Bakterier utvecklar och distribuerar regelbundet nya antibiotika i en oändlig kapprustning för att döda andra bakteriearter som konkurrerar om gemensamma resurser. Människor har utnyttjat den evolutionärt finslipade förmågan genom att administrera antibiotika för att slå till mot skadliga bakterier som invaderar och infekterar deras kroppar.

Men antibiotika kan också attackera oskyldiga åskådare – bland dem de ofta nyttiga bakteriearter som lever i tarmarna hos människor och många andra djur. Med ökande användning och miljöspridning av antibiotika, särskilt via applicering i boskap, ansluter deras effekt på värdbakterier till ökningen av antibiotikaresistens som en potentiell anledning till oro.

Tidigare forskning tyder på att exponering för antibiotika kan minska förekomsten och modifiera sammansättningen av en värds bakteriegemenskap, eller mikrobiom, vilket potentiellt driver förändringar i metabolism och större mottaglighet för patogener, fetma och antibiotikaresistenta bakterier. Studier har till och med visat att antibiotika kan påverka mikrobiomer i nästa generations avkomma, som får dessa bakterier från föräldrar eller miljön. Mindre är dock känt om hur dessa effekter utspelar sig över flera generationer.

På jakt efter svar vände sig Nebraskas Reilly Cooper och kollegor till Daphnia magna, en kräftdjursart som växer till bara millimeter i längd men som växer fram som en god organism för att studera mikrobioms dynamik. Teamet fostrade fem generationer av D. magna; hälften av den första generationen växte upp antibiotikafri, den andra hälften i en antibiotikarik cocktail. Efterföljande generationer av de antibiotikafria kräftdjuren fortsatte att födas upp på det sättet. Varje generation som föddes av antibiotika-exponerade föräldrar delades jämnt mellan en antibiotikarik eller antibiotikafri tillvaro.

Som väntat verkade antibiotika drastiskt förändra populationen av bakterier i första generationens D. magna, vilket ökade antalet av en framträdande bakteriegrupp samtidigt som överflödet av en annan minskade. Och mångfalden av bakteriearter fortsatte att minska över generationer av antibiotikaexponerade kräftdjur.

Ändå skröt D. magna, vars föräldrar exponerades för antibiotika, men som själva växte upp antibiotikafria, bakteriesamhällen som för det mesta inte kunde skiljas från kräftdjur vars förfäder aldrig exponerades. Detta fynd, som stred mot lagets förväntningar, tyder på att bara en generation kan vara tillräckligt för att en mikrobiom ska återhämta sig effektivt – oavsett hur många generationer av antibiotikaexponering som föregick den.

Teamet fick en annan överraskning:den enkla handlingen att isolera de enskilda kräftdjuren, oavsett om de var exponerade för antibiotika eller -fria, motsvarade också mindre bakteriell mångfald över generationer av D. magna. Även om överlevnadsgraden sjönk över generationerna av isolerade kräftdjur, ökade både kroppsstorlek och total reproduktion. Det gjorde också försvinnandet av relativt sällsynta bakteriegrupper – vilket tyder på att dessa grupper kan spela skadliga roller.

Efter att ha visat effekterna av olika tillstånd på mikrobiomer bör D. magna fortsätta att fungera som en modellorganism för att undersöka motståndskraften, mångfalden och banan hos bakteriesamhällen över generationer, sa teamet.

Cooper hoppas särskilt att forskare följer upp påverkan av isolering, vilket tyder på att upprätthållandet av en mångsidig mikrobiom kan bero på om ett djur växer upp tillsammans med medlemmar av sin egen art. Om så är fallet kan det få konsekvenser för en hel mängd värdarter, sa han.

Studien är publicerad i FEMS Microbiology Ecology . + Utforska vidare

Läkemedelsresistensmolekyler kan spridas genom bakteriella "samhällen"