publicerat den: September 2019

skrivet av: Conan Y. Zhao, kvantitativ Biosciences doktorand, Georgia Tech och Sam P. Brown, PhD, docent, Georgia Tech och Alison Laufer Halpin, PhD, biträdande direktör, Office of Scientific Innovation and Integration, CDC

vårdgivare kan möta två växande kriser som påverkar deras förmåga att behandla bakterieinfektioner: antibiotikaresistens och kroniska (långvariga) infektioner.

en svår kombination för vårdgivare och patienter är kroniska infektioner orsakade av antibiotikaresistenta bakterier.

genom ett projekt med CDC utvecklade Brown Lab vid Georgia Tech nya metoder för att studera lungmikrobiomerna hos patienter med cystisk fibros (CF), som ofta får kroniska infektioner. Detta arbete kommer att bidra till att förbättra behandlingarna för dessa patienter.

kroniska infektioner är ihållande sjukdomar som måste behandlas under lång tid innan infektionen rensas.

patienter med cystisk fibros (CF) löper särskild risk för kroniska infektioner. Ett av egenskaperna hos CF är uppbyggnad av ett tjockt slemskikt som täcker insidan av lungorna, kallad sputum. Många typer av kommensala (icke-sjukdomsframkallande) och skadliga bakterier kan överleva i denna miljö och ständigt sätta patienter med CF i riskzonen för lunginfektioner. På grund av dessa infektioner utsätts CF-patienter för mer antibiotika.

bedömning av Lungmikrobiomen

mikrobiomen är en gemenskap av naturligt förekommande bakterier. Antibiotika kan störa (obalans) mikrobiomer genom att ändra den naturliga sammansättningen av både kommensala och skadliga bakterier. Med en störd mikrobiom kan antibiotikaresistenta sjukdomsframkallande bakterier ta över och orsaka infektion.

ett antal studier har funnit samband mellan lungens mikrobiomstruktur och lungens funktion (dvs hur väl lungorna fungerar). Till exempel är närvaron av patogena (sjukdomsframkallande) bakterier förknippade med sämre hälsa.

dessa studier antyder den centrala rollen som icke-patogena (inte sjukdomsframkallande) bakterier kan behöva hjälpa till att upprätthålla lungfunktionen. Men de har ännu inte svarat om dessa bakterier-mestadels kommensala orala bakterier i munnen, näsan eller halsen—är indikatorer på bättre hälsa eller aktivt hjälper till att hålla patogena bakterier borta i lungmikrobiomekosystemet.

För att ta itu med denna nyckelfråga byggde Brown Lab en experimentell modelexternal ikon för CF-lunginfektionsmikrobiom. Ett ”syntetiskt sputum” – recept efterliknar sputum som finns i lungor hos patienter med CF. Labbet lägger till definierade kombinationer av upp till 12 bakteriearter till modellen.

tillsammans står dessa 12 bakteriearter för mer än 90% av bakteriegemenskapen i lungorna hos personer med CF. Hälften av dessa bakterier är vanliga patogena (sjukdomsframkallande) bakterier (t.ex. Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa). Resten av bakterierna är mestadels icke-patogena orala bakterier som ofta finns i lungorna hos personer med CF.

resultat från modellen stöder tanken att specifika orala bakterier kan bromsa tillväxten av sjukdomsframkallande bakterier i CF-lungan. Men när vi lägger till antibiotika som vanligtvis används för att behandla patienter med CF, torkas dessa ”skyddande” orala bakterier snabbt ut. Detta gör att alla befintliga, sjukdomsframkallande bakterier som är resistenta mot antibiotika kan växa, ta över och orsaka sjukdom.

anpassa behandlingar

förbättra förskrivning och användning av antibiotika är avgörande för att effektivt behandla infektioner, skydda patienter från skador orsakade av onödig antibiotikaanvändning och bekämpa antibiotikaresistens.med hjälp av mikrobiomdata och matematiska modeller av CF-lungmikrobiomen lär Brown Lab mer om hur varje bakterieart påverkar varandra och deras förmåga att motstå antibiotika. Beväpnad med denna information gör labbet förutsägelser och testar dem med målet att förbättra antibiotikaval och behandlingar.därifrån kan labbet utveckla nya, personliga behandlingsstrategier som kombinerar antibiotika och potentiellt probiotika (levande icke-sjukdomsframkallande bakterier som allmänt erkänns som säkra ) som är skräddarsydda för individens infektion och mikrobiomprofil.