Pramoninės ir žemės ūkio cheminės medžiagos tyliai keičia žarnyno mikrobų pusiausvyrą

Pramoninės ir žemės ūkio cheminės medžiagos tyliai keičia žarnyno mikrobų pusiausvyrą

Didelio masto laboratorinis tyrimas rodo, kad plačiai naudojamos cheminės medžiagos ne tik užteršia maistą ir vandenį. Jie gali selektyviai slopinti, skatinti ir perjungti žarnyno bakterijas, o tai gali turėti įtakos mikrobiomų pusiausvyrai ir atsparumui antimikrobinėms medžiagoms.

Neseniai žurnale paskelbtame tyrimenatūrali mikrobiologija,Tyrėjai pastebėjo, kad daugelis žemės ūkio ir pramoninių cheminių medžiagų turi antimikrobinį poveikį žmogaus žarnyno mikrobiotai ir gali daryti selektyvų spaudimą žarnyno bakterijoms.in vitro.

Sintetinės cheminės medžiagos tapo nepakeičiamos pramonėje ir žemės ūkyje. Pramoninės ir žemės ūkio cheminės medžiagos patenka į vandenį ir maistą per žemės ūkį, pramoninį perdirbimą arba aplinkos taršą. Maisto ir vandens užteršimas cheminiais teršalais virškinamąjį traktą veikia ksenobiotiniais junginiais. Tačiau mažai žinoma apie šių teršalų poveikį žarnyno bakterijoms kontroliuojamomis laboratorinėmis sąlygomis arba apie tai, kaip jie gali paveikti mikrobų tinkamumą ir konkurenciją.

Cheminio poveikio žarnyno mikrobams patikrinimas

Šiame tyrime mokslininkai ištyrė teršalų poveikį žarnyno bakterijoms, naudodami ain vitroAtrankos metodas, skirtas įvertinti bakterijų augimo slopinimą ir atrankos poveikį. Jie naudojo didelę 1076 junginių biblioteką, kurie gali patekti į vandenį ir maistą; Bibliotekoje buvo pramoninių cheminių medžiagų, pesticidų, pesticidų metabolitų ir junginių, nukreiptų į organizmus, tokius kaip vorai, graužikai, bakterijos, grybeliai ir nematodai.

22 žarnyno padermių augimo slopinimo bandymas

Mokslininkai ištyrė visų 20 μM junginių įtaką 22 žarnyno bakterijų padermių, atrinktų pagal jų paplitimą ir gausą sveikoje žarnyno mikrobiotoje, augimui. Bakterijos buvo auginamos ir stebimos 24 valandas; Augimas buvo matuojamas kaip plotas po augimo kreive. Augimo slopinimo smūgiai buvo apibrėžti kaip bakterijų-cheminė sąveika, sumažinusi augimą daugiau nei 20%.

Plačios ir siauros antimikrobinio aktyvumo cheminės medžiagos

Komanda nustatė, kad 168 cheminės medžiagos slopino bent vieną padermę. Ypač BacteroidalesParabacteroides distasonisbuvo jautriausi taksonai, tuo tarpuAkkermansia muciniphilaIrEscherichia colibuvo mažiausiai jautrūs. Fungicidai, pramoniniai chemikalai ir akaricidai buvo cheminės kategorijos, turinčios vyraujantį antimikrobinį aktyvumą, o maždaug trečdalis fungicidų ir pramoninių cheminių medžiagų turi slopinamąjį poveikį. Nors dauguma junginių slopino keletą padermių, 24 pasižymėjo dideliu toksiškumu, slopindami daugiau nei trečdalį padermių.

Klosantelis (gyvuliams skirtas antiparazitinis preparatas), bisfenolis AF (BPAF; naudojamas plastikuose), tetrabromobisfenolis A (TBBPA; antipirenas), emamektino benzoatas (insekticidas), fluazinamas (fungicidas) ir chlordekonas (plačio poveikio insekticidas). Be to, 150 bakterijų ir cheminių sąveikų parodė, kad augimas slopinamas daugiau nei 90%, o tai rodo stiprų antimikrobinį aktyvumą, dėl kurio gali atsirasti konkurencinių pranašumų arba nuostolių tarp žarnyno mikrobų.

Ryšys tarp cheminio jautrumo ir mikrobiomų gausos

Rūšį veikiančių junginių skaičius teigiamai koreliavo su jų santykiniu gausumu žmogaus mikrobiome, bet ne su paplitimu. Todėl siauro ar plataus aktyvumo cheminės medžiagos gali turėti įtakos mikrobiomo sudėčiai dėl jų poveikio daugeliui taksonų per diferencinį augimo slopinimą ir atranką. Tada grupė ištyrė, kaip rūšių lygio cheminis poveikis veikia bakterijų bendruomenes. Sintetinė, įvairi 20 žarnyno bakterijų bendruomenė buvo paveikta TBBPA arba BPAF, kad būtų galima įvertinti bendruomenės lygio atsakus.

Bendrijos lygmens atsakymai į BPAF ir TBBPA

Tačiau BPAF sukelti sudėties pokyčiai atitiko monokultūros poveikįEubacterium rectaleIrFusobacterium nucleatumbuvo apsaugoti bendruomenėje, nors jie buvo pažeidžiami atskirai. Su TBBPA,Bacteroides thetaiotaomicrondominavo bendruomenėje, nepaisant to, kad monokultūros yra pažeidžiamos, parodydamos, kaip bendruomenės kontekstas gali pakeisti kūno rengybos rezultatus esant cheminiam slėgiui. Toliau mokslininkai ištyrė Bacteroidales būrio rūšių sąveikos mechanizmus dėl didelio jautrumo teršalams.

Transposono mutantų biblioteka, skirta tolerancijos genams nustatyti

Transpozono (Tn) mutantų biblioteka išParabacteroides merdaekuriame yra Tn įterpimo mutantų daugiau nei 3000 neesminių genų, buvo naudojamas genams, moduliuojantiems ksenobiotikų įtaką bakterijų tinkamumui, nustatyti. Buvo atliktas konkurencinis testas su 10 cheminių medžiagų. Klosantelis, emamektino benzoatas, fluazinamas, TBBPA, imazalilo sulfatas ir BPAF buvo tiriami esant ≤20 μM, o glifosatas, perfluorononano rūgštis (PFNA), perfluoroktano rūgštis ir propikonazolas buvo tiriami esant ≥20 μM.

Kultūros, užkrėstos mutantų biblioteka, buvo auginamos iki ankstyvos stacionarios fazės, o brūkšninio kodo Tn sekos nustatymas buvo naudojamas kiekybiškai įvertinti Tn mutantų atranką esant cheminiam stresui. BPAF, klozantelis ir TBBPA parodė stipriausią poveikį renkantis biblioteką tarp tirtų medžiagų, kai koncentracija ≤ 20 μM. Be to, 500 μM PFNA parodė daugiausiai rezultatų, o 50 μM glifosatas, 20 μM PFNA ir 20 μM perfluoroktano rūgštis nedavė reikšmingų rezultatų.

Nustatyti išsiliejimo reguliavimo ir atsparumo mechanizmai

Pažymėtina, kad stipriausia klosantelio atranka buvo pastebėta, kai daugiau nei 90 % Tn mutantų buvo įterpti per >20 skirtingų padėčių NQ542_01170 gene, kuris koduoja transkripcijos reguliatorių, homologišką acrR, ištekėjimo represoriui.Bacteroides uniformis. Šio reguliatoriaus praradimas padidino toleranciją daugeliui teršalų, taip pat padidino atsparumą antibiotikams ciprofloksacinui, išryškindamas galimus ryšius tarp teršalų poveikio ir atsparumo antibiotikams dėl bendrų tolerancijos ir išsiliejimo būdų. Kai kurie pernešėjų Tn mutantai parodė didelį jautrumą teršalams, o tai rodo bendrus jų tolerancijos mechanizmusP. merdae.

Išsaugoti teršalų tolerancijos keliai Bacteroidales

Tolesni mutantų tyrimaiB. thetaiotaomikronasPriklauso tolimai šeimaiP. merdaeatskleidė bendrus dviejų rūšių atsakymus ir palaikė konservuotus teršalų tolerancijos mechanizmus (pvz., Ištekėjimo kelius). Be to,P. merdaeDaugumos išbandytų junginių, turinčių įtakos bakterijų augimui ir medžiagų apykaitai, Tn įterpimo mutantų genai buvo praturtinti įvairiais metabolizmo keliais.

Teršalų kontroliuojamas medžiagų apykaitos kelių pasirinkimas

Dvidešimt mikromolinių TBBPA atranka parodė reikšmingą Tn mutantų praturtėjimą šakotosios grandinės aminorūgščių (BCAA) skilimo kelyje. Katabolinis genų klasteris porA (dalyvauja BCAA skaidyme į trumpos grandinės riebalų rūgštis) taip pat parodė teigiamą atranką esant 20 μM TBBPA, 20 μM BPAF ir 500 μM PFNA. Antrinio metabolizmo genų, NQ542_07535–55, funkcijos praradimo Tn įterpimo mutantai parodė teigiamą atranką esant 500 μM PFNA.

Toli siekiančios pasekmės mikrobiomo tinkamumui ir evoliucijai

Iš viso tyrimo metu buvo nustatytos 588 slopinančios sąveikos tarp 168 cheminių medžiagų ir žmogaus žarnyno bakterijų, kurių dauguma anksčiau neturėjo antibakterinių savybių. Didžiausią įtaką turėjo pramoniniai chemikalai ir fungicidai. Ištekėjimo siurblių reguliavimas buvo konservuotas mechanizmas tarp jųB. thetaiotaomikronasIrP. merdaeTai formuoja toleranciją ir konkurencingumą esant cheminiam stresui.

Genetinė atrankaP. merdaebuvo praturtintas biosintetiniais ir kataboliniais genais. Funkcijos praradimo mutacijos genuose, koduojančiuose fermentus, dalyvaujančius antriniuose metabolituose, suteikė augimo pranašumą ir padidino galimybę, kad cheminių teršalų poveikis gali paveikti atrankos kraštovaizdį žarnyne, o tai gali pakeisti šeimininko ir mikrobiomo sąveikos kelius. Tačiau eksperimentai buvo atliktiin vitronustatytomis koncentracijomis, ir reikalingi tolesni in vivo ir epidemiologiniai tyrimai, siekiant nustatyti, ar panašus poveikis pasireiškia realiomis poveikio sąlygomis žmonėms, ir nustatyti atitinkamus poveikio lygius.

Šaltiniai: