Las bacterias intestinales ‘amigables’ pueden eliminar los patógenos al competir por los recursos energéticos

Una nueva investigación de científicos de UC Davis Health proporciona pistas sobre cómo las bacterias amigables en el intestino, los probióticos, pueden ayudar a erradicar patógenos bacterianos como la Salmonella al competir con ellos por los recursos necesarios.

El estudio, publicado hoy en Huésped celular y microbiomuestra que la disponibilidad de los nutrientes necesarios por sí sola no define dónde las bacterias, incluidos los patógenos como la Salmonella, pueden sobrevivir y prosperar en el intestino.

«Estos conocimientos brindan una mejor comprensión de la base nutricional de la colonización intestinal y pueden ayudar a informar los esfuerzos para desarrollar probióticos para combatir infecciones», dijo Megan Liou, Ph.D. candidato en el Laboratorio Bäumler en UC Davis y el primer autor del estudio.

Los humanos están limitados a usar oxígeno, el aire que respiramos, para generar energía. Los microbios, sin embargo, han desarrollado mecanismos de energía que pueden «respirar» diferentes compuestos y elementos, como los nitratos. Estos mecanismos permiten que los microbios sobrevivan en muchos ambientes diferentes.

En el estudio, los investigadores observaron una cepa amigable de bacterias, Escherichia coli cepa Nissle 1917 (E. coli), y Salmonela, una cepa dañina de bacteria que puede causar enfermedades gastrointestinales en humanos y animales. (Algunas cepas de E. coli puede causar enfermedadpero la mayoría son inofensivos.)

Los microbios usan nitrato para obtener energía.

El nitrato es más conocido como conservante de alimentos, pero también es un recurso importante para los microbios intestinales. El nitrato de las fuentes alimenticias se absorbe en el intestino delgado. El nitrato también está disponible en el intestino como subproducto de los procesos metabólicos cotidianos. Por lo general, se encuentra en niveles muy bajos, pero aumenta durante la inflamación.

Ambas cepas de bacterias en el intestino usan nitrato como energía. Pero los investigadores encontraron que Salmonela solo puede usar el nitrato generado por los fagocitos, un tipo específico de células inmunitarias que el cuerpo envía para reparar los tejidos heridos o infectados.

Él E. coli utiliza nitrato generado tanto por las células intestinales (tejido epitelial) como por los fagocitos, lo que significa que puede competir con el Salmonela por su fuente de energía.

Liou comparó estas diferentes fuentes de nitratos con diferentes «restaurantes» donde los microbios pueden obtener los recursos que necesitan para crecer.

«La capacidad de E. coli La molestia de cenar en ‘restaurantes’ generados por fagocitos y competir con el patógeno por los recursos fue esencial para que el probiótico confiriera protección contra Salmonela«, dijo Liou.

Cuando los investigadores infectaron ratones con Salmoneladesencadenó la inflamación esperada en el intestino, lo que provocó que las células inmunitarias (fagocitos) entraran en la luz intestinal, la capa que recubre los intestinos. Salmonela fue capaz de encontrar un nicho en el revestimiento de los intestinos rico en fagocitos y utilizó exclusivamente los nitratos generados por estas células inmunes.

Los sensores limitan dónde Salmonela puede obtener recursos en el intestino

Un aspecto desconcertante de la competencia entre los probióticos E. coli y el inductor de enfermedades Salmonela fue por eso que Salmonela no utilizó el nitrato producido por el tejido intestinal sano. ¿Por qué utilizó exclusivamente nitrato producido por el tejido de respuesta inmune, limitando el número de lugares en los que podía «cenar»?

Los investigadores encontraron la respuesta en los sensores de Salmonela que permiten a las bacterias olfatear su entorno y moverse hacia un entorno más favorable, conocidos como receptores de quimiotaxis. Dirigieron al patógeno lejos del nitrato derivado del epitelio y hacia las células fagocíticas inflamatorias.

Esencialmente, el Salmonela no tenía un mecanismo de detección que lo dirigiera hacia el tejido epitelial sano, a pesar de que ese tejido también creaba nitratos. el probiótico E. coli carece de receptores de quimiotaxis, lo que le permite ocupar ambos nichos y competir contra el patógeno en el entorno favorecido por este último.

«Al explorar los ‘restaurantes’ dentro de su colon, nuestra investigación identifica las propiedades de los probióticos que nos protegen de las infecciones», dijo Andreas Bäumler, autor principal del estudio. Bäumler es vicepresidente de investigación y profesor en el Departamento de Microbiología Médica e Inmunología de la Facultad de Medicina de UC Davis. «Estos conocimientos brindan una mejor comprensión de la base nutricional de la colonización intestinal y pueden ayudar a informar los esfuerzos para desarrollar probióticos para combatir infecciones».