Влияние низких доз антибиотиков на кишечник рыб-зебр
Низкие концентрации антибиотика в окружающей среде могут оказывать значительное влияние на кишечные бактерии, сообщают исследователи из Университета Орегона.
Исследование, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, использовало трёхмерную микроскопию на почти прозрачных рыбках-зебрах, чтобы показать, как слабые уровни антибиотиков вызывают структурные изменения в бактериальных сообществах кишечника, приводящие к резкому сокращению популяций бактерий.
"Низкие уровни антибиотиков часто встречаются как загрязнители окружающей среды, например, из-за их широкого использования в животноводстве", — сказал Рагхувир Партасарати, профессор физики. "Известно, что слабые антибиотики могут кардинально изменить микробиом кишечника человека, но почему это происходит, оставалось загадкой".
Личинки рыбок-зебр — хорошая модель для решения этой загадки, поскольку они имеют много анатомических сходств с людьми и другими позвоночными, а их кишечные микробы можно наблюдать напрямую.
В проекте личинки наблюдали с помощью 3-D микроскопии при воздействии концентраций антибиотика ципрофлоксацина, сопоставимых с уровнями, часто обнаруживаемыми в образцах окружающей среды.
Исследователи отдельно изучили рыб, несущих один из двух разных видов бактерий, каждый из которых часто встречается в кишечнике зебр. Бактерии одного вида подвижны и быстро плавают. Бактерии другого вида почти полностью агрегированы в плотные колонии.
В присутствии антибиотика оба типа бактерий показали драматические изменения в поведении. Обычно подвижный вид стал намного медленнее и образовал агрегаты. Обычно агрегированный вид изменил структуру, образовав ещё более крупные колонии с меньшей фрагментацией.
В обоих случаях усиленная агрегация сделала бактерии более чувствительными к механическим сокращениям кишечника, что привело к увеличению их выведения из кишечника и падению кишечных популяций более чем в сто раз.
"Наши результаты показывают, что из-за физической активности кишечника загрязнение антибиотиками вызывает гораздо большие изменения в микробиоме кишечника, чем можно было бы предположить, просто изучая бактерии изолированно. В некотором смысле, кишечник усиливает эффекты слабых антибиотиков".
На основе наблюдений исследователи разработали математическую модель динамики бактерий в кишечнике, предсказания которой по размерам колоний совпали с экспериментальными данными.
"Широкий спектр бактерий реагирует на слабые антибиотики, изменяя свою форму и поведение при агрегации", — сказал Партасарати. "Мы подозреваем, что открытые нами явления довольно общие для многих видов, включая людей и других животных".
Модель, по мнению авторов, предоставляет основу для оценки воздействия антибиотиков на людей и других животных. Команда предполагает, что выведение живых бактерий, подвергшихся воздействию антибиотиков, из кишечника животных посредством процесса, основанного на агрегации, может быть механизмом распространения устойчивости к антибиотикам.