvan tydens prekliniese en kliniese geneesmiddelontwikkeling. Om geneesmiddelmetabolisme vroeg in pyplyne vir geneesmiddelontdekking te evalueer, talle in vitro en in silico protokolle is ontwikkel en gestandaardiseer. Nuwe tegnologieë, soos mikrofluïdiese skerms en masjienleervoorspellings is onlangs in sulke pyplyne geïnkorporeer (Kirchmair et al, 2015 Eribol et al, 2016). Die gebruik van sellulêre of selvrye ensiempreparaat (bv., sitosoliese en mikrosoom isolasies) maak sistematies moontlik ex vivo hoë-deurset skerms vir die metabolisme van honderde verbindings in parallel (Williamson et al, 2017 Underhill & Khetani, 2018). Die resultate van sulke sistematiese toetse, tesame met insigte van in vivo dwelmmetabolisme, is die basis vir reëlgebaseerde en masjienleer-berekeningsmetodes om xenobiotiese metabolisme te voorspel (Djoumbou-Feunang et al, 2019 de Bruyn Kops et al, 2019 ).

In teenstelling met menslike geneesmiddelmetabolisme, ontbreek vergelykbare grootskaalse datastelle vir mikrobiese geneesmiddelmetabolisme meestal, wat die beskikbare inligting beperk om voorspellende modelle van mikrobiese geneesmiddelmodifikasies te bou. Om hierdie beperking te omseil, het verskeie navorsingsgroepe inligting oor primêre en sekondêre metabolisme gebruik om potensiële geneesmiddelmodifikasiereaksies af te lei gebaseer op biochemiese reaksies en substraatstrukture (Klünemann) et al, 2014 Guthrie et al, 2019). Alhoewel hierdie benadering ooreenstem met die chemiese ooreenkoms tussen geneesmiddels en endogene verbindings, ly dit onder die feit dat die gene, biochemie en lewenstyl van die meeste dermmikrobiome-lede swak gekarakteriseer word (Almeida et al, 2019). Dit maak dit ook uitdagend om 'n (gestandaardiseerde) stel mikrobioom-afgeleide spesies/stamme/ensieme te definieer om hul aktiwiteit teen geneesmiddelmolekules te toets, soos dit bestaan ​​vir menslike geneesmiddelmetaboliserende ensieme. As 'n oplossing het twee onlangse studies volledige menslike fekale gemeenskappe gekweek om hul dwelmmetaboliseringsvermoë te toets ex vivo met 'n paneel van tot 438 verskillende verbindings (van de Steeg et al, 2018 Javadan et al, 2020). Hierdie eksperimentele opstelling het die voordeel dat mikrobiese gemeenskapslede nie geselekteer hoef te word nie a priori en sluit mikrobiese interaksies in wat geneesmiddelmetabolisme kan beïnvloed, soos getoon vir opeenvolgende L-dopa metabolisme deur twee verskillende spesies (Maini Rekdal et al, 2019). 'n Uitdaging van hierdie benadering is die ongelyke stamverspreiding in geïsoleerde mikrobiese gemeenskappe, wat die metaboliese potensiaal van mikrobes wat teen lae oorvloed voorkom, kan masker en onderskat. ex vivo, maar kan heel moontlik aktief en relevant wees in vivo. Vergelykbaar met die beskryfde sistematiese onder-na-bo-benadering om geneesmiddelaktiwiteit op verteenwoordigende panele van bakterieë in isolasie te toets (Maier et al, 2018), is soortgelyke pogings aangewend om hul metaboliese aktiwiteit teen 'n groot paneel dwelms af te lei (Zimmermann et al, 2019b). Deur mikrobiese gemeenskappe of enkele bakteriese stamme te toets, is tot 65% van die getoetste middels gemetaboliseer, wat daarop dui dat die mikrobiese geneesmiddelmetabolisme 'n veel meer algemene verskynsel is as die paar anekdotiese voorbeelde wat oor die afgelope paar dekades versamel is (hersien in Wilson & Nicholson, 2017) ).

Verkry molekulêre insigte in mikrobiese geneesmiddelmetabolisme

Ex vivo dwelmtransformasietoetse met fekale gemeenskappe wat van verskillende individue geïsoleer is, het groot interpersoonlike verskille in die gemeenskappe se dwelmmetaboliseringsvermoë getoon (Zimmermann et al, 2019b) (Fig 2), wat bevestig word deur verskille in die geneesmiddelmetaboliseringspotensiaal vir verskillende bakteriese spesies en stamme (Lindenbaum et al, 1981 Haiser et al, 2013 Zimmermann et al, 2019b). Hierdie bevindinge dui daarop dat die molekulêre meganismes van mikrobiese geneesmiddeltransformasie geïdentifiseer moet word om die geneesmiddelmetaboliseringsvermoë van 'n individu se mikrobioom te voorspel. Om mikrobiese ensieme en weë wat verantwoordelik is vir geneesmiddelomskakeling te identifiseer, is verskeie stelselbenaderings toegepas. Gebaseer op die aanname dat metaboliese weë dikwels transkripsie-geïnduseer word deur hul substrate, kan transkripsie-vergelyking in die teenwoordigheid en afwesigheid van 'n gegewe geneesmiddel uitgevoer word. Hierdie benadering is suksesvol toegepas om die ensieme van Eggertella lenta (DSM 2243) en Escherichia coli (K12) wat digoksien metaboliseer (Haiser et al, 2013) en 5-fluorurasiel (voordruk: Spanogiannopoulos et al, 2019 ), onderskeidelik. Wins-of-function en verlies-van-funksie genetiese skerms is gekombineer met massaspektrometrie-gebaseerde analise om gene wat betrokke is by mikrobiese geneesmiddelmetabolisme sistematies te identifiseer (Zimmermann) et al, 2019a, 2019b) (Figuur 2). Geneesmiddelspesifieke chemiese probes is ook gebruik om ensiemaktiwiteit te ondersoek en om ensieme af te trek wat 'n geneesmiddelomskakeling van belang oordra, soos elegant toegepas vir die identifikasie van beta-glukuronidases (Jariwala) et al, 2020). Laastens is rekenaarbenaderings gebaseer op metaboliese reaksienetwerke, vergelykende genomika van bakteriese isolate of mikrobioomsamestelling aangewend om moontlike genetiese faktore wat verantwoordelik is vir geneesmiddelmetabolisme te identifiseer (Klünemann) et al, 2014 Mallory et al, 2018 Guthrie et al, 2019). Sodra dit geïdentifiseer is, kan mikrobiese gene betrokke by geneesmiddelmetabolisme dien as potensiële biomerkers om die geneesmiddelmetaboliese kapasiteit van 'n gegewe mikrobiese gemeenskap kwantitatief te voorspel (Zimmermann et al, 2019b) (Figuur 3), wat nuwe paaie oopmaak om die impak van mikrobiese geneesmiddelmetabolisme op die gasheer te verstaan ​​en uiteindelik die rol daarvan in die interpersoonlike veranderlikheid in geneesmiddelreaksie.

Die rol van die gasheer

Interaksies tussen geneesmiddels en mikrobes geïdentifiseer in vitro moet in die gasheerkonteks gevalideer word, om vas te stel dat mikrobes en geneesmiddel by relevante konsentrasies en op dieselfde plek ontmoet. Bykomende interaksies wat gewoonlik nie voldoende weerspieël word deur in vitro stelsels, maar is relevant in die gasheerkonteks, sluit in dieetinteraksies, gasheergeneesmiddelmetabolisme, immuunresponse en die teenwoordigheid van endogene gasheermolekules. Om die molekulêre meganismes wat die wedersydse interaksies tussen mikrobioom en gasheer beheer, te probeer verstaan ​​en die komposisionele aanpassings van die mikrobiese gemeenskap en veranderde fisiologie van die gasheer te probeer verduidelik, is die kern van mikrobioomnavorsing. Watter omgewings- en gasheerfaktore vorm die samestelling en die funksionele uitset van die mikrobioom? Hoe beïnvloed veranderde mikrobioomsamestelling en funksies die gasheer? Altesaam moet die gevolge van mikrobioom-geneesmiddel-gasheer-interaksies op 'n molekulêre vlak verstaan ​​word om dit te benut en toe te pas om terapie te verbeter (Fig 3). Hieronder bespreek ons ​​geskikte benaderings vir die bestudering van mikrobioom-geneesmiddel-gasheer-interaksies (Fig 2).

In vitro benaderings

Mikrobiese gemeenskappe kan interaksie hê met en die gasheer beïnvloed met peptiede/proteïene (Gil-Cruz et al, 2019), RNA (Liu et al, 2016), en metaboliete (Uchimura et al, 2018 Koh & Bäckhed, 2020). In die konteks van mikrobioom-geneesmiddel-gasheer-interaksies, veral in die geval van kleinmolekule-medisyne, lyk metaboliet-gebaseerde interaksies natuurlik. Dekades se farmakologiese navorsing het gelei tot die ontwikkeling van in vitro benaderings om sistematies vir molekules te sif met 'n potensiële effek op die gasheer. Sommige daarvan is ook suksesvol toegepas om metaboliese mikrobioom-gasheer interaksies te bestudeer. Membraangebonde G-proteïengekoppelde reseptore (GPCR) is 'n hoofteiken vir farmakologiese intervensies, wat tans meer as een derde van die teikens vir voorgeskrewe medisyne verteenwoordig (Rask-Andersen et al, 2011). Hierdie molekulêre sensors is alomteenwoordig in soogdiergashere, bind ligande uit hul omgewing en transduseer die sein deur molekulêre kaskades om selfisiologie te verander. Verskeie studies is onlangs gepubliseer wat hoë-deurset GPCR-aktiveringstoetse gebruik om te kyk vir mikrobioom-geproduseerde GPCR-ligande (Cohen et al, 2017 Colosimo et al, 2019 Chen et al, 2019). Elkeen van hierdie studies het begin met metaboliete wat uit mikrobiese kulture onttrek is, wat dan op gemanipuleerde GPCR-verslaggewer-sellyne getoets is om reseptoraktivering vas te stel. Opvallend genoeg het hierdie studies mikrobioom-afgeleide ligande vir nog ongekarakteriseerde, sogenaamde wees-GPCR, geïdentifiseer wat van besondere belang is om moontlik die geneesmiddelteikenruimte uit te brei. Volgens dieselfde beginsel is verslaggewersellyne vir die aktivering van kernreseptore, nog 'n belangrike teikenklas van geneesmiddelteikens, gebruik om mikrobioom-afgeleide ligande van menslike reseptore (Estrela) te identifiseer et al, 2019). Hierdie studies illustreer die toepaslikheid en krag van sistematiese skerms gebaseer op menslike sellyne, wat aanvanklik in pyplyne vir geneesmiddelontdekking ontwikkel is, om die chemiese interaktoom tussen die mikrobioom en die gasheer te karteer. Na aanleiding van hierdie voorbeelde kan soortgelyke siftingsbenaderings toegepas word op die ontleding van verskillende reseptorklasse, metaboliese aktiwiteit en vervoerder spesifisiteit. Duidelike sterk punte van hierdie toetse sluit in hul reduksionistiese karakter, meganistiese insigte en hoë-deursetvermoë, terwyl die gebrek aan weefselkonteks en fisiologiese relevansie ooglopende beperkings verteenwoordig.

Intestinale enteroïede en organoïede oorkom hierdie beperking deur differensiasie van stamselle in spesifieke derm seltipes, soos enterosiete en bekerselle, die vorming van kriptmakrostrukture, en omvat intestinale eienskappe, soos versperringsfunksies (Sato) et al, 2009 Yin et al, 2014 Pearce et al, 2018). Sulke orgaankultuurstelsels is gebruik om die interaksies van menslike enteriese weefsel met patogeniese en kommensale bakterieë (Lukovac) te bestudeer et al, 2014 Pleguezuelos-Manzano et al, 2020). Verder is hierdie stelsels suksesvol aangewend om die effek van bakteriese oppervlak of afgeskeide molekules, soos lipopolisakkariede en muramiel-dipeptiede (Nigro) te bestudeer. et al, 2014 Naito et al, 2017), en van mikrobioom-afgeleide klein molekules, soos kortketting-vetsure en indolakrielsuur (Park) et al, 2016 Wlodarska et al, 2017 Pleguezuelos-Manzano et al, 2020). Gekombineer met mikrofluïdiese tegnologie, is toetse wat mikrobes saam met gasheerweefsel kweek, ontwikkel om kunsmatige dermstelsels op 'n skyfie te skep, wat sistematiese metings onder gekontroleerde toestande moontlik maak, terwyl die mikrobioom-gasheer-koppelvlak maksimaal naboots (Jalili-Firoozinezhad et al, 2019). Sulke in vitro benaderings wat mikrobioom-gasheer-interaksies simuleer, kan in die toekoms ons meganistiese begrip van geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies bevorder.

Geheel en al, in vitro siftingsbenaderings wat aangepas is vanaf farmaseutiese navorsing en nuwe tegnologie-gedrewe platforms kan beide die sistematiese studie van geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies fasiliteer. Soos getoon vir GPCR's, kan sulke benaderings funksionele insigte verskaf in die molekulêre interaksies tussen mikrobes en die gasheer, wat deur middeltoediening veroorsaak word. 'n Sistematiese disseksie van die onderliggende interaksies sal die weg baan vir die toekoms in vivo studies in diermodelle en kliniese omgewings.

Diere modelle

Uiteindelik poog ons om die uitwerking van dwelm-inname op die hele organisme te verstaan. Vir hierdie doel kan ongewerwelde modelle kragtige modelle verteenwoordig wat selkultuurstelsels na komplekse modelorganismes en kohortstudies oorbrug. Beide die vrugtevlieg Drosophila melanogaster en aalwurm C. elegans, twee model-organismes met goed gevestigde genetiese en genomiese hulpbronne, word dikwels in mikrobioomnavorsing oor die hoof gesien (Norvaisas & Cabreiro, 2018). Dit spruit uit die feit dat hul geassosieerde mikrobes die taksonomiese en funksionele diversiteit van die menslike mikrobioom swak weerspieël en dat in die geval van C. elegans, die impak van mikrobes op die gasheer is eerder van voedingswaarde as van simbiotiese aard (Trinder et al, 2017 Douglas, 2019 Zimmermann et al, 2020). Albei organismes het langdurige tradisies van hoë-deurset sifting en laat 'n verskeidenheid verskillende biomediese uitlesings toe wat wissel van fluoressensieverslaggewers van geenfunksie tot lewensduur, vrugbaarheid en gedragsondersoeke. Verder bied hulle albei waardevolle voordele vir mikrobioomstudies, soos moeitelose grootskaalse produksie van kiemvrye of gnotobiotiese diere en maklike genetiese manipulasie, wat skaalbare, koste- en tyddoeltreffende studies van die gasheer-geneesmiddel-mikrobioom-koppelvlak moontlik maak ( Diot et al, 2018 Douglas, 2018). Hierdie twee ongewerwelde modelle het hul waarde bewys vir navorsing oor geneesmiddelontdekking (Pandey & Nichols, 2011 O'Reilly et al, 2014 Fernández-Hernández et al, 2016) en is onlangs suksesvol aangewend om interaksies by die dwelm-mikrobioom-gasheer-triade te bestudeer.

Die lae diversiteit derm mikrobioom van Drosophila melanogaster was onlangs voordelig in die openbaarmaking van algemene beginsels van antibiotika-verdraagsaamheid wat bemiddel word deur metaboliese interspesie-interaksies (Aranda-Díaz et al, 2020). In 'n reeks elegante studies het die C. elegans model wat toegelaat word om bakteriële nukleotiedmetabolismegene te identifiseer wat chemoterapeutiese doeltreffendheid op die gasheer beïnvloed (Scott et al, 2017 García-González et al, 2017) of om te verstaan ​​hoe dieet metformien se positiewe effek op lewensduur deur dermmikrobes kan beïnvloed (Pryor et al, 2019). Samevattend kan ongewerwelde modelle instrumenteel wees in die vooraf-seleksie van die mees relevante van die vele moontlike geneesmiddel-mikrobe-kombinasies vir 'n gegewe vraag.

In teenstelling met ongewerwelde modelle, is knaagdiermodelle al dekades lank die standaard vir farmaseutiese en mikrobioomnavorsing (Nguyen) et al, 2015). Hulle is geskik vir farmakokinetiese studies, laat die gebruik van gevestigde siektemodelle toe en is meer relevant vir menslike gasheerfisiologie en mikrobiota-biogeografie. In die mikrobioomveld word knaagdiermodelle gewaardeer vir die beheerde eksperimentele manipulasie van gasheer (uitklophoue), mikrobioom (gnotobiologie) en omgewing (bv., dieet) en hul genetiese, anatomiese en fisiologiese verwantskap met mense. Dit is ideale beginpunte om vrae oor geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies aan te spreek. Histories is mikrobioom-gemedieerde geneesmiddelmetabolisme vir die eerste keer in rotte ontdek: terwyl die anti-inflammatoriese middel, salisylazosulfapiridien in konvensionele diere gemetaboliseer is, het die ouerverbinding onveranderd gebly in aseptiese (antibiotika-behandelde) rotte (Peppercorn & Goldman, 1972). Dit was die beginpunt vir analoge studies met ander middels onder die aanname van vergelykbare metaboliese funksionaliteite tussen knaagdier- en mensgeassosieerde mikrobes. Net so, baie dekades later, het die kombinasie van geneties gemanipuleerde ingewande kommensale en gnotobiotiese muise 'n stelsel verskaf om gasheer en mikrobioom bydrae tot gedeelde geneesmiddelmetabolisme kwantitatief te skei en die rol van 'n enkele mikrobiese ensiem in hierdie interaksie te bepaal (Zimmermann) et al, 2019a). Ander navorsers het kombinatoriese terapieë gebruik, dit wil sê antibiotika gekombineer met die geneesmiddel wat ondersoek word om die invloed van die mikrobioom op die geneesmiddel se farmakokinetiese parameters te ontrafel (Malfatti) et al, 2020). Verder is knaagdiermodelle nuttig om moontlike terapeutiese strategieë te ondersoek om mikrobioom-geïnduseerde geneesmiddeltoksisiteit te versag, soos inhibeerders van die bakteriële beta-glukuronidase-ensieme (Wallace) et al, 2010 Bhatt et al, 2020 ).

Daar is talle knaagdierstudies oor dwelm-gemedieerde komposisionele mikrobioomveranderinge en die gevolge daarvan op gasheerfisiologie. 'n Aantal het die kort- en langtermyn-effekte van antibiotika ondersoek (bv., Cox et al, 2014 Cho et al, 2012 Nobel et al, 2015 Ruiz et al, 2017). In toenemende mate ondersoek sulke studies ook die uitwerking van nie-antibiotiese middels en dieet op dwelm vatbaarheid en herstel (Ng et al, 2019 Cabral et al, 2019 Garland et al, 2020). Terwyl gehumaniseerde muise (gekoloniseer met menslike mikrobiota) 'n hoeksteenmodel geword het om oorsaaklikheid tussen veranderde mikrobioomsamestelling en gasheerfenotipe in verskeie siektes te demonstreer, het hierdie strategie tot dusver min nut gevind om te bepaal of 'n geneesmiddel se terapeutiese effek deur die mikrobioom bemiddel word. Een uitsondering is weer die antidiabetiese middel metformien, waar fekale oorplanting van metformien-behandelde pasiënte in kiemvrye muise voldoende getoon is om glukosetoleransie van ontvangermuise te verbeter (Wu) et al, 2017). Hierdie benadering bied 'n kragtige instrument om sein langs die dwelm-mikrobioom-gasheer-as te ondersoek met baie denkbare maniere vir verbetering (bv., verrykings- en suiweringsstappe, gedefinieerde mikrobiese konsortia, ex vivo inkubasie van dwelms en mikrobes) (Walter et al, 2020). Knaagdiermodelle het verder bygedra tot ons begrip van hoe die dermmikrobioom teenkanker-immunoterapie deur PD-1 (Tanoue) beïnvloed et al, 2019), CTLA-4 blokkasie (Vétizou et al, 2015 Sivan et al, 2015 Mager et al, 2020) of in siklofosfamiedterapie (Viaud et al, 2013), wat alles lei tot bevindings van hoë oordraagbaarheid na mense (hersien in (Zitvogel) et al, 2018 ).

Vergelykende sisteemvlak-ontledings van gnotobiotiese en konvensioneel grootgemaakte muise maak dit moontlik om die effekte van mikrobiese kolonisasie op die organismeskaal te karteer (Mills et al, 2020). Sulke benaderings het aan die lig gebring dat talle gasheer xenobiotiese verwerkingsgene, m.a.w., P450-sitochrome (CYP's), fase II-ensieme en vervoerders word deur die mikrobioom beïnvloed, beide op die RNA- en proteïenvlak en op verskeie liggaamsplekke (Selwyn et al, 2016 Kuno et al, 2016, 2019 Fu et al, 2017). Gevolglik kan die mikrobioom ook 'n indirekte impak op geneesmiddelfarmakokinetika hê deur xenobiotiese metabolisme van die gasheer te moduleer (Dempsey & Cui, 2019).

Goed ontwerpte benaderings wat die parallelisering van die ontledings moontlik maak en sodoende die hoeveelheid proefdiere verminder, sal ons begrip van geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies in beide rigtings geweldig versnel, naamlik dié van geneesmiddels op mikrobes sowel as dié van mikrobes op dwelms.

Vertaling na mens

'n Beter meganistiese begrip van die geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies maak die translasiemoontlikheid oop om die mikrobioom en sy interpersoonlike variasie in samestelling te benut om geneesmiddelbehandelings op beide algemene en persoonlike maniere te verbeter. Sulke mikrobioom-gebaseerde behandelings kan 'n wye reeks verskillende toepassings insluit (Fig 3). Analoog aan menslike genetiese merkers wat geneesmiddeldosering en potensiële geneesmiddel-middel-interaksierisiko's rig, kan mikrobioom-biomerkers gebruik word om geneesmiddelreaksie te voorspel en behandelingsregimes te rig, soos vertoon vir digoksien (Haiser) et al, 2013). Die identifikasie van mikrobioom-gekodeerde ensieme wat die geneesmiddelreaksie negatief beïnvloed, is die basis vir die ontwikkeling van spesifieke inhibeerders wat hierdie mikrobiese prosesse teiken. Sulke inhibeerders is ontwikkel om mikrobiese metabolisme van L-dopa en deglukuronidering van geneesmiddelmetaboliete (Wallace) te inhibeer et al, 2010 Maini Rekdal et al, 2019). Alhoewel dit konseptueel interessant is, kom die toevoeging van bykomende bioaktiewe verbindings tot 'n gegewe geneesmiddelformulering met nuwe uitdagings, soos regulatoriese struikelblokke, verhoogde polifarmasie en teikenlewering aan die mikrobioom. Verder hou die teiken van mikrobiese ensieme die inherente risiko in om mikrobioomsamestelling en moontlik funksie te verander. Hierdie risiko bied egter ook 'n geleentheid. In teenstelling met die menslike genome, kan die dermmikrobioom vinnig verander word, waardeur beide kante van die pasiënt-geneesmiddel-interaksie op unieke wyse geoptimaliseer kan word vir maksimum terapeutiese voordeel (Taylor et al, 2019). Intervensies soos dieetveranderinge, antibiotika-toediening of fekale mikrobiota-oorplanting (FMT) veroorsaak algemene verskuiwings in mikrobioomsamestelling, terwyl prebiotika, probiotika en faagterapieë die potensiaal het om geteikende veranderinge aan die mikrobioom in te voer (Kassie 2). Afgesien van hierdie intervensies wat daarop gemik is om die mikrobioomsamestelling meer permanent te verander, is benaderings om die funksionele uitset van die mikrobioom tydelik te verander ook in die vooruitsig gestel. Sulke verbygaande veranderinge kan bereik word deur die toediening van probiotika wat nie die ingewande stabiel koloniseer nie, maar wat die dermfisiologie tydens hul dermgang verander. Nog 'n belowende manier is die gebruik van postbiotika, wat die funksionele uitset is van voordelige mikrobes, soos metaboliete, wat abioties toegedien word.

Raam 2. Mikrobioommodulasies

Die mikrobioom het 'n primêre terapeutiese teiken geword, met baie deurlopende kliniese proewe vir verskeie mediese indikasies. Hierdie studies het gewoonlik ten doel om die mikrobioom te moduleer na 'n gesondheidsbevorderende toestand vir sy menslike gasheer (bv., vir kolorektale kanker (Fong et al, 2020), vir aterosklerose (Chen et al, 2020). Die maniere om dit te doen verskil geweldig en sluit 'n reeks intervensies in wat geskei kan word in biotiese en abiotiese middels wat lei tot óf globale óf geteikende veranderinge van die mikrobioomsamestelling. Verder poog sommige van hierdie mikrobioom-geteikende terapieë om die mikrobioom permanent te verander, terwyl ander op 'n verbygaande effek mik. Al hierdie intervensies het gemeen dat hulle die funksionele uitset van die mikrobiese gemeenskap verander en dus die mikrobioom-gasheer interaksies. Alhoewel mikrobioommodulasies nog nie omvattend ondersoek is om mikrobioom-geneesmiddel-gasheer-interaksies te verander om geneesmiddelreaksie te verbeter en nadelige effekte te verlig nie, bied ons 'n oorsig van die moontlike maniere om dit te doen (sien ook Fig 3).

Abiotiese intervensies bestaan ​​uit dieetveranderinge wat mikrobioomsamestelling verskuif en prebiotika, wat spesifieke verbindings is, soos sekere suikers, wat verkies word deur mikrobioomsubpopulasies wat lei tot hul toename in oorvloed. Bykomende abiotiese middels sluit peptiede, dwelms en ander xenobiotika in, waarvan antibiotika intuïtiewe mikrobioommodifiseerders is. Meer onlangs het postbiotika toenemende aandag gekry (Wegh et al, 2019). Die term som 'n verskeidenheid verskillende bioaktiewe fermentasieprodukte op soos kortkettingvetsure of sekondêre galsure. In teenstelling met die ander middels, werk postbiotika nie deur samestellingsmikrobioomveranderinge nie, maar boots direk 'n veranderde funksionele mikrobioomuitset na.

Biotiese intervensies is gebaseer op biologiese middels, soos hele dermgemeenskappe of spesifieke mikrobes om die funksie van 'n persoon se mikrobiota te verander. Fekale mikrobiota-oorplantings (FMT) dra die hele mikrobiese dermgemeenskap van een persoon na 'n ander oor. As gevolg van die uitdagings om fekale materiaal te standaardiseer en te reguleer (Giles et al, 2019), is baie pogings daarop gemik om sintetiese gemeenskappe van gedefinieerde kwaliteit en eienskappe te ontwerp wat oorgeplant kan word. Probiotika beskryf spesifieke bakteriese stamme wat vir terapeutiese doeleindes bedoel is (Suez et al, 2019). Hulle is GRAS-gesertifiseer (algemeen as veilig beskou) deur die Food and Drug Administration en sluit mikrobes van verskillende filums in soos bv. Lactobacillus reuteri en Bifidobacterium casei. Verder kan probiotiese bakterieë geneties gemodifiseer word om spesifieke terapeutiese eienskappe uit te druk (bv., terapeutiese proteïene (Gurbatri et al, 2020)), terwyl die volgende generasie probiotika gebaseer is op mikrobiese isolate uit die dermmikrobiota wat weer ingevoeg word, moontlik na in vitro wysiging (O'Toole et al, 2017). Die ontdekking van toenemende getalle mikrobioom-geassosieerde bakteriofage bied die geleentheid om faagterapie toe te pas om ongewenste bakteriese spesies en stamme uit 'n mikrobiese gemeenskap op 'n baie spesifieke wyse uit te skakel (Sausset et al, 2020). In prekliniese modelle van kolorektale kanker, fage van die tumor geassosieer Fusobacterium nucleatum is selfs gebruik vir doelgerigte dwelmaflewering (Zheng et al, 2019 ).

Mikrobioomgerigte intervensies kan ook aangewend word om die samestellingsverskuiwings wat deur medisinale geneesmiddelbehandelings ingestel word, teen te werk. Outoloë fekale mikrobiota-oorplanting (outo-FMT) het die behandelingsuitkoms verbeter van pasiënte wat allogene hematopoietiese stamseloorplanting ondergaan om hul mikrobioom te herkonstitueer na die antibiotika-regimes tydens hematopoietiese stamselvervanging (Taur) et al, 2018). Soortgelyke benaderings kan toegepas word om dysbiose te behandel wat deur mensgerigte geneesmiddelbehandelings veroorsaak word. Twee onlangse studies het kleinmolekulemedisyne saam met antibiotika toegedien om die uitwerking van antibiotika op dermkommensale te verlig (voordruk: Maier et al, 2020 Garland et al, 2020), wat nuwe maniere bied om die kollaterale skade van geneesmiddelbehandeling op gesonde mikrobiome te vermy of terug te keer.

Afgesien van direkte geneesmiddel-mikrobioom-interaksies, kan indirekte effekte ook mikrobioom- en gasheerfunksies en -interaksies beïnvloed. Protonpomp-inhibeerders (PPI)'s is byvoorbeeld van die middels met die mees uitgesproke effek op die dermmikrobioomsamestelling (Imhann) et al, 2016). Daar word gedink dat dwelm-geïnduseerde veranderinge in dermfisiologie, soos verhoogde maag pH, bydra tot hierdie effek. Analoog is daar ook getoon dat middels wat intestinale motiliteit verander, mikrobioomsamestelling beïnvloed (Vich Vila et al, 2020). Die mikrobioom kan ook indirek menslike geneesmiddelmetabolisme beïnvloed en farmakokinetika beïnvloed deur regulering of inhibisie van menslike ensieme. Daar is byvoorbeeld getoon dat die mikrobioom-geproduseerde metaboliet p-cresol O-sulfoneringsensieme in die lewer kompeterend inhibeer, wat inmeng met acetaminophen-opruiming (Clayton) et al, 2009). Gegewe die kompleksiteit van hierdie indirekte effekte en ons huidige gebrek aan hul begrip, is sistematiese benaderings nodig om hierdie interaksies op molekulêre vlak omvattend te karteer.

Wanneer laboratoriumbevindinge vertaal word, veral van hoë deurset in vitro skerms, vir menslike studies, is dit noodsaaklik om farmakokinetiese beginsels in ag te neem. Byvoorbeeld, orale middels, wat steeds die belangrikste vorm van formulerings is wat gebruik word, word tipies in die dunderm geabsorbeer waar bakteriese digthede taamlik laag is. Daarteenoor huisves die dikderm die mees digte en diverse mikrobiese gemeenskappe van die menslike liggaam, maar die absorpsiekapasiteit van die kolon is beperk as gevolg van verminderde oppervlakte en aantal vervoerproteïene. Dit laat die vraag ontstaan ​​watter bakterieë-geneesmiddel-interaksies eintlik relevant is vir geneesmiddelfarmakokinetika.

Om hierdie beperkings te oorkom, is fisiologie-gebaseerde farmakokinetiese (PBPK) modelle wat die mikrobioom-geneesmiddel-interaksies vir farmakokinetika in ag neem onlangs ontwikkel (Zimmermann) et al, 2019a Zimmermann-Kogadeeva et al, 2020). Beperkte biobeskikbaarheid, veranderde intestinale transito en stadige vrystelling geneesmiddelformulerings beïnvloed geneesmiddelkonsentrasies in die dikderm direk, wat wederkerige effekte tussen die geneesmiddel en die mikrobioom kan beïnvloed. Om die farmakokinetika van die geneesmiddel direk te beïnvloed, moet mikrobiese metabolisme en/of bioakkumulasie in die dermbuis plaasvind, waar absorpsie van geneesmiddel of sy metaboliete ook plaasvind. 'n Voorbeeld van sulke direkte mededinging tussen mikrobiese geneesmiddelmetabolisme en dermabsorpsie is getoon vir L-dopa in die dunderm, wat die geabsorbeerde geneesmiddel op 'n mikrobioom-afhanklike wyse verminder (Maini Rekdal et al, 2019). Nog 'n voorbeeld is die mikrobiese omskakeling van sorivudien en brivudien na die lewertoksiese metaboliet bromovinyluracil in die dikderm, wat lei tot verhoogde serumvlakke en lewertoksisiteit na dikdermabsorpsie (Zimmermann) et al, 2019a). Die mikrobioom-spesifieke PBPK-model voorspel verder dat uitgebreide galuitskeiding van geneesmiddel- en geneesmiddelmetaboliete tot hul ophoping in die ingewande kan lei en dus tot verbeterde geneesmiddel-mikrobioom-interaksies kan lei. Dit verskaf 'n roete en verduideliking vir nie-oraal toegediende middels om met die dermmikrobioom in wisselwerking te tree, soos getoon vir die intraveneus toegediende teenkankermiddel irinotecan (CPT-11), waarvoor mikrobioomveroorsaakte nadelige effekte dosis- en behandelingsbeperkend is (Wallace) et al, 2010). CPT-11 is 'n progeneesmiddel wat deur menslike ensieme na sy aktiewe verbinding SN-38 omgeskakel word, voor fase II lewerreaksies (m.a.w., glukuronidasie) deaktiveer die verbinding voor galafskeiding in die ingewande. Die menslike dermmikrobioom kodeer vir honderde verskillende beta-glukuronidases wat glukuronaat uit lewer-afgeleide (dwelm) metaboliete (Pollet) verwyder et al, 2017). In die geval van SN38 lei dit tot plaaslike ophoping van die sitotoksiese verbinding wat lei tot dermkomplikasies, soos erge diarree. In ander gevalle kan mikrobioom-geproduseerde deglukuronideringsprodukte óf direk óf na addisionele mikrobiese omskakeling herabsorbeer word vanaf die ingewande wat sistemiese geneesmiddel- of geneesmiddelmetabolietblootstelling beïnvloed, soos getoon vir mikofenolaat en klonasepam, onderskeidelik (Elmer & Remmel, 1984 Ishizaki et al, 2012 Zimmermann et al, 2019a). Alhoewel sistematiese benaderings nodig is om moontlike geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies op molekulêre vlak omvattend te karteer, beklemtoon hierdie voorbeelde die belangrikheid om 'n organisme-siening oor die resultate te behou en die relevansie daarvan vir vertaalbaarheid na klinieke te evalueer.

Gevolgtrekkings en toekomsperspektiewe

Sistematiese benaderings het begin om nuwe insigte te verskaf oor geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies. 'n Molekulêre begrip van die dwelm-mikrobioom-gasheer-triade sal strategieë oopmaak om bestaande kliniese geneesmiddelbehandelings te verfyn, geneesmiddeldoeltreffendheid te verbeter en nadelige effekte te verminder. Sulke strategieë kan beide mikrobioom-geïnspireerde verbindingsmodifikasies en modulasies van die mikrobioomsamestelling insluit. Dit is denkbaar dat benaderings wat gerig is op 'n sistematiese assessering van geneesmiddel-mikrobioom-interaksies deel sal word van prekliniese geneesmiddelontwikkeling, wat die huidige in vitro toetse en in silico modellering om menslike geneesmiddelmetabolisme en toksisiteit te voorspel. Benewens die behoefte om geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies in ag te neem vir nuwe regulatoriese vereistes, kan sulke kennis die sleutel tot prekliniese geneesmiddelontwikkelingstadia wees. Dit kan vroeë saamgestelde triaging verbeter en teikenstudies op spesifieke pasiëntgroepe, wat komplikasies voorsien wat in die kliniese fase kan ontstaan ​​as gevolg van interpersoonlike mikrobioom verskille.

'n Verbeterde meganistiese begrip van wederkerige geneesmiddel-mikrobioom-interaksies sal ook lig werp op die potensiële rol van die mikrobioom in geneesmiddel-middel-interaksies, wat dikwels in polifarmasie waargeneem word. Meer algemeen, nie-geneesmiddelverbindings, soos ander xenobiotika, voedingstowwe, hulpstowwe en selfs endogene metaboliete, beïnvloed waarskynlik ook geneesmiddel-mikrobioom-gasheer-interaksies. Daarom moet ons eers hierdie interaksies sistematies karteer en dan hul meganistiese basis verstaan ​​om toekomstige (gepersonaliseerde) behandelings te bemagtig. Groot deel van die toekoms van geneesmiddelontdekking lê daarin om die pasiënt se mikrobioomsamestelling en -funksie te benut vir 'n verbeterde terapeutiese uitkoms.


Hoe kan die dermflora uit balans raak?

Dit kan baie verskillende oorsake hê. Die oormatige gebruik van antibiotika blyk vandag 'n groot probleem te wees. Hulle beveg bakterieë en onderskei nie tussen nuttige en skadelikes nie. Boonop bestaan ​​die gevaar dat weerstande tydens voortdurende gebruik sal ontwikkel. In die ergste geval oorleef presies daardie mikroörganismes waarteen die antibiotika veronderstel is om te veg – terwyl die nuttige bakteriese stamme in jou ingewande aangetas word. Boonop kry baie plaasdiere antibiotika. Die antibiotika kom op hul beurt ons organisme binne deur die vleis van die diere.

Gereelde gebruik van lakseermiddels kan ook die brose balans versteur, aangesien daar 'n risiko is dat te veel voordelige dermbakterieë verlore gaan. Ook, siektes van die derm met diarree en inflammatoriese weefselveranderinge kan die dermflora versteur.

Oor die algemeen is voeding 'n belangrike faktor vir intestinale gesondheid. Met probiotiese voedselaanvullings kan jy jou mikrobioom ondersteun.


Kyk die video: Probiotik uz antibiotik - Mnogo je probiotika, samo je jedan Bulardi! (September 2022).