Bakterije creva i ishrana bogata aminokiselinom triptofanom mogu da igraju zaštitnu ulogu protiv patogene E. coli, koja može da izazove teške stomačne tegobe, grčeve, groznicu, crevno krvarenje i zatajenje bubrega, prema studiji objavljenoj 13. marta u časopisu Nature.
Istraživanje otkriva kako dijetetski triptofan – aminokiselina koja se nalazi uglavnom u životinjskim proizvodima, orašastim plodovima, semenkama, celim žitaricama i mahunarkama – može biti razložena od strane crevnih bakterija u male molekule zvane metaboliti. Ispostavilo se da se nekoliko od ovih metabolita može vezati za receptor na epitelnim (površinskim) ćelijama creva, pokrećući put koji na kraju smanjuje proizvodnju proteina koje E. coli koristi da se veže za sluznicu creva gde izazivaju infekciju. Kada E. coli ne uspe da prikači i kolonizuje creva, patogen se benigno kreće kroz telo i izlazi iz tela.
Istraživanje opisuje ranije nepoznatu ulogu receptora DRD2 u crevima. DRD2 je inače poznat kao receptor dopamina (neurotransmitera) u centralnom i perifernom nervnom sistemu.
„To su zapravo dve potpuno različite oblasti u kojima bi ovaj receptor mogao da igra ulogu, što nije bilo cenjeno pre naših otkrića“, rekla je Pamela Čang, vanredni profesor imunologije na Fakultetu veterinarske medicine i hemijske biologije na Fakultetu umetnosti i nauke. „U suštini mislimo da DRD2 radi u crevima kao senzor mikrobnog metabolita, a onda je njegov nizvodni efekat da pomogne u zaštiti od infekcije.“
Samanta Skot, postdoktorski istraživač u Changovoj laboratoriji, prvi je autor studije pod nazivom „Dopaminski receptor D2 pruža otpornost na kolonizaciju putem mikrobnih metabolita“.
Sada kada su Čang, Skot i kolege identifikovali specifičan put koji pomaže u sprečavanju infekcije E. coli, sada mogu da počnu da proučavaju DRD2 receptor i komponente njegovog nizvodnog puta za terapijske ciljeve.
U studiji su istraživači koristili miševe zaražene Citrobacter rodentiumom, bakterijom koja veoma liči na E. coli, pošto određene patogene E. coli ne inficiraju miševe. Kroz eksperimente, istraživači su identifikovali da je bilo manje patogena i upale (znak aktivnog imunog sistema i infekcije) nakon što su miševi hranjeni ishranom sa dodatkom triptofana.
Zatim, da bi pokazali da bakterije u crevima imaju efekat, dali su miševima antibiotike da iscrpe mikrobe u crevima i otkrili da su miševi inficirani C. rodentium uprkos tome što su jeli triptofansku ishranu, potvrđujući da zaštita od triptofana zavisi na crevne bakterije.
Zatim su, koristeći masenu spektrometriju, pokrenuli ekran kako bi pronašli hemijske identitete metabolita triptofana u uzorku creva i identifikovali tri takva metabolita koji su značajno povećani kada su dobili triptofansku dijetu. Opet, na osnovu nivoa patogena i upale, kada su ova tri metabolita sama hranjena miševima, imali su isti zaštitni efekat kao da su miševima dali punu ishranu triptofanom.
Prebacujući opremu, istraživači su koristili bioinformatiku da otkriju koji proteini (i receptori) mogu da se vežu za metabolite triptofana, a sa dugačke liste su identifikovali tri srodna receptora unutar iste porodice dopaminskih receptora. Koristeći liniju ljudskih crevnih ćelija u laboratoriji, uspeli su da izoluju receptor DRD2 kao onaj koji je imao zaštitni efekat protiv infekcije u prisustvu metabolita triptofana.
Nakon što su identifikovali metabolite i receptor, analizirali su nizvodni put DRD2 u epitelnim ćelijama ljudskih creva. Na kraju, otkrili su da kada je DRD2 put aktiviran, sposobnost domaćina da proizvodi aktin regulatorni protein je ugrožena. C. rodentium (i E. coli) zahtevaju da se aktin veže za epitelne ćelije creva, gde kolonizuju i ubrizgavaju faktore virulencije i toksine u ćelije koje izazivaju simptome. Ali bez polimerizacije aktina oni se ne mogu vezati i patogen prolazi i čisti se.
Eksperimenti su otkrili novu ulogu dopaminskog receptora DRD2 u crevima koji kontroliše aktinske proteine i utiče na ranije nepoznati put za sprečavanje sposobnosti patogenih bakterija da kolonizuju creva.
