Ảnh hưởng của viêm đến sự tương tác giữa các vi sinh vật và vi khuẩn gây bệnh trong ruột

Trong các yếu tố ảnh hưởng đến giá trị chất dinh dưỡng trong ruột, ngoài hai yếu tố lớn là khẩu phần ăn và thành phần vi sinh vật thì kí chủ cũng đóng một vai trò rất quan trọng. Phản ứng viêm của kí chủ là một tác nhân quyết định những thay đổi trong môi trường ruột.

Viêm đường ruột ở người có liên quan đến sự mất cân bằng trong hệ vi sinh vật đường ruột, được gọi là rối loạn vi khuẩn đường ruột (dysbiosis). Đặc điểm của rối loạn vi khuẩn đường ruột là giảm tính đa dạng của vi khuẩn, làm giảm độ phong phú của vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và sự mở rộng của vi khuẩn kỵ khí tùy ý trong ngành Proteobacteria, chủ yếu là các thành viên của gia đình Enterobacteriaceae. Những thay đổi trong cấu trúc của hệ vi sinh vật có thể phản ánh sự thay đổi của môi trường dinh dưỡng được tạo ra bởi phản ứng viêm của kí chủ.

Các chất dinh dưỡng sẵn có trong ruột già bị biến đổi trong quá trình viêm thông qua sự thay đổi trong thành phần của dịch nhầy carbohydrates, Interleukin (IL)-22, một cytokine cảm ứng dễ thấy trong niêm mạc ruột khi những con chuột và khỉ nâu bị nhiễm S. Typhimurium, kích thích sự biểu hiện của biểu mô galactoside 2-α-l-fucosyltransferase 2 và tăng cường α (1,2)-fucosylation của dịch nhầy carbohydrates. Các vi sinh vật đường ruột có thể giải phóng fucose từ dịch nhầy carbohydrates, điều đó dẫn đến sự cảm ứng của gen đến sự sử dụng fucose trong E. coli.

Trong suốt quá trình viêm, một tác nhân nữa của những thay đổi trong môi trường dinh dưỡng của ruột là sự phát sinh của các gốc tự do oxy hóa và gốc tự do nitơ hóa (reactive oxygen species and reactive nitrogen species). Các cytokines tiền viêm như interferon-γ (IFN-γ) sẽ kích hoạt kép enzyme oxidase 2 trong biểu mô ruột, sản phẩm của quá trình đó là hydrogen peroxide. Làm tăng biểu hiện của DUOX2, gen mã hóa kép enzyme oxidase 2, trong niêm mạc ruột của bệnh nhân mắc bệnh viêm ruột mãn tính (bệnh Crohn’s) và viêm loét đại tràng có tương quan với việc tăng Proteobacteria trong hệ vi sinh vật đường ruột. IFN-γ cảm ứng biểu mô biểu hiện gen Nos2, mã hóa men tổng hợp NO cảm ứng (inducible nitric oxide synthase), enzyme xúc tác cho quá trình sản xuất oxit nitric từ l-arginine. Kết quả là, nồng độ của nitric oxide tăng lên trong hơi của ruột kết của người bị bệnh viêm ruột. Mặc dù các gốc tự do oxy hóa và gốc tự do nitơ hóa có hoạt tính kháng khuẩn, nhưng các gốc này nhanh chóng hình thành các hợp chất độc hại trong lumen (khoảng trong một bộ phận hình ống hay hình túi như mạch máu hay dạ dày) của ruột, khuếch tán đi xa từ các biểu mô.

Việc tạo ra các hốc thích hợp cho các chất dinh dưỡng hô hấp trong suốt quá trình viêm cũng là một yếu tố quan trọng trong chiến lược mà các vi khuẩn gây bệnh từ họ Enterobacteriaceae sử dụng để xâm nhập vào các hệ sinh thái đường ruột. Sự vắng mặt của viêm hoặc điều trị bằng kháng sinh, thành viên của hệ vi sinh đường ruột sẽ chiếm hết tất cả các hốc dinh dưỡng, điều đó làm kích thích các Enterobacteriaceae gây bệnh vào quần xã. Một giải pháp của vi khuẩn S. Typhimurium gây việm ruột đó là có thể buộc kí chủ tạo ra các hốc mới của các chất dinh dưỡng hô hấp thích hợp cho việc mở rộng hoạt động và tiếp cận. Khi ăn, S. Typhimurium sẽ sử dụng T3SS-1 để xâm nhập vào biểu mô ruột và T3SS-2 để tồn tại trong các mô của vật chủ. Cả 2 quá trình này sẽ kích hoạt viêm ruột cấp tính ở gia súc và viêm dạ dày ruột ở chuột mô hình. Viêm đáp ứng các xung động của kí chủ mở rộng S. Typhimurium trong lumen của ruột, điều đó cần thiết cho quá trình lây truyền của các loài gây bệnh này đến vật chủ mới thông qua đường phân – miệng.

Mặc dù sự mở rộng này cho phép S. Typhimurium tránh được sự cạnh tranh ngang hàng với các vi khuẩn kị khí bắt buộc Clostridia và Bacteroidia, chiến lược này đẩy vi khuẩn vào trận chiến với họ Enterobacteriaceae cộng sinh để tranh giành nguồn thức ăn hạn chế.

Sự bố trí các yếu tố độc lực của vi khuẩn gây bệnh dẫn đến sự tập trung của các bạch cầu nhân đa hình trung tính đến – niêm mạc ruột, đó là dấu hiệu mô bệnh học của viêm dạ dày ruột do S. Typhimurium gây ra. Một phần các bạch cầu trung tính này sẽ di chuyển vào trong lumen của ruột – một trong những dấu chỉ chẩn đoán bệnh tiêu chảy có viêm (inflammatory diarrhea). Bên trong lumen ruột, các bạch cầu sẽ giúp bảo vệ niêm mạc bằng cách bao bọc các vi khuẩn gần biểu mô, nhưng các gốc tự do oxy hóa được hoạt hóa bởi NADPH oxidase 2 – chất do thực bào tạo ra (còn được biết đến như cytochrome b-245 chuỗi nặng) chuyển đổi thiosulfate thành tetrathionate, chất nhận điện tử hô hấp sẽ là hỗ trợ cho sự xâm lấn của S. Typhimurium trong lumen của ruột.

Các phản ứng viêm của cơ thể cũng kích thích cạnh tranh giữa các Enterobacteriaceae thường trú và chủng gây bệnh về mặt các nguyên tố vi lượng như sắt – thường giảm đi trong quá trình viêm IL-22 gây ra sự giải phóng các protein kháng khuẩn lipocalin-2 (còn được biết đến như bạch cầu nhân đa hình trung tính lipocalin liên kết với enzyme gelatinase) từ biểu mô của chuột và khỉ nâu. Lipocalin-2 làm giảm lượng sắt bằng cách gắn vào enterobactin, một tác nhân loại bỏ kim loại độc hại sắt có trọng lượng phân tử thấp (hay siderophore) (đại thực bào chứa sắt) được tạo ra bởi Enterobacteriaceae. Để khắc phục điều này, S. Typhimurium và một vài E. coli thường trú tiết ra một dẫn xuất glycosyl hóa của enterobactin, được gọi là salmochelin, chất này không bị tiết chế bởi lipocalin-2.

Môi trường dinh dưỡng hô hấp được tạo thành bởi đáp ứng viêm của cơ thể do đó chính là một chiến trường, nơi mà các vi khuẩn đường ruột thường trú và gây bệnh cạnh tranh giành ưu thế bằng cách sử dụng các chiến thuật kháng khuẩn và dinh dưỡng đa dạng.

IBSG Microbiology lược dịch

Nguồn: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27383983

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả.