Tööstus- ja põllumajanduskemikaalid muudavad vaikselt soolestiku mikroobide tasakaalu

Tööstus- ja põllumajanduskemikaalid muudavad vaikselt soolestiku mikroobide tasakaalu

Laiaulatuslik laboriuuring näitab, et laialdaselt kasutatavad kemikaalid ei saasta ainult toitu ja vett. Need võivad soolestiku baktereid selektiivselt maha suruda, soodustada ja ümber suunata, millel on võimalikud tagajärjed mikrobioomi tasakaalule ja antimikroobsele resistentsusele.

Hiljuti ajakirjas avaldatud uuringuslooduslik mikrobioloogia,Teadlased täheldasid, et paljudel põllumajandus- ja tööstuskemikaalidel on inimese soolestiku mikrobiota vastu antimikroobne toime ja need võivad avaldada soolebakteritele selektiivset survet.in vitro.

Sünteetilised kemikaalid on muutunud tööstuse ja põllumajanduse jaoks asendamatuks. Tööstus- ja põllumajanduskemikaalid satuvad vette ja toitu põllumajanduslike rakenduste, tööstusliku töötlemise või keskkonnareostuse kaudu. Toidu ja vee saastumine keemiliste saasteainetega paljastab seedetrakti ksenobiootiliste ühenditega. Siiski on vähe teada nende saasteainete mõjust soolestiku bakteritele kontrollitud laboritingimustes või sellest, kuidas need võivad mõjutada mikroobide sobivust ja konkurentsi.

Keemiliste mõjude sõelumine soolestiku mikroobidele

Käesolevas uuringus uurisid teadlased saasteainete mõju soolebakteritele, kasutades ain vitroSkriinimismeetod bakterite kasvu pärssimise ja selektsiooni mõju hindamiseks. Nad kasutasid ulatuslikku 1076 ühendist koosnevat raamatukogu, mis tõenäoliselt sattuvad vette ja toitu; Raamatukogu sisaldas tööstuskemikaale, pestitsiide, pestitsiidide metaboliite ja ühendeid, mis on suunatud organismidele nagu ämblikud, närilised, bakterid, seened ja nematoodid.

Kasvu pärssimise testimine 22 soolestiku tüves

Teadlased uurisid kõigi ühendite mõju 20 μM juures 22 soolestiku bakteritüve kasvule, mis valiti nende levimuse ja arvukuse alusel terve soolestiku mikrobiotas. Baktereid kasvatati ja jälgiti 24 tundi; Kasvu mõõdeti kasvukõvera aluse pindalana. Kasvu pärssimise tabamused määratleti kui bakterilis-keemilised koostoimed, mis vähendasid kasvu rohkem kui 20%.

Laia ja kitsa antimikroobse toimega kemikaalid

Töörühm leidis, et 168 kemikaali inhibeerisid vähemalt ühte tüve. Eriti BacteroidalesParabacteroides distasonisolid kõige tundlikumad taksonid, kusjuuresAkkermansia muciniphilaJaEscherichia coliolid kõige vähem tundlikud. Fungitsiidid, tööstuskemikaalid ja akaritsiidid olid keemilised kategooriad, millel oli domineeriv antimikroobne toime, kusjuures ligikaudu kolmandikul fungitsiididest ja tööstuskemikaalidest oli inhibeeriv toime. Kui enamik ühendeid inhibeeris mõnda tüve, siis 24-l oli laiaulatuslik toksilisus, inhibeerides enam kui kolmandiku tüvedest.

Klosanteel (kariloomade parasiidivastane ravim), bisfenool AF (BPAF; kasutatakse plastides), tetrabromobisfenool A (TBBPA; leegiaeglusti), emamektiinbensoaat (insektitsiid), fluasinaam (fungitsiid) ja kloordekoon (laia toimespektriga insektitsiidne ühend). Lisaks näitas 150 bakterilis-keemilist koostoimet kasvu pärssimist üle 90%, mis näitab tugevat antimikroobset toimet, mis võib viia soolestiku mikroobide konkurentsieeliste või kaotusteni.

Seosed keemilise tundlikkuse ja mikrobioomide arvukuse vahel

Liiki mõjutavate ühendite arv oli positiivses korrelatsioonis nende suhtelise arvukusega inimese mikrobioomis, kuid mitte levimusega. Seetõttu võivad kitsa või laia aktiivsusega kemikaalid mõjutada mikrobioomi koostist, kuna neil on erinev mõju kasvu pärssimise ja valiku kaudu arvukatele taksonitele. Järgmisena uuris meeskond, kuidas liigitasandi keemilised mõjud mõjutavad bakterite kooslusi. Sünteetilist, mitmekesist 20 soolebakterist koosnevat kogukonda nakatati TBBPA või BPAF-iga, et hinnata kogukonna tasandi reaktsioone.

Ühenduse tasandi vastused BPAF-ile ja TBBPA-le

Kuid BPAF-i indutseeritud koostise muutused olid kooskõlas monokultuuri mõjudegaEubacterium rectaleJaFusobacterium nucleatumolid kogukonnas kaitstud, kuigi nad olid isolatsioonis haavatavad. TBBPA-gaBacteroides thetaiotaomicrondomineeris kogukonda, vaatamata sellele, et see on monokultuuride suhtes haavatav, näidates, kuidas kogukonna kontekst võib keemilise surve all muuta sobivuse tulemusi. Järgmisena uurisid teadlased Bacteroidales'i liikide koostoimemehhanisme nende kõrge tundlikkuse tõttu saasteainete suhtes.

Transposooni mutantide raamatukogu tolerantsuse geenide tuvastamiseks

Transposooni (Tn) mutantide raamatukogu alatesParabacteroides merdaemis sisaldab enam kui 3000 mitteolulises geenis Tn sisestusmutante, kasutati geenide tuvastamiseks, mis moduleerivad ksenobiootikumide mõju bakterite sobivusele. Võistluskatse viidi läbi 10 kemikaaliga. Klosanteeli, emamektiini bensoaati, fluasinaami, TBBPA-d, imasaliilsulfaati ja BPAF-i testiti ≤20 μM juures, samas kui glüfosaati, perfluoronoonhapet (PFNA), perfluorooktaanhapet ja propikonasooli testiti ≥20 μM juures.

Mutantide raamatukoguga nakatatud kultuurid kasvatati varajase statsionaarse faasini ja keemilise stressi all olevate Tn mutantide valiku kvantifitseerimiseks kasutati vöötkoodiga Tn sekveneerimist. BPAF, klosanteel ja TBBPA näitasid testitud ainete hulgas kõige tugevamat mõju raamatukogu valikul kontsentratsioonil ≤ 20 μM. Lisaks näitas 500 μM PFNA üldiselt kõige rohkem tabamust, samas kui 50 μM glüfosaat, 20 μM PFNA ja 20 μM perfluorooktaanhape ei andnud olulisi tabamusi.

Väljavoolu reguleerimise ja resistentsuse mehhanismid on tuvastatud

Nimelt täheldati tugevaimat valikut klosanteeli puhul, kus üle 90% Tn-mutantidest kandsid sisestusi >20 erinevas positsioonis geenis NQ542_01170, mis kodeerib transkriptsiooniregulaatorit, mis on homoloogne acrR-iga, väljavoolurepressoriga.Bacteroides uniformis. Selle regulaatori kaotamine suurendas tolerantsust mitme saasteaine suhtes ja suurendas ka resistentsust antibiootikumi tsiprofloksatsiini suhtes, tuues esile võimalikud seosed saasteainetega kokkupuute ja antibiootikumiresistentsuse vahel ühiste tolerantsuse ja väljavooluteede kaudu. Mõned transporter Tn mutandid näitasid saasteainete suhtes suurt tundlikkust, mis viitab nende ühistele taluvusmehhanismideleP. merdae.

Konserveeritud saasteainete taluvuse rajad Bacteroidales'is

Täiendavad uuringud mutantide kohtaB. thetaiotaomicronKuulumine kaugesse perekondaP. merdaenäitas ühiseid vastuseid kahe liigi vahel ja toetas saasteainete taluvuse konserveeritud mehhanisme (nt väljavooluteid) kogu järjekorras. LisaksP. merdaeEnamiku testitud ühendite puhul, mis mõjutavad bakterite kasvu ja metaboolset jõudlust, rikastati Tn-i sisestamise mutantse geeni tabamusi mitmesuguste metaboolsete radadega.

Saasteainetega kontrollitud metaboolsete radade valik

Kahekümne mikromolaarne TBBPA valik näitas Tn mutantide olulist rikastumist hargnenud ahelaga aminohapete (BCAA) lagunemisrajal. Kataboolne geeniklaster porA (osaleb BCAA lagunemises lühikese ahelaga rasvhapeteks) näitas samuti positiivset selektsiooni 20 µM TBBPA, 20 µM BPAF ja 500 µM PFNA korral. Sekundaarse metabolismi geenide NQ542_07535–55 funktsiooni kaotamise Tn-i sisestamise mutandid näitasid positiivset selektsiooni 500 μM PFNA all.

Kaugeleulatuvad tagajärjed mikrobioomi sobivusele ja arengule

Kokku tuvastas uuring 588 inhibeerivat koostoimet 168 kemikaali ja inimese soolestiku bakterite vahel, millest enamikul ei olnud varem antibakteriaalseid omadusi. Suurimat mõju avaldasid tööstuskemikaalid ja fungitsiidid. Väljavoolupumpade reguleerimine oli nende vahel säilinud mehhanismB. thetaiotaomicronJaP. merdaeSee kujundab tolerantsust ja konkurentsivõimet keemilise stressi all.

Geneetiline valik sisseP. merdaeoli rikastatud biosünteetiliste ja kataboolsete geenidega. Funktsioonikaotuse mutatsioonid sekundaarsetes metaboliitides osalevaid ensüüme kodeerivates geenides andsid kasvueelise ja suurendasid võimalust, et kokkupuude keemiliste saasteainetega võib mõjutada soolestiku selektsioonimaastikku, mis võib muuta peremees-mikrobioomi interaktsiooni teid. Katsed viidi siiski läbiin vitrokindlaksmääratud kontsentratsioonidel ning on vaja täiendavaid in vivo ja epidemioloogilisi uuringuid, et teha kindlaks, kas sarnased mõjud ilmnevad ka inimeste tegelikes kokkupuutetingimustes, ja määratleda asjakohased kokkupuutetasemed.

Allikad: