doi: 10.1038 / nature25178。
Epub 2018 1月3日。
膳食海藻糖可增强流行性艰难梭菌的毒力
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- PMID:29310122
- PMCID:PMC5984069
- DOI:10.1038 / nature25178
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膳食海藻糖可增强流行性艰难梭菌的毒力
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摘要
艰难梭菌病最近已增加成为北美和欧洲的主要医院病原体，尽管很少有人知道是什么导致了这种出现。在这里，我们发现两种流行核型(RT027和RT078)已经获得了代谢低浓度海藻糖二糖的独特机制。RT027菌株含有海藻糖阻遏物的单点突变，使该核型对海藻糖的敏感性增加500倍以上。此外，饮食中的海藻糖增加了RT027菌株在小鼠感染模型中的毒力。RT078菌株获得了一组涉及海藻糖代谢的4个基因，其中包括一个PTS渗透酶，它对低浓度海藻糖的生长既必要又充分。我们认为，在这两种流行谱系出现前不久，海藻糖作为食品添加剂进入人类饮食，有助于选择它们的出现，并导致了高毒力。
利益冲突声明
作者声明没有相互竞争的经济利益。
数据
艰难梭菌MLST谱的系统发育组织。最大似然树基于连接的多位点序列分型基因的399个目前的概况可用
https://pubmlst.org/cdifficile/ ．星号表示本研究中使用的菌株的位置，红星表示具有treR L172I (ST1, ST41)或4基因插入(ST11)的序列类型。使用MEGA7构建的树。
一个大多数菌株可在50 mM海藻糖上生长。灰色虚线和带表示无碳源DMM和s.d的平均生长。实线表示非RT027/078 (n=10)、RT027 (n=8)和RT078 (n=3)组的平均生长产量(OD600)。b，删除海藻糖酶削弱CD630 (RT12)和R20291 (RT027)在海藻糖上生长的能力。这种表型可以通过供应恢复海藻糖酶在一个诱导质粒上(每个菌株/组n=3)。c，具有treR L172I突变的RT244菌株(DL3110和DL3111)能够在10 mM海藻糖上生长(每株/组n=3)。d， CD1015ΔptsT可代谢50 mM海藻糖(每株/组n=4)。面板a-d点代表生物独立样本，实心条为均值。
每个数据点(每组n=4个Ribotypes)代表来自不同的、生物独立的菌株的基因表达，是2-5个独立实验的平均值。P=0.029, Mann-Whitney-Wilcoxon检验(2侧)。
一个，tr基因来源梭状芽孢杆菌NCBI上的WGS文件(访问时间为2017年5月11日)通过tblastn鉴定并翻译成蛋白质序列。序列片段< 240个氨基酸被丢弃，其余1010个序列与Clustal Omega对齐。含有L172I SNP的191个序列均含有L172IthyA基因是RT027谱系的标志。ThyA在其他基因组中都没有发现。数字表示该位置上对应氨基酸的序列数。使用profilgrid生成多个序列对齐可视化。b对来自RT027菌株R20291的TreR蛋白序列进行了抗非梭状芽孢杆菌NCBI数据库中的序列和前99个匹配(以及R20291tr)与Clustal Omega结盟。在99个非c基因中，有93个基因的172位亮氨酸是保守的。难相处的序列。为了确认这一残基的重要性，将TreR与NCBI数据库中的所有非梭状芽孢杆菌序列进行比对，并保存了前500个命中的序列。去除重复种后，191个序列与Clustal Omega排列一致。残基172的亮氨酸在83%的序列中是保守的(未显示)。
小鼠被灌胃4R20291或R20291Δt的孢子意图并在饮用水中添加了5毫米海藻糖。点代表单个小鼠的毒素水平(R20291 n=10, R20291Δt意图感染48小时后实施安乐死。酒吧很刻薄。小鼠用R20291Δt灌胃意图毒素水平显著降低(p=.0268Wilcoxon-Mann-Whitney检验(双面)，中位数40960,IQR 23040-46080 Vs 92160, IQR 51200-102400)。
Artemis比较工具(ACT)显示之间的成对比较梭状芽孢杆菌RT078基因组(M120)序列和其他基因组序列梭状芽孢杆菌核糖型(左边为核糖型)。灰色条之间的数字表示海藻糖四基因插入所在的基因组区域(3231169..3237057)。序列同源的区域显示为红色。RT078的海藻糖四基因插入(上图箭头所示)在RT078中被观察到，但在其他核型中没有。
灰色虚线和带表示所有样品(n=21)在无碳源的DMM和s.d.中的平均生长。实线为非RT027/078组(n=10)、RT027组(n=8)和RT078组(n=3)的平均生长产量(OD600)。所有点代表生物独立的样本。
一个，海藻糖代谢操纵子均存在梭状芽孢杆菌菌株;由磷酸海藻酶(海藻糖酶)及其转录调控因子(tr）.b， RT027菌株强烈诱导海藻糖酶(每株海藻糖浓度n=4个生物独立样品)。柱状图为平均倍增，误差柱状图为标准差;p值来自t检验(2尾)和Holm校正多重比较。cTreR单体结构显示L172I突变接近海藻糖-6- p结合袋。
一个，老鼠感染R20291Δt意图(n=27只动物)与感染R20291的小鼠(n=28只动物)相比，死亡风险显著降低(Δ的风险降低78%海藻糖酶突变体;风险比，0.22;95% CI, 0.09 ~ 0.59;P = 0.003)。b当饮食中添加海藻糖时(n=28只动物)，感染R20291 (RT027)的小鼠的死亡风险显著高于不添加海藻糖的小鼠(n=27只动物)(海藻糖的风险增加3倍;风险比，3.20;95% CI, 1.09 ~ 9.42;P = 0.035)。所有统计检验均为双侧。
一个，在RT078及密切相关菌株中发现水平获得的海藻糖代谢模块结构。b从临床RT078菌株(CD1015)中删除海藻糖转运体可削弱其在10 mM海藻糖上生长的能力。的表达ptsT在10 mM海藻糖上恢复CD1015ΔptsT的生长(CD1015, n=4;CD1015ΔptsT, n = 4;CD1015ΔptsT: ptsT(n = 5)。c,表达ptsT诱导质粒能够增强CD630 (RT012)在10 mM海藻糖上的生长(CD630 n=3;CD630:: ptsTn = 3)。d,ptsT在复杂的微生物群落中提供竞争优势。灰色虚线(CI = 1)表示竞争菌株的适合度相等，高于该线的点表示CD1015处于劣势。所有点(图4b-d)代表生物独立的样本，柱状是平均值，p值来自t检验(2尾)，适当时Holm校正了多次比较。
一个，灌胃20分钟后，海藻糖在小鼠盲肠中达到足够高的水平，从而开启海藻糖的表达海藻糖酶而非RT027在非抗生素和抗生素治疗小鼠中均无作用(每种海藻糖浓度/品系n=3只)。b仅灌胃100 μl 5 mM海藻糖(每组3只)的抗生素处理小鼠盲肠中，RT027能检测到海藻糖，而非RT027不能检测到海藻糖。cRT027菌株可以在2/3食用正常(没有故意添加海藻糖)饮食的患者回肠造口液样本中检测到海藻糖。点表示生物独立的重复，柱表示平均倍增，误差柱表示s.d。
标记表明PubMed报告了核型027(上)或078(下)的暴发或首次报告。__斯托克曼德维尔爆发。
评论
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