Dietiniai baltymai keičia choleros bakterijų kolonizavimą žarnyne

Dietiniai baltymai keičia choleros bakterijų kolonizavimą žarnyne

Nauji tyrimai rodo, kad tai, ką mes valgome, iki baltymų tipo, gali turėti įtakos Vibrio cholerae ir žarnyno mikrobiotos pusiausvyrai, keičiant bakterijų konkurenciją ir ligų potencialą užsikrėtus choleros infekcija.

Neseniai paskelbtas tyrimasLąstelės šeimininkas ir mikrobas tiria mitybos komponentų ir žarnyno mikrobiotos vaidmenįVibrio choleraeInfekcija, paprastai vadinamakaip cholera.

Choleros rizikai įtakos turi mitybos ir mikrobiotos sąveika

Cholera yra rimta viduriavimo liga, kuria serga daugiau nei 2,9 milijono žmonių visame pasaulyje, o kasmet nuo šios infekcijos miršta 95 000 žmonių. V. cholerae virulentiškumą lemia suderinta daugelio virulentiškumo faktorių ekspresija, bandant sunaikinti mikroorganizmus virškinimo trakte, siekiant užkirsti kelią patogenų kolonizacijai.

Šios šeimininko apsaugos nuo V. cholerae infekcijos efektyvumą lemia žarnyno mikrobiomo sudėtis, kuriai įtakos turi kasdieniai mitybos įpročiai ir jos įvairovę bei kiekį. Pavyzdžiui, vartojant skaidulą, gaminasi trumpos grandinės riebalų rūgštys (SCFA), kurios užkerta kelią viduriavimui, nes palengvina natrio ir vandens absorbciją.

Pagrindinį mitybos vaidmenį nustatant choleros paplitimą ir sunkumą iliustruoja jos stiprus ryšys su netinkama mityba – dažna gretutinė liga choleros endeminėse srityse. Nepaisant to, lieka neaišku, kaip mityba įtakoja genų ekspresiją, tinkamumą ir konkurenciją su V. cholerae žarnyno mikrobioma infekcijos metu.

Specifinis makroelementų poveikis V. cholerae kolonizacijai

Šiame tyrime buvo nagrinėjama, kaip makroelementai šeimininko dietoje dalyvauja žarnyno kolonizacijoje ir V. cholerae konkurencijoje. Šiuo tikslu specifinės patogenų neturinčios (SPF) pelės buvo užkrėstos V. cholerae, vartodamos maistą, kuriame gausu angliavandenių, baltymų ar riebalų, o visi mineralai ir vitaminai buvo panašūs visose grupėse.

Pelės, vartojusios daug baltymų turinčią (kazeino pagrindu pagamintą) dietą, parodė žymiai mažesnę V. cholerae kolonizaciją, palyginti su pelėmis, kurios vartojo kitą rafinuotą maistą arba kontrolinį maistą. V. cholerae sudarė 99,9 % bakterijų, esančių šių pelių virškinimo trakte, o tai rodo, kad mažai tikėtina, kad sumažėjusi kolonizacija gali būti paaiškinta likusiais žarnyno komensalais po gydymo antibiotikais.

Anksčiau buvo įrodyta, kad kazeinas, pagrindinis šios rafinuotos dietos baltymų komponentas, in vitro slopina choleros toksino (CT) prisijungimą. Norėdami išsiaiškinti šį galimą ryšį, mokslininkai pakartojo savo eksperimentą, naudodami daug baltymų turinčią rafinuotą dietą, kurioje yra sojos pupelių baltymų arba kviečių glitimo. Palyginti su pelėmis, maitinamomis kazeinu arba kviečių glitimu, didelis sojos baltymų suvartojimas buvo susijęs su didesne V. cholerae kolonizacija.

Iš viso 202, 1 288 ir 678 genai buvo skirtingai išreikšti išmatų DNR mėginiuose iš pelių, kurios valgė daug baltymų turinčią sojos pupelių, kviečių glitimo ir kazeino dietą, palyginti su kontrolinėmis grupėmis. Vartojant kazeino ir kviečių glitimo dietas, buvo didesnis arba mažesnis genų ekspresijos panašumas, palyginti su sojos baltymų dieta.

Tiksliau tariant, dietų, rafinuotų su kazeinu arba kviečių glitimu, vartojimas sumažino genų, dalyvaujančių oksidaciniame fosforilinime, triciklinės rūgšties cikle (TCA) ir anglies metabolizme, ekspresiją, o tai rodo, kad kazeinas arba kviečių glitimas gali turėti įtakos V. cholerae metabolizmui infekcijos metu. Reikšmingas su siera susijusių signalizacijos takų reguliavimas taip pat buvo susijęs su kazeinu ir kviečių glitimu, palyginti su sojų pupelių baltymais.

Visi baltymų šaltiniai lėmė daug baltymų turinčios dietos Sumažėjusios CT genų ctxAB, toksinų bendrai reguliuojamų pilus (TCP) genų ir papildomų kolonizacijos faktorių ekspresijos tendencijos, nors dauguma šių pokyčių, išskyrus tcpF, nepasiekė statistinės reikšmės. Dieta, kurioje gausu kazeino, sumažino II ir IV klasės žvynelių genų, kurie koduoja kūno kabliuką, flagelliną ir specifinius motorinius komponentus, reguliavimą. Nustatyta, kad kazeinas ir kviečių glitimas reikšmingai reguliuoja genus, koduojančius VI tipo sekrecijos sistemos (T6SS) elementus, dalyvaujančius intrabakterinėje konkurencijoje, palyginti su sojos baltymais ir kontroline dieta.

Šeimininko mityba gali labai paveikti V. cholerae geno ekspresiją, susijusią su metabolizmu, judrumu ir virulentiškumo ekspresija.

Tada mokslininkai atliko genetinę patikrą, naudodami transpozono įterpimo vietos sekvenavimą (TN-seq), kad nustatytų mutantines V. cholerae padermes, kurios buvo veiksmingesnės kolonizuojant pelių virškinimo traktą, palyginti su laukinio tipo padermėmis. Šiuo tikslu buvo identifikuotas 3 061 gyvūnas, sujungtas ir įvestas į peles, kurios valgo daug kazeino turinčią dietą arba kontrolinę dietą.

Po ištrynimo iš viso buvo nustatyta 40 genų, kurie palaiko V. cholerae kolonizaciją pelėms, vartojančioms daug kazeino turinčią dietą, iš kurių 16 dalyvavo formuojant žvynelius. Ribonukleino rūgščių sekos nustatymo (RNR-seq) duomenys rodo, kad V. cholerae po didelio kazeino vartojimo sumažėja žievės struktūrinių genų reguliavimas.

V. cholerae su mutacija flagellar pagrindiniame reguliavimo gene flrA reikšmingai nukonkuravo laukinio tipo padermę pelėse, kurios valgė daug kazeino turintį maistą, padidindamos kolonizacijos greitį praėjus keturioms dienoms po užsikrėtimo. FlrA mutacijų buvimas taip pat atkūrė T6SS kelio geno ekspresiją, kuri anksčiau buvo slopinama laukinio tipo padermėse po kazeino turtingos dietos. Pažymėtina, kad vartojant daug baltymų turinčią sojų pupelių dietą, flrA mutacijų poveikis kolonizacijos greičiui nebuvo pastebėtas.

Kiti eksperimentai parodė, kad šie dietos sukelti T6SS aktyvumo pokyčiai pakeitė konkurencinę sąveiką tarp V. cholerae ir žarnyno kommensalų, įskaitant žmogaus Escherichia coli izoliatą, taip pertvarkant mikrobiotos struktūrą infekcijos metu.

Šie rezultatai rodo dietines intervencijas siekiant apriboti V. cholerae ir pabrėžti dietos svarbą patogenų ir kommensalinėje sąveikoje.

Šaltiniai: