Untuk infeksi paru-paru CF, seberapa baik antibiotik bekerja dapat dipengaruhi oleh pH, ​​oksigen – ScienceDaily

Untuk infeksi paru-paru CF, seberapa baik antibiotik bekerja dapat dipengaruhi oleh pH, ​​oksigen – ScienceDaily


Orang yang hidup dengan cystic fibrosis (CF) menghabiskan seluruh hidup mereka melawan infeksi paru-paru kronis yang terkenal kebal terhadap terapi antibiotik. Namun pendekatan satu ukuran untuk semua untuk memusnahkan bakteri penyebab mungkin bukan pendekatan terbaik untuk semua pasien dengan penyakit ini, menurut sebuah studi baru oleh para peneliti di Sekolah Kedokteran Universitas California San Diego dan Sekolah Farmasi Skaggs dan Ilmu Farmasi.

Sebaliknya, para peneliti menemukan bahwa mengubah faktor-faktor lain dalam model paru-paru CF, seperti keseimbangan pH dan oksigen, membantu memberantas bakteri patogen sambil meminimalkan risiko resistensi antibiotik dan pertumbuhan berlebih mikroorganisme lain.

Studi ini diterbitkan 26 September di Kemajuan Sains.

“Kami menganggap antibiotik sebagai penyebab ‘bumi hangus’, hanya menghapus bagian yang tidak diketahui dari bakteri sehat dan mudah-mudahan bakteri jahat. Tapi kami sebenarnya memiliki pemahaman yang buruk tentang apa yang terjadi pada mikrobiota mereka ketika orang minum antibiotik – baik orang sehat maupun orang dengan fibrosis kistik, “kata Pieter Dorrestein, PhD, profesor di Sekolah Farmasi dan Ilmu Farmasi Skaggs dan departemen Farmakologi dan Pediatri di Sekolah Kedokteran dan pemimpin fakultas di Pusat Inovasi Mikrobioma di UC San Diego. Dorrestein memimpin penelitian bersama Robert Quinn, PhD, yang merupakan asisten ilmuwan proyek di UC San Diego pada saat penelitian dan sekarang menjadi asisten profesor di Michigan State University.

Karena cacat genetik yang menopang CF, lendir yang kental dan lengket menumpuk di paru-paru pasien CF. Lendir membantu mikroorganisme berkembang. Salah satu bakteri yang sangat bermasalah, Pseudomonas aeruginosa, juga membentuk biofilm di paru-paru, yang sulit ditembus oleh sistem kekebalan dan antibiotik. Infeksi paru-paru ini adalah masalah serius dan kronis bagi banyak orang yang hidup dengan CF. Saat ini, sebagian besar infeksi ditangani dengan trial-and-error dengan kombinasi antibiotik, antijamur dan molekul anti-inflamasi.

“Sungguh menakjubkan untuk berpikir bahwa manajemen penyakit oleh dokter ahli (yang bukan kami) sebagian besar melalui trial-and-error telah meningkatkan umur rata-rata orang dengan fibrosis kistik dari dua tahun pada tahun 1930-an menjadi sekitar 45 tahun di AS dan 55 tahun. di Kanada, namun kami memiliki pemahaman yang terbatas tentang bagaimana pengobatan semacam itu mempengaruhi komunitas mikroba yang hidup di dalam orang dengan fibrosis kistik, “kata Dorrestein.

Dalam penelitian biomedis, para ilmuwan biasanya mempelajari infeksi bakteri dengan menganalisis satu jenis bakteri tertentu, seperti P. aeruginosa, dan mungkin interaksinya dengan sel manusia. Tapi latar belakang Quinn adalah mikrobiologi lingkungan. Dia melihat paru-paru CF secara keseluruhan, hidup di lingkungan unik di mana bakteri tertentu tidak beroperasi sendiri, tetapi berinteraksi dengan mikroba lain di komunitas, sel manusia yang membentuk paru-paru, serta molekul lain, bahan kimia dan metabolit, dan semuanya berperilaku seperti ekosistem.

Jadi Quinn mendekati paru-paru seperti yang dia lakukan pada lingkungan lain, seperti tanah atau air laut. Dia mengembangkan sistem yang dia sebut WinCF, dinamai sebagian untuk ahli ekologi mikroba abad ke-19, Sergei Winogradsky. Winogradsky menemukan sistem gradien untuk mempelajari mikroba di tanah. Demikian pula, sistem WinCF Quinn menyediakan gradien pH dan oksigen yang meniru tabung sempit yang membentuk bronkiolus paru-paru manusia.

Quinn dan tim mengumpulkan sampel dahak dari 18 pasien dengan fibrosis kistik dan menerapkannya ke sistem WinCF di lab mereka. Kemudian mereka mengubah faktor-faktor seperti pH, kadar oksigen, dan antibiotik untuk memetakan sekitar 600 kondisi paru-paru fibrosis kistik yang berbeda.

Sebagai hasil dari gradien pH dan oksigen ini, para peneliti menemukan bahwa mikroba di paru-paru CF terbagi menjadi dua komunitas yang berbeda: 1) patogen yang diketahui, mikroba yang dapat menyebabkan masalah kesehatan, hidup di daerah yang kaya oksigen dan pH tinggi dan 2) anaerob. , mikroba yang tumbuh subur di daerah rendah oksigen dan pH rendah.

“Stratifikasi ini penting karena dapat mempengaruhi perawatan untuk pasien fibrosis kistik,” kata Quinn. Misalnya, bakteri tertentu dapat bertahan dari pengobatan antibiotik karena mereka dapat bersembunyi lebih dalam di dalam lendir paru-paru. Sementara itu, bakteri yang terbunuh dapat membuka ruang bagi mikroba lain untuk tumbuh, berpotensi menciptakan serangkaian masalah baru.

Itulah yang dilihat para peneliti ketika mereka menambahkan anti-P. aeruginosa antibiotik tobramycin ke bagian atas kultur dalam model WinCF mereka, mensimulasikan penghirupan ke dalam saluran napas dengan bronkiolus yang tersumbat lendir, seperti yang terjadi pada fibrosis kistik. Antibiotik menyebabkan perubahan drastis pada susunan mikroba sistem. Beberapa spesies bakteri terbunuh di semua wilayah kolom, beberapa mati di lapisan yang lebih tinggi dan kaya oksigen tetapi bertahan di kedalaman yang lebih rendah, sementara spesies lain terus berkembang biak di kedalaman yang lebih rendah. Quinn mengatakan dia sangat terkejut melihat bunga mekar Aspergillus jamur bermunculan di daerah yang sebelumnya ditempati oleh bakteri yang dimatikan. Aspergillosis, infeksi yang disebabkan oleh jamur ini, tidak jarang terjadi pada pasien fibrosis kistik yang diobati dengan antibiotik.

Antibiotik tidak hanya menggeser keseimbangan mikroba pada model cystic fibrosis lung, struktur kimiawi dari antibiotik itu sendiri juga dimodifikasi oleh mikroba. Perubahan ini dapat membantu bakteri menahan efeknya.

“Antibiotik mengubah keseluruhan struktur dan hubungan dalam komunitas yang dinamis, dan tidak selalu dengan cara yang bermanfaat bagi pasien,” kata Quinn. “Kami belum tahu ‘aturan’ untuk memberi keseimbangan demi keseimbangan mikroba yang menguntungkan.”

Sebaliknya, ketika para peneliti hanya menurunkan pH lendir fibrosis kistik dalam sistem WinCF sebanyak satu unit, susunan bakteri pada sampel bergeser dari 70 persen. P. aeruginosa pada dasarnya tidak ada bakteri yang sangat mengganggu itu.

“Mungkin dalam beberapa kasus antibiotik mungkin bahkan tidak seefektif perubahan pH sederhana yang disarankan percobaan laboratorium kami, sesuatu yang perlu ditelusuri secara klinis,” kata Dorrestein.

Untuk lebih jelasnya, model WinCF bukanlah replika sempurna dari paru-paru fibrosis kistik manusia. Itu tidak mengandung sel manusia atau komponen sistem kekebalan yang juga akan membantu membentuk susunan mikroba kehidupan nyata dari paru-paru seseorang.

Jadi, sementara sistem ini tidak boleh digunakan untuk memengaruhi perawatan pasien, Dorrestein mengatakan tujuan akhirnya adalah klinik “perawatan presisi” untuk pasien dengan fibrosis kistik. Dalam skenario ini, dokter dan teknisi dapat dengan cepat menganalisis dahak setiap pasien untuk mengetahui pola molekuler dan mikroba yang unik dan menguji berbagai kombinasi pilihan pengobatan di laboratorium – perubahan pH, kadar oksigen, antibiotik – sebelum meresepkannya kepada pasien.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Toto SGP

Author Image
adminProzen