Onderzoekers verhelderen infectieproces van bacteriële pathogeen Clostridium difficile

Wetenschappers van het VIB-UGent Centrum voor Inflammatieonderzoek identificeerden de mechanismen waarmee de bacteriële ziekteverwekker Clostridium difficile darmepitheelcellen (IEC's) doodt, waardoor de beschermende mucosale barrière van het darmkanaal wordt vernietigd. De onderzoekers tonen de fysiologische relevantie van dit proces tijdens infectie aan en publiceren hun bevindingen in Nature Communications.

De bacteriële Gram-positieve pathogeen C. moeilijk is een ernstige zorggerelateerde infectie die pseudomembraneuze colitis kan veroorzaken bij patiënten na een antibioticabehandeling, en de belangrijkste oorzaak van sterfgevallen door gastro-enteritis in de VS en Europa. De bacterie produceert twee uitgescheiden toxines die een cytotoxische respons induceren in darmepitheelcellen (IEC's) die de beschermende mucosale barrière van het darmkanaal vormen. Echter, de onderliggende mechanismen van deze interactie tussen gastheer en ziekteverwekker waren onduidelijk, en het was niet bekend of deze cytotoxische reactie een beschermende of nadelige rol speelde voor de gastheer.

De wetenschappers van VIB-UGent hebben gebruik gemaakt van een combinatie van state-of-the-art mini-darmsystemen die ex vivo werden gekweekt uit geïsoleerde intestinale epitheliale stamcellen. Ze combineerden de resultaten van studies in deze ex vivo gekweekte organoïde systemen binnen vivo infectiestudies bij transgene muizen waarin belangrijke gastheergenen specifiek werden verwijderd in de darmepitheellaag terwijl expressie in andere weefsels intact bleef. Hierdoor konden ze de mechanismen ontleden die ten grondslag liggen aan de moleculaire interacties van C. moeilijk met de darmbarrière van de gastheer en om vast te stellen hoe dit proces bijdraagt ​​aan pathogenese.
Het was bekend dat C. moeilijk exotoxinen induceren een inflammatoir type celdood genaamd pyroptosis in immuuncellen via activering van het pyrine-inflammasoom. Echter, C. moeilijk richt zich voornamelijk op IEC's tijdens infectie, maar hoe dit celtype wordt gedood door? C. moeilijk toxines is onduidelijk. Eerste auteur Dr. Pedro Saavedra (VIB-UGent) legt uit:“Door systematisch sleutelgenen te verwijderen die betrokken zijn bij celdoodprocessen in IECs, ons werk verduidelijkt dat - in tegenstelling tot myeloïde cellen die pyroptose ondergaan - C. moeilijk exotoxinen induceren apoptose in IEC's. Na deze basale observatie, we bleven achter met twee hoofdvragen:hoe bemiddelden dezelfde toxines verschillende celdoodmodi in een celtype-afhankelijke context, en wat is de fysiologische impact van IEC-apoptose tijdens infectie?”. Bij het nastreven van deze vragen, ontdekten de wetenschappers dat pyrine, een belangrijke immuunsensor die een snelle inductie van pyroptose in myeloïde cellen veroorzaakt C. moeilijk infectie, wordt niet uitgedrukt in IEC's, waardoor prioriteit wordt gegeven aan het langzamere apoptoseproces als de standaard celdoodreactie in IEC.

“Om de vraag te beantwoorden hoe relevant apoptose is tijdens infectie, onze samenwerking met de groep van Prof. Peter Vandenabeele (VIB-UGent), die muizen met een tekort aan apoptose genereerde, specifiek in IEC's, was cruciaal”, zegt dr. Saavedra. "In vivo infectiestudies hebben aangetoond dat IEC-apoptose de gastheer beschermt tegen: C. moeilijk infectie. Dit resultaat was aanvankelijk zeer verrassend voor ons, omdat we verwachtten dat het voorkomen van celdood de gastheer zou beschermen tegen de schadelijke gevolgen van schade aan het darmepitheel. Hoewel onze resultaten ondubbelzinnig aantoonden dat het darmepitheel apoptose ondergaat als een defensieve reactie op C. moeilijk infectie of blootstelling aan de exotoxinen, er zijn nog grote vragen open. Door deze basisprocessen aan te pakken en te begrijpen, het team hoopt de weg vrij te maken voor de ontwikkeling van therapeutische strategieën die zich in het algemeen richten op gastro-intestinale pathogenen zoals: C. moeilijk door de defensieve reacties van de gastheer te verbeteren.”

• Wetenschapper bewijst rol van microbioom bij obesitas
• Levende probiotica kunnen de bestaande darmflora veranderen en de immuunrespons veranderen