חיידקי מעיים ותזונה עשירה בחומצת האמינו טריפטופן יכולים למלא תפקיד מגן מפני E. coli פתוגניים, שעלול לגרום לקלקול קיבה חמור, התכווצויות, חום, דימום מעיים ואי ספיקת כליות, על פי מחקר שפורסם ב-13 במרץ ב טֶבַע.
המחקר חושף כיצד טריפטופן תזונתי – חומצת אמינו שנמצאת בעיקר במוצרים מן החי, אגוזים, זרעים, דגנים מלאים וקטניות – יכול להתפרק על ידי חיידקי המעי למולקולות קטנות הנקראות מטבוליטים. מסתבר שכמה מהמטבוליטים הללו יכולים להיקשר לקולטן בתאי אפיתל (פני השטח) של המעי, ולעורר מסלול שבסופו של דבר מפחית את הייצור של חלבונים ש-E. coli משתמש בהם כדי להצמיד לרירית המעי היכן שהם גורמים לזיהום. כאשר E. coli לא מצליח להיצמד ולהתיישב במעי, הפתוגן עובר בצורה שפיר ועובר החוצה מהגוף.
המחקר מתאר תפקיד שלא היה ידוע בעבר במעיים עבור קולטן, DRD2. DRD2 נודע בדרך כלל כקולטן לדופמין (נוירוטרנסמיטר) במערכת העצבים המרכזית וההיקפית.
זה למעשה שני תחומים שונים לחלוטין שהקולטן הזה יכול למלא תפקיד בהם, מה שלא הוערך לפני הממצאים שלנו. אנחנו בעצם חושבים ש-DRD2 מאיר במעיים כחיישן מטבוליטים מיקרוביאליים, ואז ההשפעה שלו במורד הזרם היא לסייע בהגנה מפני זיהום."
פמלה צ'אנג, פרופסור חבר לאימונולוגיה במכללה לרפואה וטרינרית ולביולוגיה כימית במכללה לאמנויות ומדעים
סמנתה סקוט, חוקרת פוסט-דוקטורט במעבדתו של צ'אנג, היא המחברת הראשונה של המחקר, "קולטן דופמין D2 מעניק התנגדות לקולוניזציה באמצעות מטבוליטים מיקרוביאליים".
כעת, לאחר שצ'אנג, סקוט ועמיתיו זיהו מסלול ספציפי שיסייע במניעת זיהום E. coli, הם עשויים כעת להתחיל לחקור את הקולטן DRD2 ומרכיבי המסלול שלו במורד הזרם עבור מטרות טיפוליות.
במחקר, החוקרים השתמשו בעכברים שנדבקו ב-Citrobacter rodentium, חיידק הדומה מאוד ל-E. coli, שכן E. coli פתוגניים מסוימים אינם מדביקים עכברים. באמצעות ניסויים, החוקרים זיהו שיש פחות פתוגן ודלקת (סימן למערכת חיסונית פעילה וזיהום) לאחר שהאכלו עכברים בתזונה בתוספת טריפטופן. לאחר מכן, כדי להראות שלחיידקי המעי יש השפעה, הם נתנו לעכברים אנטיביוטיקה לדלדול חיידקים במעיים, ומצאו שהעכברים נדבקו ב-C. rodentium למרות אכילת דיאטת טריפטופן, מה שאישר שההגנה מפני טריפטופן תלויה על חיידקי המעיים.
לאחר מכן, באמצעות ספקטרומטריית מסה, הם הריצו מסך כדי למצוא את הזהויות הכימיות של מטבוליטים של טריפטופן בדגימת מעיים, וזיהו שלושה מטבוליטים כאלה שהוגדלו באופן משמעותי כאשר ניתנו להם דיאטת טריפטופן. שוב, בהתבסס על רמות פתוגנים ודלקת, כאשר שלושת המטבוליטים הללו בלבד הוזנו לעכברים, הייתה להם אותה אפקט מגן כמו לתת לעכברים דיאטת טריפטופן מלאה.
החלפת הילוכים, החוקרים השתמשו בביואינפורמטיקה כדי למצוא אילו חלבונים (וקולטנים) עשויים להיקשר למטבוליטים של טריפטופן, ומתוך רשימה ארוכה הם זיהו שלושה קולטנים קשורים באותה משפחה של קולטני דופמין. באמצעות קו תאי מעי אנושי במעבדה, הם הצליחו לבודד את הקולטן DRD2 כזה שהייתה לו השפעה מגנה מפני זיהום בנוכחות מטבוליטים של טריפטופן.
לאחר שזיהו את המטבוליטים והקולטן, הם ניתחו את המסלול במורד הזרם של DRD2 בתאי אפיתל של המעי האנושי. בסופו של דבר, הם גילו שכאשר מסלול DRD2 הופעל, יכולתו של המארח לייצר חלבון מווסת אקטין נפגעה. C. rodentium (ו-E. coli) דורשים אקטין כדי להיצמד לתאי אפיתל המעי, שם הם מתנחלים ומחדירים גורמי ארסיות ורעלים לתאים הגורמים לתסמינים. אבל ללא פילמור אקטין הם לא יכולים להיצמד והפתוגן עובר ומתנקה.
הניסויים חשפו תפקיד חדש של קולטן דופמין DRD2 במעיים השולט בחלבוני אקטין ומשפיע על מסלול שלא היה ידוע בעבר למניעת יכולתו של חיידק פתוגני להתיישב במעי.
ג'ינג'ינג פו, חוקר פוסט-דוקטורט לשעבר במעבדתו של צ'אנג, הוא מחבר שותף.
המחקר נתמך על ידי קרן ארנולד ומייבל בקמן, מועצת הנשיא של קורנל נשים אפיניטו-סטיוארט גרנט, המכונים הלאומיים לבריאות ומכון קורנל לאינטראקציות מארח-מיקרוב ופוסט-דוקטורט למחלות.
