科研 | 膳食海藻糖可增加艰难梭菌的毒性（IF：40.137）

导读

艰难梭菌感染已经成为北美和欧洲的医院的主要的病原体，目前，主要流行的核糖体型包括RT027和RT078。本文主要研究了这2种核糖体型在低浓度海藻糖中生长及其分子机制。

论文ID

原名：Dietary trehalose enhances virulence of epidemic Clostridium difficile

译名：膳食海藻糖可增加艰难梭菌的毒性

期刊：Nature

IF：40.137

发表时间：2018年

通信作者：J. M. Auchtung，R. A. Britton

通信作者单位：美国贝勒医学院

研究路线

研究内容

1、RT027型菌株与RT078型菌株可以在低浓度海藻糖中生长

不同核糖体型的艰难梭菌在含有葡萄糖(20 mM)的培养基中都能快速生长，但只有RT027型与RT078型菌株在含有浓度为10 mM的海藻糖的培养基中生长。

图1 基本培养基、含有葡萄糖或海藻糖的培养基中不同核糖体型的艰难梭菌的生长情况

2、RT027型菌株在低浓度海藻糖中生长的分子机制

研究发现所有艰难梭菌基因组的转录抑制因子(TreR)前编码了预测性TreA (图2a)，并且TreA是海藻糖代谢所必需的。研究发现：50μM海藻糖可以诱导RT027型菌株TreA表达，比诱导RT053 TreA表达的海藻糖浓度低500倍(图2b)。

图 2 treA基因对海藻糖代谢的作用

3、海藻糖代谢对疾病的影响

为了研究RT027型艰难梭菌代谢海藻糖对疾病的影响，进行了两个试验，结果发现：

(1)将5mM海藻糖加入水中，小鼠自由饮水，同R20291(RT027) 感染小鼠相比，TreA缺陷的RT027菌株(R20291∆treA)感染小鼠的死亡率明显降低(图3a)。

(2)同饮食中没有添加海藻糖的小鼠相比，饮食中添加海藻糖使RT027感染小鼠的死亡率明显升高(图3b)。

图 3 海藻糖代谢增加艰难梭菌毒性

4、RT078型菌株在低浓度海藻糖中生长的分子机制

所有的RT078菌株的基因序列中都有一组包含4个基因的基因簇的插入(图4a)。其中，海藻糖特异性磷酸转移酶系统(PTS)的IIBC成分的转运因子(ptsT)对海藻糖的代谢起着重要作用，因为ptsT缺失的RT078型菌株不能在10mmol/L的海藻糖中生长(图4b)。此外，研究还发现，利用诱导启动子使ptsT在CD630菌株中表达，使CD630含有10mmol/L海藻糖的培养基中生长(图4c)。同CD1015菌株比较，补充ptsT的CD1015∆ptsT突变体的竞争指数相近(图4d)。

图 4 ptsT基因提高海藻糖代谢

5、远端肠道观察到海藻糖

研究发现海藻糖(10mmol/L)可以激活RT027菌株中treA基因的表达，但无法激活RT053菌株中treA基因的表达(图5a)。并且，100μL 5mmol/L的海藻糖就可激活RT027菌株中treA基因的表达(图5b)。此外，对3名隐名供体的回肠造口流出物进行了检测，发现其中2名供体的RT027菌株的TreA酶的高表达，而RT053菌株的TreA酶未见诱导表达(图5c)。

图 5 海藻糖存在于老鼠盲肠及回肠造口术患者的术后流出物中

实验结论

本文从多方面证据表明膳食中海藻糖参与流行性艰难梭菌的扩散。主要从以下几方面：一、在流行病爆发之前，RT027和RT078型菌株就具有代谢海藻糖的能力。二、RT027和RT078谱系是系统发育上距离艰难梭菌较远的分支，但已进化出不同的机制以代谢低水平的海藻糖。三、在艰难梭菌感染的小鼠模型中的RT027型菌株与在患者中观察到的RT027和RT078型的毒力增加一致。四、可代谢较低浓度海藻糖的能力使其在复杂的肠道菌群中有竞争性增长优势。五、正常饮食的患者的回肠造口流出液中的海藻糖水平足以供RT027菌株检测。基于这些发现，本文认为海藻糖在饮食中的广泛使用对这些流行的有毒菌株的出现起着重要的作用。

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