Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford han identificado una molécula que sirve como protección natural contra uno de los patógenos intestinales más comunes.
El propionato, un subproducto del metabolismo de un grupo de bacterias llamadas Bacteroides, inhibe el crecimiento de Salmonella en el tracto intestinal de los ratones, según los investigadores. El hallazgo puede ayudar a explicar por qué algunas personas pueden combatir mejor las infecciones Salmonella y otros patógenos intestinales y conducen al desarrollo de mejores estrategias de tratamiento.
Un artículo que describe el trabajo se publicará el 26 de julio en huésped celular y microbio .
Los investigadores determinaron que el propionato no desencadena la respuesta inmune para frustrar al patógeno. En cambio, la molécula prolonga el tiempo que tarda el patógeno en comenzar a dividirse aumentando su acidez interna.
Salmonella las infecciones a menudo causan diarrea, fiebre y calambres abdominales. La mayoría de las personas se recuperan en cuatro a siete días. Sin embargo, la enfermedad puede ser lo suficientemente grave como para requerir hospitalización para algunos pacientes.
Salmonella causa alrededor de 1.2 millones de enfermedades, 23,000 hospitalizaciones y 450 muertes en todo el país cada año, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. La mayoría de los casos son causados por alimentos contaminados.
Diferentes respuestas a la exposición
"Los seres humanos difieren en su respuesta a la exposición a infecciones bacterianas. Algunas personas se infectan y otras no, algunas se enferman y otras se mantienen saludables, y algunas propagan la infección mientras que otras la eliminan", dijo Denise Monack, PhD, profesorade microbiología e inmunología y el autor principal del artículo. "Ha sido un verdadero misterio comprender por qué vemos estas diferencias entre las personas. Nuestro hallazgo puede arrojar algo de luz sobre este fenómeno".
Durante años, los científicos han estado usando diferentes cepas de ratones para determinar cómo varios genes podrían influir en la susceptibilidad a la infección por patógenos intestinales. Pero esta es la primera vez que los investigadores han observado cómo la variabilidad de las bacterias intestinales en estos ratones podría contribuir asus diferentes respuestas a los patógenos.
"La microbiota intestinal es un ecosistema increíblemente complejo. Trillones de bacterias, virus y hongos forman interacciones complejas con el huésped y entre sí en un entorno heterogéneo y densamente poblado", dijo Amanda Jacobson, autora principal del artículo y estudiante de posgrado enmicrobiología e inmunología. "Debido a esto, es muy difícil identificar las moléculas únicas de bacterias específicas en el intestino que son responsables de características específicas como la resistencia a patógenos".
De ratones a hombres
Los científicos comenzaron con una observación que ha sido reconocida en el campo durante años: dos cepas endogámicas de ratones albergan diferentes niveles de Salmonella en sus entrañas después de haber sido infectados con el patógeno. "El mayor desafío fue determinar por qué sucedía esto", dijo Jacobson.
Primero, determinaron que las diferencias en Salmonella el crecimiento podría atribuirse a la composición natural de las bacterias en los intestinos de cada cepa de ratón. Lo hicieron mediante la realización de trasplantes fecales, lo que implicaba administrar antibióticos a los ratones para eliminar su composición habitual de bacterias intestinales y luego reemplazar la comunidad microbiana con laheces de otros ratones, algunos de los cuales eran resistentes a Salmonella infección. Luego, los investigadores determinaron qué microbios eran responsables de una mayor resistencia a Salmonella infección mediante el uso de herramientas de aprendizaje automático para identificar qué grupos de bacterias eran diferentes entre las cepas.
Identificaron un grupo específico de bacterias, las Bacteroides, que era más abundante en ratones trasplantados con la microbiota que los protegía Salmonella . Los bacteroides producen ácidos grasos de cadena corta como formiato, acetato, butirato y propionato durante el metabolismo, y los niveles de propionato fueron tres veces más altos en los ratones que estaban protegidos contra Salmonella crecimiento. Luego, los investigadores buscaron averiguar si el propionato protegía contra Salmonella estimulando el sistema inmunológico como lo hacen otros ácidos grasos de cadena corta.
Los científicos examinaron sus Salmonella modelo para el impacto potencial del propionato en el sistema inmunológico, pero encontró que la molécula tenía un efecto más directo sobre el crecimiento de Salmonella . El propionato actúa sobre Salmonella al disminuir drásticamente su pH intracelular y así aumentar el tiempo que tarda la bacteria en comenzar a dividirse y crecer, encontró el estudio.
"En conjunto, nuestros resultados muestran que cuando las concentraciones de propionato, que es producido por Bacteroides, en el intestino son altas, Salmonella son incapaces de elevar su pH interno para facilitar las funciones celulares necesarias para el crecimiento ", dijo Jacobson." Por supuesto, nos gustaría saber qué tan traducible es esto para los humanos ".
Reducir el impacto de la salmonela
"Los próximos pasos incluirán determinar la biología básica del propionato de molécula pequeña y cómo funciona a nivel molecular", dijo Jacobson. Además, los investigadores trabajarán para identificar moléculas adicionales producidas por microbios intestinales que afectan la capacidad depatógenos bacterianos como Salmonella para infectar y "florecer" en el intestino. También están tratando de determinar cómo varias dietas afectan la capacidad de estos patógenos bacterianos para infectar y crecer en el intestino y luego diseminarse al medio ambiente ". Estos hallazgos tendrán un gran impactosobre el control de la transmisión de enfermedades ", dijo Monack.
Los hallazgos también podrían influir en las estrategias de tratamiento. Tratamiento Salmonella las infecciones a veces requieren el uso de antibióticos, que pueden producir Salmonella -enfermedad inducida o intoxicación alimentaria peor, ya que también matan las bacterias "buenas" que mantienen el intestino sano, según Monack. El uso de propionato para tratar estas infecciones podría superar esta limitación. "Reducir el uso de antibióticos es un beneficio adicionalporque el uso excesivo de antibióticos conduce a una mayor incidencia de microbios resistentes a los antibióticos ", dijo Monack.
Otros coautores del artículo en Stanford son el investigador posdoctoral Manohary Rajendram, PhD; los estudiantes de posgrado Lilian Lam, Fiona Tamburini, Will Van Treuren, Kali Pruss, Jared Honeycutt y Kyler Lugo; Trung Pham, MD, instructor de pediatría y enfermedades infecciosas; el investigador de ciencias biológicas Russel Stabler; Donna Bouley, DVM, PhD, profesora emérita de medicina comparada; José Vilches-Moure, PhD, profesor asistente de medicina comparada; el científico investigador principal Mark Smith, PhD; Justin Sonnenburg, PhD, profesor asociado de microbiologíae inmunología; Ami Bhatt, MD, PhD, profesor asistente de medicina y genética; y KC Huang, PhD, profesor asociado de bioingeniería y de microbiología e inmunología.
Bhatt, Huang, Monack, Sonnenburg y Vilches-Moure son miembros de Stanford Bio-X. Bhatt, Huang, Monack y Sonnenburg son miembros de la facultad de Stanford ChEM-H. Bhatt, Bouley y Vilches-Moure son miembros de Stanford CancerInstitute. Bhatt y Monack son miembros del Stanford Child Health Research Institute. Vilches-Moure es miembro del Stanford Cardiovascular Institute. Bouley es una filial del Stanford Woods Institute for the Environment. Sonnenburg y Huang son Chan Zuckerberg Biohub Investigators.
El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones R01DK085025, T32GM007276, R01AI116059 y F32AI133917, el Centro Paul Allen Stanford Discovery Center on Systems Modeling of Infection y la National Science Foundation.
El Departamento de Microbiología e Inmunología de Stanford también apoyó el trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina de Stanford . Original escrito por Kimber Price. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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