Противно на обичайните лекарства, пробиотиците могат да се развият по време на лечението в приемника. Учените са проследили поведението на E. coli Nissle 1917 в червата на мишката и са показали, че небалансираните чревни микробиоми и различни диети могат да повлияят на това как тази бактерия еволюира в стомашно-чревния тракт.

  • червата

Пробиотиците имат различни потенциални терапевтични приложения, въпреки че техните механизми на действие и как те могат да се променят след приложение не са напълно проучени. За разлика от традиционните лекарства, пробиотиците могат да се развият по време на лечението, но как този процес работи вътре в червата остава до голяма степен неуловим.

Ново проучване, ръководено от д-р Гаутам Дантас от Медицинското училище във Вашингтонския университет в Сейнт Луис (САЩ), установи, че пробиотикът Escherichia coli Nissle 1917 еволюира в стомашно-чревния тракт на мишката по време на лечението.

Изследователите се стремят да изследват адаптивното поведение на E. coli Nissle 1917 в червата на мишката, въз основа на ролята му за поддържане на клинична ремисия на улцерозен колит при възрастни и използването му като потенциален пробиотик от следващо поколение, проектиран.

Авторите се фокусират върху взаимодействието на пробиотичните бактерии с други коменсални микроорганизми в червата, ефектите от различните диети върху начина на еволюция на пробиотиците в стомашно-чревния тракт на мишките и въздействието на антибиотичното лечение върху пробиотика.

Гени, които предоставят селективно предимство на пробиотичната бактерия под стимула на околната среда, бяха изследвани чрез подходи за секвениране на целия геном след прилагане на немодифицирана E. coli Nissle заедно със смес от бактериална дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) от здрави индивиди.

ДНК на E. coli Nissle се променя по време на транзит през червата на мишките в продължение на 5 седмици, придружено от редица диети и сложни микробиоми на червата:

  • Диетични видове: стандартна миша диета, западна диета и западна диета, обогатена с фибри.
  • Профили на чревния микробиом: един без чревни микроби (мишки без микроби), друг с ограничен набор от бактерии, нормален чревен микробиом и нормален чревен микробиом след излагане на антибиотик.

Както диетата на мишките, така и бактериалните общности на червата са повлияли на начина, по който еволюира Е. coli Nissle. При мишки с ниско микробиомно разнообразие в червата мутациите, които подобряват използването на муцин, реакцията на стрес и използването на полизахариди с дълга верига, бяха обогатени, позволяваща оцеляването на бактерията. Всъщност бактериите от мишки с най-ниско разнообразие на чревната микробиота показват най-големите еволюционни промени във функционалното си разнообразие.

За разлика от това, Е. coli Nissle не показва значителна адаптация при мишки с много разнообразна чревна микробиота (съдържаща 13-членна дефинирана чревна микробиота, включително разграждащи полизахариди бактерии). Наличието на въглехидрати в червата оформя развитието на E. coli Nissle и постоянството в чревния микробиом с ограничен набор от бактерии. Освен това, този моноколонизиран чревен микробиом проявява повишена експресия на гликозил-хидролазни ензими, участващи в разграждането на сложни въглехидрати, което е ограничаващ капацитет на E. coli Nissle.

Някои мутации при условия, ограничаващи глюкозата, водят до инактивиране на метаболизма на глюконата. Освен това се съобщават доказателства за възможна връзка между метаболизма на глюконата и муциновия компонент N-ацетилглюкозамин, което е изгодно, когато муциновите компоненти са основният източник на въглерод.

От друга страна, предишното излагане на антибиотици при колонизирани мишки доведе до придобиване на пробиотична резистентност.

Освен изучаването на въздействието на чревния микробиом и сложността на диетата върху функциите на E. coli Nissle, Crook и колеги също потвърждават терапевтичните ефекти на инженерния пробиотик на E. coli Nissle, способен да разгражда фенилаланин в молекула, безопасно екскретирана в урината в миши модел фенилкетонурия. Този нов генериран пробиотик е генетично стабилен в продължение на 1 седмица лечение и намалява серумните нива на фенилаланин, като по този начин се предполага неговата потенциална употреба като пробиотик в краткосрочен план.

„Можем да използваме принципите на еволюцията, за да проектираме по-добър терапевтичен препарат, който е внимателно съобразен с хората, които се нуждаят от него. Това е възможност, а не проблем “, каза авторът Гаутам Дантас в прессъобщение.

В заключение, проучването показва адаптивното поведение на пробиотика на E. coli Nissle в червата на мишката, подчинено на небалансирани чревни микробиоми и различни хранителни модели, като по този начин се откриват нови пътища за преминаване към персонализирано пробиотично лекарство. Тестването на еволюцията на кандидат-пробиотик в стомашно-чревния тракт е важна характеристика, която, като се вземат предвид тези резултати, трябва да се има предвид при оценка на ефикасността и безопасността от ранните етапи на разработване на продукта.