Toiduvalk muudab viisi, kuidas koolerabakterid soolestikku koloniseerivad

Toiduvalk muudab viisi, kuidas koolerabakterid soolestikku koloniseerivad

Uued uuringud näitavad, et see, mida me sööme, kuni toiduvalgu tüübini, võib mõjutada tasakaalu Vibrio cholerae ja soolestiku mikrobiota vahel, muutes bakterite konkurentsi ja haiguste potentsiaali koolera nakatumise ajal.

Hiljutine uuring, mis avaldati aastalRakuperemees ja mikroob uurib toidukomponentide ja soolestiku mikrobiota rolliVibrio choleraeInfektsioon, mida tavaliselt nimetataksekui koolera.

Koolera riski mõjutavad toitumise ja mikrobiota koostoimed

Koolera on tõsine kõhulahtisus, mis mõjutab üle 2,9 miljoni inimese kogu maailmas ja igal aastal sureb sellesse nakkusesse 95 000 inimest. V. cholerae virulentsuse määrab mitme virulentsusfaktori koordineeritud ekspressioon keset mikroorganismide hävitamise katseid seedetraktis, mille eesmärk on vältida patogeenide koloniseerimist.

Selle peremeesorganismi kaitse tõhususe V. cholerae nakkuse vastu määrab soolestiku mikrobiomi koostis, mida mõjutavad igapäevased toitumisharjumused ning see mõjutab selle mitmekesisust ja kogust. Näiteks põhjustab kiudainete tarbimine lühikese ahelaga rasvhapete (SCFA) tootmist, mis takistab kõhulahtisust, hõlbustades naatriumi ja vee imendumist.

Dieedi keskset rolli koolera levimuses ja raskusastmes illustreerib selle tugev seos alatoitumusega, mis on koolera endeemilistes piirkondades tavaline kaasuv haigus. Sellegipoolest jääb ebaselgeks, kuidas toitumine mõjutab nakatumise ajal V. cholerae geeniekspressiooni, sobivust ja konkurentsi soolestiku mikrobioomiga.

Makrotoitainete spetsiifilised mõjud V. cholerae kolonisatsioonile

Käesolevas uuringus uuriti, kuidas peremeesorganismi dieedis sisalduvad makrotoitained on seotud V. cholerae soolestiku koloniseerimisega ja konkurentsiga. Sel eesmärgil nakatati spetsiifilised patogeenivabad (SPF) hiired V. cholerae'ga, samal ajal kui nad tarbisid kõrge süsivesikute, valkude või rasvade sisaldusega dieeti, kus kõik mineraalid ja vitamiinid olid rühmade vahel sarnased.

Hiirtel, kes tarbisid kõrge valgusisaldusega (kaseiinipõhist) dieeti, ilmnes oluliselt väiksem kolonisatsioon V. cholerae'ga võrreldes hiirtega, kes tarbisid muud rafineeritud dieeti või kontrolltoitu. V. cholerae moodustas 99,9% nende hiirte seedetraktis esinevatest bakteritest, mis viitab sellele, et kolonisatsiooni vähenemine ei ole tõenäoliselt seletatav antibiootikumravi järgsete soolestiku jääkkommensaalidega.

Varem on näidatud, et kaseiin, selle rafineeritud dieedi peamine valgukomponent, inhibeerib kooleratoksiini (CT) seondumist in vitro. Selle võimaliku seose selgitamiseks kordasid teadlased oma katset, kasutades kõrge valgusisaldusega rafineeritud dieeti, mis sisaldas sojavalku või nisugluteeni. Võrreldes hiirtega, kellele toideti kaseiini või nisugluteeni, seostati suurt sojavalgu tarbimist suurema V. cholerae kolonisatsiooniga.

Kõrge valgusisaldusega sojaoa-, nisugluteeni- ja kaseiinidieeti tarbivate hiirte väljaheite DNA proovides ekspresseeriti kontrollrühmaga võrreldes erinevalt 202, 1288 ja 678 geeni. Kaseiini ja nisugluteeni dieedi tarbimine tõi kaasa suurema sarnasuse üles- või allareguleeritud geeniekspressioonis võrreldes sojavalgu dieediga.

Täpsemalt vähendas kaseiini või nisugluteeniga rafineeritud dieetide tarbimine oksüdatiivse fosforüülimise, tritsüklilise happe tsükli (TCA) ja süsiniku metabolismiga seotud geenide ekspressiooni, mis viitab sellele, et kaseiin või nisugluteen võib mõjutada V. cholerae ainevahetust nakatumise ajal. Väävliga seotud signaaliradade olulist ülesreguleerimist on seostatud ka kaseiini ja nisugluteeniga võrreldes sojavalguga.

Kõik valguallikad andsid tulemuseks valgurikka dieedi Suundumused CT geenide ctxAB, toksiini kaasreguleeritud pilus (TCP) geenide ja täiendavate kolonisatsioonifaktorite ekspressiooni vähenemisele, kuigi enamik neist muutustest, välja arvatud tcpF, ei saavutanud statistilist tähtsust. Kaseiinirikas dieet vähendas II ja IV klassi flagellaargeenides osalevaid geene, mis kodeerivad kehakonksu, flagelliini ja spetsiifilisi motoorseid komponente. Leiti, et kaseiin ja nisugluteen reguleerivad oluliselt intrabakteriaalses konkurentsis osalevaid VI tüüpi sekretsioonisüsteemi (T6SS) elemente kodeerivaid geene võrreldes sojavalgu ja kontrolldieediga.

Peremehe toitumine võib suuresti mõjutada V. cholerae geeniekspressiooni, mis on seotud ainevahetuse, motoorika ja virulentsuse ekspressiooniga.

Seejärel viisid teadlased läbi geneetilise sõeluuringu, kasutades transposooni sisestamise saidi sekveneerimist (TN-seq), et tuvastada V. cholerae mutantseid tüvesid, mis olid hiire seedetrakti koloniseerimisel metsikut tüüpi tüvedega võrreldes tõhusamad. Sel eesmärgil identifitseeriti 3061, ühendati ja viidi hiirtele, kes tarbisid kas kõrge kaseiinisisaldusega dieeti või kontrolldieeti.

Pärast kustutamist tuvastati kokku 40 geeni, mis toetavad V. cholerae kolonisatsiooni hiirtel, kes tarbisid kaseiinirikast dieeti, millest 16 olid seotud flagellade kokkupanemisega. Ribonukleiinhappe sekveneerimise (RNA-seq) andmed viitavad sellele, et V. cholerae reguleerib pärast rohket kaseiinitarbimist allavoolu lipu struktuurigeene.

V. cholerae mutatsiooniga flagellari põhiregulatoorses geenis flrA konkureeris märkimisväärselt metsikut tüüpi tüvega hiirtel, kes tarbisid kaseiinirikast dieeti, suurendades kolonisatsiooni määra neli päeva pärast nakatumist. FlrA mutatsioonide olemasolu taastas ka T6SS raja geeniekspressiooni, mis oli varem metsiktüüpi tüvedes pärast kaseiinirikka dieedi allaneelamist alla surutud. Eelkõige ei täheldatud kõrge valgusisaldusega sojaoa dieedi tarbimisel flrA mutatsioonide mõju kolonisatsioonimääradele.

Täiendavad katsed näitasid, et need dieedist põhjustatud muutused T6SS-i aktiivsuses muutsid V. cholerae ja soolestiku kommensaalide, sealhulgas inimese Escherichia coli isolaadi vahelisi konkureerivaid koostoimeid, muutes seeläbi nakatumise ajal mikrobiota struktuuri.

Need tulemused viitavad toitumissekkumisele, et piirata V. cholerae't ja rõhutada dieedi tähtsust patogeeni ja kommensaalses koostoimes.

Allikad: