Frühe Antibiotika-Einnahme stört die Immunentwicklung bei Säuglingen

Eine neue Studie von Forschern des University of Rochester Medical Center (URMC) hat ergeben, dass eine frühe Antibiotikaeinnahme die Entwicklung des Immunsystems eines Säuglings beeinträchtigen kann und ein natürlicher Metabolit möglicherweise der Schlüssel zur Umkehrung dieser Schäden ist.

Eine in Cell veröffentlichte Studie ergab, dass die Einnahme von Antibiotika während der Schwangerschaft und im Säuglingsalter die Abwehrkräfte des Immunsystems gegen Atemwegsinfektionen wie Grippe dauerhaft schwächen kann. Durch die Analyse von Mausmodellen und Lungengewebe von Säuglingen fanden die Forscher heraus, dass die frühe Antibiotikagabe die Fähigkeit des Darmmikrobioms zur Produktion von Inosin beeinträchtigt, einem Molekül, das als wichtiges Signal für die Entwicklung von Immunzellen dient.

Durch die Gabe von Inosin an Mäuse gelang es den Wissenschaftlern jedoch, die durch Antibiotika verursachten Probleme des Immunsystems zu beheben. Dies eröffnete die Möglichkeit für potenzielle therapeutische Strategien zur Stärkung des Immungedächtnisses bei gefährdeten Säuglingen.

„Stellen Sie sich Inosin als molekularen Botenstoff vor. Es gelangt vom Darm zu den sich entwickelnden Immunzellen und bringt ihnen bei, wie sie richtig reifen und sich auf zukünftige Infektionen vorbereiten“, erklärte Dr. Hitesh Deshmukh, leitender Autor der Studie und Leiter der Neonatologie am Golisano Children's Hospital (GCH) der UR Medicine.

Das Projekt war Teil einer langfristigen, vom NIH R35 finanzierten Initiative zur Untersuchung, wie sich Belastungen im frühen Leben auf das lebenslange Risiko für Krankheiten wie Asthma und chronische Lungenerkrankungen auswirken.

„Wir wissen, dass Antibiotika Babys Leben retten können, aber sie stören auch das Mikrobiom in einer kritischen Phase der Entwicklung des Immunsystems“, sagte Deshmukh. „Unsere Studie zeigt, wie diese Störung die Lungenimmunität beeinträchtigt und, was noch wichtiger ist, einen möglichen Weg, sie zu korrigieren.“

Die Erkrankung beeinträchtigt die Bildung geweberesidenter T-Gedächtniszellen, einer spezialisierten Population von Immunzellen, die in der Lunge leben und einen langfristigen Schutz vor Virusinfektionen bieten. Ohne diese Zellen können Säuglinge bis weit ins Erwachsenenalter hinein anfällig für schwere Atemwegserkrankungen bleiben.

„Wir haben festgestellt, dass das Darmmikrobiom als Lehrer für das sich entwickelnde Immunsystem fungiert“, erklärte Deshmukh. „Wenn Antibiotika diesen natürlichen Lernprozess unterbrechen, ist das, als würde man wichtige Kapitel aus einem Lehrbuch entfernen: Das Immunsystem lernt nie wichtige Lektionen über die Bekämpfung von Atemwegsinfektionen.“

Die wichtigsten Ergebnisse der Studie:

In der Studie wurden Mäusebabys, die gängigen Antibiotika (Ampicillin, Gentamicin und Vancomycin – dieselben Medikamente, die häufig bei schwangeren Frauen und Neugeborenen eingesetzt werden) ausgesetzt waren, mit Mäusen verglichen, deren natürliches Mikrobiom intakt blieb.

Bei Mäusen, die Antibiotika ausgesetzt waren:

• Die Population schützender CD8+ T-Zellen in der Lunge war deutlich reduziert.

• Es kam zu einer Beeinträchtigung der Fähigkeit zur Bildung geweberesidenter Gedächtniszellen, spezialisierter Immunzellen, die in der Lunge leben und einen schnellen Schutz vor einer erneuten Infektion bieten.

• Immundefekte blieben bis ins Erwachsenenalter bestehen, was auf anhaltende Veränderungen in der Entwicklung des Immunsystems hindeutet.

Anhand von Lungengewebeproben aus der vom NIH finanzierten BRINDL Biobank bestätigte das Team, dass bei Säuglingen, die Antibiotika ausgesetzt waren, ähnliche Immundefekte auftraten. Diese Säuglinge besaßen nicht nur weniger Gedächtniszellen, sondern zeigten auch ähnliche Genexpressionsmuster wie ältere Erwachsene, was ebenfalls mit einem erhöhten Risiko für Atemwegsinfektionen einhergeht.

Besonders wichtig ist, dass die Gabe von Inosin an Antibiotika-exponierte Mäuse deren Fähigkeit zur Entwicklung funktionsfähiger Gedächtniszellen und zur Ausbildung wirksamer Immunreaktionen deutlich wiederherstellte, was vielversprechende Aussichten für zukünftige Therapien eröffnet.

„Dies deutet darauf hin, dass wir gefährdete Säuglinge durch gezielte Nahrungsergänzung schützen können“, sagte Deshmukh. „Obwohl noch viel Forschung nötig ist, bevor dieser Ansatz klinisch angewendet werden kann, haben wir nun einen Weg gefunden.“

Die Ergebnisse der Studie könnten zukünftige Forschungen zur Entwicklung von Interventionen beeinflussen – darunter Nahrungsergänzungsmittel, Metabolitentherapie oder Strategien zur Unterstützung des Mikrobioms –, um Neugeborenen dabei zu helfen, ein stärkeres Immungedächtnis zu entwickeln, ohne dass sie sich ausschließlich auf Antibiotika oder riskante Probiotika verlassen müssen.

Deshmukh wies darauf hin, dass die GCH-Neonatologin Dr. Gloria Preihuber eine Schlüsselrolle in der Studie spielte. Ihre BRINDL-Biobank mit vom NIH unterstützten Lungenproben von Säuglingen, die über einen Zeitraum von 15 Jahren gesammelt wurden, ermöglichte es dem Team, die Ergebnisse an menschlichen Zellen zu testen.

„Diese Arbeit wäre ohne Dr. Prayhubers Großzügigkeit und Expertise nicht möglich gewesen“, sagte Deshmukh. „Die Möglichkeit, die Ergebnisse der Mausstudien mit menschlichen Zellen zu vergleichen, war absolut entscheidend. Das ist einer der Hauptgründe, warum ich (vom Cincinnati Children's) nach Rochester gekommen bin – um mit ihr zusammenzuarbeiten.“