Кишечный Lactococcus garvieae и защитный иммунитет к инфекции пищевого происхождения Clostridium perfringens

По оценкам Центров США по контролю и профилактике заболеваний (CDC), C. perfringens ежегодно вызывает в Соединенных Штатах около 1 миллиона заболеваний пищевого происхождения. Кишечная микробиота, ключевой компонент барьера слизистой оболочки кишечника, имеет решающее значение для устойчивости организма к кишечной патогенной инфекции. L. garvieae обладает потенциально пробиотическими свойствами и способен ограничивать энтероколит C. perfringens и патогенную колонизацию.

Бактериальный изолят Lactococcus garvieae штамма LG1 был получен из содержимого кишечника китайско-монгольских овец, и оценка in vitro показала, что L. garvieae обладает свойствами потенциально пробиотических штаммов. Для изучения возможного участия L. garvieae в реакции хозяина на инфекцию C. perfringens авторы первоначально сконструировали модель инфекции слизистой оболочки C. perfringens. Мышам вводили перорально фосфатный буферный раствор (ФБР) или L. garvieae (1 × 1010 КОЕ на мышь) перед пероральным введением смертельной дозы C. perfringens (2 ×1010 КОЕ на мышь). По сравнению с мышами, получавшими ФБР, мыши, получавшие L. garvieae, продемонстрировали значительно повышенную выживаемость.

Источник изображения: https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.04025-23?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed

Затем мышам перорально вводили более низкую инфекционную дозу C. perfringens (5× 109 КОЕ на мышь), и значительно меньше C. perfringens было обнаружено в двенадцатиперстной кишке, тощей кишке, подвздошной кишке, слепой кишке, толстой кишке и брыжеечных лимфатических узлах у мышей, предварительно обработанных L. garvieae, по сравнению с мышами, предварительно обработанными ФБР, через 24 часа после заражения (чпи). В соответствии с низким уровнем патогенной нагрузки, у мышей, получавших предварительную обработку L. garvieae, наблюдались более мягкие клинические симптомы, проявляющиеся в небольшой степени изменения температуры тела и потери массы тела, что было подтверждено гистологическим анализом двенадцатиперстной кишки и слепой кишки. У мышей, получавших L. garvieae- предварительную обработку, наблюдались более легкие повреждения и воспаление двенадцатиперстной кишки и слепой кишки, о чем свидетельствовали легкое разрушение целостности эпителия, подслизистый отек, изъязвления слизистой оболочки, притупление ворсинок, потеря бокаловидных клеток, инфильтрация воспалительными клетками, гиперемия и кровоизлияние. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что потенциально пробиотический L. garvieae необходим хозяину для защиты от инфекции слизистой оболочки C. perfringens.

Для дальнейшего определения патологических изменений в кишечнике были исследованы секретируемые воспалительные цитокины и интерстициальная инфильтрация воспалительными клетками. Результаты показали, что при 24 чпи количество воспалительных цитокинов (IL-1β, IL-6 и TNF-α) и хемокинов в тканях двенадцатиперстной и слепой кишки у мышей, предварительно обработанных L. garvieae, были ниже, чем у мышей, предварительно обработанных ФБР. Между тем, гистологические и иммуногистохимические анализы показали меньшее накопление нейтрофилов и макрофагов в ткани двенадцатиперстной и слепой кишки у мышей, предварительно обработанных L. garvieae, по сравнению с мышами, предварительно обработанными ФБР. Таким образом, эти результаты указывают на то, что потенциально пробиотик L. garvieae эффективно подавляет воспаление кишечника, связанное с улучшенным выведением патогена во время энтероколита, вызванного C. perfringens.

Барьер слизистой оболочки кишечника необходим для защиты организма от патогенных вторжений, а плотные соединения являются важными составляющими барьера слизистой оболочки кишечника. Таким образом, после перорального заражения C. perfringens наблюдалось снижение уровня окклюдина, клаудина 3 и Zonula occludens (ZO) -1 в тканях двенадцатиперстной и слепой кишки мышей, предварительно обработанных ФБР, тогда как в группах, предварительно обработанных L. garvieae, уровень был значительно выше, чем в группе, предварительно обработанной ФБР, и почти вернулся к контрольным уровням.

Впоследствии, для дальнейшей оценки того, связана ли опосредованная L. garvieae защита с сохранением целостности кишечного барьера, определяли параклеточную проницаемость кишечника с использованием флуоресцентного индикатора FITC-декстран. Интенсивность флуоресценции сыворотки крови показала, что у мышей, получавших предварительную обработку L. garvieae, уровни FITC-декстрана в крови были ниже, чем у мышей, получавших ФБР. Таким образом, L. garvieae важен в поддержании барьерной функции кишечника во время инфекции C. perfringens.

Поскольку слой геля слизи, покрывающий эпителий, также имеет решающее значение для барьерной функции слизистой оболочки кишечника, авторы выдвинули гипотезу, что L. garvieae также способствует экспрессии мукопротеинов для подавления инфекции C. perfringens. Окрашивание AB-PAS показало, что при 24 чпи экспрессия муцинов была заметно выше в тканях двенадцатиперстной и слепой кишки у мышей, предварительно обработанных L. garvieae, чем у мышей, предварительно обработанных ФБР, которые почти вернулись к контрольным уровням. По сравнению с мышами, получавшими ФБР, муцин 2, основной компонент слоя слизи, также имел тенденцию к увеличению у мышей, получавших предварительную обработку L. garvieae, во время C. perfringens инфекции. Кроме того, уровни экспрессии антимикробных пептидов RegIIIß и RegIIIy были значительно выше в двенадцатиперстной кишке и слепой кишке тканях L. garvieae-предварительно обработанных мышей по сравнению с ФБР-предварительно обработанных мышей после с. фильтров инфекции. Следовательно, L. garvieae усиливает экспрессию мукопротеинов и антимикробных пептидов и оказывает терапевтическое действие при энтероколите C. perfringens.

Использование анализа α-разнообразия показало, что показатели Chao1, Шеннона и Симпсона кишечной микробиоты были значительно снижены у ФБР-предварительно обработанных мышей, инфицированных C. perfringens, по сравнению с контрольными мышами, получавшими ФБР, тогда как у мышей, получавших предварительную обработку L. garvieae, эти изменения были обратными. Согласно анализу β-разнообразия алгоритма анализа основных координат UniFrac без веса (PCoA), было показано четкое разделение между контрольными мышами ФБР и мышами, инфицированными C. perfringens, предварительно обработанными ФБР, в то время как введение L. garvieae полностью устранило эти различия.

Затем были проанализированы профили сообщества фекальных бактерий на разных таксономических уровнях, чтобы получить представление о специфических различиях в микробиоте кишечника в результате вмешательства L. garvieae. На уровне типа, по сравнению с контрольными мышами ФБР, относительное обилие Firmicutes, протеобактерий и Verrucomicrobiota была резко повышена в ФБР-обработанных C. perfringens-инфицированных мышей, в то время как относительная численность Bacteroidota был remarkedly уменьшается, указывая, что вызов C. perfringens, привел к нарушению микрофлоры кишечника у мышей. Однако лечение L. garvieae привело к снижению изменений микробиоты кишечника на уровне типа. На уровне рода, по сравнению с контрольными мышами ФБР, относительная численность Clostridium sensu stricto 1, Lachnoclostridium, Gammaprotebacteria и Akkermansia, очевидно, увеличилась, тогда как относительная численность Limosilactobacillus резко снизилась после заражения C. perfringens, и эти тенденции восстановились до аналогичных уровней после обработки L. garvieae.

Кроме того, кишечная микробиота мышей, инфицированных C. perfringens, предварительно обработанных L. garvieae, была обогащена Lachnospiraceae NK4A136 group, Prevotellaceae UCG 001, Lactobacillus reuteri и Limosilactobacillus, которые были более доминирующими в кишечной микробиоте контрольных мышей ФБР. Эти результаты продемонстрировали, что потенциально пробиотик L. garvieae может восстанавливать изменения в структуре микробного сообщества кишечника для облегчения дисбактериоза кишечной микробиоты, вызванного C. perfringens.

Данное исследование представляет собой открытие кишечного потенциально пробиотического L. garvieae в контексте инфекции C. perfringens пищевого происхождения, которая способствует поддержанию целостности кишечного барьера и защите хозяина. L. garvieae облегчает борьбу с патогенами, способствуя барьерной функции слизистой оболочки кишечника и восстанавливает изменения в структуре микробного сообщества кишечника, чтобы облегчить дисбиоз кишечной микробиоты, вызванный C. perfringens. В совокупности эти результаты подчеркивают перспективу применения иммуномодулирующего потенциально пробиотического L. garvieae и могут предложить ценные стратегии профилактики и / или лечения патогенной инфекции слизистой C. perfringens.

Перевод и адаптация Пушкина Полина (команда Доквей),
студентка Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, Москва, Россия.