Антибіотико-асоційована мікробіотоксичність і шляхи її запобігання. Огляд

Автор(и)

  • С. М. Ткач Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ, Ukraine http://orcid.org/0000-0003-1772-9562
  • Н. В. Харченко Національний університет охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика, Київ, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-6683-3748
  • А. Е. Дорофєєв Національний університет охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика, Київ, Ukraine http://orcid.org/0000-0002-2631-8733

DOI:

https://doi.org/10.30978/UTJ2024-1-70

Ключові слова:

мікробіом людини, антибіотикотерапія, мікробіотоксичність, рифаксимін

Анотація

Останніми роками спостерігається зростання інтересу до мікробіому людини, який є спільнотою живих мікроорганізмів, що колонізують усі зовнішні та внутрішні поверхні тіла, разом з їхніми метаболітами, органічними сполуками та генетичним матеріалом. Кишкові мікроорганізми беруть участь у широкому спектрі фізіологічних функцій (виробництво вітамінів, солей жовчних кислот і коротколанцюгових жирних кислот (бутират), пригнічують онкоутворення і запалення, регулюють глюкозний, ліпідний та енергетичний обмін, адаптивний імунітет, відіграють провідну роль у розвитку імунної толерантності до мікробних та немікробних антигенів і підтриманні цілісності захисних бар’єрів). Резидентні мікроорганізми мають важливе значення для продукції нейромедіаторів (дофамін, серотонін, γ‑аміномасляна кислота), а також гормонів (глюкагоноподібний пептид‑1) і неврологічних, ендокринних та мікробних компонентів, що беруть участь у гомеостазі системи «кишечник — мікробіота — мозок». У багатьох дослідженнях установлено асоціацію між використанням антимікробних засобів, ушкодженням мікробіому та негативними наслідками для здоров’я. За аналогією з нефротоксичністю та гепатотоксичністю запропоновано термін «мікробіотоксичність», що охоплює небажані побічні ефекти антибіотиків на мікробіом пацієнта. Нагодошено, що клініцисти мають ретельно оцінити користь від застосування антибіотиків для лікування інфекцій та їхні мікробіотоксичні ефекти під час прийняття індивідуальних рішень про призначення антибіотикотерапії. Винятком є рифаксимін, що має нетипові антимікробні ефекти, здатний індукувати позитивні зміни мікрофлори кишечника, створюючи сприятливе середовище для росту корисних для організму‑господаря бактерій без зміни їх загального складу. В огляді проаналізовано роль мікробіому як складної імунологічної, ендокринної та неврологічної екосистеми, а також потенційно шкідливі наслідки впливу антибіотиків на неї.

 

Біографії авторів

С. М. Ткач, Український науково-практичний центр ендокринної хірургії, трансплантації ендокринних органів і тканин МОЗ України, Київ

MD, PhD, Prof.

Н. В. Харченко, Національний університет охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика, Київ

д. мед. н., проф., член-кореспондент НАМН України, зав. кафедри дієтології і ендоскопії

А. Е. Дорофєєв, Національний університет охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика, Київ

д. мед. н., проф., професор кафедри терапії

Посилання

Anthony WE, Wang B, Sukhum KV, et al. Acute and persistent effects of commonly used antibiotics on the gut microbiome and resistome in healthy adults. Cell Rep. 2022 Apr 12;39(2):110649. http://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.110649. PMID: 35417701.

Antimicrobial Resistance Collaborators. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet. 2022 Feb 12;399(10325):629-655. http://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)02724-0. Epub 2022 Jan 19. Erratum in: Lancet. 2022 Oct 1;400(10358):1102. PMID: 35065702; PMCID: PMC8841637.

Basic M, Dardevet D, Abuja PM, et al. Approaches to discern if microbiome associations reflect causation in metabolic and immune disorders. Gut Microbes. 2022 Jan-Dec;14(1):2107386. http://doi.org/10.1080/19490976.2022.2107386. PMID: 35939623; PMCID: PMC9361767.

Berg G, Rybakova D, Fischer D, et al. Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome. 2020 Jun 30;8(1):103. http://doi.org/10.1186/s40168-020-00875-0. Erratum in: Microbiome. 2020 Aug 20;8(1):119. PMID: 32605663; PMCID: PMC7329523.

Bogaert D, van Belkum A. Antibiotic treatment and stewardship in the era of microbiota-oriented diagnostics. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2018 May;37(5):795-798. http://doi.org/10.1007/s10096-018-3198-6. Epub 2018 Feb 6. PMID: 29411188.

Bookstaver PB, Bland CM, Griffin B, Stover KR, Eiland LS, McLaughlin M. A Review of Antibiotic Use in Pregnancy. Pharmacotherapy. 2015 Nov;35(11):1052-62. http://doi.org/10.1002/phar.1649. PMID: 26598097.

Borbet TC, Pawline MB, Zhang X, et al. Influence of the early-life gut microbiota on the immune responses to an inhaled allergen. Mucosal Immunol. 2022 May;15(5):1000-1011. http://doi.org/10.1038/s41385-022-00544-5. Epub 2022 Jul 16. PMID: 35842561; PMCID: PMC9835105.

Brigidi P, Swennen E, Rizzello F, Bozzolasco M, Matteuzzi D. Effects of rifaximin administration on the intestinal microbiota in patients with ulcerative colitis. J Chemother. 2002 Jun;14(3):290-5. http://doi.org/10.1179/joc.2002.14.3.290. PMID: 12120885.

Brown KA, Khanafer N, Daneman N, Fisman DN. Meta-analysis of antibiotics and the risk of community-associated Clostridium difficile infection. Antimicrob Agents Chemother. 2013 May;57(5):2326-32. http://doi.org/10.1128/AAC.02176-12. Epub 2013 Mar 11. PMID: 23478961; PMCID: PMC3632900.

Byndloss MX, Bäumler AJ. The germ-organ theory of non-communicable diseases. Nat Rev Microbiol. 2018 Feb;16(2):103-110. http://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.158. Epub 2018 Jan 8. PMID: 29307890.

Collignon P, Beggs JJ, Walsh TR, Gandra S, Laxminarayan R. Anthropological and socioeconomic factors contributing to global antimicrobial resistance: a univariate and multivariable analysis. Lancet Planet Health. 2018 Sep;2(9):e398-e405. http://doi.org/10.1016/S2542-5196(18)30186-4. PMID: 30177008.

Cox JAG, Worthington T. The ‘Antibiotic Apocalypse’ — Scaremongering or Scientific Reporting? Trends Microbiol. 2017 Mar;25(3):167-169. http://doi.org/10.1016/j.tim.2016.11.016. Epub 2016 Dec 23. PMID: 28024669.

De Vos WM, Tilg H, Van Hul M, Cani PD. Gut microbiome and health: mechanistic insights. Gut. 2022 May;71(5):1020-1032. http://doi.org/10.1136/gutjnl-2021-326789. Epub 2022 Feb 1. PMID: 35105664; PMCID: PMC8995832.

Dethlefsen L, Relman DA. Incomplete recovery and individualized responses of the human distal gut microbiota to repeated antibiotic perturbation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Mar 15;108 Suppl 1(Suppl 1):4554-61. http://doi.org/10.1073/pnas.1000087107. Epub 2010 Sep 16. PMID: 20847294; PMCID: PMC3063582.

Dominguez-Bello MG, Godoy-Vitorino F, Knight R, Blaser MJ. Role of the microbiome in human development. Gut. 2019 Jun;68(6):1108-1114. http://doi.org/10.1136/gutjnl-2018-317503. Epub 2019 Jan 22. PMID: 30670574; PMCID: PMC6580755.

Elvers KT, Wilson VJ, Hammond A, Duncan L, Huntley AL, Hay AD, van der Werf ET. Antibiotic-induced changes in the human gut microbiota for the most commonly prescribed antibiotics in primary care in the UK: a systematic review. BMJ Open. 2020 Sep 21;10(9):e035677. http://doi.org/10.1136/bmjopen-2019-035677. PMID: 32958481; PMCID: PMC7507860.

Ferrer M, Méndez-García C, Rojo D, Barbas C, Moya A. Antibiotic use and microbiome function. Biochem Pharmacol. 2017 Jun 15;134:114-126. http://doi.org/10.1016/j.bcp.2016.09.007. Epub 2016 Sep 15. PMID: 27641814.

Giannoni E, Dimopoulou V, Klingenberg C, et al.; AENEAS Study Group. Analysis of Antibiotic Exposure and Early-Onset Neonatal Sepsis in Europe, North America, and Australia. JAMA Netw Open. 2022 Nov 1;5(11):e2243691. http://doi.org/10.1001/jamanetworkopen.2022.43691. PMID: 36416819; PMCID: PMC9685486.

Grech A, Collins CE, Holmes A, Lal R, Duncanson K, Taylor R, Gordon A. Maternal exposures and the infant gut microbiome: a systematic review with meta-analysis. Gut Microbes. 2021 Jan-Dec;13(1):1-30. http://doi.org/10.1080/19490976.2021.1897210. PMID: 33978558; PMCID: PMC8276657.

Guo Q, Goldenberg JZ, Humphrey C, El Dib R, Johnston BC. Probiotics for the prevention of pediatric antibiotic-associated diarrhea. Cochrane Database Syst Rev. 2019 Apr 30;4(4):CD004827. http://doi.org/10.1002/14651858.CD004827.pub5. PMID: 31039287; PMCID: PMC6490796.

Khanna S, Assi M, Lee C, Yoho D, et al. Efficacy and Safety of RBX2660 in PUNCH CD3, a Phase III, Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Trial with a Bayesian Primary Analysis for the Prevention of Recurrent Clostridioides difficile Infection. Drugs. 2022 Oct;82(15):1527-1538. http://doi.org/10.1007/s40265-022-01797-x. Epub 2022 Oct 26. Erratum in: Drugs. 2022 Nov 7;: PMID: 36287379; PMCID: PMC9607700.

Langdon A, Crook N, Dantas G. The effects of antibiotics on the microbiome throughout development and alternative approaches for therapeutic modulation. Genome Med. 2016 Apr 13;8(1):39. http://doi.org/10.1186/s13073-016-0294-z. PMID: 27074706; PMCID: PMC4831151.

Lubin JB, Green J, Maddux S, et al. Arresting microbiome development limits immune system maturation and resistance to infection in mice. Cell Host Microbe. 2023 Apr 12;31(4):554-570.e7. http://doi.org/10.1016/j.chom.2023.03.006. Epub 2023 Mar 29. PMID: 36996818.

Man WH, de Steenhuijsen Piters WA, Bogaert D. The microbiota of the respiratory tract: gatekeeper to respiratory health. Nat Rev Microbiol. 2017 May;15(5):259-270. http://doi.org/10.1038/nrmicro.2017.14. Epub 2017 Mar 20. PMID: 28316330; PMCID: PMC7097736.

Mayer BT, Mayer BT, Srinivasan S, Fiedler TL, Marrazzo JM, Fredricks DN, Schiffer JT. Rapid and Profound Shifts in the Vaginal Microbiota Following Antibiotic Treatment for Bacterial Vaginosis. J Infect Dis. 2015 Sep 1;212(5):793-802. http://doi.org/10.1093/infdis/jiv079. Epub 2015 Feb 12. PMID: 25676470; PMCID: PMC4539900.

Morais LH, Schreiber HL 4th, Mazmanian SK. The gut microbiota-brain axis in behaviour and brain disorders. Nat Rev Microbiol. 2021 Apr;19(4):241-255. http://doi.org/10.1038/s41579-020-00460-0. Epub 2020 Oct 22. PMID: 33093662.

Nørgaard JC, Jørgensen M, Moestrup KS, et al. Impact of Antibiotic Treatment on the Gut Microbiome and its Resistome in Hematopoietic Stem Cell Transplant Recipients. J Infect Dis. 2023 Jun 28;228(1):28-36. http://doi.org/10.1093/infdis/jiad033. PMID: 36751730.

Omenetti S, Pizarro TT. The Treg/Th17 Axis: A Dynamic Balance Regulated by the Gut Microbiome. Front Immunol. 2015 Dec 17;6:639. http://doi.org/10.3389/fimmu.2015.00639. PMID: 26734006; PMCID: PMC4681807.

Ozkul C, Ruiz VE, Battaglia T, Xu J, Roubaud-Baudron C, Cadwell K, Perez-Perez GI, Blaser MJ. A single early-in-life antibiotic course increases susceptibility to DSS-induced colitis. Genome Med. 2020 Jul 25;12(1):65. http://doi.org/10.1186/s13073-020-00764-z. PMID: 32711559; PMCID: PMC7382806.

Palleja A, Mikkelsen KH, Forslund SK, et al. Recovery of gut microbiota of healthy adults following antibiotic exposure. Nat Microbiol. 2018 Nov;3(11):1255-1265. http://doi.org/10.1038/s41564-018-0257-9. Epub 2018 Oct 22. PMID: 30349083.

Patangia DV, Anthony Ryan C, Dempsey E, Paul Ross R, Stanton C. Impact of antibiotics on the human microbiome and consequences for host health. Microbiologyopen. 2022 Feb;11(1):e1260. http://doi.org/10.1002/mbo3.1260. PMID: 35212478; PMCID: PMC8756738.

Ponziani FR, Scaldaferri F, Petito V, et al. The Role of Antibiotics in Gut Microbiota Modulation: The Eubiotic Effects of Rifaximin. Dig Dis. 2016;34(3):269-78. http://doi.org/10.1159/000443361. Epub 2016 Mar 30. PMID: 27027301.

Ponziani FR, Zocco MA, D’Aversa F, Pompili M, Gasbarrini A. Eubiotic properties of rifaximin: Disruption of the traditional concepts in gut microbiota modulation. World J Gastroenterol. 2017 Jul 7;23(25):4491-4499. http://doi.org/10.3748/wjg.v23.i25.4491. PMID: 28740337; PMCID: PMC5504364.

Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010 Mar 4;464(7285):59-65. http://doi.org/10.1038/nature08821. PMID: 20203603; PMCID: PMC3779803.

Reyman M, van Houten MA, Watson RL, et al. Effects of early-life antibiotics on the developing infant gut microbiome and resistome: a randomized trial. Nat Commun. 2022 Feb 16;13(1):893. http://doi.org/10.1038/s41467-022-28525-z. PMID: 35173154; PMCID: PMC8850541.

Riccio P, Rossano R. The human gut microbiota is neither an organ nor a commensal. FEBS Lett. 2020 Oct;594(20):3262-3271. http://doi.org/10.1002/1873-3468.13946. Epub 2020 Oct 19. PMID: 33011965.

Rooney AM, Timberlake K, Brown KA, Bansal S, Tomlinson C, Lee KS, Science M, Coburn B. Each Additional Day of Antibiotics Is Associated With Lower Gut Anaerobes in Neonatal Intensive Care Unit Patients. Clin Infect Dis. 2020 Jun 10;70(12):2553-2560. http://doi.org/10.1093/cid/ciz698. PMID: 31367771; PMCID: PMC7286368.

Rosenberg E, Zilber-Rosenberg I. The hologenome concept of evolution after 10 years. Microbiome. 2018 Apr 25;6(1):78. http://doi.org/10.1186/s40168-018-0457-9. PMID: 29695294.

Ruff WE, Greiling TM, Kriegel MA. Host-microbiota interactions in immune-mediated diseases. Nat Rev Microbiol. 2020 Sep;18(9):521-538. http://doi.org/10.1038/s41579-020-0367-2. Epub 2020 May 26. PMID: 32457482.

Schwartz DJ, Langdon AE, Dantas G. Understanding the impact of antibiotic perturbation on the human microbiome. Genome Med. 2020 Sep 28;12(1):82. http://doi.org/10.1186/s13073-020-00782-x. Erratum in: Genome Med. 2021 Feb 12;13(1):26. PMID: 32988391; PMCID: PMC7523053.

Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol. 2016 Aug 19;14(8):e1002533. http://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002533. PMID: 27541692; PMCID: PMC4991899.

Sorboni SG, Moghaddam HS, Jafarzadeh-Esfehani R, Soleimanpour S. A Comprehensive Review on the Role of the Gut Microbiome in Human Neurological Disorders. Clin Microbiol Rev. 2022 Jan 19;35(1):e0033820. http://doi.org/10.1128/CMR.00338-20. Epub 2022 Jan 5. PMID: 34985325; PMCID: PMC8729913.

Thänert R, Sawhney SS, Schwartz DJ, Dantas G. The resistance within: Antibiotic disruption of the gut microbiome and resistome dynamics in infancy. Cell Host Microbe. 2022 May 11;30(5):675-683. http://doi.org/10.1016/j.chom.2022.03.013. PMID: 35550670.

Theodosiou AA, Jones CE, Read RC, Bogaert D. Microbiotoxicity: antibiotic usage and its unintended harm to the microbiome. Curr Opin Infect Dis. 2023 Oct 1;36(5):371-378. http://doi.org/10.1097/QCO.0000000000000945. Epub 2023 Jul 25. PMID: 37466039; PMCID: PMC10487351.

UK Health Security Agency. 30 day all-cause mortality following MRSA, MSSA and Gram-negative bacteraemia and C. difficile infections: 2021 to 2022 report; 2023. Available at: https://www.gov.uk/government/statistics/mrsa-mssa-and-e-coli-bacteraemia-and-c-difficile-infection-30-day-all-cause-fatality/30-day-all-cause-mortality-following-mrsa-mssa-and-gram-negative-bacteraemia-and-c-difficile-infections-2022-to-2023-report. [Accessed 26 June 2023].

Van Nood E, Vrieze A, Nieuwdorp M, et al. Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile. N Engl J Med. 2013 Jan 31;368(5):407-15. http://doi.org/10.1056/NEJMoa1205037. Epub 2013 Jan 16. PMID: 23323867.

Willing BP, Russell SL, Finlay BB. Shifting the balance: antibiotic effects on host-microbiota mutualism. Nat Rev Microbiol. 2011 Apr;9(4):233-43. http://doi.org/10.1038/nrmicro2536. Epub 2011 Feb 28. PMID: 21358670.

Zhang Z, Wang J, Wang H, Li Y, Jia Y, Yi M, Chen O. Association of infant antibiotic exposure and risk of childhood asthma: A meta-analysis. World Allergy Organ J. 2021 Dec 6;14(11):100607. http://doi.org/10.1016/j.waojou.2021.100607. PMID: 34934469.

Zhao Y, Dong BR, Hao Q. Probiotics for preventing acute upper respiratory tract infections. Cochrane Database Syst Rev. 2022 Aug 24;8(8):CD006895. http://doi.org/10.1002/14651858.CD006895.pub4. PMID: 36001877; PMCID: PMC9400717.

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-03-31

Номер

Розділ

Огляди