Białko dietetyczne zmienia sposób, w jaki bakterie cholery kolonizują jelita

Białko dietetyczne zmienia sposób, w jaki bakterie cholery kolonizują jelita

Nowe badania pokazują, że to, co jemy, aż do rodzaju białka w diecie, może wpływać na równowagę pomiędzy Vibrio cholerae a mikroflorą jelitową, zmieniając konkurencję bakterii i potencjał chorobowy podczas zakażenia cholerą.

Niedawne badanie opublikowane wGospodarz komórkowy i drobnoustrój bada rolę składników diety i mikroflory jelitowejVibrio choleraZakażenie, powszechnie określane jakojak cholera.

Na ryzyko cholery wpływają interakcje między dietą a mikroflorą

Cholera to poważna choroba biegunkowa, na którą cierpi ponad 2,9 miliona ludzi na całym świecie, a każdego roku z powodu tej infekcji umiera 95 000 osób. Zjadliwość V. cholerae jest określana na podstawie skoordynowanej ekspresji wielu czynników zjadliwości podczas prób zniszczenia mikroorganizmów w przewodzie pokarmowym, mających na celu zapobieganie kolonizacji patogenów.

Skuteczność obrony gospodarza przed infekcją V. cholerae zależy od składu mikrobiomu jelitowego, na który wpływają codzienne nawyki żywieniowe oraz jego różnorodność i ilość. Na przykład spożywanie błonnika prowadzi do produkcji krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA), które zapobiegają biegunce, ułatwiając wchłanianie sodu i wody.

Centralną rolę diety w częstości występowania i ciężkości cholery ilustruje jej silny związek z niedożywieniem, chorobą współistniejącą na obszarach endemicznych cholery. Niemniej jednak pozostaje niejasne, w jaki sposób dieta wpływa na ekspresję genów, sprawność i konkurencję z mikrobiomem jelitowym V. cholerae podczas infekcji.

Specyficzny wpływ makroskładników na kolonizację V. cholerae

W bieżącym badaniu sprawdzano, w jaki sposób makroskładniki odżywcze w diecie żywiciela biorą udział w kolonizacji jelit i konkurencji przez V. cholerae. W tym celu myszy wolne od specyficznych patogenów (SPF) zakażono V. cholerae podczas stosowania diety bogatej w węglowodany, białka lub tłuszcze, przy czym wszystkie minerały i witaminy były podobne w poszczególnych grupach.

Myszy, które stosowały dietę wysokobiałkową (opartą na kazeinie), wykazywały znacznie niższą kolonizację V. cholerae w porównaniu z myszami, które spożywały inną rafinowaną dietę lub żywność kontrolną. V. cholerae stanowiła 99,9% bakterii obecnych w przewodzie pokarmowym tych myszy, co sugeruje, że jest mało prawdopodobne, aby zmniejszoną kolonizację można było wytłumaczyć obecnością komensali jelitowych pozostających po leczeniu antybiotykami.

Wykazano wcześniej, że kazeina, główny składnik białkowy tej rafinowanej diety, hamuje wiązanie toksyny cholery (CT) in vitro. Aby wyjaśnić to możliwe powiązanie, naukowcy powtórzyli eksperyment, stosując rafinowaną dietę wysokobiałkową zawierającą białko sojowe lub gluten pszenny. W porównaniu z myszami karmionymi kazeiną lub glutenem pszennym, wysokie spożycie białka sojowego było powiązane z większą kolonizacją V. cholerae.

W sumie 202, 1288 i 678 genów uległo zróżnicowanej ekspresji w próbkach DNA w kale myszy spożywających wysokobiałkową dietę zawierającą soję, gluten pszenny i kazeinę w porównaniu z grupą kontrolną. Spożywanie diety zawierającej kazeinę i gluten pszenny spowodowało większy stopień podobieństwa w regulowanej w górę lub w dół ekspresji genów w porównaniu z dietą zawierającą białko sojowe.

Mówiąc dokładniej, spożywanie diet rafinowanych kazeiną lub glutenem pszennym zmniejszało ekspresję genów zaangażowanych w fosforylację oksydacyjną, cykl kwasów trójpierścieniowych (TCA) i metabolizm węgla, co sugeruje, że kazeina lub gluten pszenny może wpływać na metabolizm V. cholerae podczas infekcji. Znaczącą regulację w górę szlaków sygnalizacyjnych związanych z siarką powiązano również z kazeiną i glutenem pszennym w porównaniu z białkiem sojowym.

Wszystkie źródła białka skutkowały dietą wysokobiałkową Tendencje w kierunku zmniejszonej ekspresji genów CT ctxAB, genów pilusa współregulowanych toksynami (TCP) i dodatkowych czynników kolonizacyjnych, chociaż większość tych zmian, z wyjątkiem tcpF, nie osiągnęła istotności statystycznej. Dieta bogata w kazeinę spowodowała obniżenie poziomu genów zaangażowanych w geny wiciowe klasy II i IV, które kodują haczyk tułowia, flagelinę i określone elementy motoryczne. Stwierdzono, że kazeina i gluten pszenny znacząco regulują geny kodujące elementy układu wydzielniczego typu VI (T6SS) zaangażowane w konkurencję wewnątrzbakteryjną w porównaniu z białkiem sojowym i dietą kontrolną.

Dieta gospodarza może w dużym stopniu wpływać na ekspresję genów V. cholerae związaną z metabolizmem, ruchliwością i ekspresją zjadliwości.

Następnie badacze przeprowadzili badania genetyczne przy użyciu sekwencjonowania miejsca insercji transpozonu (TN-seq), aby zidentyfikować zmutowane szczepy V. cholerae, które skuteczniej kolonizowały przewód pokarmowy myszy w porównaniu ze szczepami typu dzikiego. W tym celu zidentyfikowano 3061 osobników, połączono je i wprowadzono do myszy stosujących dietę bogatą w kazeinę lub dietę kontrolną.

Po delecji zidentyfikowano łącznie 40 genów wspierających kolonizację V. cholerae u myszy spożywających dietę bogatą w kazeinę, z których 16 było zaangażowanych w tworzenie wici. Dane dotyczące sekwencjonowania kwasu rybonukleinowego (sekwencja RNA) sugerują, że V. cholerae reguluje w dół geny strukturalne wici w następstwie wysokiego spożycia kazeiny.

V. cholerae z mutacją w głównym genie regulacyjnym wici flrA znacząco przewyższał szczep typu dzikiego u myszy spożywających dietę bogatą w kazeinę, zwiększając wskaźnik kolonizacji cztery dni po zakażeniu. Obecność mutacji flrA przywróciła także ekspresję genów szlaku T6SS, która była wcześniej tłumiona u szczepów typu dzikiego po spożyciu diety bogatej w kazeinę. Warto zauważyć, że nie zaobserwowano wpływu mutacji flrA na tempo kolonizacji w przypadku spożywania wysokobiałkowej diety sojowej.

Dalsze eksperymenty wykazały, że zmiany aktywności T6SS wywołane dietą zmieniły interakcje konkurencyjne między V. cholerae a komensalami jelitowymi, w tym ludzkim izolatem Escherichia coli, przebudowując w ten sposób strukturę mikroflory podczas infekcji.

Wyniki te sugerują interwencje dietetyczne mające na celu ograniczenie V. cholerae i podkreślają znaczenie diety w interakcjach patogen-komensant.

Źródła: