Antibiotika verkar normalt i samverkan med en organisms immunsystem för att eliminera en infektion. Dock, läkemedlen kan ha omfattande biverkningar, inklusive att eliminera "bra" bakterier under bekämpningen av en patogen. En ny studie ledd av forskare från Broad Institute of MIT och Harvard, MIT, och Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering har visat att antibiotika också kan minska förmågan hos musimmunceller att döda bakterier, och att förändringar i den biokemiska miljön som direkt framkallas av behandling kan skydda den bakteriella patogenen. Verket publicerades idag i Cellvärd &mikrob .

"Antibiotika interagerar med celler, särskilt immunceller, på sätt vi inte förväntade oss, " sa medförfattaren Jason Yang, en postdoktor vid Broad Institute och MIT. "Och det biokemiska sammanhanget, förändras av antibiotika och celler i den omgivande vävnaden, spelar roll när du försöker förutsäga hur ett läkemedel kan fungera på olika människor eller vid olika infektioner."

Inför det växande hotet om antibiotikaresistens, Att förstå antibiotikas otaliga effekter är också ett avgörande mål för forskare och kliniker som formulerar bättre behandlingar. Seniorförfattaren James Collins – en institutmedlem på Broad, professor vid MIT, och kärnfakultetsmedlem vid Wyss Institute – och hans labb har tidigare visat att flera typer av antibiotika kan skada mitokondrier hos möss och i mänskliga epitelceller, och att bakteriell mottaglighet för läkemedel kan påverkas av små molekyler, kallas metaboliter, frigörs av celler som mellanprodukter av deras metaboliska reaktioner.

Yang och hans kollegor misstänkte att antibiotikabehandling ytterligare kan förändra infektionens mikromiljö på ett sätt som påverkar bakterier och immunceller. Att undersöka, teamet behandlade möss infekterade av Escherichia coli-bakterier med ett vanligt antibiotikum som heter ciprofloxacin, administreras genom djurens dricksvatten i koncentrationer i förhållande till vad en människa skulle få, och kvantifierade de biokemiska förändringarna.

Forskarna fann att antibiotikabehandlingen framkallade systemiska förändringar i metaboliter - inte genom att påverka mikrobiomet, men genom att verka direkt på musvävnaderna. Vid vidare utredning, teamet fastställde att metaboliter frisatta av musceller gjorde E. coli mer resistent mot ciprofloxacin. Antibiotikaexponering försämrade också immunfunktionen genom att hämma andningsaktiviteten i immunceller:Makrofager behandlade med ciprofloxacin hade mindre förmåga att uppsluka och döda E. coli-bakterier.

"Du antar i allmänhet att antibiotika kommer att påverka bakteriecellerna avsevärt, och ändå här verkar de utlösa svar i däggdjursceller, ", sade Collins. "Drogerna producerar förändringar som faktiskt är kontraproduktiva för behandlingsinsatsen. De minskar bakteriell mottaglighet för antibiotika, och läkemedlen i sig minskar immuncellernas funktionella fördelar."

Resultaten belyser potentialen hos antibiotika för att modulera immunsystemet, och avslöja vikten av den metaboliska mikromiljön för att lösa en infektion. "Aspekter av detta arbete indikerar att biokemisk mångfald kan vara en drivkraft för olika läkemedelsbehandlingsresultat, " sa Yang. "Om vi ​​har en bättre förståelse för de specifika effekter som antibiotika kan ha på olika celler, som kan hjälpa oss att fatta beslut om hur vi ska behandla infektioner bättre."

Att översätta resultaten till människors hälsa kommer att kräva mer uppföljningsarbete. "Vi behöver göra ytterligare djurstudier under ett bredare spektrum av förhållanden med ett bredare utbud av antibiotika, och potentiellt mäta metaboliter hos mänskliga patienter som genomgår behandling, för att se vad mer som kan hända, sa Collins.