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抗生素帮助我们治疗细菌感染，每年拯救数百万人的生命。但是它们也会伤害居住在我们肠道中的有益微生物，削弱我们身体对病原体的第一道防线之一，并损害我们的微生物群对我们健康的多种有益影响。抗生素的这种附带损害的常见副作用是胃肠道问题和复发性艰难梭状芽孢杆菌感染。它们还包括长期的健康问题，如过敏性、代谢性、免疫性或炎症性疾病的发展。
EMBL研究人员及其同事分析了144种抗生素对我们最常见的肠道微生物的影响。他们的研究大大提高了我们对抗生素影响的理解。它还提出了一种新的方法，通过将抗生素与第二种药物结合起来，减轻抗生素治疗对肠道微生物组的不利影响。
来自海德堡EMBL的Typas小组、图宾根大学"控制微生物以对抗感染"卓越集群的Maier实验室的研究人员和合作者分析了144种抗生素对我们最常见的肠道微生物的影响。发表在《自然》杂志上的这项研究极大地提高了我们对抗生素对肠道微生物影响的理解。它还提出了一种新的方法来减轻抗生素治疗对肠道微生物组的不利影响。
人类的肠道里有一个由不同的微生物物种以及许多病毒组成的错综复杂的群体，统称为肠道微生物组。它们共同使我们能够更有效地利用营养物质，并阻碍致病细菌在我们的肠道中定居。然而，当我们用抗生素治疗细菌感染时，有可能会破坏肠道微生物组。
"许多抗生素能抑制各种致病菌的生长。"图宾根大学DFG Emmy Noether小组负责人Lisa Maier解释说："这种广泛的活性谱在治疗感染时是有用的，但它增加了我们肠道中的微生物也成为目标的风险。"Maier是Typas实验室的一名校友，也是这项研究的两位主要作者之一。
如果某些肠道细菌比其他细菌受到的伤害更大，那么抗生素治疗会导致我们的微生物群组成不平衡，通常被称为菌群失调。腹泻是一种常见的短期影响，而哮喘或食物过敏等过敏性疾病和肥胖则是可能的长期后果。抗生素对肠道微生物也有活性，这一事实早已为人所知，但它们对我们肠道中携带的大量多样性微生物的影响尚未得到系统研究，主要是由于技术上的挑战。
"到目前为止，我们对不同的抗生素对我们肠道微生物群落的个别成员的影响的了解是零散的。我们的研究填补了我们对哪种类型的抗生素影响哪种类型的细菌以及以何种方式影响的主要空白，"海德堡EMBL高级科学家和小组负责人Nassos Typas说。
在EMBL的Typas、Bork、Patil和Zeller小组先前的一项研究的基础上，科学家们观察了144种抗生素中的每一种如何影响通常栖息在我们内脏中的多达27种细菌菌株的生长和生存。研究人员确定了800多种抗生素以及对应菌株组合中某种抗生素会影响这些菌株的浓度，将现有的肠道细菌物种中的抗生素光谱数据集扩大了75%。
重要的是，实验显示，四环素类和大环内酯类，两个常用的抗生素家族不仅能阻止细菌生长，还能导致它们死亡。大约一半的测试肠道菌株在使用这些类型的抗生素治疗后没有存活下来。
与Maier同为第一作者的Typas研究小组的博士后Camille Goemans说："我们没有想到四环素类和大环内酯类会有这种效果，因为这些抗生素类被认为只有抑菌作用--这意味着它们阻止细菌生长，但不会杀死细菌。我们的实验表明，对于我们研究的大约一半的肠道微生物来说，这一假设是不正确的。多西环素、红霉素和阿奇霉素这三种常用的抗生素杀死了几种丰富的肠道微生物物种，而其他的则只是被抑制。"
四环素和大环内酯类药物对特定微生物的选择性杀伤可能导致这些微生物在无意中从肠道微生物群中流失，其速度远远快于那些只被抑制生长的微生物，正如作者用合成微生物群所显示的那样。这可以解释一些使用这些抗生素治疗的病人所目睹的强烈的微生物群变化。
不过，有一种方法可以减少这种损害。"我们之前已经表明，药物在不同的细菌物种之间有不同的作用。因此，我们探讨了第二种药物是否可以掩盖抗生素对丰富的肠道微生物的有害影响，但允许抗生素保持其对病原体的活性。"Typas解释说："这将提供类似解毒剂的东西，这将减少抗生素对肠道细菌的附带损害。
科学家们将抗生素红霉素或多西环素与一组近1200种药品结合起来，以确定能使两种丰富的肠道细菌物种免受抗生素影响的药物。事实上，研究人员确定了几种非抗生素药物，可以拯救这些肠道微生物和其他相关物种。重要的是，抗生素与第二种保护性药物的结合并不影响抗生素对致病菌的功效。
后续实验表明，这种方法在自然微生物组的背景下也可能发挥作用。在合作者的帮助下，科学家们表明，红霉素与解毒剂的结合减轻了小鼠肠道中某些丰富的肠道细菌物种的损失。同样，在从粪便样本中提取的复杂细菌群落中，解毒剂药物保护了人类肠道微生物免受红霉素的影响。
Maier总结说："我们将抗生素与保护性解毒剂相结合的方法可以为减少抗生素对我们肠道微生物群的有害副作用提供新的机会。没有任何一种解毒剂能够保护我们肠道中的所有细菌--特别是因为这些细菌在不同的个体中差异很大。但是这个概念为开发新的个性化策略以保持我们的肠道微生物健康打开了大门"。
研究人员需要进一步研究，以确定解毒剂的最佳组合、剂量和配方，并排除对肠道微生物组的潜在长期影响。在未来，这种新方法可能有助于保持我们的肠道微生物组的健康，减少抗生素对病人的副作用，而不影响我们的抗生素作为救命稻草的效率。
