抗生素影响肠道微生物群的组成和动态。抗生素治疗不仅导致微生物生物多样性的丧失，而且往往有利于选择耐药的细菌菌株。目前还不清楚微生物组对反复抗生素治疗的反应。在一项临床前研究中，由两名DZIF科学家领导的国际研究小组使用宏基因组和培养分析来确定重复使用抗生素后微生物群落恢复能力的进化机制。这项研究现已发表在著名的科学杂志《细胞宿主与微生物》上。

微生物组研究插图:无菌小鼠作为动物模型，琼脂板上从肠道分离的细菌培养物和抗生素试纸和血小板，以及DNA序列比较。

资料来源:慕尼黑大学

每个人的肠道微生物群都包含一个特定的微生物群落，通常可以保持稳定数年。然而，饮食改变、感染或药物等因素可能会使它失去平衡。抗生素尤其对微生物群有很强的影响。作为回应，微生物采用各种耐药机制，单个细菌种群通过选择耐抗生素变异而进化。然而，这些过程的程度和机制及其对微生物群落生态的影响尚不清楚。

在一项全面的宏基因组研究中，DZIF科学家Bärbel Stecher教授和Alice McHardy教授与一个国际研究小组一起研究了暴露于抗生素反复破坏的肠道细菌的进化。为此，他们使用了一种无菌小鼠模型，即无菌小鼠，并稳定地定植了已知的细菌联合体。该模型允许在定义明确和可控的条件下对自然宿主中的群落个体成员进行进化研究。然后，研究人员在80天的时间里分析了不同种类的抗生素对微生物群的影响。利用宏基因组分析，他们跟踪了细菌种群中推定的促进抗生素耐药性突变的选择，随后分析了从群落中分离出来的进化细菌克隆的特征。

“我们能够追踪反复的抗生素治疗如何导致抗生素耐药性共生菌的选择，这种共生菌在一段时间后增加了微生物群落对某些抗生素(如四环素类抗生素)的恢复能力。除了通过个体微生物的进化来适应微生物组外，我们还发现了个体细菌通过减缓细胞生长而产生耐药性的证据。可以说，微生物组适应了治疗，并且能够更好地承受治疗，”Bärbel Stecher说。  

此外，研究小组还观察到，使用某些抗生素治疗会引发噬菌体的诱导。在这个过程中，溶原性噬菌体——其基因组被整合到细菌基因组中——被激活，然后它们增殖并在释放新的病毒颗粒时溶解宿主细胞。该研究的第一作者Philipp mnch博士说:“这是抗生素如何间接影响细菌生存的一个例子。”

总的来说，这项研究表明，微生物组对抗生素治疗的反应存在巨大的多样性。例如，这包括生态效应，如通过消除肠道生态系统代谢网络中的重要“伙伴”细菌来抑制微生物。

“由于直接和间接反应的高度复杂性，很难预测哪些物种会受到抗生素治疗的影响，即使在具有明确微生物群落的非生物动物模型中也是如此，”DZIF生物信息学和机器学习副协调员Alice McHardy教授总结道。

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Pulsed antibiotic treatments of gnotobiotic mice manifest in complex bacterial community dynamics and resistance effects

来源 | AAAS

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