Новое исследование может помочь врачам выбирать лекарства для пациентов на основе их микробиоты
Для назначения лучшего лекарства может потребоваться исследование кишечника пациента или, по крайней мере, бактерий, которые там живут.
Неофициальные сообщения показали, что некоторые микробы, живущие в кишечнике, химически изменяют пероральные лекарства, влияя на их эффективность (SN Online: 19.07.13). Но масштабы этой проблемы остались неясными. Широкое исследование этих взаимодействий показывает, что кишечные бактерии могут модифицировать многие лекарства и что генетический состав микробиоты пациента может предсказать реакцию этого человека на лекарства, сообщают исследователи в Интернете 3 июня в журнале Nature..
«Знать, как кишечные микробы… влияют на лекарство, очень полезно», - говорит Мэтью Рединбо, биохимик из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, не участвовавший в работе. Атлас микробного воздействия пероральных препаратов может помочь фармацевтическим компаниям разработать более эффективные препараты, а врачам - лучше адаптировать лечение пациента.
Исследователи проверили способность 76 видов бактерий, выбранных для представления микробного разнообразия кишечника человека, изменять молекулярную структуру 271 перорального лекарства, от гормонов до противовирусных препаратов. Бактерии инкубировали с питательными веществами и растворами лекарств в пробирках в течение 12 часов. За это время 176, или около двух третей, из 271 лекарства были модифицированы как минимум одним бактериальным штаммом, и каждый штамм модифицировал от 11 до 95 различных лекарств.
«Это огромно», - говорит Николь Клатт, исследователь микробиома из Университета Майами, не участвовавшая в работе. Но недостаточно знать, какие микробы влияют на какие лекарства. По ее словам, в будущих исследованиях можно будет выяснить, как именно бактерии химически изменяют лекарства и последствия для человеческого организма.
Мария Циммерманн-Когадеева, вычислительный биолог из Йельского университета, и ее коллеги показали, что коллективный генетический состав микробиоты кишечника человека может предсказать, как этот человек отреагирует на лекарство.
Команда впервые разработала метод определения того, какая часть ДНК бактерии дает ей возможность модифицировать конкретное лекарство. Этот шаг включал в себя нарезку ДНК интересующей бактерии и вставку отдельных фрагментов в E.клетки кишечной палочки. Наблюдение за тем, какие E. coli развили способность изменять конкретные лекарства, выявило, какие фрагменты ДНК взаимодействовали с этими лекарствами.
Затем в серии экспериментов с различными лекарствами исследователи отслеживали способность всей микробной популяции модифицировать лекарства в образцах фекалий 28 человек. В каждом эксперименте все микробные сообщества подвергались воздействию одного и того же препарата. После этого исследователи исследовали микробы в каждом образце стула на предмет фрагментов ДНК, изменяющих лекарство, выявленных в тесте E. coli, а также фрагментов ДНК других микробов, которые были похожи как минимум на 50 процентов. Считается, что подобные сегменты ДНК имеют схожие функции.
Количество этих похожих фрагментов ДНК в каждом образце фекалий соответствует тому, насколько эта микробная популяция модифицировала определенный препарат, как обнаружила команда. Это говорит о том, что генетическое тестирование популяции бактерий в стуле пациента может определить, насколько вероятно, что микробиота этого человека будет мешать определенным лекарствам.
Такое понимание может помочь клиницистам выбрать лекарства или решить, следует ли назначать лечение, чтобы сделать кишечные бактерии человека более восприимчивыми к определенному лекарству. «Вы не можете просто изменить печень [пациента], потому что кто-то плохо усваивает лекарство», - говорит соавтор исследования Майкл Циммерманн, ученый-фармацевт и системный биолог из Йельского университета. Но антибиотики или фекальные трансплантаты могут стратегически манипулировать микробной популяцией пациента (SN Online: 18.05.18).
С другой стороны, способность микробов влиять на то, как организм перерабатывает лекарства, «на самом деле может быть полезной», - говорит Циммерманн-Когадеева. По ее словам, помимо разработки таблеток, позволяющих избежать определенных нежелательных реакций с бактериями, фармацевтические компании также могут разрабатывать лекарства, использующие микробные модификации для усиления или продления эффекта лекарства.