Az étrendből származó galakturonsav enterohemorrhagiában szabályozza a virulenciát és a bél kolonizációját Escherichia coli és Citrobacter rodentium

Tárgyak

Absztrakt

Az enterális kórokozók érzékelik a gyomor-bél traktus bonyolult kémiai tulajdonságait, hogy hatékonyan versenyezzenek a rezidens mikrobiotával és létrehozzák a gyarmatosítási rést. Itt megmutatjuk, hogy az enterohaemorrhagiás Escherichia coli és Citrobacter rodentium, helyettesítője egy egérfertőzési modellben érzékeli a galakturonsavat, hogy többrétegű programot indítson az emlősök sikeres fertőzése felé. A galakturonsav szénforrásként történő felhasználása segíti a kórokozó kezdeti terjeszkedését. A galakturonsav fő forrása az étrendi pektin, amelyet a mikrobiota kiemelkedő tagja galakturonsavvá alakít, Bacteroides thetaiotamicron. Ezt az ExuR transzkripciós faktor szabályozza. A galakturonsavat azonban az ExuR-en keresztül jelként is érzékelik, hogy modulálják a III-as típusú szekréciós rendszerként ismert molekuláris fecskendőt kódoló gének expresszióját, ami fertőző vastagbélgyulladáshoz és gyulladáshoz vezet. A galakturonsav mind tápanyagként, mind pedig jelként működik, és irányítja a gyomor-bél traktuson belüli tökéletes mikrobiota-kórokozó kapcsolatokat. Ez a munka rávilágít arra, hogy az eltérő táplálékcukor-hozzáférhetőség befolyásolja a mikrobiota és az enterális kórokozók közötti kapcsolatot, valamint a betegség kimenetelét.

Hozzáférési lehetőségek

Feliratkozás a Naplóra

Teljes napló hozzáférést kap 1 évre

csak 4,60 € kiadásonként

Az árak nettó árak.
Az áfát később hozzáadják a pénztárhoz.

Cikk bérlés vagy vásárlás

Időben korlátozott vagy teljes cikkelérést kaphat a ReadCube-on.

Az árak nettó árak.

Az adatok elérhetősége

A vizsgálat eredményeit alátámasztó adatok kérésre a megfelelő szerzőtől állnak rendelkezésre. Az RNS-szekvenálási adatok az Európai Nukleotid Archívumban érhetők el PRJEB30676 csatlakozási szám alatt.

Hivatkozások

Sonnenburg, J. L. és mtsai. Glikán in vivo takarmányozás egy bélhez adaptált baktériumszimbionttal. Tudomány 307, 1955–1959 (2005).

Baumler, A. J. és Sperandio, V. A mikrobiota és a kórokozó baktériumok közötti kölcsönhatások a bélben. Természet 535, 85–93 (2016).

Kaper, J. B., Nataro, J. P. és Mobley, H. L. patogén Escherichia coli. Nat. Rev. Microbiol. 2, 123–140 (2004).

Luperchio, S. A. és Schauer, D. B. A molekuláris patogenezise Citrobacter rodentium és fertőző egér vastagbél-hiperplázia. A mikrobák fertőznek. 3, 333–340 (2001).

Kamada, N. és mtsai. A szabályozott virulencia szabályozza egy kórokozó versenyképességét a bél mikrobiotájával. Tudomány 336, 1325–1329 (2012).

Slater, S. L., Sagfors, A. M., Pollard, D. J., Ruano-Gallego, D. & Frankel, G. A patogén III. Escherichia coli. Curr. Felül. Microbiol. Immunol. 416, 51–72 (2018).

Jarvis, K. G. és mtsai. Enteropatogén Escherichia coli feltételezett III. típusú szekréciós rendszert tartalmaz, amely szükséges a lézió kialakulásához kötődő és kiürítő fehérjék kiviteléhez. Proc. Natl Acad. Sci. USA 92, 7996–8000 (1995).

McDaniel, T. K., Jarvis, K. G., Donnenberg, M. S. és Kaper, J. B. A különféle enterobakteriális kórokozók között konzerválódott enterocita effacement genetikai helye. Proc. Natl Acad. Sci. USA 92, 1664–1668 (1995).

Chang, D.-E. et al. Az Escherichia coli szén táplálása az egér belében. Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 7427–7432 (2004).

Fabich, A. J. és mtsai. A szén-dioxid-táplálék összehasonlítása patogén és kommensális szempontból Escherichia coli törzsek az egér belében. Fertőz. Immun. 76, 1143–1152 (2008).

Maltby, R., Leatham-Jensen, M. P., Gibson, T., Cohen, P. S. & Conway, T. Táplálkozási alapja a kolonizációs rezisztenciának humán kommenzálissal Escherichia coli törzsek ellen HS és Nissle 1917 E. coli O157: H7 az egér belében. PLOS ONE 8., e53957 (2013).

Peekhaus, N. & Conway, T. Mi a vacsora ?: Entner – Doudoroff anyagcsere in Escherichia coli. J. Bacteriol. 180, 3495–3502 (1998).

Pifer, R., Russell, R. M., Kumar, A., Curtis, M. M. és Sperandio, V. Redox, aminosav és zsírsav anyagcsere metszi a baktériumok virulenciáját a bélben. Proc. Natl Acad. Sci. USA 115, E10712 – E10719 (2018).

Robert-Baudouy, J., Portalier, R. & Stoeber, F. A hexuronát rendszer génjeinek szabályozása Escherichia coli K-12: többszörös szabályozása uxu operon által exuR és uxuR géntermékek. J. Bacteriol. 145, 211–220 (1981).

Blanco, C., Ritzenthaler, P. & Kolb, A. A szabályozási régió a uxuAB operon be Escherichia coli K12. Mol. Genet tábornok. 202, 112–119 (1986).

Ritzenthaler, P., Blanco, C. & Mata-Gilsinger, M. Genetikai elemzése uxuR és exuR gének: bizonyíték az ExuR és UxuR monomer represszorok kölcsönhatásaira. Mol. Genet tábornok. 199, 507–511 (1985).

Rodionov, D. A., Mironov, A. A., Rakhmaninova, A. B. & Gelfand, M. S. transzportációs szabályozás a hexuronidok, hexuronátok és hexonátok szállítási és hasznosítási rendszereinek gamma-lila baktériumokban. Mol. Microbiol. 38, 673–683 (2000).

Suvorova, I. A. és mtsai. A hexuronát metabolizmus génjeinek összehasonlító genomikai elemzése és szabályozása gammaproteobaktériumokban. J. Bacteriol. 193, 3956–3963 (2011).

Tutukina, M. N., Potapova, A. V., Cole, J. A. és Ozoline, O. N. A hexuronát anyagcsere szabályozása Escherichia coli a két egymástól függő szabályozó, ExuR és UxuR: derepresszió heterodimer képződéssel. Mikrobiológia 162, 1220–1231 (2016).

Mellies, J. L., Elliott, S. J., Sperandio, V., Donnenberg, M. S. és Kaper, J. B. Az enteropatogén Per regulon Escherichia coli: egy szabályozó kaszkád és egy új transzkripciós aktivátor azonosítása, az enterocita effacement (LEE) kódolt szabályozó helye (Ler). Mol. Microbiol. 33, 296–306 (1999).

Sperandio, V., Mellies, J. L., Nguyen, W., Shin, S. és Kaper, J. B. a kvórumérzékelés kontrollálja a III-as típusú szekréciós gén transzkripciójának és a fehérje szekréciójának expresszióját enterohemorrhagiás és enteropatogén Escherichia coli. Proc. Natl Acad. Sci. USA 96, 15196–15201 (1999).

Njoroge, J. W., Nguyen, Y., Curtis, M. M., Moreira, C. G. & Sperandio, V. A virulencia találkozik az anyagcserével: Cra és KdpE génszabályozás enterohemorrhagiában Escherichia coli. mBio 3, e00280–00212 (2012).

Borenshtein, D., Nambiar, P. R., Groff, E. B., Fox, J. G. & Schauer, D. B. Végzetes vastagbélgyulladás kialakulása fertőzött FVB egerekben Citrobacter rodentium. Fertőz. Immun. 75, 3271–3281 (2007).

Winter, S. E. és mtsai. A gazda eredetű nitrát fokozza a E. coli a gyulladt bélben. Tudomány 339, 708–711 (2013).

Carlson-Banning, K. M. és Sperandio, V. Az enterohemorrhagiás katabolit és oxigénszabályozás Escherichia coli virulencia. mBio 7, e01852–16 (2016).

Mundy, R., MacDonald, T. T., Dougan, G., Frankel, G. & Wiles, S. Citrobacter rodentium egerek és ember. Sejt. Microbiol. 7, 1697–1706 (2005).

Mohnen, D. Pektin szerkezete és bioszintézise. Curr. Opin. Plant Biol. 11., 266–277 (2008).

Luis, A. S. és mtsai. Az étrendi pektikus glikánokat az emberi vastagbél koordinált enzimútjai bontják le Bacteroides. Nat. Microbiol. 3, 210–219 (2018).

Ndeh, D. és mtsai. A bélbaktériumok általi komplex pektin metabolizmus új katalitikus funkciókat tár fel. Természet 544, 65–70 (2017).

Curtis, M. M. és mtsai. A bélközösség Bacteroides thetaiotaomicron az anyagcsere-táj módosításával súlyosbítja az enterális fertőzést. Cell Host Microb 16., 759–769 (2014).

Umar, S., Morris, A. P., Kourouma, F. & Sellin, J. H. Az étrendi pektin és a kalcium különböző mechanizmusokkal gátolja a vastagbél proliferációt in vivo. Cell Prolif. 36, 361–375 (2003).

Kuss, S. K. és mtsai. A bél mikrobiota elősegíti az enterális vírus replikációját és a szisztémás patogenezist. Tudomány 334, 249–252 (2011).

Sassone-Corsi, M. & Raffatellu, M. Nincs üresedés: mennyire előnyös mikrobák működnek együtt az immunitással a kórokozókkal szembeni kolonizációs rezisztencia biztosítása érdekében. J. Immunol. 194, 4081–4087 (2015).

Cameron, E. A. és Sperandio, V. Frenemies: jelzés és táplálkozási integráció kórokozó – mikrobiota – gazda interakciókban. Cell Host Microb 18., 275–284 (2015).

Pacheco, A. R. és Sperandio, V. enterális kórokozók hasznosítják a bél mikrobiota által generált táplálkozási környezetét. Microbiol. Spectr. 3, MBP-0001-2014 (2014).

Bohnhoff, M., Drake, B. L. & Miller, C. P. A sztreptomicin hatása a bélrendszer kísérleti érzékenységére Salmonella fertőzés. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 86, 132–137 (1954).

Pacheco, A. R. és mtsai. A fukózérzékelés szabályozza a bakteriális bél kolonizációt. Természet 492, 113–117 (2012).

Knutton, S. és mtsai. Egy új EspA-asszociált enteropatogén felületi organella Escherichia coli részt vesz a fehérje transzlációjában hámsejtekbe. EMBO J. 17., 2166–2176 (1998).

Kendall, M. M., Gruber, C. C., Parker, C. T. & Sperandio, V. Az etanolamin szabályozza az interkingdominális szignálozásban és az enterohemorrhagiás virulenciában részt vevő komponenseket kódoló gének expresszióját Escherichia coli O157: H7. mBio 3, e00050-12 (2012).

Gonyar, L. A. és Kendall, M. M. etanolamin és kolin elősegítik a feltételezett és jellemzett fimbria expresszióját enterohemorrhagiában Escherichia coli O157: H7. Fertőz. Immun. 82, 193–201 (2014).

Porter, N. T., Luis, A. S. és Martens, E. C. Bacteroides thetaiotaomicron. Trendek Microbiol. 26., 966–967 (2018).

Griffin, P. M. és mtsai. Betegségekkel kapcsolatos Escherichia coli 0157: H7 fertőzések. Széles klinikai spektrum. Ann. Gyakornok. Med. 109., 705–712 (1988).

Barthold, S. W., Coleman, G. L., Bhatt, P. N., Osbaldiston, G. W. & Jonas, A. M. A fertőző egér vastagbél-hiperplázia etiológiája. Labor. Anim. Sci. 26., 889–894 (1976).

Datsenko, K. A. & Wanner, B. L. A kromoszóma gének egylépéses inaktiválása a Escherichia coli K-12 PCR termékek alkalmazásával. Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 6640–6645 (2000).

Knutton, S., Baldwin, T., Williams, P. H. & McNeish, A. S. aktinfelhalmozódás a baktériumok szöveti tenyészsejtekhez való tapadásának helyein: új diagnosztikai teszt alapja enteropatogén és enterohemorrhagiás Escherichia coli. Fertőz. Immun. 57, 1290–1298 (1989).

Köszönetnyilvánítás

Ezt a tanulmányt az Országos Egészségügyi Intézet az AI053067, AI05135, AI077613 és AI114511 támogatásokkal támogatta V.S. A.G.J. támogatta az Országos Egészségügyi Képzési Intézetek Támogatása 5 T32 AI7520.

Szerzői információk

Hovatartozások

Mikrobiológiai Tanszék, Texas Egyetem Délnyugati Orvosi Központ, Dallas, TX, USA

Angel G. Jimenez, Melissa Ellermann és Vanessa Sperandio

Biokémiai Tanszék, Texas Egyetem Délnyugati Orvosi Központ, Dallas, TX, USA

Angel G. Jimenez, Melissa Ellermann és Vanessa Sperandio

Lethbridge Kutatási és Fejlesztési Központ, Mezőgazdasági és Agrár-Élelmiszer Kanada, Lethbridge, Alberta, Kanada

Kémiai és Biokémiai Tanszék, University of Lethbridge, Lethbridge, Alberta, Kanada

A PubMed Google Scholar alkalmazásban is kereshet erre a szerzőre

Hozzájárulások

A.G.J. megtervezte a vizsgálatokat, kísérleteket és adatelemzéseket végzett, és megírta a dolgozatot. M. E. elvégezte a szövettani elemzést és néhány egérkísérletet. W.A. tanácsot adott a kísérletekkel Bt és a pektin lebomlása. V.S. felügyelte az összes kísérletet, elemezte az adatokat és megírta az írást.

Levelezési cím

Etikai nyilatkozatok

Versenyző érdekek

A szerzők kijelentik, hogy nincsenek versengő érdekeik.

További információ

A kiadó megjegyzése A Springer Nature semleges marad a közzétett térképeken és az intézményi kapcsolatokban szereplő joghatósági igények tekintetében.

Kiterjesztett adatok

Kiterjesztett adatok 1. ábra: Az ExuR szabályozza a galakturonsav katabolizmusához szükséges enzimeket kódoló géneket.

a, A galakturonsav-hasznosító gének ExuR-repressziójának sematikus ábrázolása. b, qTT-PCR a galakturon hasznosító génekről WT-ben (n = 3) és ΔexuR (n = 3) EHEC (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények két független kísérletet reprezentálnak). Az átlagos és P A kétoldalas Mann-Whitney statisztikai elemzés értéke látható. c, Verseny EMSA az ExuR-hez kötődik az ler promóter hiányában és jelenlétében ler hideg szonda. Az eredmények két, hasonló eredménnyel rendelkező független kísérletet reprezentálnak. d, A LEE qRT-PCR-je espA gén az EPEC-ben hordozó jelenlétében (n = 6) vagy galakturonsav (GalA) (n = 6) (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények két független kísérletet reprezentálnak). Az átlagos és P A kétoldalas Mann-Whitney statisztikai elemzés értéke látható. Forrásadatok

Kiterjesztett adatok 2. ábra Az EHEC növekedésének UxaC és galakturonsav elősegítése.

a, A WT növekedési görbéi (n = 2) és ΔuxaC (n = 2) EHEC M9 minimális táptalajban, egyedüli szénforrásként 5 mM galakturonsavat (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények egy független kísérletre vonatkoznak). Az átlag ± SD és P A kétoldalas kétirányú ANOVA statisztikai elemzés értéke látható. b, A WT növekedési görbéi (n = 4) és ΔuxaC (n = 4) EHEC alacsony glükózszintű DMEM-ben (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények egy független kísérletre vonatkoznak). Az átlagos és P A kétoldalas egyirányú ANOVA statisztikai elemzés értéke látható. c, A WT EHEC növekedése alacsony glükózszintű DMEM-ben, különböző koncentrációjú galakturonsavval kiegészítve. Forrásadatok

Kiterjesztett adatok 3. ábra Az ExuR aktiválja a LEE-t is C. rodentium.

a, A WT növekedési görbéje (n = 3) és ΔexuR (n = 3) C. rodentium alacsony glükózszintű DMEM-ben, mikroaerob körülmények között termesztett törzsek (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények egy független kísérletre vonatkoznak). A kétoldalas egyirányú ANOVA statisztikai elemzés átlag ± SD értékét mutatjuk be. b, A LEE-vel kódolt gének RT-qPCR-je escC, escV, tir, és espA WT-ben (n = 9) és ΔexuR (n = 9) C. rodentium (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények három független kísérletet reprezentálnak). Az átlagos és P A kétoldalas kétirányú ANOVA statisztikai elemzés értéke látható. c, Western blot a szekretált EspB-re WT-ben és Δ-banexuR C. rodentium. Három független kísérlet reprezentatív blotjai. d, Növekedési görbéi C. rodentium glükózzal (Glu) (n = 3), galakturonsav (GalA) (n = 3) vagy glükuronsav (GlcA) (n = 3) egyedüli szénforrásként (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények három független kísérletet reprezentálnak). A kétoldalas egyirányú ANOVA statisztikai elemzés átlag ± SD értékét mutatjuk be. Forrásadatok

Bővített adatok 4. ábra: A galakturonsav az ExuR-en keresztül csökkenti a LEE gén expresszióját.

A felülúszók Western blotja az EHEC WT-től, ΔexuR, ΔuxuR és ΔexuRuxuR (ΔΔ) glükóz (Glu), galakturonsav (GalA) vagy glükuronsav (GlcA) jelenlétében növesztettük Anti-EspA antiszérummal vizsgált DMEM-ben. A BSA-t terhelésszabályozásként használják. Három független kísérlet reprezentatív blotjai.

Kiterjesztett adatok 5. ábra A-val fertőzött egerekuxaC C. rodentium csak enyhe növekedése van a gyulladásnak.

C3H/HeJ egerek nem fertőzött körülmények között, valamint a fertőzés utáni 8. napon WT vagy ΔexuR, ΔuxaC és ΔexuRΔuxaC mutánsok. a, C3H/HeJ egerek haematoxilin-eozinnal festett vakbélfoltos szövetei. Reprezentatív képek két független kísérletből, méretarány = 100 µm. b, A nem fertőzött vagy WT-vel fertőzött egerek hisztopatológiai pontszáman = 4) vagy a ΔexuR (n = 4), ΔuxaC (n = 4), és ΔexuRΔuxaC (n = 4) C. rodentium (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények két független kísérletet reprezentálnak). Az átlagos és P kétoldalas egyirányú ANOVA statisztikai elemzés értéke.

Kiterjesztett adatok 6. ábra A pektin gyulladást vált ki C3H/HeJ egerekben.

A C3H/HeJ egereket 200 ul 2% -os pektinnel vagy PBS-sel kezeltük. a, A nem fertőzött egerek 200 µl 2% -os pektinnel kezelt vak hisztopatológiai eredményei (n = 4) vagy PBS (n = 4) (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények két független kísérletet reprezentálnak). Az átlagos és P kétoldalas egyirányú ANOVA statisztikai elemzés értéke. időszámításunk előtt, Az RT-qPCR meghatározta az expressziót Nos2 és IL22 gének az egerek vakbélszövetében, amelyeket 200 µl 2% pektinnel kezeltek (n = 4) vagy PBS (n = 4) (n, a biológiai ismétlések száma; eredmények két független kísérletet reprezentálnak). Az átlagos és P A kétoldalas Mann-Whitney statisztikai elemzés értéke látható. GAPDH-t alkalmaztunk a génexpresszió normalizálására. Forrásadatok