Engineered bacteria could help protect ‘good’ gut microbes from antibiotics
According to Medical Xpress, antibiotics are life-saving drugs that can also harm the beneficial microbes that live in the gut, leaving patients “at risk of developing inflammation or opportunistic infections such as Clostridiodes difficile.” To help mitigate those risks, engineers from the Massachusetts Institute of Technology (MIT) developed a method to help protect the natural flora of the digestive system.
Microbes in the human gut play important roles in the function of the metabolism, immune system and nervous system. Andres Cubillos-Ruiz, Ph.D., lead author and research scientist at MIT’s Institute for Medical Engineering and Sciences (IMES), explains “the problem comes when interventions such as medications or particular kinds of diets affect the composition of the microbiota and create an altered state, called dysbiosis” where “some microbial groups disappear, and the metabolic activity of others increases,” which can lead to several health problems.
To help protect the microbiota from the effects of antibiotics, researchers engineered a strain of bacteria called Lactococcus lactis, which is normally used in cheese production, to produce an enzyme called beta-lactamase that can break down commonly prescribed beta-lactam antibiotics, including ampicillin and amoxicillin. They discovered that when this “living biotherapeutic” is given with antibiotics, it protects the microbiota in the gut without affecting the high levels of antibiotics circulating in the bloodstream. A synthetic “biocontainment strategy” was also used to enable the delivery of antibiotic-degrading enzymes to the gut while preventing the risk of horizontal gene transfer to other bacteria.
To test their theory, researchers gave mice two oral doses of the engineered bacteria for every injection of ampicillin and compared results to mice who received injections of ampicillin only. Researchers found that the level of ampicillin circulating in the bloodstream was the same for mice receiving the engineered bacteria and for those that did not. In the gut, mice who received the engineered bacteria maintained a higher level of microbial diversity compared to mice who received antibiotics only. None of the mice that received the engineered bacteria developed C. difficile infections while all of the mice that received antibiotics only showed high levels of C. difficile in the gut. Researchers found genes for antibiotic resistance in the microbes that survived in mice who received antibiotics but not the engineered bacteria.
Researchers are working to develop a version of treatment that can be tested in humans who are at high risk of developing acute diseases caused by antibiotic-induced gut dysbiosis. Researchers hope that the engineered bacteria could be used to protect people who are required to take antibiotics for infections outside of the gut. Cubillos-Ruiz states “with our new technology we can make antibiotics safer by preserving beneficial gut microbes and by reducing the chances of emergence of new antibiotic resistant variants.”
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April 2022
TRADUCCIÓN DE GOOGLE:
Las bacterias modificadas podrían ayudar a proteger los microbios intestinales “buenos” de los antibióticos
Según Medical Xpress, los antibióticos son medicamentos que salvan vidas y que también pueden dañar los microbios beneficiosos que viven en el intestino, dejando a los pacientes “en riesgo de desarrollar inflamación o infecciones oportunistas como Clostridiodes difficile”. Para ayudar a mitigar esos riesgos, los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) desarrollaron un método para ayudar a proteger la flora natural del sistema digestivo.
Los microbios en el intestino humano juegan un papel importante en la función del metabolismo, el sistema inmunológico y el sistema nervioso. Andrés Cubillos-Ruiz, Ph.D., autor principal e investigador científico del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas (IMES) del MIT, explica que “el problema surge cuando intervenciones como medicamentos o tipos particulares de dietas afectan la composición de la microbiota y crean un estado alterado, llamado disbiosis” en el que “desaparecen algunos grupos microbianos y aumenta la actividad metabólica de otros”, lo que puede derivar en varios problemas de salud.
Para ayudar a proteger la microbiota de los efectos de los antibióticos, los investigadores diseñaron una cepa de bacterias llamada Lactococcus lactis, que normalmente se usa en la producción de queso, para producir una enzima llamada betalactamasa que puede descomponer los antibióticos betalactámicos comúnmente recetados, incluida la ampicilina. y amoxicilina. Descubrieron que cuando este “bioterapéutico vivo” se administra con antibióticos, protege la microbiota en el intestino sin afectar los altos niveles de antibióticos que circulan en el torrente sanguíneo. También se utilizó una “estrategia de biocontención” sintética para permitir el suministro de enzimas que degradan los antibióticos al intestino y, al mismo tiempo, prevenir el riesgo de transferencia horizontal de genes a otras bacterias.
Para probar su teoría, los investigadores dieron a los ratones dos dosis orales de la bacteria modificada por cada inyección de ampicilina y compararon los resultados con los ratones que recibieron inyecciones de ampicilina solamente. Los investigadores encontraron que el nivel de ampicilina que circulaba en el torrente sanguíneo era el mismo para los ratones que recibían la bacteria modificada y para los que no. En el intestino, los ratones que recibieron bacterias modificadas mantuvieron un nivel más alto de diversidad microbiana en comparación con los ratones que recibieron solo antibióticos. Ninguno de los ratones que recibieron la bacteria modificada desarrolló infecciones por C. difficile, mientras que todos los ratones que recibieron antibióticos solo mostraron altos niveles de C. difficile en el intestino. Los investigadores encontraron genes para la resistencia a los antibióticos en los microbios que sobrevivieron en ratones que recibieron antibióticos pero no las bacterias modificadas.
Los investigadores están trabajando para desarrollar una versión del tratamiento que pueda probarse en humanos que tienen un alto riesgo de desarrollar enfermedades agudas causadas por disbiosis intestinal inducida por antibióticos. Los investigadores esperan que las bacterias modificadas puedan usarse para proteger a las personas que deben tomar antibióticos para infecciones fuera del intestino. Cubillos-Ruiz afirma que “con nuestra nueva tecnología podemos hacer que los antibióticos sean más seguros al preservar los microbios intestinales beneficiosos y al reducir las posibilidades de aparición de nuevas variantes resistentes a los antibióticos”.
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abril 2022
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