Kostprotein endrer måten kolerabakterier koloniserer tarmene

Kostprotein endrer måten kolerabakterier koloniserer tarmene

Ny forskning viser at det vi spiser, ned til typen kostprotein, kan påvirke balansen mellom Vibrio cholerae og tarmmikrobiotaen, og endre bakteriekonkurranse og sykdomspotensial under kolerainfeksjon.

En fersk studie publisert iCellevert og mikrobe undersøker rollen til kostholdskomponenter og tarmmikrobiotaenVibrio koleraeInfeksjon, ofte referert til somsom kolera.

Kolerarisiko påvirkes av interaksjoner mellom kosthold og mikrobiota

Kolera er en alvorlig diarésykdom som rammer over 2,9 millioner mennesker over hele verden, med 95 000 som dør av denne infeksjonen hvert år. Virulensen til V. cholerae bestemmes av det koordinerte uttrykket av flere virulensfaktorer midt i ødeleggelsesforsøkene til mikroorganismer i mage-tarmkanalen med sikte på å forhindre kolonisering av patogener.

Effektiviteten til dette vertsforsvaret mot V. cholerae-infeksjon bestemmes av sammensetningen av tarmmikrobiomet, som påvirkes av daglige kostholdsvaner og påvirker dets mangfold og mengde. For eksempel fører inntak av fiber til produksjon av kortkjedede fettsyrer (SCFA), som forhindrer diaré ved å lette absorpsjonen av natrium og vann.

Diettens sentrale rolle i utbredelsen og alvorlighetsgraden av kolera er illustrert av dens sterke assosiasjon med underernæring, en vanlig komorbiditet i kolera-endemiske områder. Likevel er det fortsatt uklart hvordan kostholdet påvirker genuttrykk, kondisjon og konkurranse med tarmmikrobiomet til V. cholerae under infeksjon.

De makronæringsspesifikke effektene på V. cholerae-kolonisering

Den nåværende studien undersøkte hvordan makronæringsstoffer i vertsdietten er involvert i tarmkolonisering og konkurranse av V. cholerae. For dette formålet ble spesifikke patogenfrie (SPF) mus infisert med V. cholerae mens de spiste en diett med mye karbohydrater, proteiner eller fett, med alle mineraler og vitaminer lik mellom grupper.

Mus som konsumerte et kosthold med høyt proteininnhold (kaseinbasert) viste signifikant lavere kolonisering med V. cholerae sammenlignet med mus som spiste andre raffinerte dietter eller kontrollmat. V. cholerae utgjorde 99,9 % av bakteriene som var tilstede i mage-tarmkanalen til disse musene, noe som tyder på at redusert kolonisering neppe kan forklares av gjenværende intestinale kommensaler etter antibiotikabehandling.

Kasein, hovedproteinkomponenten i denne raffinerte dietten, har tidligere vist seg å hemme koleratoksin (CT)-binding in vitro. For å klargjøre denne mulige sammenhengen, gjentok forskerne eksperimentet sitt ved å bruke et raffinert kosthold med høyt protein som inneholder soyaprotein eller hvetegluten. Sammenlignet med mus som ble matet med kasein eller hvetegluten, var høyt soyaproteininntak assosiert med større V. cholerae-kolonisering.

Totalt 202, 1 288 og 678 gener ble differensielt uttrykt i fekale DNA-prøver fra mus som spiste høyprotein dietter av soyabønner, hvetegluten og kasein sammenlignet med kontroller. Inntak av kasein- og hveteglutendietter resulterte i større grad av likhet i opp- eller nedregulert genuttrykk sammenlignet med soyaproteindietten.

Mer spesifikt reduserte inntak av dietter raffinert med kasein eller hvetegluten uttrykket av gener involvert i oksidativ fosforylering, trisyklisk syresyklus (TCA) og karbonmetabolisme, noe som tyder på at kasein eller hvetegluten kan påvirke metabolismen av V. cholerae under infeksjon. Betydelig oppregulering av svovelrelaterte signalveier har også vært assosiert med kasein og hvetegluten sammenlignet med soyaprotein.

Alle proteinkilder resulterte i høyproteindietter Trender mot redusert ekspresjon av CT-genene ctxAB, toksin co-regulerte pilus (TCP) gener og tilleggskoloniseringsfaktorer, selv om de fleste av disse endringene, med unntak av tcpF, ikke nådde statistisk signifikans. Den kaseinrike dietten nedregulerte gener involvert i klasse II og IV flagellargener, som koder for kroppskroken, flagellin og spesifikke motoriske komponenter. Kasein og hvetegluten ble funnet å regulere genene som koder for elementene i type VI-sekresjonssystemet (T6SS) som er involvert i intrabakteriell konkurranse i betydelig grad sammenlignet med soyaprotein og kontrolldiett.

Vertsdiett kan i stor grad påvirke V. cholerae-genekspresjonen relatert til metabolisme, motilitet og virulensuttrykk.

Forskerne utførte deretter genetisk screening ved bruk av transposon-innsettingssted-sekvensering (TN-seq) for å identifisere mutante stammer av V. cholerae som var mer effektive til å kolonisere mage-tarmkanalen hos mus sammenlignet med villtype-stammer. For dette formål ble 3061 identifisert, samlet og introdusert i mus som spiste enten et høyt kaseindiett eller en kontrolldiett.

Etter sletting ble totalt 40 gener identifisert som støtter V. cholerae-kolonisering hos mus som spiste en kaseinrik diett, hvorav 16 var involvert i flagellasammensetning. Ribonukleinsyresekvenseringsdata (RNA-seq) tyder på at V. cholerae nedregulerer nedstrøms flagellære strukturelle gener etter høyt kaseininntak.

V. cholerae med en mutasjon i det flagellære master regulatoriske genet flrA utkonkurrerte i betydelig grad villtypestammen hos mus som spiste en kaseinrik diett, og økte koloniseringshastigheten fire dager etter infeksjon. Tilstedeværelsen av flrA-mutasjoner gjenopprettet også T6SS-genuttrykk, som tidligere ble undertrykt i villtypestammer etter inntak av en kaseinrik diett. Spesielt ble effektene av flrA-mutasjoner på koloniseringshastigheter ikke observert når høyprotein-soya-dietten ble konsumert.

Ytterligere eksperimenter viste at disse diett-induserte endringene i T6SS-aktivitet endret de konkurrerende interaksjonene mellom V. cholerae og intestinale commensals, inkludert et humant Escherichia coli-isolat, og derved remodellerte strukturen til mikrobiotaen under infeksjon.

Disse resultatene antyder diettintervensjoner for å begrense V. cholerae og fremheve viktigheten av kosthold i patogen-kommensale interaksjoner.

Kilder: