Forskare belyser infektionsprocessen av bakteriepatogenen Clostridium difficile

Forskare från VIB-UGent Center for Inflammation Research identifierade de mekanismer genom vilka bakteriepatogenen Clostridium difficile dödar tarmepitelceller (IEC), förstör därmed den skyddande slemhinnebarriären i tarmkanalen. Forskarna visar den fysiologiska relevansen av denna process under infektion och har publicerat sina fynd i Nature Communications.

Den bakteriella grampositiva patogenen C. difficile är en stor sjukvårdsrelaterad infektion som kan orsaka pseudomembranös kolit hos patienter efter antibiotikabehandling, och den främsta bidragsgivaren av gastroenteritassocierade dödsfall i USA och Europa. Bakterien producerar två utsöndrade toxiner som inducerar ett cytotoxiskt svar i tarmepitelceller (IEC) som bildar den skyddande slemhinnebarriären i tarmkanalen. Dock, de bakomliggande mekanismerna för denna värd-patogeninteraktion var oklara, och det var okänt om detta cytotoxiska svar spelade en skyddande eller skadlig roll för värden.

VIB-UGent-forskarna har använt en kombination av toppmoderna mini-tarmsystem som odlats ex vivo från isolerade tarmepitelstamceller. De kombinerade resultaten av studier i dessa ex vivo -odlade organoidsystem inom vivo -infektionsstudier i transgena möss där viktiga värdgener specifikt raderades i tarmens epitelskikt medan uttryck lämnades i andra vävnader intakta. Detta gjorde det möjligt för dem att dissekera mekanismerna bakom de molekylära interaktionerna av C. difficile med värdens tarmbarriär och för att fastställa hur denna process bidrar till patogenes.
Det var känt att C. difficile exotoxiner inducerar en inflammatorisk typ av celldöd som kallas pyroptos i immunceller via aktivering av Pyrin inflammasome. Dock, C. difficile riktar sig främst till IEC under infektion, men hur denna celltyp dödas av C. difficile toxiner har varit oklara. Förste författaren Dr Pedro Saavedra (VIB-UGent) förklarar:”Genom att systematiskt ta bort viktiga gener som är involverade i celldödsprocesser i IEC:er, vårt arbete klargör att - till skillnad från i myeloiska celler som genomgår pyroptos - C. difficile exotoxiner inducerar apoptos hos IEC. Efter denna basala observation, vi stod kvar med två huvudfrågor:hur förmedlade samma gifter olika celldödslägen i ett celltypberoende sammanhang, och vad är den fysiologiska effekten av IEC apoptos under infektion? ”. Efterfrågar dessa frågor, forskarna upptäckte att Pyrin, en viktig immunsensor som utlöser snabb induktion av pyroptos i myeloiska celler efter C. difficile infektion, uttrycks inte i IECs och prioriterar därför den långsammare apoptosprocessen som standard celldödssvar i IEC.

”För att svara på frågan om hur relevant apoptos är under infektion, vårt samarbete med gruppen av professor Peter Vandenabeele (VIB-UGent), som genererade möss som saknar apoptos specifikt i IEC, var avgörande ”, säger Dr Saavedra. ”In vivo -infektionsstudier avslöjade att IEC -apoptos skyddar värden mot C. difficile infektion. Detta resultat var till en början mycket förvånande för oss, som vi förväntade oss att förhindra celldöd skulle skydda värden från det skadliga resultatet av tarmepitelskada. Även om våra resultat entydigt visade att tarmepitelet genomgår apoptos som ett defensivt svar på C. difficile infektion eller exponering för exotoxiner, det finns fortfarande stora frågor öppna. Genom att ta itu med och förstå dessa grundläggande processer, laget hoppas kunna bana väg för utveckling av terapeutiska strategier som i stort sett riktar sig mot gastrointestinala patogener som t.ex. C. difficile genom att förbättra värdens defensiva svar. ”

• Forskare bevisar mikrobiomets roll vid fetma
• Levande probiotika kan förändra befintlig tarmflora och förändra immunsvaret