Tetraciclinele în doză mică stimulează sinteza unor metaboliți pro-inflamatori în Bacteroides dorei, cu impact potențial asupra imunității și structurii microbiomului intestinal

Un studiu realizat la Princeton University și publicat în Journal of the American Chemical Society la data de 3 decembrie 2025 a analizat modul în care antibioticele din clasa tetraciclinelor, administrate în doze mici, influențează sinteza unor metaboliți secundari ai bacteriei intestinale Bacteroides dorei. Cercetarea arată că aceste molecule induse posedă proprietăți pro-inflamatorii și pot remodela microbiomul intestinal.

Context

Microbiomul intestinal uman reprezintă un ecosistem complex, populat de mii de specii bacteriene cu roluri esențiale în metabolism, imunitate și homeostazie. Genul Bacteroides, care poate reprezenta până la 25% din totalul microorganismelor intestinale, este bine cunoscut pentru capacitatea de adaptare la mediul intestinal și pentru contribuțiile sale imunomodulatorii.

Deși numeroase studii au sugerat asocieri între compoziția microbiomului și diferite afecțiuni metabolice sau inflamatorii, mecanismele moleculare – în special rolul metaboliților mici microbieni – rămân insuficient înțelese. Una dintre provocările majore este faptul că multe dintre genele implicate în biosinteza metaboliților secundari nu sunt active în condiții standard de laborator, necesitând stimuli specifici pentru a fi activate.

Platforma de screening HiTES (High-Throughput Elicitor Screening) s-a dovedit utilă în activarea unor astfel de căi biosintetice silențioase, permițând descoperirea unor molecule „criptice” ale microbiomului, cu potențiale roluri în interacțiunea gazdă-microorganisme.

Pe acest fundal, studiul actual explorează modul în care antibioticele administrate în doze mici pot acționa ca factori de „deblocare” a metabolomului secundar al Bacteroides dorei și cum metaboliții activați influențează răspunsul imun.

Despre studiul actual

Metodologie și design experimental

Studiul a utilizat platforma HiTES pentru a examina răspunsul metabolic al Bacteroides dorei la o bibliotecă de 400 de medicamente aprobate de FDA. Supernatantele culturilor bacteriene au fost analizate prin cromatografie lichidă ultraperformantă cuplată cu spectrometrie de masă (UPLC-qTOF-MS), generând hărți tridimensionale ale metabolomului.

Elemente esențiale ale procedurii:

• Screeningul a urmărit metaboliții induși, prin compararea semnalelor obținute în prezența moleculelor testate față de controlul fără elicitori.

• Analizele au evidențiat modificări semnificative în intervalul de masă m/z 300–500, indicând activarea căilor de biosinteză a unor metaboliți secundari.

• Tetraciclinele – în special demeclociclina – s-au dovedit cei mai puternici inductori ai metabolomului secundar, chiar la concentrații sub-inhibitorii.

Identificarea clasei de metaboliți induși

În urma analizei metabolomului indus, au fost descoperite două noi familii de metaboliți:

• Dipeptide lipidice Ser-Gly (denumite „doreamide A–F”), cu masă moleculară variabilă în funcție de lungimea și ramificația lanțului acil.

• N-aciladenozine (două forme structurale principale), care includ resturi acilate provenite din aminoacizi cu lanț ramificat.

Caracterizarea structurală a inclus:

• Spectroscopie HR-MS, MS/MS.

• Analize 1D/2D NMR pentru elucidarea completă a structurii.

• Experimente cu aminoacizi marcați izotopic pentru a determina originea lanțurilor acilate.

• Modelări ECD pentru determinarea configurației absolute.

Doreamidele au fost izolate din culturi de 9 litri tratate cu 4 μM demeclociclină, ceea ce a permis obținerea cantităților necesare pentru caracterizare.

Activitatea indusă asupra căilor imune

Pentru a testa efectele metabolice asupra celulelor gazdei, au fost utilizate macrofage RAW 264.7, analizându-se:

• Transcripția genelor pro-inflamatorii prin RT-qPCR.

• Nivelurile proteice ale citokinelor prin teste ELISA.

• Expresia peptidului antimicrobian catelicidină (CAMP).

Doreamidele și N-aciladenozinele au fost testate în concentrații de 5–40 μg/mL, fără a produce citotoxicitate detectabilă.

Rezultate

Inducerea doreamidelor de către tetracicline

• Concentrații de 5 μM demeclociclină au crescut producția doreamidei A de până la 12 ori.

• IC50 pentru mito-inhibiția bacteriană a fost de 4,6 μM, ceea ce confirmă că inducția apare la niveluri relevante fiziologic pentru intestinul uman.

• Au fost identificate șase doreamide distincte, diferind prin lungimea lanțului acil (C15–C19) și tipul de ramificație (izo, anteizo).

• Analizele cu aminoacizi marcați izotopic au arătat că lanțurile acilate provin din degradarea aminoacizilor cu lanț ramificat: valină, leucină și izoleucină.

Inducerea N-aciladenozinelor

Cele două N-aciladenozine identificate (cu lanțuri provenite din leucină, respectiv izoleucină) reprezintă primele astfel de molecule descrise până acum la bacterii.

Ele prezintă:

• Conformații multiple în echilibru, evidențiate prin experimente NMR la temperatură variabilă.

• Origine biosintetică corelată cu același set de aminoacizi cu lanț ramificat utilizați în sinteza doreamidelor.

Activitatea imunomodulatorie a doreamidelor

Doreamidele A–C au indus:

• Creșteri de 2 până la 20 de ori ale expresiei unor citokine precum tumor necrosis factor alfa, interleukina-1 beta, interleukina-6 și interleukina-10.

• Stimularea chemokinelor MCP-1, MIP-1, MIP-2.

• Activarea ciclooxigenazei-2.

• O creștere de până la 58 de ori a expresiei catelicidinei (CAMP).

În special doreamida C, care conține un lanț anteizo, a prezentat cea mai puternică activitate pro-inflamatorie.

Testele de inhibiție au arătat că aceste efecte sunt dependente de receptorul Toll-like 2 (TLR2).

Activitatea catelicidinei asupra microbiomului

Peptidul CAMP indus de doreamide a prezentat o activitate antimicrobiană selectivă:

• Bacteroides dorei – rezistență până la 128 μg/mL.

• Bacteroides fragilis – sensibilitate (8 μg/mL).

• Bacteroides vulgatus – sensibilitate (4 μg/mL).

• Patogeni oportuniști precum Clostridium perfringens, Peptostreptococcus, Prevotella oris – sensibilitate crescută (4–8 μg/mL).

Această selectivitate sugerează că doreamidele ar putea facilita remodelarea microbiomului intestinal în timpul expunerii la antibiotice, favorizând supraviețuirea B. dorei.

Activitatea imunomodulatorie a N-aciladenozinelor

• N-aciladenozinele au indus în special MCP-1 (până la 28 de ori).

• Spre deosebire de adenosină, cunoscută pentru efecte anti-inflamatorii, acilarea la poziția 6 transformă molecula într-un inductor pro-inflamator.

• Spre deosebire de doreamide, aceste molecule nu au stimulat producția de catelicidină.

Prevalența genei biosintetice

Analiza genomică a identificat operonul glsAB, necesar pentru biosinteza doreamidelor, ca fiind:

• Prezent în peste 96% dintre speciile din ordinul Bacteroidales.

• Răspândit aproape exclusiv în filumul Bacteroidota.

• Activabil în alte tulpini Bacteroides prin tetracicline.

Această distribuție sugerează un rol evolutiv conservat în adaptarea intestinală.

Concluzii

Studiul demonstrează că expunerea la doze mici de tetracicline, relevante fiziologic pentru mediul intestinal uman, poate declanșa sinteza unor metaboliți „ascunși” ai microbiomului, în special în Bacteroides dorei. Metaboliții produși – doreamidele și N-aciladenozinele – prezintă importante efecte imunomodulatorii:

• inducerea unor citokine pro-inflamatorii;

• stimularea sintezei catelicidinei (doar în cazul doreamidelor), un peptid antimicrobian cu acțiune selectivă;

• posibilitatea de remodelare a microbiomului local.

Aceste rezultate oferă o perspectivă nouă asupra modului în care antibioticele pot influența microbiomul nu doar prin efectul antimicrobian direct, ci și prin modificarea metabolomului bacterian, ceea ce poate amplifica sau modula răspunsurile imune ale gazdei.

Sunt necesare studii in vivo pentru validarea implicațiilor clinice ale acestor descoperiri.