Los investigadores que experimentaron con peces cebra vivos fueron testigos de un aumento del 200 por ciento en la fuerza de las contracciones intestinales poco después de la exposición a la bacteria que causa el cólera Vibrio cholerae , lo que lleva a la expulsión de las bacterias intestinales nativas.
El descubrimiento, detallado en un documento en línea antes de la impresión en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , "fue notable e inesperado", escribieron los ocho coautores.
Los investigadores utilizaron la manipulación genética y la microscopía tridimensional de vanguardia para controlar lo que sucede cuando el microbio causante de la enfermedad se introduce inicialmente en las larvas de pez cebra, un organismo comúnmente estudiado como modelo para comprender la salud y la enfermedad en los vertebrados, incluidos los humanos.
El equipo multidisciplinario de físicos, biólogos moleculares y microbiólogos se centró en las capacidades de inyección tipo arpón del sistema de secreción tipo VI, un apéndice que se encuentra en muchas bacterias, incluidas Vibrio cholerae . Transfiere proteínas tóxicas a células sanas competidoras.
Los científicos diseñaron Vibrio cholerae mutantes con variaciones en ese sistema de secreción, y luego observaron el comportamiento de los microbios cuando invadieron el pez cebra colonizado con Aeromonas veronii, una especie nativa en el intestino de ese animal.
en lugar de simplemente matar las bacterias intestinales nativas de Aeromonas al contacto, como se esperaba, cuando Vibrio cholerae entró en el intestino, las bacterias nativas fueron expulsadas rápidamente.
"El sistema de secreción indujo aumentos dramáticos en la fuerza del proceso de peristaltismo, las contracciones que mueven el contenido intestinal por el tracto gastrointestinal de manera muy similar a apretar un tubo de pasta de dientes desde el extremo hasta la parte superior", dijo el coautor del estudio Brian K.Hammer, microbiólogo del Instituto de Tecnología de Georgia.
Los investigadores teorizaron que la inesperada manipulación bacteriana en el sistema digestivo podría ser impulsada por una pieza particular de la maquinaria tipo VI que se sabe que se une a la actina, una proteína de andamiaje celular. Los científicos eliminaron el dominio de unión a la actina del gen bacteriano yví eso Vibrio cholerae perdió su capacidad de mejorar el peristaltismo y su capacidad de expulsar a Aeromonas nativas.
Los resultados arrojan nueva luz sobre cómo se transmite por el agua Vibrio cholerae funciones. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, Vibrio cholerae desencadena más de tres millones de casos de enfermedad diarreica aguda y 100,000 muertes en personas en todo el mundo cada año.
"Conocer las estrategias mediante las cuales la bacteria puede invadir el intestino puede abrir puertas a terapias que podrían interrumpir estos caminos", dijo el autor correspondiente Raghuveer Parthasarathy, profesor de física en la Universidad de Oregón, cuyas técnicas de imagen y análisis fueronutilizado en el estudio.
Debido a que el sistema de secreción tipo VI también se encuentra en las bacterias intestinales nativas, incluidas las del microbioma intestinal humano, podría aprovecharse para terapias, incluidos los probióticos especialmente diseñados, para promover especies beneficiosas o para defenderse contra la invasión de enfermedades, dijo GeorgiaMartillo de tecnología.
"Sospechamos que otros microbios intestinales, tanto patógenos como beneficiosos, podrían utilizar de manera similar este sistema de secreción para remodelar su entorno", dijo Parthasarathy.
La mayoría de las investigaciones previas sobre este sistema de secreción se han basado en el estudio de bacterias fuera de los animales, en una placa de Petri, por ejemplo, o en el examen de muestras fecales para inferir lo que sucede en el intestino durante la infección.
Mientras que el equipo de investigación capturó el impacto de la invasión por Vibrio cholerae la comprensión de cómo se arraiga en el huésped, como qué células específicas en el animal están dirigidas, es una pregunta abierta, dijo Parthasarathy.
"Todavía no tenemos idea de cómo la acción del arpón de este sistema de secreción está causando los cambios en las contracciones musculares", dijo Hammer. "Sospechamos que lo que estamos observando puede ser una respuesta inmune a la irritación en el revestimiento intestinal, pero¿Qué células en el intestino se están pinchando? "
Cómo los resultados pueden reflejar la colonización de Vibrio cholerae en humanos no se conoce, pero el papel del sistema de secreción hace que un resultado similar sea plausible, escribieron los investigadores en su conclusión.
Los hallazgos surgieron de una colaboración nacida en 2015 cuando Hammer, Parthasarathy y el coautor Joao Xavier, investigador del Centro de Cáncer Memorial Sloan-Kettering, discutieron las posibilidades de investigación conjunta durante una conferencia, Scialog: Moléculas cobran vida, en Tucson, Arizona.
The Scialog Science and Dialog fue organizado por Research Corporation for Science Advancement y patrocinado conjuntamente con la Fundación Gordon y Betty Moore con el apoyo adicional de la Fundación Simons. El objetivo de Scialog es catalizar rápidamente nuevos equipos de colaboración interdisciplinarios, talescomo el formado por Hammer, Parthasarathy y Xavier, para trabajar en proyectos de alto riesgo y alta recompensa que surgen del diálogo.
Como resultado, sus tres laboratorios recibieron premios de la Fundación Gordon y Betty Moore y la Fundación Simons para perseguir su idea Scialog. La Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud, MJ Murdock Charitable Trust y Kavli Microbiome Ideas Challenge también apoyaron elinvestigación.
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Materiales proporcionados por Universidad de Oregon . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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