Kostprotein ændrer den måde, kolerabakterier koloniserer tarmene på

Kostprotein ændrer den måde, kolerabakterier koloniserer tarmene på

Ny forskning viser, at det, vi spiser, ned til typen af ​​protein i kosten, kan påvirke balancen mellem Vibrio cholerae og tarmmikrobiotaen, hvilket ændrer bakteriel konkurrence og sygdomspotentiale under kolerainfektion.

En nylig undersøgelse offentliggjort iCellevært og mikrobe undersøger kostens komponenters og tarmmikrobiotaens rolleVibrio koleraeInfektion, almindeligvis omtalt somsom kolera.

Kolerarisiko påvirkes af interaktioner mellem kost og mikrobiota

Kolera er en alvorlig diarrésygdom, der rammer over 2,9 millioner mennesker verden over, hvor 95.000 dør af denne infektion hvert år. Virulensen af ​​V. cholerae bestemmes af den koordinerede ekspression af flere virulensfaktorer midt i forsøg på at ødelægge mikroorganismer i mave-tarmkanalen med det formål at forhindre kolonisering af patogener.

Effektiviteten af ​​dette værtsforsvar mod V. cholerae-infektion bestemmes af sammensætningen af ​​tarmmikrobiomet, som er påvirket af daglige kostvaner og påvirker dets mangfoldighed og mængde. For eksempel fører indtagelse af fibre til produktion af kortkædede fedtsyrer (SCFA'er), som forhindrer diarré ved at lette natrium- og vandabsorptionen.

Kostens centrale rolle i udbredelsen og sværhedsgraden af ​​kolera illustreres af dens stærke sammenhæng med underernæring, en almindelig komorbiditet i kolera-endemiske områder. Ikke desto mindre er det stadig uklart, hvordan kosten påvirker genekspression, fitness og konkurrence med tarmmikrobiomet af V. cholerae under infektion.

De makronæringsstof-specifikke effekter på V. cholerae kolonisering

Den aktuelle undersøgelse undersøgte, hvordan makronæringsstoffer i værtsdiæten er involveret i tarmkolonisering og konkurrence af V. cholerae. Til dette formål blev specifikke patogenfrie (SPF) mus inficeret med V. cholerae, mens de indtog en kost med højt indhold af kulhydrater, proteiner eller fedtstoffer, med alle mineraler og vitaminer ens mellem grupperne.

Mus, der indtog en kost med højt proteinindhold (kaseinbaseret) viste signifikant lavere kolonisering med V. cholerae sammenlignet med mus, der indtog andre raffinerede diæter eller kontrolfoder. V. cholerae tegnede sig for 99,9 % af bakterierne i mave-tarmkanalen hos disse mus, hvilket tyder på, at reduceret kolonisering næppe kan forklares med resterende tarmkommensaler efter antibiotikabehandling.

Kasein, hovedproteinkomponenten i denne raffinerede diæt, har tidligere vist sig at hæmme koleratoksin (CT)-binding in vitro. For at afklare denne mulige sammenhæng gentog forskerne deres eksperiment med en raffineret kost med højt proteinindhold indeholdende sojaprotein eller hvedegluten. Sammenlignet med mus fodret med kasein eller hvedegluten var højt sojaproteinindtag forbundet med større V. cholerae-kolonisering.

I alt 202, 1.288 og 678 gener blev differentielt udtrykt i fækale DNA-prøver fra mus, der indtog højprotein-sojabønne-, hvedegluten- og kaseindiæter sammenlignet med kontroller. Indtagelse af kasein- og hvedeglutendiæter resulterede i en større grad af lighed i op- eller nedreguleret genekspression sammenlignet med sojaproteindiæten.

Mere specifikt reducerede indtagelse af diæter raffineret med kasein eller hvedegluten ekspressionen af ​​gener involveret i oxidativ phosphorylering, tricyklisk syrecyklus (TCA) og kulstofmetabolisme, hvilket tyder på, at kasein eller hvedegluten kan påvirke metabolismen af ​​V. cholerae under infektion. Betydelig opregulering af svovlrelaterede signalveje er også blevet forbundet med kasein og hvedegluten sammenlignet med sojaprotein.

Alle proteinkilder resulterede i kost med højt proteinindhold Tendenser mod nedsat ekspression af CT-generne ctxAB, toksin co-regulerede pilus (TCP) gener og accessoriske koloniseringsfaktorer, selvom de fleste af disse ændringer, med undtagelse af tcpF, ikke nåede statistisk signifikans. Den kaseinrige diæt nedregulerede gener involveret i klasse II og IV flagellære gener, som koder for kropskrogen, flagellin og specifikke motoriske komponenter. Kasein og hvedegluten blev fundet signifikant at regulere generne, der koder for elementerne i type VI-sekretionssystemet (T6SS) involveret i intrabakteriel konkurrence sammenlignet med sojaprotein og kontroldiæt.

Værtsdiæt kan i høj grad påvirke V. cholerae-genekspression relateret til metabolisme, motilitet og virulensekspression.

Forskerne udførte derefter genetisk screening ved hjælp af transposon-insertion site-sekventering (TN-seq) for at identificere mutantstammer af V. cholerae, der var mere effektive til at kolonisere musens mave-tarmkanal sammenlignet med vildtype-stammer. Til dette formål blev 3.061 identificeret, samlet og indført i mus, der indtog enten en høj kaseindiæt eller en kontroldiæt.

Efter deletion blev der identificeret i alt 40 gener, der understøtter V. cholerae-kolonisering hos mus, der indtog en kaseinrig diæt, hvoraf 16 var involveret i flagellasamling. Ribonukleinsyresekventeringsdata (RNA-seq) tyder på, at V. cholerae nedregulerer nedstrøms flagellære strukturelle gener efter højt kaseinindtag.

V. cholerae med en mutation i det flagelle master regulatoriske gen flrA udkonkurrerede signifikant vildtypestammen i mus, der indtog en kaseinrig diæt, hvilket øgede kolonisationshastigheden fire dage efter infektion. Tilstedeværelsen af ​​flrA mutationer genoprettede også T6SS pathway genekspression, som tidligere var undertrykt i vildtype stammer efter indtagelse af en kaseinrig diæt. Navnlig blev virkningerne af flrA-mutationer på koloniseringshastigheder ikke observeret, når sojabønnediæten med højt proteinindhold blev indtaget.

Yderligere eksperimenter viste, at disse diæt-inducerede ændringer i T6SS-aktivitet ændrede de konkurrerende interaktioner mellem V. cholerae og intestinale commensals, herunder et humant Escherichia coli-isolat, og derved omdannede strukturen af ​​mikrobiotaen under infektion.

Disse resultater tyder på diætinterventioner for at begrænse V. cholerae og fremhæve betydningen af ​​diæt i patogen-kommensale interaktioner.

Kilder: