Чтобы выжить во враждебной среде, бактерии прикрепляются друг к другу, образуя поддерживающую структуру, известную как биопленка. В биопленках сальмонеллы - основной причины диареи пищевого происхождения - ключевым компонентом этого каркаса является амилоидный белок курли.
Теперь, в новом исследовании, ученые из Медицинской школы Льюиса Каца в Университете Темпл показывают, что подавление курли фактором окружающей среды в кишечнике играет решающую роль в высвобождении бактерий сальмонеллы штамма S. Typhimurium из их биопленок, что позволяет им вызывать активную инфекцию. Сигналом окружающей среды является нитрат, который одновременно подавляет курли и модулирует уровни внутриклеточной молекулы, известной как циклический ди-ГМФ. Эти события в конечном итоге приводят к активации S. Typhimurium flagella, который у людей является важным шагом на пути к тому, чтобы отдельные особи S. Бактерии Typhimurium плывут к кишечным клеткам и заражают их.
«Было неясно, какие факторы вызывают у S. Typhimurium переход от сидячего образа жизни, образующего биопленку, к подвижному, свободно плавающему образу жизни в кишечнике», - объяснил Чагла Тюкель, доктор философии, директор Центра микробиологии и Иммунолог в Медицинской школе Каца и старший исследователь нового исследования. «Наше исследование впервые показывает, что нитрат, вырабатываемый в просвете кишечника хозяина, служит сигналом окружающей среды, управляющим этим переключением».
Новые результаты были описаны онлайн 8 февраля в журнале mBio.
Опираясь на доказательства того, что бактерии, выращенные в условиях биопленки, способны ощущать уровень нитратов в окружающей среде, доктор Тюкель и его коллеги начали с изучения влияния нитратов на S. Биопленки Typhimurium и продукция курли in vitro. Они обнаружили, что когда биопленки подвергались воздействию нитратов, не только уменьшался средний размер биомассы биопленок, но и экспрессия завитков также снижалась. Более того, воздействие нитратов привело к снижению внутриклеточного уровня c-di-GMP - сигнальной молекулы, которая, как известно, регулирует гены, участвующие в формировании биопленок.
В экспериментах на мышах команда доктора Тюкеля наблюдала, что блокирование выработки нитратов приводило к усилению экспрессии завитков, подтверждая, что S. Целостность биопленки Typhimurium регулируется в ответ на нитрат, вырабатываемый хозяином во время воспаления кишечника. «Простое лечение животных ингибитором нитратов привело к значительному росту биопленки», - сказал доктор Тюкель.
Новое исследование показывает, что хотя биопленки помогают S. Typhimurium выживает во враждебной среде желудочно-кишечного тракта, переход на подвижный образ жизни может быть выгодным, позволяя закрепить инфекцию и обеспечить возможную передачу новому хозяину.
«Наша идентификация нитратов как сигнала окружающей среды дает нам новое понимание того, как бактериальные патогены вызывают инфекцию и как они перемещаются по желудочно-кишечному тракту», - сказал доктор Тюкель.
Доктор. Тюкель и ее команда планируют далее искать другие воспалительные молекулы, продуцируемые в кишечном тракте хозяина, которые также могут играть роль в помощи S. Typhimurium устанавливает инфекцию. «Мы подозреваем, что в дополнение к нитратам другие молекулы в метаболическом ландшафте кишечника также могут вызывать переключение бактерий из биопленочной фазы в подвижную или наоборот», - сказала она..
Другие исследователи, которые внесли свой вклад в новое исследование, включают Аманда Л. Миллер, Лорен К. Никастро, Синго Бесшо и Кейтлин Грандо, Центр микробиологии и иммунологии, Медицинская школа Каца; Аарон П. Уайт, Организация по вакцинам и инфекционным заболеваниям - Международный центр вакцин, Саскатун, Саскачеван, Канада; Yi Zhang, Институт исследований рака и молекулярной биологии Фелса, Медицинская школа им. Каца; Джиллиан Квайссер, факультет математики, Колледж науки и технологий, Университет Темпл; и Bettina A. Buttaro, Исследовательский центр тромбоза, Медицинская школа им. Каца.
Исследование было частично поддержано грантами Национального института здравоохранения AI153325, AI151893 и AI148770.