Исследование обнаружило электрический ток в кишечнике, привлекающий патогены вроде Salmonella

Как вредные бактерии находят точки входа в организм, чтобы вызвать инфекцию? Этот вопрос важен для экспертов по инфекционным заболеваниям. Патогены, такие как Salmonella, прокладывают путь через сложную систему кишечника, где их значительно превосходят по численности полезные микробы и иммунные клетки. Тем не менее, они находят уязвимые точки входа.

Исследователи из UC Davis Health обнаружили новый биоэлектрический механизм, который используют эти патогены для поиска таких отверстий. Их исследование опубликовано в Nature Microbiology.

Бактерии прорываются через "ворота" кишечника

Salmonella вызывает около 1,35 миллиона заболеваний и 420 смертей в США ежегодно. Чтобы заразить человека, этому патогену необходимо пересечь границу слизистой оболочки кишечника.

"Попав внутрь, Salmonella находят путь к кишечнику. Там их значительно превосходят по численности более 100 триллионов полезных бактерий (комменсалов). Они сталкиваются с шансами один на миллион", — говорит ведущий автор исследования Яо-Хуэй Сун.

Чтобы понять, как Salmonella находят путь в кишечник, исследователи наблюдали за движением бактерий S. Typhimurium (штамм Salmonella) и сравнили его с движением безвредного штамма бактерий Escherichia coli (E. coli).

Навигация по сложному ландшафту кишечника

Кишечник имеет очень сложное строение. Его эпителиальная структура включает ворсинчатый эпителий и эпителий, ассоциированный с фолликулами (FAE). Ворсинчатый эпителий состоит из абсорбирующих клеток (энтероцитов) с выростами, которые помогают усваивать питательные вещества.

FAE, с другой стороны, содержит М-клетки, покрывающие небольшие скопления лимфоидной ткани, известные как пейеровы бляшки. Эти М-клетки отвечают за отбор антигенов. Они действуют как первая линия защиты иммунной системы против микробных и пищевых антигенов.

Результаты

Исследование, проведенное на модели мыши, показало, что Salmonella обнаруживают электрические сигналы в FAE. Они движутся к этой части кишечника, где находят отверстия, через которые могут проникнуть. Этот процесс движения клеток в ответ на электрические поля называется гальванотаксисом или электротаксисом.

"Наше исследование показало, что эта 'точка входа' имеет электрические поля, которыми бактерии Salmonella пользуются, чтобы пройти", — говорит старший автор исследования Мин Чжао.

Исследование также показало, что E. coli и Salmonella по-разному реагируют на биоэлектрические поля. У них противоположные реакции на один и тот же электрический сигнал. В то время как E. coli скапливалась рядом с ворсинками, Salmonella собиралась у FAE.

Исследование обнаружило электрические токи, которые замыкаются, входя в абсорбирующие ворсинки и выходя из FAE.

"Примечательно, что биоэлектрическое поле в кишечном эпителии сконфигурировано таким образом, что Salmonella используют это, чтобы быть отсортированными к FAE, в отличие от E. coli", — объясняет Сун. "Патоген, по-видимому, предпочитает FAE в качестве шлюза для вторжения в организм-хозяин и возникновения инфекций".

Предыдущие исследования указывали на то, что бактерии используют хемотаксис для передвижения. При хемотаксисе бактерии чувствуют химические градиенты и движутся к определенным соединениям или от них. Но новое исследование предполагает, что гальванотаксис Salmonella к FAE не происходит через пути хемотаксиса.

"Наше исследование представляет альтернативный или дополнительный механизм модуляции нацеливания Salmonella на эпителий кишечника", — говорит Чжао.

Потенциальная связь с ВЗК и другими кишечными расстройствами

Исследование может потенциально объяснить сложные хронические заболевания, такие как воспалительное заболевание кишечника (ВЗК).

"Этот механизм представляет собой новую 'гонку вооружений' между патогеном и организмом человека с потенциальными последствиями для других бактериальных инфекций, а также возможностями профилактики и лечения", — говорит Чжао. "Считается, что первопричиной ВЗК является чрезмерная и аномальная иммунная реакция против хороших бактерий. Будет интересно узнать, есть ли у пациентов, склонных к ВЗК, также аномальная биоэлектрическая активность в эпителии кишечника".