Η διατροφική πρωτεΐνη αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια της χολέρας αποικίζουν τα έντερα

Η διατροφική πρωτεΐνη αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο τα βακτήρια της χολέρας αποικίζουν τα έντερα

Νέα έρευνα δείχνει ότι αυτό που τρώμε, μέχρι τον τύπο της διατροφικής πρωτεΐνης, μπορεί να επηρεάσει την ισορροπία μεταξύ του Vibrio cholerae και της μικροχλωρίδας του εντέρου, αλλάζοντας τον βακτηριακό ανταγωνισμό και το δυναμικό ασθένειας κατά τη διάρκεια της μόλυνσης από χολέρα.

Μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στοΚύτταρο ξενιστής και μικρόβιο εξετάζει το ρόλο των διατροφικών συστατικών και της εντερικής μικροχλωρίδαςVibrio choleraeΛοίμωξη, που συνήθως αναφέρεται ωςως χολέρα.

Ο κίνδυνος χολέρας επηρεάζεται από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ διατροφής και μικροχλωρίδας

Η χολέρα είναι μια σοβαρή διαρροϊκή ασθένεια που επηρεάζει πάνω από 2,9 εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως, με 95.000 να πεθαίνουν από αυτή τη μόλυνση κάθε χρόνο. Η μολυσματικότητα του V. cholerae προσδιορίζεται από τη συντονισμένη έκφραση πολλαπλών παραγόντων λοιμογόνου δράσης εν μέσω των προσπαθειών καταστροφής μικροοργανισμών στο γαστρεντερικό σωλήνα με στόχο την πρόληψη του αποικισμού παθογόνων.

Η αποτελεσματικότητα αυτής της άμυνας του ξενιστή έναντι της μόλυνσης από V. cholerae καθορίζεται από τη σύνθεση του μικροβιώματος του εντέρου, το οποίο επηρεάζεται από τις καθημερινές διατροφικές συνήθειες και επηρεάζει την ποικιλομορφία και την ποσότητα του. Για παράδειγμα, η κατανάλωση φυτικών ινών οδηγεί στην παραγωγή λιπαρών οξέων βραχείας αλυσίδας (SCFAs), τα οποία αποτρέπουν τη διάρροια διευκολύνοντας την απορρόφηση νατρίου και νερού.

Ο κεντρικός ρόλος της διατροφής στον επιπολασμό και τη σοβαρότητα της χολέρας καταδεικνύεται από την έντονη συσχέτισή της με τον υποσιτισμό, μια κοινή συννοσηρότητα σε ενδημικές περιοχές της χολέρας. Ωστόσο, παραμένει ασαφές πώς η διατροφή επηρεάζει την έκφραση γονιδίων, τη φυσική κατάσταση και τον ανταγωνισμό με το μικροβίωμα του εντέρου του V. cholerae κατά τη διάρκεια της μόλυνσης.

Οι επιδράσεις των μακροθρεπτικών συστατικών στον αποικισμό του V. cholerae

Η τρέχουσα μελέτη εξέτασε πώς τα μακροθρεπτικά συστατικά στη διατροφή του ξενιστή εμπλέκονται στον εντερικό αποικισμό και τον ανταγωνισμό από το V. cholerae. Για το σκοπό αυτό, συγκεκριμένα ποντίκια χωρίς παθογόνο (SPF) μολύνθηκαν με V. cholerae ενώ κατανάλωναν δίαιτα υψηλή σε υδατάνθρακες, πρωτεΐνες ή λίπη, με όλα τα μέταλλα και τις βιταμίνες παρόμοια μεταξύ των ομάδων.

Τα ποντίκια που κατανάλωναν δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες (βασισμένη σε καζεΐνη) εμφάνισαν σημαντικά χαμηλότερο αποικισμό με V. cholerae σε σύγκριση με ποντίκια που κατανάλωναν άλλες εκλεπτυσμένες δίαιτες ή τροφές ελέγχου. Το V. cholerae αντιπροσώπευε το 99,9% των βακτηρίων που υπάρχουν στη γαστρεντερική οδό αυτών των ποντικών, υποδηλώνοντας ότι ο μειωμένος αποικισμός είναι απίθανο να εξηγηθεί από τα υπολειμματικά εντερικά παράγωγα μετά από θεραπεία με αντιβιοτικά.

Η καζεΐνη, το κύριο συστατικό πρωτεΐνης αυτής της εκλεπτυσμένης δίαιτας, έχει αποδειχθεί στο παρελθόν ότι αναστέλλει τη δέσμευση της τοξίνης χολέρας (CT) in vitro. Για να αποσαφηνιστεί αυτή η πιθανή σύνδεση, οι ερευνητές επανέλαβαν το πείραμά τους χρησιμοποιώντας μια ραφιναρισμένη διατροφή με υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες που περιέχει πρωτεΐνη σόγιας ή γλουτένη σίτου. Σε σύγκριση με ποντίκια που τρέφονταν με καζεΐνη ή γλουτένη σίτου, η υψηλή πρόσληψη πρωτεΐνης σόγιας συσχετίστηκε με μεγαλύτερο αποικισμό του V. cholerae.

Συνολικά 202, 1.288 και 678 γονίδια εκφράστηκαν διαφορικά σε δείγματα DNA κοπράνων από ποντίκια που κατανάλωναν δίαιτες υψηλής πρωτεΐνης σόγιας, γλουτένης σίτου και καζεΐνης σε σύγκριση με τους ελέγχους. Η κατανάλωση καζεΐνης και δίαιτες γλουτένης σίτου οδήγησε σε μεγαλύτερο βαθμό ομοιότητας στη γονιδιακή έκφραση που ρυθμίστηκε προς τα πάνω ή προς τα κάτω σε σύγκριση με τη δίαιτα πρωτεΐνης σόγιας.

Πιο συγκεκριμένα, η κατανάλωση ραφιναρισμένων δίαιτων με καζεΐνη ή γλουτένη σίτου μείωσε την έκφραση των γονιδίων που εμπλέκονται στην οξειδωτική φωσφορυλίωση, τον κύκλο τρικυκλικού οξέος (TCA) και το μεταβολισμό του άνθρακα, υποδηλώνοντας ότι η καζεΐνη ή η γλουτένη σίτου μπορεί να επηρεάσουν το μεταβολισμό του V. cholerae κατά τη διάρκεια της μόλυνσης. Σημαντική ανοδική ρύθμιση των οδών σηματοδότησης που σχετίζονται με το θείο έχει επίσης συσχετιστεί με την καζεΐνη και τη γλουτένη σίτου σε σύγκριση με την πρωτεΐνη σόγιας.

Όλες οι πηγές πρωτεΐνης είχαν ως αποτέλεσμα δίαιτες με υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη Τάσεις προς μειωμένη έκφραση των γονιδίων CT ctxAB, γονιδίων συν-ρυθμιζόμενης από τοξίνη pilus (TCP) και βοηθητικών παραγόντων αποικισμού, αν και οι περισσότερες από αυτές τις αλλαγές, με εξαίρεση το tcpF, δεν έφθασαν σε στατιστική σημασία. Η πλούσια σε καζεΐνη δίαιτα μείωσε τα γονίδια που εμπλέκονται στα γονίδια των μαστιγίων κατηγορίας ΙΙ και IV, τα οποία κωδικοποιούν το άγκιστρο του σώματος, τη μαστίγωση και συγκεκριμένα κινητικά συστατικά. Η καζεΐνη και η γλουτένη σίτου βρέθηκε ότι ρυθμίζουν σημαντικά τα γονίδια που κωδικοποιούν στοιχεία του συστήματος έκκρισης τύπου VI (T6SS) που εμπλέκονται στον ενδοβακτηριακό ανταγωνισμό σε σύγκριση με την πρωτεΐνη σόγιας και τη δίαιτα ελέγχου.

Η διατροφή του ξενιστή μπορεί να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό την έκφραση του γονιδίου V. cholerae που σχετίζεται με τον μεταβολισμό, την κινητικότητα και την έκφραση της λοιμογόνου δράσης.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές διεξήγαγαν γενετικό έλεγχο χρησιμοποιώντας αλληλουχία θέσης εισαγωγής τρανσποζονίου (TN-seq) για να αναγνωρίσουν μεταλλαγμένα στελέχη του V. cholerae που ήταν πιο αποτελεσματικά στον αποικισμό του γαστρεντερικού σωλήνα του ποντικού σε σύγκριση με στελέχη άγριου τύπου. Για το σκοπό αυτό, 3.061 ταυτοποιήθηκαν, συγκεντρώθηκαν και εισήχθησαν σε ποντίκια που κατανάλωναν είτε δίαιτα με υψηλή περιεκτικότητα σε καζεΐνη είτε δίαιτα ελέγχου.

Μετά τη διαγραφή, ταυτοποιήθηκαν συνολικά 40 γονίδια που υποστηρίζουν τον αποικισμό του V. cholerae σε ποντίκια που κατανάλωναν δίαιτα πλούσια σε καζεΐνη, 16 από τα οποία εμπλέκονταν στη συναρμολόγηση των μαστιγίων. Τα δεδομένα της αλληλουχίας ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA-seq) υποδηλώνουν ότι το V. cholerae ρυθμίζει προς τα κάτω τα δομικά γονίδια των μαστιγίων μετά από υψηλή πρόσληψη καζεΐνης.

Ο V. cholerae με μια μετάλλαξη στο κύριο ρυθμιστικό γονίδιο των μαστιγίων flrA ξεπέρασε σημαντικά το στέλεχος άγριου τύπου σε ποντίκια που κατανάλωναν δίαιτα πλούσια σε καζεΐνη, αυξάνοντας το ποσοστό αποικισμού τέσσερις ημέρες μετά τη μόλυνση. Η παρουσία μεταλλάξεων flrA αποκατέστησε επίσης την έκφραση του γονιδίου του μονοπατιού T6SS, η οποία προηγουμένως καταστέλλονταν σε στελέχη άγριου τύπου μετά την κατάποση μιας διατροφής πλούσιας σε καζεΐνη. Σημειωτέον, οι επιδράσεις των μεταλλάξεων του flrA στα ποσοστά αποικισμού δεν παρατηρήθηκαν όταν καταναλώθηκε δίαιτα σόγιας με υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες.

Περαιτέρω πειράματα έδειξαν ότι αυτές οι επαγόμενες από τη δίαιτα αλλαγές στη δραστηριότητα του T6SS άλλαξαν τις ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του V. cholerae και των εντερικών συμφερόντων, συμπεριλαμβανομένου ενός ανθρώπινου προϊόντος απομόνωσης Escherichia coli, αναδιαμορφώνοντας έτσι τη δομή της μικροχλωρίδας κατά τη διάρκεια της μόλυνσης.

Αυτά τα αποτελέσματα προτείνουν διατροφικές παρεμβάσεις για τον περιορισμό του V. cholerae και υπογραμμίζουν τη σημασία της δίαιτας στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ παθογόνων και παθογόνων.

Πηγές: