Триптофан в рационе и кишечные бактерии защищают от инфекции кишечной палочки, показывают исследования

Кишечные бактерии и диета, богатая аминокислотой триптофаном, могут играть защитную роль против патогенной кишечной палочки, которая может вызвать тяжелое расстройство желудка, спазмы, лихорадку, кишечное кровотечение и почечную недостаточность, согласно исследованию, опубликованному 13 марта в журнале Природа.

Исследование показывает, как пищевой триптофан — аминокислота, содержащаяся в основном в продуктах животного происхождения, орехах, семенах, цельнозерновых и бобовых — может расщепляться кишечными бактериями на небольшие молекулы, называемые метаболитами. Оказывается, некоторые из этих метаболитов могут связываться с рецепторами на эпителиальных (поверхностных) клетках кишечника, запуская путь, который в конечном итоге снижает выработку белков, которые E. coli использует для прикрепления к слизистой оболочке кишечника, где они вызывают инфекцию. Когда кишечной палочке не удается прикрепиться и колонизировать кишечник, возбудитель безболезненно перемещается и выходит из организма.

Исследование описывает ранее неизвестную роль рецептора DRD2 в кишечнике. DRD2 иначе известен как рецептор дофамина (нейромедиатора) в центральной и периферической нервной системе.

«На самом деле это две совершенно разные области, в которых этот рецептор может играть роль, что не было оценено до наших результатов», — сказала Памела Чанг, доцент кафедры иммунологии в Колледже ветеринарной медицины и химической биологии в Колледже искусств и искусств. наук. «По сути, мы думаем, что DRD2 подрабатывает в кишечнике сенсором микробных метаболитов, а его последующий эффект заключается в защите от инфекции».

Саманта Скотт, научный сотрудник лаборатории Чанга, является первым автором исследования под названием «Дофаминовый рецептор D2 обеспечивает устойчивость к колонизации посредством микробных метаболитов».

Теперь, когда Чанг, Скотт и коллеги определили конкретный путь предотвращения заражения кишечной палочкой, они могут начать изучение рецептора DRD2 и компонентов его нижестоящего пути для достижения терапевтических целей.

В исследовании ученые использовали мышей, инфицированных Citrobacter Rodentium, бактерией, которая очень похожа на кишечную палочку, поскольку некоторые патогенные кишечные палочки не заражают мышей. В ходе экспериментов исследователи установили, что после того, как мышам давали диету с добавлением триптофана, было меньше патогенов и воспалений (признак активной иммунной системы и инфекции).

Затем, чтобы показать, что кишечные бактерии оказывают эффект, они дали мышам антибиотики, чтобы уничтожить микробы в кишечнике, и обнаружили, что мыши были инфицированы C. Rodentium, несмотря на то, что они придерживались триптофановой диеты, подтверждая, что защита от триптофана зависит от на кишечные бактерии.

Затем, используя масс-спектрометрию, они провели скрининг, чтобы определить химическую идентичность метаболитов триптофана в образце кишечника, и выявили три таких метаболита, уровень которых значительно увеличивался при соблюдении триптофановой диеты. Опять же, в зависимости от уровня патогенов и воспаления, когда мышам давали только эти три метаболита, они оказывали тот же защитный эффект, что и полный триптофановый рацион.

Переключив передачу, исследователи использовали биоинформатику, чтобы выяснить, какие белки (и рецепторы) могут связываться с метаболитами триптофана, и из длинного списка они определили три родственных рецептора в одном семействе рецепторов дофамина. Используя линию клеток кишечника человека в лаборатории, они смогли выделить рецептор DRD2 как тот, который оказывает защитное действие против инфекции в присутствии метаболитов триптофана.

Идентифицировав метаболиты и рецептор, они проанализировали дальнейший путь DRD2 в эпителиальных клетках кишечника человека. В конечном итоге они обнаружили, что при активации пути DRD2 способность хозяина вырабатывать регуляторный белок актина была нарушена. C. Rodentium (и E. coli) требуют, чтобы актин прикреплялся к эпителиальным клеткам кишечника, где они колонизируются и вводят факторы вирулентности и токсины в клетки, вызывающие симптомы. Но без полимеризации актина они не могут прикрепиться, и патоген проходит и очищается.

Эксперименты выявили новую роль дофаминового рецептора DRD2 в кишечнике, который контролирует актиновые белки и влияет на ранее неизвестный путь предотвращения способности патогенных бактерий колонизировать кишечник.

Цзинцзин Фу, бывший научный сотрудник лаборатории Чанга, является соавтором.