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低剂量接触抗生素可能会对肠道细菌产生重大影响

俄勒冈大学的研究人员报告说,通常在环境中发现的低浓度抗生素会对肠道细菌产生重大影响。

这项研究于本周在《美国国家科学院院刊》上发表,将三维显微镜应用于几乎透明的斑马鱼,以显示弱水平的抗生素如何诱导肠道细菌群落的结构变化,从而导致细菌种群严重下降。

经常发现低水平的抗生素是环境污染物,例如广泛用于饲养牲畜。众所周知,弱抗生素可以极大地改变人类肠道微生物组,但是为什么会发生这种情况却是一个谜。

帕萨萨拉西说,斑马鱼的幼虫是解决这个谜团的一个很好的模型,因为它们与人类和其他脊椎动物有着许多解剖上的相似之处,并且可以直接观察到它们的肠道微生物。

博士生布兰登·施洛曼(Brandon H. Schlomann)和博士后研究员特拉维斯·J·威尔斯(Travis J.Wiles)领导了该项目,其中3D显微镜观察到了幼虫,因为他们暴露于环丙沙星抗生素的浓度与环境样品中的浓度相当。

研究人员分别看了斑马鱼,它们携带着两种不同的细菌物种之一,每种细菌通常在斑马鱼肠道中发现。该物种之一的细菌能动并且快速游泳。其他物种的细菌几乎完全聚集在密集的菌落中。

在存在抗生素的情况下,两种细菌的​​行为均发生了显着变化。正常活动的物种变得慢得多,并形成聚集体。正常聚集的物种在结构上发生了变化,形成了更大的菌落,且碎片较少。

“我们的发现,”帕萨萨拉西说,“建议说,由于肠道的物理活动,抗生素的污染会导致肠道微生物组的变化比仅仅单纯研究细菌所怀疑的大得多。从某种意义上说,肠道会放大这种作用。弱抗生素。”在这两种情况下,增强的聚集作用使细菌对肠道的机械收缩更加敏感,从而导致肠道排出物的增加和肠道菌落的百倍下降。

根据他们的观察结果,研究人员开发了肠道细菌动力学的数学模型,并预测了与实验数据匹配的菌落大小。共同作者写道,该模型类似于聚合物和微粒的生长模型,表明物理学中开发的方法可以有效地应用于肠道微生物组的研究。

Parthasarathy希望研究小组的发现不仅适用于斑马鱼。

他说:“各种各样的细菌通过改变它们的形状和聚集行为来对弱抗生素产生反应。”“包括人类在内的所有脊椎动物肠道都运输食物和微生物,它们的力学驱动细菌群的运动。因此,我们怀疑我们发现的东西在包括人类和其他动物在内的整个物种中是相当普遍的。”

Parthasarathy及其同事写道,该模型为评估人类和其他动物的抗生素摄动提供了框架。这个由五人组成的小组建议,通过基于聚集的过程从动物肠道中排出活的暴露于抗生素的细菌可能是传播抗生素抗性的机制。

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