Deze interacties – gezien voor veel geneesmiddelen, waaronder geneesmiddelen die worden gebruikt voor de behandeling van depressie, diabetes en astma – zouden onderzoekers kunnen helpen beter te begrijpen hoe de effectiviteit en bijwerkingen van geneesmiddelen tussen individuen verschillen. De studie is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Het is bekend dat bacteriën sommige medicijnen chemisch kunnen wijzigen, een proces dat bekend staat als biotransformatie. Deze studie, geleid door onderzoekers van de Medical Research Council (MRC) Toxicology Unit aan de Universiteit van Cambridge en het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Duitsland, is de eerste die aantoont dat bepaalde soorten darmbacteriën menselijke geneesmiddelen accumuleren, waardoor de soorten bacteriën in de darm en hun activiteit.
Dit zou de effectiviteit van het medicijn zowel direct kunnen veranderen, omdat de accumulatie de beschikbaarheid van het medicijn voor het lichaam zou kunnen verminderen, als indirect, omdat veranderde bacteriële functie en samenstelling in verband kunnen worden gebracht met bijwerkingen.
De menselijke darm bevat van nature gemeenschappen van honderden verschillende soorten bacteriën, die belangrijk zijn voor gezondheid en ziekte, het darmmicrobioom. De samenstelling van bacteriesoorten varieert aanzienlijk tussen mensen en er is eerder aangetoond dat het verband houdt met een breed scala aan aandoeningen, waaronder obesitas, immuunrespons en geestelijke gezondheid.
In deze studie kweekten de onderzoekers 25 gewone darmbacteriën en bestudeerden ze hoe ze interageerden met 15 medicijnen die oraal worden ingenomen. De medicijnen werden gekozen om een reeks verschillende soorten veelvoorkomende medicijnen te vertegenwoordigen, waaronder antidepressiva, waarvan bekend is dat ze individuen op ongelijke wijze beïnvloeden en bijwerkingen veroorzaken zoals darmproblemen en gewichtstoename.
De onderzoekers testten hoe elk van de 15 geneesmiddelen een interactie aanging met de geselecteerde bacteriestammen – in totaal 375 bacterie-geneesmiddeltests. Ze vonden 70 interacties tussen de bacteriën en de onderzochte medicijnen, waarvan 29 niet eerder waren gemeld.
Terwijl eerder onderzoek heeft aangetoond dat bacteriën medicijnen chemisch kunnen wijzigen, ontdekten de wetenschappers toen ze deze interacties verder bestudeerden dat voor 17 van de 29 nieuwe interacties het medicijn zich ophoopte in de bacteriën zonder te worden gewijzigd.
Dr. Kiran Patil van de MRC Toxicology Unit van de Universiteit van Cambridge, die de studie mede leidde, zei: “Het was verrassend dat de meerderheid van de nieuwe interacties die we tussen bacteriën en medicijnen zagen, de medicijnen waren die zich in de bacteriën ophopen. Tot nu toe werd gedacht dat biotransformatie de belangrijkste manier was waarop bacteriën de beschikbaarheid van medicijnen voor het lichaam beïnvloeden.”
“Dit zullen waarschijnlijk zeer persoonlijke verschillen tussen individuen zijn, afhankelijk van de samenstelling van hun darmmicrobiota. We zagen zelfs verschillen tussen verschillende stammen van dezelfde bacteriesoort.”
Voorbeelden van geneesmiddelen die zich in bacteriën hebben opgehoopt, zijn antidepressiva duloxetine en antidiabetica rosiglitazon. Voor sommige geneesmiddelen, zoals montelukast (een middel tegen astma) en roflumilast (voor chronische obstructieve longziekte), traden beide veranderingen op in verschillende bacteriën – ze werden verzameld door sommige soorten bacteriën en gewijzigd door andere.
De onderzoekers ontdekten ook dat de bioaccumulatie van medicijnen het metabolisme van de accumulerende bacteriën verandert. Het antidepressivum duloxetine bond bijvoorbeeld aan verschillende metabole enzymen in de bacteriën en veranderde hun uitgescheiden metabolieten.
De onderzoekers kweekten een kleine gemeenschap van verschillende bacteriesoorten samen en ontdekten dat het antidepressivum duloxetine de balans van bacteriesoorten dramatisch veranderde. Het medicijn veranderde de moleculen geproduceerd door de medicijnaccumulerende bacteriën, waar andere bacteriën zich mee voeden, zodat de consumerende bacteriën veel meer groeiden en de gemeenschapssamenstelling uit balans brachten.
De onderzoekers testten de effecten verder met C. elegans, een nematodeworm die vaak wordt gebruikt om darmbacteriën te bestuderen. Ze bestudeerden duloxetine, waarvan was aangetoond dat het zich ophoopt in bepaalde bacteriën, maar niet in andere. Bij wormen die waren gekweekt met de bacteriesoort waarvan was aangetoond dat ze het geneesmiddel ophopen, was het gedrag van de wormen veranderd na blootstelling aan duloxetine, in vergelijking met wormen die waren gekweekt met bacteriën die duloxetine niet accumuleerden.
Dr. Athanasios Typas van EMBL, die de studie mede leidde, zei: “Pas nu erkennen mensen dat medicijnen en ons microbioom elkaar beïnvloeden met een kritisch gevolg voor onze gezondheid.”
Dr. Peer Bork van EMBL, en een co-leider van de studie, zei: “Dit roept ertoe op dat we het microbioom als een van onze organen gaan behandelen.”
Dr. Patil zei: “De volgende stappen voor ons zullen zijn om dit fundamentele moleculaire onderzoek voort te zetten en te onderzoeken hoe de darmbacteriën van een individu verband houden met de verschillende individuele reacties op medicijnen zoals antidepressiva – verschillen in of je reageert, de benodigde dosis van het medicijn en bijwerkingen zoals gewichtstoename. Als we kunnen karakteriseren hoe mensen reageren, afhankelijk van de samenstelling van hun microbioom, dan kunnen medicamenteuze behandelingen geïndividualiseerd worden.”
De onderzoekers waarschuwen dat de onderzoeksresultaten alleen betrekking hebben op bacteriën die in het laboratorium zijn gekweekt, en