זרם חשמלי במעיים מושך פתוגנים כמו סלמונלה

סלמונלה משתמשת בביו-חשמל במעיים כדי למצוא נקודות כניסה לזיהום, כך מגלה מחקר.

מחקר שנערך לאחרונה ב מיקרוביולוגיה של הטבע חקר איך סלמונלה טיפימוריום מכוון לאפיתל המעי ומתמקם לאפיתל הקשור לזקיק (FAE) של המעי הדק.

רֶקַע

המעי האנושי מכיל מיליוני מיקרואורגניזמים מועילים המסייעים בספיגת חומרים מזינים, התפתחות חיסונית והגנה מפני חיידקים מזיקים. עם זאת, חיידקי מעיים כמו סלמונלה מאכלסים את רירית המעי. אנטרובקטריות מתפשטות דרך מזון ומים מזוהמים, וגורמות לדלקת מעיים חזקה ולזיהומים.

סלמונלה משתמשת במסלול הפרשה מסוג III כדי לחדור לאפיתל המעי דרך תאים מיקרו-קפלים המצפים את ה-FAE. עם זאת, המנגנון הספציפי שבאמצעותו מתמקמת סלמונלה ל-FAE נותר לא ידוע. מחקרים בבעלי חיים מראים שפתוגנים אנטיים מעדיפים שה-FAE יכנס וידבק. השיטה שבה עומס צנוע של פתוגנים עובר לאפיתל הקשור לזקיק אינה ברורה. הבנת פעילות ביו-חשמלית של חיידקים היא קריטית למיקוד בחיידקים פתוגניים.

לגבי המחקר

במחקר הנוכחי, חוקרים חקרו כיצד פתוגנים מעיים אוהבים S. Typhimurium השתמש ב-galvanotaxis כדי למצוא אתרי פלישת מעיים.

החוקרים חקרו טרופיזם חיידקי ומיקוד אפיתל תחרותי במודל ex vivo caecum. הם שיערו ששדה חשמלי אזורי משנה את בחירת יעד S. Typhimurium, ואינו פתוגני E. coli מציגים דפוסי תנועה מובהקים בתגובה לשדה.

כדי לחקור זאת, החוקרים שינו E. coli ו S. Typhimurium לייצר חלבונים פלואורסצנטיים שונים. הם חשפו את הפתוגנים לשדה חשמלי אנדוגני במבחנה. לאחר מכן, הם מיפו את הפעילות הביו-אלקטרית באפיתליה של עכברים. דפוסי עוצמת הקרינה המרחבית כמותית אימתו את הטרופיזם החיידקי. ניסויי טרופיות תחרותיים קבעו אם שינוי השדות החשמליים השפיע S. Typhimurium לוקליזציה ב-FAE.

חוקרים השתמשו בהקלטת זמן-lapse כדי לבצע גלוונוטקסיס חיידקי. הם מדדו זרמים חיצוניים נטו באפיתל הקשור לזקיק וזרמים פנימיים נטו בווילי שמסביב. הם השתמשו בצבע הרגיש למתח DiBAC4 כדי לקבוע אם ל-FAE ול-villi יש Vms שונים. הם העריכו את ה-TEP על ידי החדרת מיקרו-אלקטרודות מזכוכית לתוך ה-FAE וה-villi של ה-FAE ex vivo דגם מעין עכבר.

חוקרים חקרו את תפקידו של כלוריד בביו-חשמל במעיים. הם חסמו את תעלת הכלוריד באמצעות מעכב CFTR ספציפי. הם השתמשו בזן מוטנטי דגלים כדי לחקור את תפקיד הדגלים S. Typhimurium's galvanotaxis. צביעה חיסונית מכמתת את כיוון הדגל. הם צבעו את הסלמונלה בנוגדנים לאנטיגנים O-וH שלה לפני ואחרי החלת שדה חשמלי.

חוקרים השתמשו ב-Bacillus subtilis כדי לחקור אם חיידקים קומנסאליים אחרים מגיבים לשדה חשמלי מיושם בַּמַבחֵנָה. החוקרים גם חקרו את תפקיד הכימוטקסיס בנדידה בתיווך גלוונוטקסיס. הם השתמשו במוטנט חסר כימותקסיס ב- S. Typhimurium רקע 14028S.

תוצאות

ב- ex vivo דגם מעין עכבר, סלמונלה טיפימוריום מתמקם לאפיתל הקשור לזקיק ללא כימוטקסיס. ה-FAE מקטב עם זרם חיצוני מתמשך ופוטנציאל טרנספיתל נמוך. הווילוס הסמוך מתבטל עם פוטנציאל טרנס-אפיתלי גבוה וזרם חשמלי פנימה מקליטת אלקטרוליטים. S. Typhimurium נע לכיוון ה-FAE על ידי פוטנציאלים חשמליים שונים, ואילו Escherichia coli נקשר ל-villi באמצעות galvanotaxis.

זרימת כלוריד גורמת לזרמים יוניים ליד ה-FAE. דיכוי CFTR מפחית S. Typhimurium לוקליזציה של FAE ועלייה E. coli גִיוּס. ה-FAE מגביל זרימה יונית לכניסת הכלוריד, ויוצר זרם חשמלי כלפי חוץ. זרימת יוני כלוריד המונעת על ידי CFTR עשויה לשנות או להפוך זאת.

ההפצה וההתמיינות של הנשאים האלקטרוגניים יוצרים פוטנציאלים מגוונים על פני ממברנות מעיים ואפיתליה. אלה יוצרים ערוץ ביו-אלקטרי בין אפיתליית הווילוס ל-FAE. זה מכוון את S. Typhimurium פתוגן לאפיתל הקשור לזקיק באמצעות galvanotaxis.

ה S. Typhimurium שיעור ההחלמה היה כמעט פי חמישה מזה של E. coli מה-FAE. למוטנט הדגל היה התאוששות גרועה פי 20 מהסוג הבר. זה מראה את החשיבות של דגלים בהתכנסות ב-FAE.

מסקנות

סלמונלה טיפימוריום מתמקד באזורי אפיתל המעיים על ידי אותות ביו-אלקטריים מקומיים ומתמשכים המתווכים על ידי CFTR, לא על ידי קולטני כימוטקסיס. זה עשוי להשפיע על מחלות חיידקיות מעיים אחרות. בהתחשב בשכיחותם של זיהומים ברירית, יותר חיידקים אנטרופתוגנים עשויים להשתמש בדפוס הביו-חשמלי האזורי כדי לנווט ולהשתתף בגלונוטקסיס ב in vivo סְבִיבָה.

זיהומי סלמונלה מייצרים שדות חשמליים באפיתליה של המעי, וכתוצאה מכך זיהום מערכתי. הבדל בצורות הפוטנציאל הביואלקטרי בין אפיתל הווילוס ל-FAE. סלמונלה וקומנסל E. coli מציגים תגובות ברורות לשדות חשמליים עקב הבדלים בתכונות החשמליות של פני השטח. S. Typhimurium נכנסת ל-FAE, אם כי תומכת E. coli נמנע מזה.

הסידור הביו-אלקטרי של אפיתל המעי הגס מעדיף את הפלורה הקומנלית על פני S. Typhimurium. זה כנראה בגלל היעדר מדבקות או זקיקים של פייר. שדות ביו-חשמליים פגומים לוכדים E. coli ולגרום להיפר-אימוניות או למחלה אוטואימונית במיקרוביום של המעי. מחקרים עתידיים עשויים לחקור אם לאנשים רגישים יש פעילות ביו-חשמלית חריגה או רשתות ביו-חשמליות לא מתפקדות ברירית המעיים שלהם.