Ravinnon proteiini muuttaa tapaa, jolla kolerabakteerit kolonisoivat suolistossa

Ravinnon proteiini muuttaa tapaa, jolla kolerabakteerit kolonisoivat suolistossa

Uusi tutkimus osoittaa, että se, mitä syömme, aina ravinnon proteiinityyppiin asti, voi vaikuttaa Vibrio choleraen ja suoliston mikrobiston väliseen tasapainoon, mikä muuttaa bakteerikilpailua ja sairauspotentiaalia kolerainfektion aikana.

Äskettäin julkaistu tutkimusSoluisäntä ja mikrobi tutkii ravinnon komponenttien roolia ja suoliston mikrobiotaVibrio choleraeInfektio, jota kutsutaan yleisesti nimelläkuin kolera.

Kolerariskiin vaikuttavat ruokavalion ja mikrobiston väliset vuorovaikutukset

Kolera on vakava ripulitauti, joka vaikuttaa yli 2,9 miljoonaan ihmiseen maailmanlaajuisesti, ja 95 000 ihmistä kuolee tähän infektioon vuosittain. V. choleraen virulenssi määräytyy useiden virulenssitekijöiden koordinoidulla ilmentymisellä ruoansulatuskanavan mikro-organismien tuhoamisyritysten keskellä, joilla pyritään estämään patogeenien kolonisaatio.

Tämän isännän suojan tehokkuutta V. cholerae -infektiota vastaan ​​määrää suoliston mikrobiomin koostumus, johon vaikuttavat päivittäiset ruokailutottumukset ja joka vaikuttaa sen monimuotoisuuteen ja määrään. Esimerkiksi kuidun kulutus johtaa lyhytketjuisten rasvahappojen (SCFA) tuotantoon, jotka estävät ripulia helpottamalla natriumin ja veden imeytymistä.

Ruokavalion keskeistä roolia koleran esiintyvyyden ja vakavuuden kannalta havainnollistaa sen vahva yhteys aliravitsemukseen, joka on yleinen sairaus koleran endeemisillä alueilla. Siitä huolimatta on edelleen epäselvää, kuinka ruokavalio vaikuttaa geeniekspressioon, kuntoon ja kilpailuun V. choleraen suoliston mikrobiomin kanssa infektion aikana.

Makroravinnespesifiset vaikutukset V. choleraen kolonisaatioon

Tässä tutkimuksessa tutkittiin, kuinka isännän ruokavaliossa olevat makroravinteet osallistuvat suoliston kolonisaatioon ja V. choleraen kilpailuun. Tätä tarkoitusta varten spesifiset patogeenittomat (SPF) hiiret infektoitiin V. choleraella, kun he söivät runsaasti hiilihydraatteja, proteiineja tai rasvoja sisältävää ruokavaliota, jossa kaikki kivennäisaineet ja vitamiinit olivat samanlaisia ​​ryhmien välillä.

Hiiret, jotka käyttivät runsaasti proteiinia sisältävää (kaseiinipohjaista) ruokavaliota, osoittivat merkittävästi vähemmän V. choleraen kolonisaatiota verrattuna hiiriin, jotka söivät muita jalostettuja ruokavalioita tai kontrolliruokia. V. cholerae vastasi 99,9 % näiden hiirten maha-suolikanavassa olevista bakteereista, mikä viittaa siihen, että vähentynyt kolonisaatio ei todennäköisesti selity suoliston kommensaalien jäännöksillä antibioottihoidon jälkeen.

Kaseiinin, tämän jalostetun ruokavalion pääproteiinikomponentin, on aiemmin osoitettu estävän koleratoksiinin (CT) sitoutumista in vitro. Selvittääkseen tämän mahdollisen yhteyden tutkijat toistivat kokeensa käyttämällä runsaasti proteiinia sisältävää jalostettua ruokavaliota, joka sisälsi soijaproteiinia tai vehnägluteenia. Verrattuna hiiriin, joille syötettiin kaseiinia tai vehnägluteenia, korkea soijaproteiinin saanti liittyi suurempaan V. choleraen kolonisaatioon.

Yhteensä 202, 1 288 ja 678 geeniä ilmentyi eri tavalla proteiinipitoista soijapapu-, vehnägluteeni- ja kaseiiniruokavaliota nauttivien hiirten uloste-DNA-näytteissä verrattuna kontrolleihin. Kaseiini- ja vehnägluteeniruokavalion nauttiminen johti suurempaan samankaltaisuuteen ylös- tai alaspäin säädetyssä geeniekspressiossa verrattuna soijaproteiiniruokavalioon.

Tarkemmin sanottuna kaseiinilla tai vehnägluteenilla jalostettujen ruokavalioiden kulutus vähensi oksidatiiviseen fosforylaatioon, trisykliseen happokiertoon (TCA) ja hiilen aineenvaihduntaan osallistuvien geenien ilmentymistä, mikä viittaa siihen, että kaseiini tai vehnägluteeni voivat vaikuttaa V. choleraen metaboliaan infektion aikana. Kaseiiniin ja vehnägluteeniin on myös liitetty rikkiin liittyvien signalointireittien merkittävä lisääntyminen verrattuna soijaproteiiniin.

Kaikki proteiinilähteet johtivat proteiinipitoiseen ruokavalioon Trendit kohti CT-geenien ctxAB, toksiinin yhteissäädellyt pilus (TCP) geenit ja lisäkolonisaatiotekijät vähentynyt ilmentyminen, vaikka useimmat näistä muutoksista, tcpF:tä lukuun ottamatta, eivät saavuttaneet tilastollista merkitystä. Kaseiinirikas ruokavalio vähensi luokan II ja IV siimageeneihin osallistuvia geenejä, jotka koodaavat kehon koukkua, flagelliinia ja tiettyjä motorisia komponentteja. Kaseiinin ja vehnägluteenin havaittiin säätelevän merkittävästi geenejä, jotka koodaavat tyypin VI eritysjärjestelmän (T6SS) elementtejä, jotka osallistuvat bakteerien sisäiseen kilpailuun verrattuna soijaproteiiniin ja kontrolliruokavalioon.

Isännän ruokavalio voi suurelta osin vaikuttaa V. cholerae -geenin ilmentymiseen liittyen aineenvaihduntaan, liikkuvuuteen ja virulenssin ilmentymiseen.

Tämän jälkeen tutkijat suorittivat geneettisen seulonnan käyttämällä transposonin insertiokohdan sekvensointia (TN-seq) tunnistaakseen V. choleraen mutanttikannat, jotka olivat tehokkaampia kolonisoimaan hiiren maha-suolikanavaa kuin villityypin kannat. Tätä tarkoitusta varten tunnistettiin 3 061, yhdistettiin ja vietiin hiirille, jotka söivät joko runsaasti kaseiinia sisältävää ruokavaliota tai kontrolliruokavaliota.

Deleetion jälkeen tunnistettiin yhteensä 40 geeniä, jotka tukevat V. choleraen kolonisaatiota hiirillä, jotka nauttivat runsaasti kaseiinia sisältävää ruokavaliota, joista 16 osallistui siimakokoonpanoon. Ribonukleiinihapposekvensointi (RNA-seq) -tiedot viittaavat siihen, että V. cholerae säätelee alavirran siimarakenteellisia geenejä runsaan kaseiinin saannin jälkeen.

V. cholerae, jossa oli mutaatio flagellarin pääsäätelygeenissä flrA, kilpaili merkittävästi villityypin kannan kanssa hiirissä, jotka käyttivät runsaasti kaseiinia sisältävää ruokavaliota, lisäten kolonisaationopeutta neljä päivää infektion jälkeen. FlrA-mutaatioiden läsnäolo palautti myös T6SS-reitin geeniekspression, joka oli aiemmin tukahdutettu villityypin kannoissa kaseiinirikkaan ruokavalion nauttimisen jälkeen. Erityisesti flrA-mutaatioiden vaikutuksia kolonisaationopeuteen ei havaittu, kun syötiin runsaasti proteiinia sisältävää soijapapuruokavaliota.

Lisäkokeet osoittivat, että nämä ruokavalion aiheuttamat muutokset T6SS-aktiivisuudessa muuttivat kilpailevia vuorovaikutuksia V. choleraen ja suoliston kommensaalien, mukaan lukien ihmisen Escherichia coli -isolaatin, välillä, mikä uudisti mikrobiotan rakennetta infektion aikana.

Nämä tulokset viittaavat ruokavaliointerventioihin V. choleraen rajoittamiseksi ja ruokavalion tärkeyden korostamiseksi patogeenien ja kommensaalisten vuorovaikutusten yhteydessä.

Lähteet: