Depletion of butyrate-producing Clostridia from the gut microbiota drives an aerobic luminal expansion of Salmonella

減少腸道菌叢中產丁酸的Clostridia驅使Salmonella之有氧擴增

Rivera-Chávez F, Zhang LF, Faber F, Lopez CA, Byndloss MX, Olsan EE, Xu G,

Velazquez EM, Lebrilla CB, Winter SE, Bäumler AJ.

Cell Host Microbe. (2016) Apr 13;19(4):443-54

Speaker: Shih-Hsuan Lin (林詩璇)                              Time: 14:00~15:00, May. 17, 2017

Commentator: Dr. I-Hsiu Huang (黃一修老師)           Place: Room 601

Abstract:

鼠傷寒沙門氏菌 (Salmonella enterica serovars Typhimurium) 是革蘭氏陰性的兼性厭氧桿菌。使用抗生素會提高Salmonella誘導胃腸炎的風險，增加對腸道病原體的敏感性，並且減少腸道菌叢中產丁酸的梭菌(Clostridia )（1）。

在S. Typhimurium所引起的腸胃炎中，有氧呼吸和硝酸鹽呼吸作用能夠幫助其生長。此外，S. Typhimurium使用III型分泌系統-1（T3SS-1）和III型分泌系統-2(T3SS-2)，幫助S. Typhimurium入侵的細胞內引發急性腸炎，並且幫助其在組織中存活（2）。然而，使用抗生素後有助於S. Typhimurium擴增的機制仍有待闡明。為了確定有氧呼吸和硝酸鹽呼吸是否有助於細菌擴增，使用細胞色素氧化酶bd-II突變株（cyxA mutant），和硝酸還原酶缺陷突變株（narG napA narZ mutant）進行實驗。為了研究細菌毒力因子是否需要通過有氧呼吸支持腸腔內生長，使用T3SS-1和T3SS-2突變株（invA spiB mutant）。

結果表明，鏈黴素治療後，小鼠腸腔中產丁酸的Clostridia減少，導致丁酸濃度降低，上皮氧合增加，以及S. Typhimurium的擴增。在遺傳抗性小鼠中，不存在抗生素治療的情況下，也觀察到Clostridia減少和S. Typhimurium擴增，需要Salmonella III型分泌系統的存在。這些研究結果表明，S. Typhimurium毒力因子和抗生素治療，通過減少產生丁酸的Clostridia來升高上皮氧合作用，以促進病原體的擴增。

References:

1.     Kelly CJ, Zheng L. (2015) Crosstalk between Microbiota-Derived Short-Chain Fatty Acids and Intestinal Epithelial HIF Augments Tissue Barrier Function. Cell Host Microbe. 17(5):662-71.

2. Tsolis RM, Adams LG. (1999) Contribution of Salmonella typhimurium virulence factors to diarrheal disease in calves. Infect Immun. 67(9):4879-85.