Dietní protein mění způsob, jakým bakterie cholery kolonizují střeva

Dietní protein mění způsob, jakým bakterie cholery kolonizují střeva

Nový výzkum ukazuje, že to, co jíme, až po typ dietního proteinu, může ovlivnit rovnováhu mezi Vibrio cholerae a střevní mikroflórou, měnit bakteriální konkurenci a potenciál onemocnění během infekce cholery.

Nedávná studie publikovaná vBuněčný hostitel a mikrob zkoumá roli složek potravy a střevní mikrobiotyVibrio choleraeInfekce, běžně označovaná jakojako cholera.

Riziko cholery je ovlivněno interakcemi mezi stravou a mikroflórou

Cholera je závažné průjmové onemocnění, které postihuje více než 2,9 milionu lidí na celém světě, přičemž 95 000 ročně na tuto infekci zemře. Virulence V. cholerae je určena koordinovanou expresí více faktorů virulence uprostřed pokusů o ničení mikroorganismů v gastrointestinálním traktu zaměřených na prevenci kolonizace patogenů.

Účinnost této obrany hostitele proti infekci V. cholerae je dána složením střevního mikrobiomu, které je ovlivněno každodenními stravovacími návyky a ovlivňuje jeho rozmanitost a množství. Například konzumace vlákniny vede k produkci mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA), které zabraňují průjmu tím, že usnadňují absorpci sodíku a vody.

Ústřední roli stravy v prevalenci a závažnosti cholery ilustruje její silná souvislost s podvýživou, běžnou komorbiditou v oblastech s endemickým výskytem cholery. Nicméně zůstává nejasné, jak strava ovlivňuje genovou expresi, zdatnost a konkurenci se střevním mikrobiomem V. cholerae během infekce.

Makronutrientově specifické účinky na kolonizaci V. cholerae

Současná studie zkoumala, jak se makronutrienty v hostitelské stravě podílejí na kolonizaci střev a kompetici V. cholerae. Za tímto účelem byly myši bez specifických patogenů (SPF) infikovány V. cholerae při konzumaci stravy s vysokým obsahem sacharidů, bílkovin nebo tuků, přičemž všechny minerály a vitamíny byly mezi skupinami podobné.

Myši, které konzumovaly stravu s vysokým obsahem bílkovin (na bázi kaseinu), vykazovaly významně nižší kolonizaci V. cholerae ve srovnání s myšmi, které konzumovaly jinou rafinovanou stravu nebo kontrolní potraviny. V. cholerae představovala 99,9 % bakterií přítomných v gastrointestinálním traktu těchto myší, což naznačuje, že sníženou kolonizaci nelze pravděpodobně vysvětlit reziduálními střevními komenzály po léčbě antibiotiky.

Již dříve bylo prokázáno, že kasein, hlavní proteinová složka této rafinované stravy, inhibuje vazbu toxinu cholery (CT) in vitro. Aby vědci tuto možnou souvislost objasnili, zopakovali svůj experiment s použitím rafinované stravy s vysokým obsahem bílkovin obsahující sójový protein nebo pšeničný lepek. Ve srovnání s myšmi krmenými kaseinem nebo pšeničným lepkem byl vysoký příjem sójových bílkovin spojen s větší kolonizací V. cholerae.

Celkem 202, 1 288 a 678 genů bylo odlišně exprimováno ve vzorcích fekální DNA od myší konzumujících vysokoproteinovou sójovou, pšeničný lepek a kaseinovou stravu ve srovnání s kontrolami. Konzumace kaseinové a pšeničné lepkové diety vedla k větší míře podobnosti v up- nebo down-regulované genové expresi ve srovnání s dietou se sójovým proteinem.

Konkrétněji, konzumace diet rafinovaných s kaseinem nebo pšeničným lepkem snížila expresi genů zapojených do oxidativní fosforylace, cyklu tricyklických kyselin (TCA) a metabolismu uhlíku, což naznačuje, že kasein nebo pšeničný lepek mohou ovlivnit metabolismus V. cholerae během infekce. Významná upregulace signálních drah souvisejících se sírou byla také spojena s kaseinem a pšeničným lepkem ve srovnání se sójovým proteinem.

Všechny zdroje bílkovin vedly k dietám s vysokým obsahem bílkovin Trendy ke snížení exprese CT genů ctxAB, genů toxinu koregulovaného pilusu (TCP) a přídatných kolonizačních faktorů, ačkoli většina těchto změn, s výjimkou tcpF, nedosáhla statistické významnosti. Strava bohatá na kasein snížila regulaci genů zapojených do bičíkových genů třídy II a IV, které kódují tělesný hák, bičík a specifické motorické komponenty. Bylo zjištěno, že kasein a pšeničný lepek významně regulují geny kódující prvky sekrečního systému typu VI (T6SS) zapojené do intrabakteriální konkurence ve srovnání se sójovým proteinem a kontrolní stravou.

Strava hostitele může do značné míry ovlivnit expresi genu V. cholerae související s metabolismem, motilitou a expresí virulence.

Vědci poté provedli genetický screening pomocí sekvenování místa vložení transpozonu (TN-seq), aby identifikovali mutantní kmeny V. cholerae, které byly účinnější při kolonizaci myšího gastrointestinálního traktu ve srovnání s kmeny divokého typu. Za tímto účelem bylo identifikováno 3 061, shromážděno a zavedeno do myší konzumujících buď dietu s vysokým obsahem kaseinu, nebo kontrolní dietu.

Po deleci bylo identifikováno celkem 40 genů, které podporují kolonizaci V. cholerae u myší konzumujících stravu bohatou na kasein, z nichž 16 se podílelo na sestavování bičíků. Údaje o sekvenování ribonukleové kyseliny (RNA-seq) naznačují, že V. cholerae downreguluje downstream bičíkové strukturní geny po vysokém příjmu kaseinu.

V. cholerae s mutací v bičíkovém hlavním regulačním genu flrA významně překonala kmen divokého typu u myší konzumujících stravu bohatou na kasein, což zvýšilo míru kolonizace čtyři dny po infekci. Přítomnost mutací flrA také obnovila expresi genu dráhy T6SS, která byla dříve potlačena u kmenů divokého typu po požití stravy bohaté na kasein. Je pozoruhodné, že účinky mutací flrA na míru kolonizace nebyly pozorovány, když byla konzumována strava s vysokým obsahem bílkovin sóji.

Další experimenty ukázaly, že tyto dietou vyvolané změny v aktivitě T6SS změnily kompetitivní interakce mezi V. cholerae a střevními komenzály, včetně lidského izolátu Escherichia coli, a tím remodelovaly strukturu mikrobioty během infekce.

Tyto výsledky naznačují dietní intervence k omezení V. cholerae a zdůrazňují význam diety v interakcích patogen-komenzální.

Zdroje: