Prehranske beljakovine spremenijo način, kako bakterije kolere kolonizirajo črevesje

Prehranske beljakovine spremenijo način, kako bakterije kolere kolonizirajo črevesje

Nove raziskave kažejo, da lahko to, kar jemo, vse do vrste prehranskih beljakovin, vpliva na ravnovesje med Vibrio cholerae in črevesno mikrobioto, spreminja bakterijsko konkurenco in potencial bolezni med okužbo s kolero.

Nedavna študija, objavljena vCelični gostitelj in mikrob preučuje vlogo prehranskih sestavin in črevesne mikrobioteVibrio choleraeOkužba, ki se običajno imenujekot kolera.

Na tveganje za kolero vplivajo interakcije med prehrano in mikrobioto

Kolera je resna driska, ki prizadene več kot 2,9 milijona ljudi po vsem svetu, vsako leto jih zaradi te okužbe umre 95.000. Virulentnost V. cholerae je določena z usklajenim izražanjem več dejavnikov virulence med poskusi uničenja mikroorganizmov v prebavnem traktu, katerih cilj je preprečiti kolonizacijo patogenov.

Učinkovitost te obrambe gostitelja pred okužbo z V. cholerae je določena s sestavo črevesnega mikrobioma, na katero vplivajo dnevne prehranjevalne navade in vpliva na njegovo raznolikost in količino. Na primer, uživanje vlaknin vodi do proizvodnje kratkoverižnih maščobnih kislin (SCFA), ki preprečujejo drisko z olajšanjem absorpcije natrija in vode.

Osrednjo vlogo prehrane pri razširjenosti in resnosti kolere ponazarja njena močna povezava s podhranjenostjo, ki je pogosta komorbidnost na območjih, kjer je kolera endemična. Kljub temu ostaja nejasno, kako prehrana vpliva na izražanje genov, telesno pripravljenost in tekmovanje s črevesnim mikrobiomom V. cholerae med okužbo.

Učinki, specifični za makrohranila, na kolonizacijo V. cholerae

Sedanja študija je preučevala, kako so makrohranila v prehrani gostitelja vključena v črevesno kolonizacijo in konkurenco V. cholerae. V ta namen so miši brez specifičnih patogenov (SPF) okužili z V. cholerae, medtem ko so uživali dieto z visoko vsebnostjo ogljikovih hidratov, beljakovin ali maščob, z vsemi minerali in vitamini podobnimi med skupinami.

Miši, ki so uživale dieto z visoko vsebnostjo beljakovin (na osnovi kazeina), so pokazale bistveno manjšo kolonizacijo z V. cholerae v primerjavi z mišmi, ki so uživale druge rafinirane diete ali kontrolna živila. V. cholerae predstavlja 99,9 % bakterij, prisotnih v gastrointestinalnem traktu teh miši, kar kaže na to, da zmanjšane kolonizacije ni verjetno mogoče pojasniti s preostalimi črevesnimi komenzali po zdravljenju z antibiotiki.

Za kazein, glavno beljakovinsko sestavino te rafinirane prehrane, je bilo prej dokazano, da zavira vezavo toksina kolere (CT) in vitro. Da bi razjasnili to možno povezavo, so raziskovalci ponovili svoj poskus z rafinirano dieto z visoko vsebnostjo beljakovin, ki je vsebovala sojine beljakovine ali pšenični gluten. V primerjavi z mišmi, hranjenimi s kazeinom ali pšeničnim glutenom, je bil visok vnos sojinih beljakovin povezan z večjo kolonizacijo V. cholerae.

Skupaj 202, 1.288 in 678 genov je bilo različno izraženih v vzorcih fekalne DNK miši, ki so uživale diete z visoko vsebnostjo beljakovin soje, pšeničnega glutena in kazeina, v primerjavi s kontrolami. Uživanje prehrane s kazeinom in pšeničnim glutenom je povzročilo večjo stopnjo podobnosti v navzgor ali navzdol reguliranem izražanju genov v primerjavi z dieto s sojinimi beljakovinami.

Natančneje, uživanje diet, rafiniranih s kazeinom ali pšeničnim glutenom, je zmanjšalo izražanje genov, vključenih v oksidativno fosforilacijo, cikel triciklične kisline (TCA) in presnovo ogljika, kar kaže, da kazein ali pšenični gluten lahko vplivata na presnovo V. cholerae med okužbo. Pomembna regulacija z žveplom povezanih signalnih poti je bila povezana tudi s kazeinom in pšeničnim glutenom v primerjavi s sojinimi beljakovinami.

Vsi viri beljakovin so povzročili visoko beljakovinske diete Trendi v smeri zmanjšane ekspresije genov CT ctxAB, genov pilus, ki so regulirani s toksini (TCP), in dodatnih faktorjev kolonizacije, čeprav večina teh sprememb, z izjemo tcpF, ni dosegla statistične pomembnosti. Prehrana, bogata s kazeinom, je zmanjšala uravnavanje genov, vključenih v flagelarne gene razreda II in IV, ki kodirajo telesni kavelj, flagelin in specifične motorične komponente. Ugotovljeno je bilo, da kazein in pšenični gluten v primerjavi s sojinimi beljakovinami in kontrolno dieto pomembno uravnavata gene, ki kodirajo elemente izločevalnega sistema tipa VI (T6SS), ki sodeluje pri intrabakterijski konkurenci.

Prehrana gostitelja lahko v veliki meri vpliva na izražanje genov V. cholerae v zvezi s presnovo, gibljivostjo in izražanjem virulence.

Raziskovalci so nato izvedli genetsko presejanje z uporabo sekvenciranja mesta vstavitve transpozona (TN-seq), da bi identificirali mutirane seve V. cholerae, ki so bili učinkovitejši pri kolonizaciji mišjega gastrointestinalnega trakta v primerjavi z divjimi sevi. V ta namen je bilo identificiranih 3.061, združenih in vnesenih v miši, ki so uživale dieto z visoko vsebnostjo kazeina ali kontrolno dieto.

Po izbrisu je bilo ugotovljenih skupaj 40 genov, ki podpirajo kolonizacijo V. cholerae pri miših, ki uživajo hrano, bogato s kazeinom, od katerih jih je 16 sodelovalo pri sestavljanju bičkov. Podatki sekvenciranja ribonukleinske kisline (RNA-seq) kažejo, da V. cholerae po visokem vnosu kazeina uravnava nižje bičkove strukturne gene.

V. cholerae z mutacijo v bičkovem glavnem regulatornem genu flrA je pri miših, ki so uživale hrano, bogato s kazeinom, znatno prehitela sev divjega tipa, kar je štiri dni po okužbi povečalo stopnjo kolonizacije. Prisotnost mutacij flrA je obnovila tudi ekspresijo genov poti T6SS, ki je bila prej potlačena v sevih divjega tipa po zaužitju prehrane, bogate s kazeinom. Predvsem učinki mutacij flrA na stopnje kolonizacije niso bili opaženi, ko je bila zaužita dieta z visoko vsebnostjo beljakovin soje.

Nadaljnji poskusi so pokazali, da so te s prehrano povzročene spremembe v aktivnosti T6SS spremenile konkurenčne interakcije med V. cholerae in črevesnimi komenzali, vključno z izolatom človeške bakterije Escherichia coli, s čimer so preoblikovale strukturo mikrobiote med okužbo.

Ti rezultati nakazujejo prehranske posege za omejevanje V. cholerae in poudarjajo pomen prehrane pri medsebojnem delovanju med patogeni in komenzali.

Viri: