Dieeteiwitten veranderen de manier waarop cholerabacteriën de darmen koloniseren

Dieeteiwitten veranderen de manier waarop cholerabacteriën de darmen koloniseren

Nieuw onderzoek toont aan dat wat we eten, tot aan het soort voedingseiwit, de balans tussen Vibrio cholerae en de darmmicrobiota kan beïnvloeden, waardoor de bacteriële concurrentie en het ziektepotentieel tijdens cholera-infectie veranderen.

Een recente studie gepubliceerd inCelgastheer en microbe onderzoekt de rol van voedingscomponenten en de darmmicrobiotaVibrio choleraeInfectie, gewoonlijk aangeduid alsals cholera.

Het cholerarisico wordt beïnvloed door interacties tussen voeding en microbiota

Cholera is een ernstige diarreeziekte die wereldwijd ruim 2,9 miljoen mensen treft, waarbij jaarlijks 95.000 mensen aan deze infectie overlijden. De virulentie van V. cholerae wordt bepaald door de gecoördineerde expressie van meerdere virulentiefactoren te midden van de vernietigingspogingen van micro-organismen in het maagdarmkanaal gericht op het voorkomen van de kolonisatie van pathogenen.

De effectiviteit van deze gastheerverdediging tegen V. cholerae-infectie wordt bepaald door de samenstelling van het darmmicrobioom, dat wordt beïnvloed door dagelijkse voedingsgewoonten en de diversiteit en kwantiteit ervan beïnvloedt. Het consumeren van vezels leidt bijvoorbeeld tot de productie van vetzuren met een korte keten (SCFA's), die diarree voorkomen door de opname van natrium en water te vergemakkelijken.

De centrale rol van voeding in de prevalentie en ernst van cholera wordt geïllustreerd door de sterke associatie ervan met ondervoeding, een veel voorkomende comorbiditeit in cholera-endemische gebieden. Niettemin blijft het onduidelijk hoe voeding de genexpressie, fitheid en concurrentie met het darmmicrobioom van V. cholerae tijdens infectie beïnvloedt.

De macronutriëntenspecifieke effecten op de kolonisatie van V. cholerae

In de huidige studie werd onderzocht hoe macronutriënten in het gastheerdieet betrokken zijn bij de darmkolonisatie en competitie door V. cholerae. Voor dit doel werden specifieke pathogeenvrije (SPF) muizen geïnfecteerd met V. cholerae terwijl ze een dieet consumeerden dat rijk was aan koolhydraten, eiwitten of vetten, waarbij alle mineralen en vitamines tussen de groepen vergelijkbaar waren.

Muizen die een eiwitrijk (op caseïne gebaseerd) dieet consumeerden, vertoonden een significant lagere kolonisatie met V. cholerae vergeleken met muizen die andere verfijnde diëten of controlevoedsel consumeerden. V. cholerae was verantwoordelijk voor 99,9% van de bacteriën die aanwezig waren in het maagdarmkanaal van deze muizen, wat suggereert dat het onwaarschijnlijk is dat de verminderde kolonisatie verklaard kan worden door resterende darmcommensalen na behandeling met antibiotica.

Van caseïne, de belangrijkste eiwitcomponent van dit verfijnde dieet, is eerder aangetoond dat het de binding van choleratoxine (CT) in vitro remt. Om dit mogelijke verband te verduidelijken, herhaalden de onderzoekers hun experiment met een eiwitrijk geraffineerd dieet dat soja-eiwit of tarwegluten bevatte. Vergeleken met muizen die caseïne of tarwegluten kregen, werd een hoge soja-eiwitinname geassocieerd met een grotere kolonisatie van V. cholerae.

Een totaal van 202, 1.288 en 678 genen werden differentieel tot expressie gebracht in fecale DNA-monsters van muizen die eiwitrijke soja-, tarwegluten- en caseïne-diëten consumeerden in vergelijking met controles. Consumptie van caseïne- en tarweglutendiëten resulteerde in een grotere mate van gelijkenis in op- of neerwaarts gereguleerde genexpressie vergeleken met het soja-eiwitdieet.

Meer specifiek verminderde de consumptie van diëten verfijnd met caseïne of tarwegluten de expressie van genen die betrokken zijn bij oxidatieve fosforylatie, tricyclische zuurcyclus (TCA) en koolstofmetabolisme, wat suggereert dat caseïne of tarwegluten het metabolisme van V. cholerae tijdens infectie kunnen beïnvloeden. Een significante verhoging van de zwavelgerelateerde signaalroutes is ook in verband gebracht met caseïne en tarwegluten in vergelijking met soja-eiwit.

Alle eiwitbronnen resulteerden in eiwitrijke diëten Trends in de richting van verminderde expressie van de CT-genen ctxAB, toxine-co-gereguleerde pilus (TCP)-genen en bijkomende kolonisatiefactoren, hoewel de meeste van deze veranderingen, met uitzondering van tcpF, geen statistische significantie bereikten. Het caseïnerijke dieet reguleerde genen die betrokken zijn bij klasse II en IV flagellaire genen, die coderen voor de lichaamshaak, flagelline en specifieke motorcomponenten. Caseïne en tarwegluten bleken de genen die coderen voor elementen van het type VI-secretiesysteem (T6SS) dat betrokken is bij intrabacteriële competitie significant te reguleren in vergelijking met soja-eiwit en controledieet.

Het dieet van de gastheer kan de genexpressie van V. cholerae grotendeels beïnvloeden met betrekking tot metabolisme, motiliteit en virulentie-expressie.

De onderzoekers voerden vervolgens genetische screening uit met behulp van transposon insertion site sequencing (TN-seq) om mutante stammen van V. cholerae te identificeren die effectiever waren in het koloniseren van het maag-darmkanaal van muizen in vergelijking met wildtype stammen. Daartoe werden er 3.061 geïdentificeerd, samengevoegd en geïntroduceerd bij muizen die een dieet met een hoog caseïnegehalte of een controledieet consumeerden.

Na verwijdering werden in totaal 40 genen geïdentificeerd die de kolonisatie van V. cholerae ondersteunen bij muizen die een caseïnerijk dieet consumeerden, waarvan er 16 betrokken waren bij de assemblage van flagella. Gegevens uit ribonucleïnezuursequencing (RNA-seq) suggereren dat V. cholerae de stroomafwaartse flagellaire structurele genen downreguleert na een hoge inname van caseïne.

V. cholerae met een mutatie in het flagellaire hoofdregulerende gen flrA overtrof aanzienlijk de wildtype stam bij muizen die een caseïnerijk dieet consumeerden, waardoor de kolonisatiesnelheid vier dagen na infectie toenam. De aanwezigheid van flrA-mutaties herstelde ook de genexpressie van de T6SS-route, die voorheen werd onderdrukt in wildtype stammen na inname van een caseïnerijk dieet. Met name werden de effecten van flrA-mutaties op de kolonisatiesnelheid niet waargenomen wanneer het eiwitrijke sojabonendieet werd geconsumeerd.

Verdere experimenten toonden aan dat deze door het dieet geïnduceerde veranderingen in T6SS-activiteit de competitieve interacties tussen V. cholerae en darmcommensalen, waaronder een menselijk Escherichia coli-isolaat, veranderden, waardoor de structuur van de microbiota tijdens infectie opnieuw werd gemodelleerd.

Deze resultaten suggereren dieetinterventies om V. cholerae te beperken en benadrukken het belang van voeding bij pathogeen-commensale interacties.

Bronnen: