MIT-Forscher entwickelten einen Bakterienstamm, der im Bild als L. lactis spTEM1 bezeichnet wird und dazu beitragen kann, die natürliche Flora des menschlichen Verdauungstrakts vor Antibiotika zu schützen und die Entwicklung opportunistischer Infektionen wie C. difficile zu verhindern.Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung der Forscher, herausgegeben von MIT NewsMIT-Forscher haben einen Bakterienstamm modifiziert, der normalerweise in der Käseherstellung verwendet wird, um nützliche Darmmikroben vor Antibiotika zu schützen, während sie dennoch eine hohe Konzentration im Blutkreislauf für ihren beabsichtigten Zweck zirkulieren lassen.Der neue Ansatz funktioniert bei etwa 60 Prozent der üblicherweise in den Vereinigten Staaten verschriebenen Antibiotika.In den letzten zwei Jahrzehnten hat die verstärkte Erforschung von Darmmikroben die wichtige Rolle aufgezeigt, die sie für das Nervensystem, den Stoffwechsel und die Immunfunktion spielen.Aber Darmmikroben sind empfindlich, so dass Medikamente und sogar bestimmte Diäten die Zusammensetzung der Mikrobiota negativ beeinflussen können und einen veränderten Zustand namens Dysbiose erzeugen.„Einige mikrobielle Gruppen verschwinden, und die Stoffwechselaktivität anderer nimmt zu.Dieses Ungleichgewicht kann zu verschiedenen Gesundheitsproblemen führen“, sagte Andres Cubillos-Ruiz, Forschungswissenschaftler am Institute for Medical Engineering and Science (IMES) des MIT und Hauptautor einer neuen Abhandlung zu diesem Thema.Eine wichtige Komplikation, die auftreten kann, ist eine Infektion mit Clostridioides difficile, einem Bakterium, das häufig im Darm lebt, aber normalerweise keinen Schaden anrichtet.Wenn Antibiotika jedoch die mit C. difficile konkurrierenden Stämme abtöten, können diese Bakterien übernehmen und Durchfall und Kolitis verursachen.C. difficile infiziert jedes Jahr etwa 500.000 Menschen in den Vereinigten Staaten und verursacht etwa 15.000 Todesfälle.Um die Mikrobiota vor Antibiotika und den Körper vor C. difficile zu schützen, haben Cubillos-Ruiz und sein Team einen Stamm von Lactococcus lactis-Bakterien entwickelt, der normalerweise in der Käseherstellung verwendet wird, um ein Enzym zu liefern, das Beta-Lactam-Antibiotika, einschließlich der häufig vorkommenden, abbaut Ampicillin und Amoxicillin verschrieben.Wenn diese Bakterien oral verabreicht werden, besiedeln sie den Darm, wo sie das Enzym Beta-Lactamase absondern.Dieses Enzym baut dann Antibiotika ab, die den Darmtrakt erreichen.Für ihre Studie, die in Nature Biomedical Engineering veröffentlicht wurde, verabreichte das Forschungsteam Mäusen zwei orale Dosen Lactococcus lactis für jede Injektion von Ampicillin.Im Vergleich zu Mäusen, die nur Antibiotika erhielten, behielten die Mäuse, die die gentechnisch veränderten Bakterien erhielten, eine viel höhere mikrobielle Diversität im Darm.Bei den Mäusen, die nur Antibiotika erhielten, stellten die Forscher nach der Ampicillin-Injektion einen drastischen Rückgang der Diversität fest.Darüber hinaus entwickelte keine der Mäuse, die die manipulierten Bakterien erhielten, C. difficile-Infektionen, während alle Mäuse, die nur Antibiotika erhielten, hohe Konzentrationen der gefährlichen Bakterien im Darm aufwiesen.„Diese Arbeit zeigt, dass die synthetische Biologie genutzt werden kann, um eine neue Klasse von technischen Therapeutika zur Verringerung der Nebenwirkungen von Antibiotika zu schaffen“, sagt James Collins, Professor am IMES und leitender Autor der Studie.Wichtig ist, dass die Forscher herausfanden, dass die Menge an Ampicillin, die im Blutstrom zirkulierte, bei beiden Mäusegruppen gleich war.Das bedeutet, dass Lactococcus lactis das Antibiotikum zwar daran gehindert hat, Darmmikroben Schaden zuzufügen, aber die gentechnisch veränderten Bakterien das Antibiotikum nicht daran gehindert haben, das zu erreichen, wofür es bestimmt war – die Infektion erfolgreich zu bekämpfen.Die Forscher fanden auch heraus, dass die Eliminierung des evolutionären Drucks der Antibiotikabehandlung es für die Darmmikroben viel unwahrscheinlicher machte, nach der Behandlung eine Antibiotikaresistenz zu entwickeln.Im Gegensatz dazu fanden sie viele Gene für Antibiotikaresistenz in den Mikroben, die in Mäusen überlebten, die die gentechnisch veränderten Bakterien nicht erhielten.„Kein früherer Eingriff konnte dieses Maß an Schutz bieten“, sagte Cubillos-Ruiz.„Mit unserer neuen Technologie können wir Antibiotika sicherer machen, indem wir nützliche Darmmikroben erhalten und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens neuer antibiotikaresistenter Varianten verringern.“Das Team arbeitet jetzt an einer Version der Behandlung, die bei Menschen getestet werden könnte, die ein hohes Risiko haben, akute Krankheiten zu entwickeln, die auf eine durch Antibiotika induzierte Darmdysbiose zurückzuführen sind, und sie hoffen, dass sie schließlich zum Schutz aller Personen eingesetzt werden kann, die sie einnehmen müssen Antibiotika für Infektionen außerhalb des Darms.Laborgeräte 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