항생제는 카바페넴의 장내 성장을 촉진합니다.

Oct 22, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 5094(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

장은 카바페넴 내성 장내세균(CRE)의 주요 집락지이며 침습성 감염(예: 혈류 감염)을 유발하는 CRE의 저장소 역할을 합니다. 광범위한 항생제는 장내 미생물군에 의해 매개되는 집락 저항성을 방해하여 장 내 CRE의 확장을 촉진합니다. 여기에서 우리는 항생제에 의한 장내 미생물 개체군의 감소가 영양소의 풍부화와 억제 대사산물의 고갈로 이어져 CRE 성장을 향상시킨다는 것을 보여줍니다. 항생제는 인간 배설물 미생물군의 체외 배양에서 장내 공생균(비피도박테리아과 및 박테로이달레스 포함)의 풍부함을 감소시킵니다. 이는 미생물 대사산물의 고갈과 영양분의 강화를 동반합니다. 우리는 여러 CRE 균주의 영양소 활용 능력, 영양소 선호도 및 대사 산물 억제 감수성을 측정합니다. 우리는 CRE가 성장을 위한 탄소 및 질소원으로 영양분(항생제 치료 후 강화됨)을 사용할 수 있음을 발견했습니다. 이러한 영양소는 또한 항생제 치료를 받은 생쥐의 대변에서 증가하고 카바페넴 내성 대장균이 장에 정착한 후에는 감소합니다. 더욱이, 특정 미생물 대사산물(항생제 치료 시 고갈됨)은 CRE 성장을 억제합니다. 우리의 결과는 항생제로 장내 공생균을 죽이는 것이 영양분을 풍부하게 하고 억제성 미생물 대사산물을 고갈시킴으로써 CRE 집락화를 촉진한다는 것을 보여줍니다.

항생제 내성은 인간 건강에 심각한 위협을 가해 치료 실패, 감염 재발, 입원 기간 연장, 임상 결과 불량 및 의료 비용 증가를 초래합니다1. 치료 옵션은 점점 제한되고 효율성이 떨어지며 환자에게 더 독성이 있는 항생제 투여가 필요할 수 있습니다2. 항생제 내성 박테리아에 의한 감염에 대한 새로운 치료법을 개발하는 것이 시급합니다. 특히 공중 보건에 긴급한 위협이 되는 카바페넴 내성 장내세균과(CRE)와 같은 약물 내성이 매우 강한 병원균에 의한 침습성 감염의 발생을 예방하기 위해서는 대체 접근법이 필요합니다2. 그러나 이러한 다제내성 감염을 치료하기 위한 새로운 항생제 개발에는 많은 어려움이 있습니다2.

장은 CRE의 주요 집락화 장소이며 치료가 어려운 침습성 감염(예: 혈류 감염 및 재발성 요로 감염)3의 씨앗이 되는 CRE의 저장고 역할을 합니다. 따라서 침습성 CRE 감염의 발병을 예방하는 한 가지 접근법은 CRE가 장에 정착하는 것을 방지하거나 기존 CRE 장에 정착된 환자를 탈집락화하는 것입니다. 그러나 그렇게 하려면 먼저 취약한 환자의 장에서 CRE 집락화를 유발하는 요인을 이해해야 합니다.

건강한 장내 미생물군은 집락 저항성을 나타내며, 장내 공생균은 병원균이 장에 집락을 형성하는 것을 방지합니다. 그러나 광범위한 항생제가 집락 저항성을 방해하고 장 내 병원균의 확장을 크게 촉진한다는 것은 잘 알려져 있습니다4. 특히, 카바페넴, 피페라실린/타조박탐, 시프로플록사신, 세팔로스포린은 CRE 장내 정착을 촉진하는 것으로 알려져 있습니다5. CRE 장내 군집화를 방지하기 위해 건강한 장내 미생물군이 사용하는 군집화 저항성 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다. 그러나 다른 병원체의 발견에 따르면 영양분 경쟁과 대사산물 억제가 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다6,7,8,9,10.

박테리아가 장에 성공적으로 정착하려면 성장을 지원하는 영양분에 접근할 수 있어야 합니다. 박테리아마다 영양소 활용 능력이 다르며 이용 가능한 영양소의 다양성과 농도가 박테리아의 성장에 영향을 미칩니다11. 박테리아는 다양한 영양소를 활용할 수 있지만 일반적으로 다양한 박테리아 종에 따라 영양소의 우선순위 활용이 다릅니다12. 그러나 유사하거나 중복되는 영양소 활용 능력을 가진 박테리아가 이러한 영양소를 놓고 경쟁하고 비슷한 틈새를 차지하기 때문에 장 내에서는 영양소가 제한됩니다. 영양소 틈새 가설은 항생제에 의해 장내 미생물이 파괴되면 영양소에 대한 경쟁이 감소하고 장내 영양소 가용성이 증가하여 장내세균의 성장을 촉진할 수 있다고 예측합니다14.