Dans une touche surprenante, les agents pathogènes intestinaux comme les salmonelles ne sont pas repoussés par l'indole fécal; Au lieu de cela, ils l'exploitent pour localiser les environnements riches en nutriments, transformant une défense microbienne en un avantage de colonisation.
Étude: Navigation de contradictions: Salmonella typhimurium chimiotaxie au milieu des stimuli contradictoires de l'environnement intestinal. Crédit d'image: Alpha Tauri 3D Graphics / Shutterstock.com
* Avis important: elife Publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par les pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.
En dépit d'être un répulsif bactérien connu, l'indole dans les fèces n'empêche pas les infections intestinales. Un récent elife L'étude a étudié comment les bactéries entériques naviguent dans les signaux chimiotactiques contradictoires dans l'intestin et comment ces interactions facilitent la colonisation.
Sommaire
Colonisation bactérienne intestinale
Les bactéries intestinales mobiles colonisent les voies gastro-intestinales de l'homme et d'autres animaux via la chimiotaxie. Ils déterminent les effecteurs chimiques dans la lumière et naviguent dans l'environnement interne pour proliférer. Ce processus de navigation est régulé par les protéines chimiorécepteurs, qui identifient les effecteurs chimiques et transfèrent les signaux par une cascade de phosphorylation. La signalisation chimique contrôle efficacement la rotation flagellaire bactérienne et la direction de la natation, formant finalement les modèles spatiaux et temporels de la colonisation bactérienne.
La plupart des effecteurs ont été analysés comme des chimioattractants ou des chimiorépellents sous leur forme pure et dans des conditions contrôlées; Cependant, les environnements naturels, tels que l'intestin, contiennent un mélange complexe de signaux contradictoires. Par conséquent, il est essentiel d'étudier comment les bactéries naviguent sur les gradients chimiques contradictoires et de déterminer les signaux à prioriser les autres pour leur mouvement et leur colonisation.
L'indole est un effecteur chimique crucial pour les communautés bactériennes entériques qui joue un rôle important dans la signalisation interbactérienne. Les bactéries intestinales excrètent de l'Indole comme sous-produit du métabolisme du tryptophane et s'accumulent à des niveaux millimolaires dans les excréments humains. Ce métabolite microbien est amphipathique et se déplace à travers des membranes bactériennes.
L'indole a de multiples fonctions, notamment la suppression des programmes de virulence, la régulation de la formation et de la motilité du biofilm et de la promotion des effets bactériostatiques et bactéricide à des concentrations élevées. La plupart des études ont analysé la réponse de Escherichia coli (E. coli) chimiotaxie en présence d'Indole (chimiorépellents) comme effecteur singulier. Cependant, si ces réponses sont conservées lorsque l'indole est rencontrée aux côtés d'autres attractifs dérivés de l'intestin reste incertain.
Les agents pathogènes entériques ont démontré la capacité de tolérer l'indole ou d'échapper à ses effets chimiorépulsifs dans des conditions spécifiques. Par conséquent, il est essentiel de comprendre comment les bactéries naviguent dans les signaux de chimiotaxie contradictoires de l'environnement intestinal et comment ils contrecarrent ces stimuli à favoriser la croissance et la colonisation. Il est également important d'identifier d'autres bactéries, en plus E. coli, qui peut Sentez chimiotactiquement ou répondent à l'indole.
À propos de l'étude
La présente étude a émis l'hypothèse que l'Indole joue un rôle protecteur contre l'infection intestinale. Il a également étudié le mécanisme chimiotactique par lequel les agents pathogènes entériques naviguent dans le mélange complexe des indices chimiques opposés présents dans le matériau fécal, qui est une source clé de l'indole et des nutriments dans l'intestin.
Pour tester l'hypothèse, Salmonella enterica Le sérovar typhimurium a été utilisé comme agent pathogène modèle car il nécessite une chimiotaxie et les taxis chimiorécepteurs pour la sérine et les répulsifs (TSR) pour l'infection cellulaire et l'invasion du tissu intestinal. Les chercheurs avaient été particulièrement intéressés par le TSR car il implique des réponses chimiorépellents et chimioattractantes (L-Ser). S. Typhimurium et autres Enterobactéries qui possèdent des orthologues TSR qui les aident à naviguer dans un paysage chimique complexe et opposé.
Deux types de quantification ont été réalisés pour expliquer l'infection par l'explant: «envahi» (total Salmonelle Entrer des cellules hôtes non phagocytaires) et des bactéries «totales».
Résultats de l'étude
Un modèle d'explant colique porcine qui simule l'architecture et la taille du tissu colique humain adulte a démontré que l'indole fécal est insuffisante pour se protéger contre l'invasion des agents pathogènes. Pour évaluer le rôle de la chimiotaxie dans l'infection, une stratégie de co-infection a été utilisée en utilisant S. Typhimurium souche IR715 Wildype (WT) et un may mutant (mobile mais non répondant aux stimuli chimio-effecteurs) ou un TSR Mutant de délétion.
Les résultats expérimentaux ont indiqué que dans des conditions de référence, la muqueuse intestinale était accessible à l'agent pathogène. Contrairement à l'hypothèse de l'étude, le traitement fécal impliquant l'indole s'est avéré fournir un avantage d'infection similaire à celle du traitement tampon (sans indole), et cet effet a été médié par la chimiotaxie et le TSR.
Par rapport au traitement tampon, les traitements fécaux ont fourni un avantage concurrentiel plus élevé pour la population invavée du WT sur la population totale à trois heures. Le WT s'est avéré perdre son avantage concurrentiel sur les mutants chimiotactiques lorsqu'il est incubé avec du tissu colique traité avec 862 µm d'indole pur.
Le WT a démontré un avantage similaire au tampon lorsqu'il est traité avec 338 µm L-Ser seul, bien que le traitement fécal a fourni un avantage plus élevé à des moments spécifiques. WT a également présenté un avantage de colonisation à cette concentration lorsque L-Ser a été co-administré avec Indole. Le WT peut infecter le tissu du côlon à un niveau plus élevé que le mutant chimiotactique dans toutes les conditions de traitement. L'étude actuelle a indiqué que la chimiotaxie et le TSR augmentent le transit des agents pathogènes vers le gradient chimique et améliorent leur accès au tissu intestinal dans toutes les conditions, sauf lorsque l'indole est le seul effecteur. Cette constatation indique une perception bactérienne différentielle de l'indole lorsqu'elle est présente comme l'effecteur unique ou au milieu d'autres effecteurs fécaux.
L'analyse CIRA a révélé que WT a une réponse de chimioattraction plus forte que Chey. Les résultats expérimentaux ont démontré que S. Le typhimurium est attiré par les excréments humains par chimiotaxie, impliquant le TSR, même dans une concentration indole élevée. Une navigation chimiotactique similaire a également été trouvée dans un groupe de Enterobactéries espèces qui possèdent du TSR et sont associées aux infections humaines.
Aucune des souches bactériennes testées ne présentait une chimiorépulsion des excréments malgré sa forte teneur en indole, ce qui indique que l'effet répulsif est remplacé dans le mélange natif de signaux fécaux.
L'étude actuelle a noté que la réponse de chimiorépulsion se produit beaucoup plus rapidement que la chimioattraction. Cette découverte a été indiquée par une zone d'évitement considérablement visible dans les 10 premières secondes d'exposition à l'indole.
L'analyse de calorimétrie de titrage isotherme (ITC) a indiqué qu'aucune liaison ne se produit entre le domaine de liaison au ligand TSR (LBD) et l'indole. Cela suggère que l'indole est détecté par un mécanisme non canonique, peut-être par la perturbation de la force motive du proton ou une autre région de TSR. Une quantité accrue de nutriments L-Ser a favorisé la croissance de tous Salmonelle les souches analysées; Cependant, les avantages de la croissance ont persisté tant que la concentration d'Indole était inférieure à un mm.
Cheohalation: un comportement bactérien nouvellement décrit
L'une des nouvelles contributions de cette étude est l'identification d'une réponse chimiotactique distincte appelée «chimiohalation». Ce comportement se produit lorsque les bactéries sont exposées à des mélanges de concentrations égales ou quasi égales d'attracteurs et de répulsifs. Plutôt que de se déplacer directement vers ou loin des stimuli, les bactéries forment une distribution de type halo autour de la source effective. Ce modèle représente un compromis comportemental entre les signaux opposés et peut refléter comment les bactéries affichent la colonisation dans le paysage complexe de l'intestin.
Les chercheurs proposent la «chimiohalation» comme nouveau terme dans le lexique de chimiotaxie, analogue à la chimioattraction et à la chimiorépulsion.
Conclusions
Les résultats de cette étude modifient la compréhension de l'Indole comme un simple moyen de dissuasion des agents pathogènes. Au lieu de cela, l'Indole peut aider les agents pathogènes à détecter les niches faibles dans les concurrents microbiens et riches en nutriments.
La présente étude a mis en évidence la limitation de l'utilisation de l'indole comme un seul effecteur lors de l'étude du comportement bactérien dans un environnement naturel. Cette étude a souligné que plusieurs facteurs opposés façonnent la chimiotaxie. Il est également suggéré que la chimiotaxie pourrait améliorer la probabilité d'une infection réussie, pas seulement un accès bactérien, en guidant les agents pathogènes vers des zones intestinales favorables.
Les études futures devraient utiliser d'autres modèles expérimentaux qui reproduisent pleinement la complexité de in vivo Dynamique de l'infection dans l'intestin humain. Les modèles à base humaine ou iléale pourraient fournir un aperçu supplémentaire du comportement bactérien dans des compartiments intestinaux distincts. Une analyse génétique ciblée pour différentes espèces est nécessaire pour confirmer si Enterobactéries Utilisez TSR pour l'attraction fécale.
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* Avis important: elife Publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par les pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.
