Le proteine ​​alimentari modificano il modo in cui i batteri del colera colonizzano l’intestino

Le proteine ​​alimentari modificano il modo in cui i batteri del colera colonizzano l’intestino

Una nuova ricerca mostra che ciò che mangiamo, fino al tipo di proteina alimentare, può influenzare l’equilibrio tra Vibrio cholerae e il microbiota intestinale, alterando la competizione batterica e il potenziale della malattia durante l’infezione da colera.

Un recente studio pubblicato suOspite cellulare e microbo esamina il ruolo dei componenti alimentari e del microbiota intestinaleVibrio choleraeInfezione, comunemente denominatacome il colera.

Il rischio di colera è influenzato dalle interazioni tra dieta e microbiota

Il colera è una grave malattia diarroica che colpisce oltre 2,9 milioni di persone in tutto il mondo e ogni anno ne muoiono 95.000. La virulenza di V. cholerae è determinata dall'espressione coordinata di molteplici fattori di virulenza nel contesto dei tentativi di distruzione dei microrganismi nel tratto gastrointestinale volti a prevenire la colonizzazione di agenti patogeni.

L’efficacia di questa difesa dell’ospite contro l’infezione da V. cholerae è determinata dalla composizione del microbioma intestinale, che è influenzato dalle abitudini alimentari quotidiane e ne influenza la diversità e la quantità. Ad esempio, il consumo di fibre porta alla produzione di acidi grassi a catena corta (SCFA), che prevengono la diarrea facilitando l’assorbimento di sodio e acqua.

Il ruolo centrale della dieta nella prevalenza e nella gravità del colera è illustrato dalla sua forte associazione con la malnutrizione, una comorbidità comune nelle aree endemiche del colera. Tuttavia, non è chiaro come la dieta influenzi l’espressione genetica, la forma fisica e la competizione con il microbioma intestinale di V. cholerae durante l’infezione.

Gli effetti specifici dei macronutrienti sulla colonizzazione di V. cholerae

Il presente studio ha esaminato il modo in cui i macronutrienti nella dieta dell'ospite sono coinvolti nella colonizzazione intestinale e nella competizione da parte del V. cholerae. A questo scopo, topi specifici esenti da agenti patogeni (SPF) sono stati infettati da V. cholerae mentre consumavano una dieta ricca di carboidrati, proteine ​​o grassi, con tutti i minerali e le vitamine simili tra i gruppi.

I topi che hanno consumato una dieta ricca di proteine ​​(a base di caseina) hanno mostrato una colonizzazione significativamente inferiore con V. cholerae rispetto ai topi che hanno consumato altre diete raffinate o alimenti di controllo. V. cholerae rappresentava il 99,9% dei batteri presenti nel tratto gastrointestinale di questi topi, suggerendo che è improbabile che la ridotta colonizzazione possa essere spiegata da commensali intestinali residui dopo il trattamento antibiotico.

La caseina, il principale componente proteico di questa dieta raffinata, ha precedentemente dimostrato di inibire il legame della tossina del colera (CT) in vitro. Per chiarire questa possibile connessione, i ricercatori hanno ripetuto il loro esperimento utilizzando una dieta raffinata ad alto contenuto proteico contenente proteine ​​di soia o glutine di frumento. Rispetto ai topi alimentati con caseina o glutine di frumento, un elevato apporto di proteine ​​di soia era associato a una maggiore colonizzazione da V. cholerae.

Un totale di 202, 1.288 e 678 geni sono stati espressi in modo differenziale in campioni di DNA fecale di topi che consumavano diete ad alto contenuto proteico di soia, glutine di frumento e caseina rispetto ai controlli. Il consumo di diete a base di caseina e glutine di frumento ha prodotto un maggiore grado di somiglianza nell’espressione genica up- o down-regolata rispetto alla dieta proteica di soia.

Più specificamente, il consumo di diete raffinate con caseina o glutine di frumento ha ridotto l’espressione di geni coinvolti nella fosforilazione ossidativa, nel ciclo dell’acido triciclico (TCA) e nel metabolismo del carbonio, suggerendo che la caseina o il glutine di frumento possono influenzare il metabolismo di V. cholerae durante l’infezione. Una significativa sovraregolazione delle vie di segnalazione legate allo zolfo è stata associata anche alla caseina e al glutine di frumento rispetto alle proteine ​​della soia.

Tutte le fonti proteiche hanno portato a diete ad alto contenuto proteico Tendenze verso una diminuzione dell'espressione dei geni CT ctxAB, dei geni del pilus co-regolato dalla tossina (TCP) e dei fattori di colonizzazione accessoria, sebbene la maggior parte di questi cambiamenti, ad eccezione di tcpF, non abbia raggiunto la significatività statistica. La dieta ricca di caseina ha sottoregolato i geni coinvolti nei geni flagellari di classe II e IV, che codificano per il gancio del corpo, la flagellina e componenti motori specifici. È stato scoperto che la caseina e il glutine di frumento regolano in modo significativo i geni che codificano per gli elementi del sistema di secrezione di tipo VI (T6SS) coinvolti nella competizione intrabatterica rispetto alle proteine ​​della soia e alla dieta di controllo.

La dieta dell'ospite può influenzare ampiamente l'espressione genica di V. cholerae correlata al metabolismo, alla motilità e all'espressione della virulenza.

I ricercatori hanno quindi condotto uno screening genetico utilizzando il sequenziamento del sito di inserzione del trasposone (TN-seq) per identificare i ceppi mutanti di V. cholerae che erano più efficaci nel colonizzare il tratto gastrointestinale del topo rispetto ai ceppi selvatici. A tal fine, ne sono stati identificati 3.061, raggruppati e introdotti nei topi che consumavano una dieta ricca di caseina o una dieta di controllo.

Dopo l'eliminazione, sono stati identificati un totale di 40 geni che supportano la colonizzazione di V. cholerae nei topi che consumano una dieta ricca di caseina, 16 dei quali erano coinvolti nell'assemblaggio dei flagelli. I dati di sequenziamento dell'acido ribonucleico (RNA-seq) suggeriscono che V. cholerae downregola i geni strutturali flagellari a valle in seguito a un'elevata assunzione di caseina.

V. cholerae con una mutazione nel gene regolatore principale flagellare flrA ha superato in modo significativo il ceppo selvatico nei topi che consumavano una dieta ricca di caseina, aumentando il tasso di colonizzazione quattro giorni dopo l'infezione. La presenza di mutazioni flrA ha anche ripristinato l'espressione genica della via T6SS, che era stata precedentemente soppressa nei ceppi wild-type dopo l'ingestione di una dieta ricca di caseina. In particolare, gli effetti delle mutazioni flrA sui tassi di colonizzazione non sono stati osservati quando veniva consumata la dieta a base di soia ad alto contenuto proteico.

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che questi cambiamenti indotti dalla dieta nell’attività del T6SS hanno alterato le interazioni competitive tra V. cholerae e commensali intestinali, incluso un isolato di Escherichia coli umano, rimodellando così la struttura del microbiota durante l’infezione.

Questi risultati suggeriscono interventi dietetici per limitare V. cholerae ed evidenziare l’importanza della dieta nelle interazioni patogeno-commensali.

Fonti: