Широкоспектральные антимикробные препараты и благополучие "голобионта"
Открытие антибиотиков (антимикробных препаратов) — одно из самых революционных достижений медицины XX века, позволившее лечить широкий спектр бактериальных инфекций. Однако антибиотики могут вызывать нежелательные эффекты в организме хозяина, включая различные патологии: колит, холеру, атопический дерматит, астму, экзему, аллергическую сенсибилизацию, кандидоз, аутоиммунный энцефалит и диабет. Исследование из Дании показало, что воздействие антибиотиков повышает риск развития диабета 2-го типа.
Человеческий и животный организм является домом для разнообразных комменсальных микроорганизмов, с которыми у хозяина существуют симбиотические отношения. Эта комменсальная флора играет ключевую роль в развитии, функционировании и эволюции хозяина. Люди и животные — не единые организмы, а сложные сети эукариотических и прокариотических клеток. Принимая антимикробные препараты, мы воздействуем не только на патогены, но и на естественный гомеостаз с микробами.
Полезность антимикробных препаратов
Антимикробные препараты необходимы для лечения обычных бактериальных инфекций, а также инфекций, связанных с хирургическими операциями, химиотерапией рака и трансплантацией органов. Они также используются в животноводстве для стимуляции роста и в качестве метафилактических средств.
Антимикробные препараты делятся на два типа по спектру действия:
- Широкоспектральные — активны против широкого круга грамположительных и грамотрицательных бактерий (тетрациклины, фениколы, фторхинолоны, цефалоспорины).
- Узкоспецифичные — активны против конкретных видов микроорганизмов (гликопептиды и бацитрацин — против грамположительных бактерий; полимиксины — против грамотрицательных; аминогликозиды и сульфонамиды — против аэробов; нитроимидазолы — против анаэробов).
Взаимодействие хозяина и микробов: концепция голобионта
Помимо патогенов, бесчисленные комменсальные микроорганизмы являются неотъемлемыми партнерами хозяина. Эта естественная экосистема формирует фенотипический и геномный ландшафт хозяина. Современные исследования показывают, что человек, животные и растения — это не отдельные организмы, а "биомолекулярные сети", состоящие из макроорганизма (хозяина) и миллионов микробов, влияющих на развитие, болезни, иммунитет, психологию и поведение.
Совокупность микробных сообществ в теле хозяина называется микробиотой, а их коллективный геном — микробиомом. В статье 2015 года в PLOS Biology Борденстайн и Тейс предложили более целостный взгляд, описывая хозяина и его микробиоту как единую организационную единицу — голобионт, а их совокупный геном — как гологеном.
"Сегодня происходит unmistakable transformation в понимании жизни... Животные и растения больше не рассматриваются как автономные сущности, а как 'голобионты', состоящие из хозяина и всех его симбиотических микробов", — говорит Борденстайн.
Авторы сформулировали 10 принципов голобионтов и гологеномов, среди которых:
- Голобионты и гологеномы — единицы биологической организации.
- Гологеном — это комплексная генная система.
- Изменчивость гологенома интегрирует все механизмы мутаций (точечные мутации, горизонтальный перенос генов, потерю/усиление микробов и др.).
- Голобионты и их гологеномы не меняют правила эволюционной биологии.
В организме человека бактерий примерно в 10 раз больше, чем человеческих клеток, а их гены играют crucial роль в здоровье: производят витамины, помогают пищеварению и формируют иммунную систему.
Экосистема хозяин-микроб и широкоспектральные антимикробные препараты
Широкоспектральные антимикробные препараты стали рутинным лечением и часто являются препаратами первого выбора. Это удобно из-за широкого покрытия при сложных инфекциях, даже когда узкоспецифичные альтернативы менее доступны.
Однако такое лечение наносит сопутствующий ущерб экосистеме хозяин-микроб, уничтожая не только патогены. Согласно концепции Борденстайна, нарушение отношений в голобионте из-за широкоспектральной терапии может вызывать долгосрочные фенотипические изменения у хозяина. Долгосрочные изменения в гологеноме (например, потеря ключевых микробов) могут привести к серьезным осложнениям для здоровья.
Вывод
Важность антимикробных препаратов для здоровья человека и животных неоспорима. Они незаменимы для снижения смертности от опасных инфекций и защиты при операциях или иммуносупрессии.
Однако в организме хозяина наряду с патогенами обитают многочисленные безвредные комменсальные микроорганизмы, играющие ключевую роль в поддержании здоровья. Антибиотики бросают вызов естественной микробной экосистеме. Ситуация усугубляется при широкоспектральной антимикробной химиотерапии из-за широкого диапазона действия, что может серьезно нарушить естественную флору.
Следовательно, необходимы новые подходы и методы антибактериальной терапии, которые бы боролись с патогенными микроорганизмами, но при этом сохраняли экосистему голобионта.