Medical illustration of multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa from CDC’s 2019 AR Threats Report. P. aeruginosa-infecties kunnen bijzonder gevaarlijk zijn voor patiënten met chronische longziekten.Posted On: September 2019 geschreven door: Conan Y. Zhao, Quantitative BioSciences graduate student, Georgia Tech and Sam P. Brown, PhD, Associate Professor, Georgia Tech, and Alison Laufer Halpin, PhD, Associate Director, Office of Scientific Innovation and Integration, CDC

zorgverleners kunnen geconfronteerd worden met twee groeiende crises die hun vermogen om bacteriële infecties te behandelen beïnvloeden: antibioticaresistentie en chronische (langdurige) infecties.

een moeilijke combinatie voor zorgverleners en patiënten zijn chronische infecties veroorzaakt door antibioticaresistente kiemen.

via een project met CDC ontwikkelde het Brown Lab van Georgia Tech nieuwe benaderingen om de longmicrobiomen te bestuderen van patiënten met cystische fibrose (CF), die vaak chronische infecties krijgen. Dit werk zal helpen bij het verbeteren van behandelingen voor deze patiënten.

chronische infecties zijn aanhoudende ziekten die lang moeten worden behandeld voordat de infectie verdwijnt.

patiënten met cystische fibrose (CF) lopen een bijzonder risico op chronische infecties. Een van de kenmerken van CF is de opbouw van een dikke slijmlaag die de binnenkant van de longen bedekt, sputum genaamd. Veel soorten commensale (niet-ziekte veroorzakende) en schadelijke bacteriën kunnen overleven in deze omgeving, waardoor patiënten met CF voortdurend risico lopen op longinfecties. Door deze infecties worden CF patiënten blootgesteld aan meer antibiotica.

bepaling van het Longmicrobioom

het microbioom is een gemeenschap van natuurlijk voorkomende kiemen. Antibiotica kunnen (onbalans) microbiomen verstoren door de natuurlijke samenstelling van zowel commensale als schadelijke bacteriën te veranderen. Met een verstoord microbioom, antibiotica resistente ziekte-veroorzakende bacteriën kunnen overnemen en infectie veroorzaken.

een aantal studies hebben verbanden gevonden tussen de microbioomstructuur van de longen en de longfunctie (d.w.z. hoe goed de longen werken). De aanwezigheid van pathogene (ziekteverwekkende) kiemen wordt bijvoorbeeld geassocieerd met een slechtere gezondheid.

deze studies duiden op de centrale rol die niet-pathogene (niet-ziekteverwekkende) kiemen kunnen hebben om de longfunctie te behouden. Nochtans, moeten zij nog antwoorden als deze kiemen—meestal commensale mondelinge kiemen in de mond, neus, of keel—indicatoren van betere gezondheid zijn of actief helpen ziekteverwekkende kiemen in het ecosysteem van het longmicrobioom op afstand houden.

om deze belangrijke vraag te beantwoorden, bouwde het Brown Lab een experimenteel modelexterne icoon van het microbioom van de CF-longinfectie. Een “synthetisch sputum” recept imiteert sputum gevonden in longen van patiënten met CF. Het lab voegt gedefinieerde combinaties van maximaal 12 bacteriesoorten toe aan het model.

samen vertegenwoordigen deze 12 bacteriesoorten meer dan 90% van de bacteriële gemeenschap in de longen van mensen met CF. De helft van deze kiemen zijn gemeenschappelijke pathogene (ziekte veroorzakende) kiemen (b.v., Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa). De rest van de bacteriën zijn meestal niet-pathogene orale kiemen die vaak voorkomen in de longen van mensen met CF.

resultaten van het model ondersteunen het idee dat specifieke orale kiemen in staat zijn om de groei van ziekteverwekkende kiemen in de CF Long te vertragen. Wanneer we echter antibiotica toevoegen die vaak worden gebruikt om patiënten met CF te behandelen, worden deze “beschermende” orale kiemen snel uitgeroeid. Dit staat om het even welke bestaande, ziekte-veroorzakende kiemen toe die tegen de antibiotica resistent zijn om te groeien, over te nemen, en ziekte te veroorzaken.

Personaliserende behandelingen

verbetering van het voorschrijven en gebruik van antibiotica is van cruciaal belang om infecties effectief te behandelen, patiënten te beschermen tegen schade veroorzaakt door onnodig gebruik van antibiotica en antibioticaresistentie te bestrijden.

met behulp van microbiome data en wiskundige modellen van het CF lung microbiome, leert het bruine Lab meer over hoe elke bacteriesoort elkaar beïnvloedt, en hun vermogen om antibiotica te weerstaan. Gewapend met deze informatie maakt het lab voorspellingen en test deze met als doel de antibioticakeuze en behandelingen te verbeteren.

vanaf daar kan het lab nieuwe, gepersonaliseerde behandelingsstrategieën ontwikkelen die antibiotica en, potentieel, probiotica (levende niet-ziekte-veroorzakende bacteriën die algemeen als veilig worden erkend ) combineren die zijn afgestemd op de infectie en het microbioomprofiel van het individu.