益生菌如何在體內進化

新的研究發現,益生菌可以在體內進化,並且有可能變得不那麼有效,有時甚至是有害的。

研究人員的研究人員 大腸埃希氏菌 (E. 大腸桿菌)作為抗腹瀉益生菌在歐洲銷售的細菌發現細菌的DNA發生了變化,並且在小鼠的腸道中存活了幾週之後它們開發了新的能力。

“那裡沒有對進化免疫的微生物。”

在某些條件下,益生菌甚至打開宿主並獲得了吃腸道保護塗層的能力。 這層的破壞與腸易激綜合徵有關。 老鼠的飲食和腸道細菌群落的構成影響了益生菌進化的程度和方式。

這項研究結果發表於 細胞宿主和微生物,表明益生菌不是一種通用的治療方法。 為一個人提供救濟的益生菌可能會在另一個人身上變得無效甚至有害。 益生菌與某些人的嚴重感染有關。

'作為藥品的生物'

“如果我們要將生物用作藥物,我們需要認識到它們會適應,這意味著你放入體內的東西不一定會在幾個小時之後出現,”高級作者Gautam Dantas,聖路易斯華盛頓大學醫學院分子微生物學和生物醫學工程的病理學和免疫學教授。

“那裡沒有對進化免疫的微生物。 這不是開發益生菌療法的理由,但這是確保我們了解它們如何變化以及在何種條件下變化的理由。“

每個人都有一大群細菌,病毒和真菌,在消化道中被稱為腸道微生物組。 均衡的微生物組為我們提供維生素,幫助消化食物,調節炎症,並控制引起疾病的微生物。 食品和膳食補充劑中的益生菌作為保持健康細菌充足和消化順利運行的方法進行營銷。

他們也正在開發治療嚴重疾病,如炎症性腸病; 苯丙酮尿症(PKU),一種導致神經損傷的代謝紊亂; 和壞死性小腸結腸炎,一種威脅生命的腸道感染,影響早產兒。 與任何其他藥物一樣,在FDA批准將其用於人體之前,基於益生菌的治療必須證明是安全有效的。 但是當治療是一種可以在給藥後改變的生物時,證明安全性和有效性會帶來特殊問題。

第一次世界大戰的細菌

研究人員說,了解控制消化道進化的原則是建立安全有效的益生菌療法的關鍵一步。 Dantas及其同事,包括第一作者,研究生Aura Ferreiro和Dantas實驗室前博士後研究員Nathan Crook,轉向了一種名為 E. 大腸桿菌 Nissle 1917。 一個多世紀以前,這種病毒是從第一次世界大戰的士兵中分離出來的,這名士兵沒有受到嚴重腹瀉病流行的傷害,這使得他的同志感到噁心。

為了研究益生菌如何對不同的微生物群落做出反應,研究人員使用了含有四種腸道微生物組的小鼠:一種沒有預先存在的細菌; 另一種細菌有限,是一種不健康腸道的特徵; 正常的微生物組; 和抗生素治療後的正常微生物組。

研究人員給小鼠餵食益生菌,然後改變小鼠吃的食物,給它們餵食小鼠食物,模仿天然小鼠飲食的高纖維顆粒; 高脂肪,高糖,低纖維顆粒,旨在模擬典型的西方飲食習慣; 和西方顆粒加纖維。 五週後,研究人員從小鼠的腸道中獲取了細菌並分析了微生物的DNA。

“在一個健康,高度多樣化的背景下,我們沒有抓住很多適應性,也許是因為這是Nissle習慣的背景,”費雷羅說。 “但你必須記住,我們經常不會在健康的微生物組中使用益生菌。 我們將它們用於患有低多樣性,不健康的微生物組的病人。 這似乎是益生菌最有可能進化的條件。“

潛在的好消息

Dantas和他的同事將這些發現用於設計PKU潛在的益生菌治療。 患有PKU的人無法分解苯丙氨酸,苯丙氨酸是許多食物中的蛋白質結構單元。 高苯丙氨酸水平會導致腦損傷,因此PKU患者必須嚴格遵守低蛋白飲食。

“這是一個機會,而不是一個問題。”

研究人員在Nissle中插入了一個基因,使細菌能夠將苯丙氨酸降解為一種安全排泄在尿液中的化合物。 然後,他們將生物工程細菌給予缺乏代謝苯丙氨酸能力的小鼠。 第二天,一些小鼠的苯丙氨酸水平下降了一半。

此外,研究人員在治療一周後未發現工程菌株的DNA發生顯著變化,這表明Nissle可能在短時間內用作益生菌治療的底盤。

益生菌在具有不同微生物組和飲食的個體中進化和表現不同的發現開闢了基於益生菌的藥物個性化的途徑。

“進化是一個給定的。 一切都會發展,“丹塔斯說。 “我們不需要害怕它。 我們可以利用進化原理設計出更好的治療方法,為需要的人量身定制。 這是一個機會,而不是一個問題。“

關於作者

支持這項工作來自國立衛生研究院,國家科學基金會,肯尼斯雷寧基金會和聖路易斯華盛頓大學的獎學金。

資源: 聖路易斯華盛頓大學

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