丙酸鹽是一組被稱為擬桿菌的細菌代謝的副產物，可以抑制小鼠腸道中沙門氏菌的生長。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋為什么有些人能夠更好地抵抗沙門氏菌和其他腸道病原體的感染，并導致更好的治療策略的發(fā)展。
描述該工作的論文將于7月26日在Cell Host和Microbe上發(fā)表。
研究人員確定丙酸鹽不會引發(fā)免疫反應以阻止病原體。相反，該分子通過增加其內部酸度來延長病原體開始分裂所需的時間。
沙門氏菌感染經常引起腹瀉，發(fā)燒和腹部絞痛。大多數(shù)人在四到七天內康復。然而，這種疾病可能嚴重到足以要求某些患者住院治療。
根據美國疾病控制和預防中心的數(shù)據，沙門氏菌每年導致大約120萬例疾病，23,000例住院治療和450例死亡。大多數(shù)病例是由受污染的食物引起的
對暴露的不同反應
“人類對接觸細菌感染的反應不同。有些人感染了病毒，有些人沒有感染，有些人生病，有些人保持健康，有些人傳播感染，有些人則清除感染，”微生物學教授Denise Monack博士說。和免疫學以及論文的高級作者。“了解為什么我們看到人們之間存在這些差異，這真是一個謎。我們的發(fā)現(xiàn)可能會對這一現(xiàn)象有所了解。”
多年來，科學家一直在使用不同的小鼠品系來確定各種基因如何影響腸道病原體感染的易感性。但這是研究人員第一次研究這些小鼠腸道細菌的變異性如何影響他們對病原體的不同反應。
“腸道微生物群是一個非常復雜的生態(tài)系統(tǒng)。數(shù)萬億的細菌，病毒和真菌在密集的異質環(huán)境中與宿主和彼此形成復雜的相互作用，”該論文的第一作者，微生物學研究生阿曼達雅各布森說。免疫學?！罢驗槿绱耍茈y從腸道中的特定細菌中識別出獨特的分子，這些分子負責特定的特征，如對病原體的抗性?！?br />
從老鼠到男人
科學家們從一項多年來在該領域得到認可的觀察開始：兩種近交系小鼠在被病原體感染后，其腸道中含有不同水平的沙門氏菌?！白畲蟮奶魬?zhàn)是確定為什么會發(fā)生這種情況，”雅各布森說。
首先，他們確定沙門氏菌生長的差異可歸因于每種小鼠腸道中細菌的天然組成。他們通過進行糞便移植來做到這一點，其中包括給予小鼠抗生素以殺死其通常的腸道細菌成分，然后用其他小鼠的糞便替換微生物群落，其中一些小鼠對沙門氏菌感染具有抗性。然后，研究人員通過使用機器學習工具確定菌株之間哪些細菌群體不同，確定哪些微生物對沙門氏菌感染的抵抗力增加負責。
他們確定了一組特定的細菌，即擬桿菌（Bacteroides），這種細菌在移植了對沙門氏菌具有保護作用的微生物群的小鼠中更為豐富。擬桿菌在代謝過程中產生短鏈脂肪酸，如甲酸鹽，乙酸鹽，丁酸鹽和丙酸鹽，并且在保護沙門氏菌生長的小鼠中丙酸鹽水平高三倍。然后，研究人員試圖通過像其他短鏈脂肪酸那樣通過增強免疫系統(tǒng)來確定丙酸是否能夠預防沙門氏菌。
科學家們檢查了他們的沙門氏菌模型中丙酸對免疫系統(tǒng)的潛在影響，但發(fā)現(xiàn)該分子對沙門氏菌的生長有更直接的影響。研究發(fā)現(xiàn)，丙酸鹽通過顯著降低其細胞內pH值，從而增加細菌開始分裂和生長所需的時間，從而對沙門氏菌起作用。
“總的來說，我們的研究結果表明，當擬桿菌產生的丙酸鹽濃度很高時，沙門氏菌不能提高其內部pH值，以促進生長所需的細胞功能，”雅各布森說?！爱斎唬覀兿胫肋@對人類是多么可以翻譯。”
減少沙門氏菌的影響
“接下來的步驟將包括確定小分子丙酸的基本生物學以及它如何在分子水平上起作用，”雅各布森說。此外，研究人員將致力于識別由腸道微生物制成的其他分子，這些分子會影響細菌病原體如沙門氏菌在腸道中感染和“開花”的能力。他們還試圖確定各種飲食如何影響這些細菌病原體在腸道中感染和生長然后流入環(huán)境的能力?！斑@些發(fā)現(xiàn)將對控制疾病傳播產生重大影響，”Monack說。
研究結果也可能影響治療策略。根據Monack的說法，治療沙門氏菌感染有時需要使用抗生素，這可能會使沙門氏菌引起的疾病或食物中毒變得更糟，因為它們也可以殺死保持腸道健康的“好”細菌。使用丙酸鹽治療這些感染可以克服這種局限?！皽p少抗生素的使用是一個額外的好處，因為過量使用抗生素會導致抗生素耐藥微生物的發(fā)病率增加。