Kostprotein förändrar hur kolerabakterier koloniserar tarmarna

Kostprotein förändrar hur kolerabakterier koloniserar tarmarna

Ny forskning visar att vad vi äter, ner till typen av kostprotein, kan påverka balansen mellan Vibrio cholerae och tarmmikrobiotan, vilket förändrar bakteriekonkurrens och sjukdomspotential under kolerainfektion.

En nyligen genomförd studie publicerad iCellvärd och mikrob undersöker vilken roll kostkomponenter och tarmmikrobiotan harVibrio choleraeInfektion, vanligen kalladsom kolera.

Kolerarisken påverkas av interaktioner mellan kost och mikrobiota

Kolera är en allvarlig diarrésjukdom som drabbar över 2,9 miljoner människor världen över, med 95 000 dör av denna infektion varje år. Virulensen hos V. cholerae bestäms av det koordinerade uttrycket av multipla virulensfaktorer mitt i försöken att förstöra mikroorganismer i mag-tarmkanalen i syfte att förhindra kolonisering av patogener.

Effektiviteten av detta värdförsvar mot V. cholerae-infektion bestäms av sammansättningen av tarmmikrobiomet, som påverkas av dagliga kostvanor och påverkar dess mångfald och mängd. Till exempel leder konsumtion av fibrer till produktion av kortkedjiga fettsyror (SCFA), som förhindrar diarré genom att underlätta natrium- och vattenabsorptionen.

Dietens centrala roll i prevalensen och svårighetsgraden av kolera illustreras av dess starka samband med undernäring, en vanlig komorbiditet i kolera-endemiska områden. Ändå är det fortfarande oklart hur kosten påverkar genuttryck, kondition och konkurrens med tarmmikrobiomet av V. cholerae under infektion.

Makronäringsspecifika effekter på V. cholerae-kolonisering

Den aktuella studien undersökte hur makronäringsämnen i värddieten är involverade i tarmkolonisering och konkurrens av V. cholerae. För detta ändamål infekterades specifika patogenfria (SPF) möss med V. cholerae samtidigt som de åt en diet rik på kolhydrater, proteiner eller fetter, med alla mineraler och vitaminer liknande mellan grupperna.

Möss som konsumerade en kost med hög proteinhalt (kaseinbaserad) visade signifikant lägre kolonisering med V. cholerae jämfört med möss som konsumerade andra raffinerade dieter eller kontrollfoder. V. cholerae stod för 99,9 % av bakterierna som fanns i mag-tarmkanalen hos dessa möss, vilket tyder på att minskad kolonisering sannolikt inte kan förklaras av kvarvarande tarmkommensaler efter antibiotikabehandling.

Kasein, den huvudsakliga proteinkomponenten i denna raffinerade diet, har tidigare visat sig hämma koleratoxinbindning (CT) in vitro. För att klargöra detta möjliga samband upprepade forskarna sitt experiment med en raffinerad diet med högt proteininnehåll innehållande sojabönsprotein eller vetegluten. Jämfört med möss som fick kasein eller vetegluten, var högt sojaproteinintag associerat med större kolonisering av V. cholerae.

Totalt 202, 1 288 och 678 gener uttrycktes differentiellt i fekala DNA-prover från möss som konsumerade sojabönor med högt proteininnehåll, vetegluten och kasein jämfört med kontroller. Konsumtion av kasein- och veteglutendieter resulterade i en större grad av likhet i upp- eller nedreglerat genuttryck jämfört med sojaproteindieten.

Mer specifikt minskade konsumtion av dieter raffinerade med kasein eller vetegluten uttrycket av gener involverade i oxidativ fosforylering, tricyklisk syracykel (TCA) och kolmetabolism, vilket tyder på att kasein eller vetegluten kan påverka metabolismen av V. cholerae under infektion. Betydande uppreglering av svavelrelaterade signalvägar har också associerats med kasein och vetegluten jämfört med sojabönsprotein.

Alla proteinkällor resulterade i högproteindieter Trender mot minskat uttryck av CT-gener ctxAB, toxin co-regulated pilus (TCP) gener och accessoriska kolonisationsfaktorer, även om de flesta av dessa förändringar, med undantag för tcpF, inte nådde statistisk signifikans. Den kaseinrika dieten nedreglerade gener involverade i klass II och IV flagellära gener, som kodar för kroppskroken, flagellinet och specifika motorkomponenter. Kasein och vetegluten visade sig signifikant reglera generna som kodar för element i typ VI-sekretionssystemet (T6SS) involverat i intrabakteriell konkurrens jämfört med sojaprotein och kontrolldiet.

Värddiet kan till stor del påverka V. cholerae-genuttrycket relaterat till metabolism, motilitet och virulensuttryck.

Forskarna genomförde sedan genetisk screening med hjälp av transposoninsättningsställesekvensering (TN-seq) för att identifiera mutanta stammar av V. cholerae som var mer effektiva vid kolonisering av musens mag-tarmkanal jämfört med vildtypsstammar. För detta ändamål identifierades 3 061, slogs samman och introducerades i möss som konsumerade antingen en hög kaseindiet eller en kontrolldiet.

Efter deletion identifierades totalt 40 gener som stöder kolonisering av V. cholerae hos möss som konsumerade en kaseinrik diet, varav 16 var involverade i flagellamontering. Ribonukleinsyrasekvenseringsdata (RNA-seq) tyder på att V. cholerae nedreglerar nedströms flagellära strukturella gener efter högt kaseinintag.

V. cholerae med en mutation i den flagellära huvudregulatoriska genen flrA utkonkurrerade signifikant vildtypsstammen hos möss som konsumerade en kaseinrik diet, vilket ökade kolonisationshastigheten fyra dagar efter infektion. Närvaron av flrA-mutationer återställde också T6SS-genuttrycket, som tidigare undertryckts i vildtypsstammar efter intag av en kaseinrik diet. Noterbart observerades inte effekterna av flrA-mutationer på kolonisationshastigheter när sojaböndieten med hög proteinhalt konsumerades.

Ytterligare experiment visade att dessa diet-inducerade förändringar i T6SS-aktivitet förändrade de konkurrenskraftiga interaktionerna mellan V. cholerae och intestinala commensals, inklusive ett humant Escherichia coli-isolat, och därigenom ombildade strukturen av mikrobiotan under infektion.

Dessa resultat tyder på kostinterventioner för att begränsa V. cholerae och lyfta fram vikten av kosten i patogen-kommensala interaktioner.

Källor: