Un estudio descubre el papel de las bacterias intestinales en la competencia entre el patógeno y el huésped por los nutrientes | Reportero VUMC

por Leigh MacMillan

Cuando patógenos como la Salmonella invaden el intestino, comienza una lucha por nutrientes esenciales como el hierro. La Salmonella (y otras bacterias) produce compuestos para capturar el hierro, y el huésped contraataca con sus propias proteínas para secuestrar esos compuestos y matar de hambre al patógeno, una respuesta llamada inmunidad nutricional.

Ahora, un nuevo estudio en la revista. Huésped celular y microbio trae a la mezcla las bacterias beneficiosas residentes del intestino. Los hallazgos muestran que los microbios intestinales comensales afectan la competencia huésped-patógeno por el hierro y tienen implicaciones para las estrategias terapéuticas destinadas a evitar que los patógenos adquieran nutrientes esenciales.

“Históricamente, los estudios sobre la competencia por el hierro y otros nutrientes se han centrado en gran medida en los patógenos y el huésped”, dijo Wenhan Zhu, PhD, profesor asistente de Patología, Microbiología e Inmunología y autor principal correspondiente del artículo. “Pero esta interacción no ocurre en el vacío; sucede en el contexto de billones de otras bacterias que viven en el intestino. Nuestro trabajo ha añadido esta capa a la historia de la inmunidad nutricional”.

Los microbios intestinales desempeñan un papel importante en la salud humana; ayudan en la digestión, mantienen la integridad estructural de la barrera mucosa intestinal, modulan las respuestas inmunes y protegen contra patógenos. Y al igual que nuestras propias células y patógenos, necesitan hierro y otros nutrientes esenciales para sobrevivir.

“Hemos estado interesados ​​en lo que les sucede a los ‘buenos’ cuando Salmonella nos infecta, causando inflamación y limitación de hierro”, dijo Zhu. “¿Cómo sobreviven en tiempos difíciles?”

Los investigadores, dirigidos por la científica Luisella Spiga, PhD, y el estudiante graduado Ryan Fansler, descubrieron que la bacteria comensal Bacteroides thetaiotaomicron secreta una proteína llamada XusB que puede unirse a los compuestos de unión al hierro producidos por el patógeno para adquirir el hierro que necesita para sobrevivir. .

En un giro que sorprendió a los investigadores, esta unión por parte de XusB protege el compuesto de unión al hierro de las proteínas del huésped pero permite a la bacteria Salmonella “rea adquirir” el complejo y el hierro esencial.

“Los buenos roban a los malos, pero, irónicamente, los malos les roban, y esto les permite evadir la inmunidad nutricional”, dijo Zhu. “Al tratar de sobrevivir, los buenos están ayudando a los malos. Eso fue una sorpresa”.

Becario postdoctoral Yasiru (Randy) Perera, PhD, y Walter ChazínPhD, profesor de Medicina del Canciller y profesor de Bioquímica y Química, completó estudios de biología estructural y biofísica para investigar los fundamentos mecanicistas de este vaivén entre XusB y el compuesto de unión al hierro de Salmonella.

Los investigadores también descubrieron que múltiples especies de Bacteroidetes, “primos” de la bacteria comensal que estudiaron, codifican homólogos estructurales de XusB que se esperaría que interactuaran de manera similar con compuestos patógenos que se unen al hierro.

“Los detalles estructurales de esta interacción son fundamentales para los conocimientos mecanicistas, que son clave para una nueva estrategia terapéutica en la que estamos trabajando: diseñar las proteínas comensales para que se unan al compuesto de unión al hierro de tal manera que el patógeno no pueda hacerlo”. róbalo”, dijo Zhu.

Zhu y su equipo pretenden generar bacterias probióticas que produzcan una proteína XusB alterada que “absorbería” todo el compuesto fijador de hierro producido por el patógeno, pero que el patógeno no podría volver a adquirir, privándolo del hierro necesario.

Spiga, Fansler y Perera son los primeros coautores del Huésped celular y microbio informe, y Zhu y Chazin son coautores correspondientes. Otros autores de VUMC y VU que contribuyeron al estudio incluyen a Nicolas Shealy, Matthew Munneke, Holly David, Teresa Torres, Xinchun Ran, Katrina Richardson, MS, Zhongyue Yang, PhD, Eric Skaar, PhD, MPH y Mariana Byndloss, DVM, PhD. .

La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud (subvenciones R35GM147470, R01DK134692, T32ES007028, R01AI164587, R01DK131104, R01AI168302, S10RR026992, S10RR023748), la beca James H. Gilliam del Instituto Médico Howard Hughes y la National Science Fundación.