פתוגנים של בטן עוקפים דחייה כימית ופולשים

בפיתול מפתיע, פתוגנים של בטן כמו סלמונלה אינם נדחים על ידי צואה אינדול; במקום זאת, הם מנצלים אותו כדי לאתר סביבות עשירות בתזונה, והופכים הגנה מיקרוביאלית ליתרון קולוניזציה.

מחקר: ניווט סתירות: Salmonella typhimurium כימוטקסיס בין גירויים סותרים של סביבת המעי. קרדיט תמונה: Alpha Tauri 3D Graphics/Shutterstock.com

*הודעה חשובה: אליף מפרסם דוחות מדעיים ראשוניים שאינם בודקים עמיתים, ולכן אין לראות בהם כמשקעים, מדריכים את התנהגות הקלינית/התנהגות הקשורה לבריאות, או לטפל בהן כמידע מבוסס.

למרות היותו דוחה חיידקים ידוע, אינדול בצואה אינו מונע דלקות בטןו לאחרונה אליף המחקר בדק כיצד חיידקים enteric מנווטים את האותות הכימוטקטיים המנוגדים במעיים וכיצד אינטראקציות אלה מקלות על הקולוניזציה.

קולוניזציה חיידקית מעי

חיידקי בטן תנועתיים מתיישבים את דרכי העיכול של בני אדם ובעלי חיים אחרים באמצעות כימוטקסיס. הם קובעים אפקטורים כימיים בלומן ומנווטים את הסביבה הפנימית להתפשטות. תהליך ניווט זה מווסת על ידי חלבוני כימורקטור, המזהים אפקטורים כימיים ומעבירים אותות באמצעות מפל זרחן. האיתות הכימי שולט ביעילות בסיבוב הדגל החיידקי וכיוון השחייה, ובסופו של דבר יוצר את התבניות המרחביות והזמניות של הקולוניזציה החיידקית.

מרבית האפקטורים נותחו ככימותרפיה או דמי כימרים בצורתם הטהורה ובתנאים מבוקרים; עם זאת, סביבות טבעיות, כמו המעיים, מכילות תערובת מורכבת של אותות סותרים. לפיכך, חיוני לחקור כיצד חיידקים מנווטים מדרגות כימיות מנוגדות ולקבוע אילו אותות לתעדף על פני אחרים לצורך תנועתם וקולוניזציה.

Indole הוא אפקט כימי מכריע עבור קהילות חיידקים enteric הממלאות תפקיד משמעותי באיתות בין -בקטריאלי. חיידקי בטן מפרישים אינדול כתוצר לוואי של מטבוליזם טריפטופן ומצטבר לרמות מילימולריות בצואה אנושית. מטבוליט מיקרוביאלי זה הוא אמפיפתי ונוסע דרך ממברנות חיידקים.

ל- Indole יש פונקציות מרובות, כולל דיכוי תוכניות נגיף, ויסות היווצרות ותנועתיות ביו -פילם, וקידום השפעות חיידקיות וחיידקיות בריכוזים גבוהים. מרבית המחקרים ניתחו את התגובה של Escherichia coli ((E. coli) כימוטקסיס בנוכחות אינדול (ChemorePellents) כאפקטור יחיד. עם זאת, האם התגובות הללו נשמרות כאשר אינדול נתקל לצד מושכים אחרים הנגזרים ממעיים נותר לא ברור.

פתוגנים enteric הוכיחו את היכולת לסבול את Indole או להתחמק מהשפעות הכימור -פולסיות שלה בתנאים ספציפיים. לפיכך, חיוני להבין כיצד חיידקים מנווטים את אותות הכימוטקסיס הסותרים של סביבת המעי וכיצד הם מתנגדים לגירויים אלה לקידום צמיחה וקולוניזציה. חשוב גם לזהות חיידקים אחרים, חוץ מזה א. קולי, שיכול לחוש או להגיב באופן כימוטקטי או להגיב לאינדול.

על המחקר

המחקר הנוכחי שיער כי אינדול ממלא תפקיד מגן מפני זיהום במעי. היא גם בדקה את המנגנון הכימוטקטי שבאמצעותו פתוגנים enteric מנווטים את התערובת המורכבת של רמזים כימיים מנוגדים שנמצאים בחומר צואה, המהווה מקור מפתח לאינדול וגם לחומרים מזינים במעיים.

לבחון את ההשערה, סלמונלה enterica Serovar Typhimurium שימש כפתוגן מודל מכיוון שהוא דורש כימוטקסיס והמוניות הכימור -קולטניות לסרין ולדוחים (TSR) לזיהום סלולרי ופלישה לרקמת מעיים. החוקרים התעניינו במיוחד ב- TSR מכיוון שזה כרוך בתגובות כימיות וכימותרפיות L-Serine (L-SER). שִׁפּוּס Typhimurium ואחרים Enterobacteriaceae שיש להם אורתולוגים TSR המסייעים להם לנווט בנוף כימי מורכב ומתנגד.

שני סוגים של כימות בוצעו כדי להסביר את זיהום המבט: "פלש" (סה"כ סלמונלה נכנסים לתאים מארחים שאינם פגוציטים) וחיידקים "סהטיים".

ממצאי לימוד

מודל מפלג המעי הגס של חזירים המדמה את הארכיטקטורה והגודל של רקמת המעי הגס האנושית הבוגרת הדגימה כי אינדול צואה אינו מספיק כדי להגן מפני פלישת פתוגן. כדי להעריך את תפקיד הכימוטקסיס בזיהום, הועסקו אסטרטגיית זיהום משותפת שִׁפּוּס זן Typhimurium IR715 Wildtype (WT) ו- צ'י מוטציה (תנועת אך לא מגיבה לגירויים כימיים) או TSR מוטציה מחיקה.

ממצאים ניסיוניים הצביעו על כך בתנאי הבסיס, רירית המעי הייתה נגישה לפתוגן. בניגוד להשערת המחקר, נמצא כי טיפול צואה הכולל אינדול מספק יתרון זיהום דומה לטיפול במאגר (ללא אינדול), והשפעה זו תווכת על ידי כימוטקסיס ו- TSR.

בהשוואה לטיפול במאגר, טיפולי הצואה סיפקו יתרון תחרותי גבוה יותר עבור האוכלוסייה המוצגת ב- WT על סך האוכלוסייה בשלוש שעות. נמצא כי WT מאבד את היתרון התחרותי שלו על פני המוטנטים הכימוטקטיים כאשר הוא מודגר ברקמות המעי הגס מטופלות ב- 862 מיקרומטר אינדול טהור.

WT הדגימה יתרון דומה למאגר כאשר טופלו ב- 338 מיקרומטר L-SER בלבד, אם כי טיפול צואה סיפק יתרון גבוה יותר בנקודות זמן מסוימות. WT הציג גם יתרון קולוניזציה בריכוז זה כאשר L-SER הועלה יחד עם אינדול. ה- WT יכול להדביק את רקמת המעי הגס ברמה גבוהה יותר מאשר המוטנט הכימוטקטי בכל תנאי הטיפול. המחקר הנוכחי הצביע על כך שכימוטקסיס ו- TSR מגדילים את המעבר של הפתוגנים למדרגה הכימית ומשפרים את הגישה שלהם לרקמת המעי בכל התנאים למעט כאשר אינדול הוא האפקטור היחיד. ממצא זה מצביע על תפיסת חיידקים דיפרנציאלית של indole כאשר היא קיימת כמפקח היחיד או בין אפקטורי צואה אחרים.

ניתוח ה- CIRA חשף כי ל- WT יש תגובה חזקה יותר לכימיה מאשר צ'י. ממצאים ניסיוניים הדגימו זאת שִׁפּוּס Typhimurium נמשך לצואה אנושית באמצעות כימוטקסיס, הכולל TSR, אפילו בריכוז אינדול גבוה. ניווט כימוטקטי דומה נמצא גם במגוון קבוצה של Enterobacteriaceae מינים בעלי TSR וקשורים לזיהומים אנושיים.

אף אחד מהזנים החיידקיים שנבדקו לא הציג כימורפסיה מצואה למרות תכולת האינדול הגבוהה שלו, מה שמצביע על כך שההשפעה הדוחה מתבצעת בתערובת הילידית של אותות צואה.

המחקר הנוכחי ציין כי תגובת הכימורפסיה מתרחשת הרבה יותר מהר מאשר כימום. ממצא זה הוצג באמצעות אזור של הימנעות נראה משמעותית בעשר השניות הראשונות של חשיפת האינדול.

ניתוח קלורימטריה של טיטרציה איזותרמית (ITC) הצביע על כך שלא מתרחשת קשירת בין התחום המחייב ליגנד TSR (LBD) לבין indole. זה מצביע על כך שאינדול מורגש באמצעות מנגנון לא קנוני, אולי באמצעות הפרעה של כוח מניע פרוטון או אזור אחר של TSR. כמות מוגברת של ה- L-SER התזונתי קידמה את הצמיחה של כולם סלמונלה זנים שניתחו; עם זאת, יתרונות הצמיחה נמשכו כל עוד ריכוז האינדול היה מתחת למ"מ אחד.

כימוהלציה: התנהגות חיידקית שתוארה לאחרונה

אחת התרומות הרומנטיות של מחקר זה היא זיהוי תגובה כימוטקטית מובחנת המכונה "כימוהלציה". התנהגות זו מתרחשת כאשר חיידקים נחשפים לתערובות של ריכוזים שווים או כמעט שווים של מושכים ודוחים. במקום לנוע ישירות לעבר הגירויים או הרחק מהגירויים, החיידקים יוצרים התפלגות דמוי הילה סביב מקור האפקטור. דפוס זה מייצג פשרה התנהגותית בין רמזים מנוגדים ועשוי לשקף כיצד חיידקים מכוונים את הקולוניזציה בנוף המורכב של הבטן.

החוקרים מציעים "כימוהלציה" כמונח חדש בלקסיקון הכימוטקסיס, המקביל לכימיה וכימורפסיה.

מסקנות

תוצאות המחקר משנות את ההבנה של אינדול כמרתיעה רק לפתוגנים. במקום זאת, אינדול עשויה לעזור לפתוגנים לאתר נישות דלות במתחרים מיקרוביאליים ועשירים בחומרים מזינים.

המחקר הנוכחי הדגיש את המגבלה של השימוש ב- Indole כאפקטור יחיד בבדיקת התנהגות חיידקית בסביבה טבעית. מחקר זה הדגיש כי גורמים מנוגדים מרובים מעצבים כימוטקסיס. עוד מוצע כי כימוטקסיס עשוי לשפר את ההסתברות לזיהום מוצלח, ולא רק גישה לחיידקים, על ידי הנחיית פתוגנים לאזורי מעיים נוחים.

מחקרים עתידיים צריכים להשתמש במודלים ניסויים אחרים המשכפלים באופן מלא את המורכבות של in vivo דינמיקת זיהום במעיים האנושית. מודלים מבוססי אנוש או iLeal יכולים לספק תובנה נוספת על התנהגות חיידקים בתאי מעיים מובחנים. ניתוח גנטי ממוקד למינים שונים נדרש כדי לאשר אם Enterobacteriaceae השתמש ב- TSR למשיכה צואתית.

הורד את עותק ה- PDF שלך עכשיו!

*הודעה חשובה: אליף מפרסם דוחות מדעיים ראשוניים שאינם בודקים עמיתים, ולכן אין לראות בהם כמשקעים, מדריכים את התנהגות הקלינית/התנהגות הקשורה לבריאות, או לטפל בהן כמידע מבוסס.