Новое исследование, опубликованное сегодня в Cell, предполагает, что воздействие антибиотиков во время критического периода раннего развития нарушает бактериальный ландшафт кишечника, где обитают триллионы различных микробов, и постоянно перепрограммирует метаболизм организма, создавая предрасположенность к ожирению. Более того, исследование показывает, что метаболические эффекты обусловлены скорее измененными кишечными бактериями, чем антибиотиками.
Обработанные мыши также стали толще, чем необработанные мыши, когда оба получали диету с высоким содержанием жиров. "Когда мы переводим мышей на высококалорийную диету, они толстеют. Когда мы ставим мышам антибиотики, они толстеют," объясняет доктор. Blaser. "Но когда мы назначили им одновременно антибиотики и диету с высоким содержанием жиров, они стали очень, очень толстыми." Обычно взрослые самки мышей несут три грамма жира. Животные в исследовании, получавшие диету с высоким содержанием жиров, имели пять граммов жира. Для сравнения: мыши, получавшие антибиотики и жирную пищу, содержали 10 граммов жира, что составляло треть их массы тела. Грызуны, прошедшие лечение, были не только толще, но и страдали от повышенного уровня инсулина натощак и изменений в генах, связанных с регенерацией и детоксикацией печени – эффекты, соответствующие метаболическим нарушениям у пациентов с ожирением.
Эта работа подтверждает и расширяет важные исследования, опубликованные доктором. Лаборатория Блазера в 2012 году в природе. Это исследование показало, что мыши, соблюдающие нормальную диету и подвергавшиеся воздействию низких доз антибиотиков на протяжении всей жизни, аналогично тому, что происходит с промышленным скотом, имеют на 10-15 процентов больше жира, чем нелеченные мыши, и у них заметно изменен метаболизм в печени.
Среди оставшихся без ответа вопросов в этом исследовании было то, были ли метаболические изменения результатом измененных бактерий или воздействия антибиотиков. Это последнее исследование решает этот вопрос путем переноса бактериальных популяций от мышей, подвергшихся воздействию пенициллина, на специально выведенных мышей, свободных от микробов и антибиотиков, начиная с трехнедельного возраста, что соответствует младенчеству сразу после отлучения от груди. Исследователи обнаружили, что мыши, зараженные бактериями от доноров, леченных антибиотиками, действительно были толще, чем мыши без микробов, которым были привиты бактерии от нелеченных доноров. "Это показывает нам, что причиной ожирения являются измененные микробы, а не антибиотики," говорит доктор. Кокс.
Вопреки давней гипотезе в сельскохозяйственном мире, согласно которой антибиотики уменьшают общее количество микробов в кишечнике, тем самым снижая конкуренцию за пищу и позволяя организму-хозяину становиться толще, команда обнаружила, что пенициллин на самом деле не снижает численность бактерий. Однако он временно подавил четыре различных организма в раннем возрасте во время критического окна микробной колонизации: Lactobacillus, Allobaculum, Candidatus Arthromitus и неназванный член семейства Rikenellaceae, которые могут иметь важные метаболические и иммунологические взаимодействия. "Мы рады этому, потому что мы не только хотим понять, почему возникает ожирение, но мы также хотим разработать решения," говорит доктор. Кокс. "Это дает нам четыре потенциальных новых кандидата, которые могут быть многообещающими пробиотическими организмами. Возможно, мы сможем вернуть эти организмы после лечения антибиотиками."
Исследователи работали с шестью разными моделями мышей в течение пяти лет, чтобы получить свои результаты. Чтобы идентифицировать бактерии, они использовали мощный молекулярный метод, который включает извлечение ДНК и секвенирование субъединицы генетического материала, называемой рибосомной ДНК 16S. В общей сложности ученые проанализировали 1007 образцов кишечника, которые дали более 6 миллионов последовательностей бактериальных рибосомных генов, порядок нуклеотидов, определяющих ДНК. Подобные исследования возможны благодаря технологическим достижениям в области высокопроизводительного секвенирования, которое позволяет ученым исследовать микробы в кишечнике и других частях тела. Центр геномных технологий в Медицинском центре Нью-Йоркского университета в Лангоне сыграл ключевую роль в идентификации генетических последовательностей в исследовании.