As hidrolases de sais biliares moldam a paisagem de ácidos biliares e restringem o crescimento de Clostridioides difficile no intestino murino

Nature Microbiology volume 8, páginas 611–628 (2023) Cite este artigo

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Os ácidos biliares (BAs) medeiam o crosstalk entre células humanas e microbianas e influenciam doenças, incluindo infecção por Clostridioides difficile (CDI). Enquanto hidrolases de sais biliares (BSHs) moldam o pool de BA desconjugando BAs conjugados, a base para sua seletividade de substrato e impacto em C. difficile permanece indefinida. Aqui, examinamos a diversidade de BSHs nos comensais intestinais Lactobacillaceae, que são comumente usados ​​como probióticos, e outros membros do microbioma intestinal humano. Identificamos estruturalmente um loop que prevê as preferências de BSH para substratos de glicina ou taurina. BSHs com especificidades variadas demonstraram restringir a germinação e o crescimento de esporos de C. difficile in vitro e a colonização em modelos pré-clínicos in vivo de CDI. Além disso, os BSHs remodelam o pool de ácidos biliares conjugados microbianos (MCBAs) no intestino murino, e esses MCBAs podem restringir ainda mais a virulência de C. difficile in vitro. O reconhecimento de BAs conjugados por BSHs define o pool de BAs resultante, incluindo os MCBAs expansivos. Este trabalho fornece informações sobre a base estrutural dos mecanismos BSH que moldam a paisagem da BA e promovem a resistência à colonização contra C. difficile.

Os ácidos biliares (BAs) são metabólitos sintetizados pelo hospedeiro e derivados de micróbios que apoiam a saúde intestinal e a homeostase, fornecendo um andaime para a interação e adaptação do microbioma hospedeiro1,2. Os receptores BA codificados pelo hospedeiro reconhecem os BAs como moléculas de sinalização para regular a imunidade do hospedeiro3, o metabolismo4 e os ritmos circadianos5,6. Os BAs também moldam a microbiota, onde táxons específicos que exibem resistência ao estresse biliar abrigam mecanismos para sobreviver à exposição aos BAs7,8. A influência dos BAs na microbiota é retribuída pela transformação microbiana dos BAs para estabelecer a complexidade química do pool intestinal de BAs9. O mosaicismo resultante é uma marca registrada da saúde do hospedeiro e depende da atividade coletiva das enzimas de alteração de BA codificadas pelo microbioma10.

As hidrolases de sais biliares (BSHs) compreendem uma família diversificada de enzimas microbianas que catalisam a transformação crítica de BA11. Os BAs conjugados primários sintetizados no fígado, como os tauro e glicoconjugados do ácido cólico (TCA, GCA), são desconjugados pelos BSHs para gerar ácido cólico (CA) (Fig. 1a; os nomes e abreviaturas dos BA estão resumidos na Fig suplementar. 1). Essa reação de vanguarda atua como um 'porteiro' para transformações subsequentes de BA que transformam BAs primários em BAs secundários (isto é, ácido desoxicólico (DCA) formado a partir da 7α-desidroxilação de CA por bactérias que codificam o operon bai)1,11.

a, Visão geral do metabolismo de BA usando CA como exemplo. Os BAs são sintetizados e conjugados com uma taurina ou glicina (T/GCA) pela enzima hepática Baat. BAs conjugados são desconjugados por BSHs, permitindo transformações como a 7α-desidroxilação codificada pelo operon bai para gerar BAs secundários como DCA. BAs desconjugados podem ser reconjugados para produzir MCBAs como Tyr-CA. b, A árvore filogenética Lactobacillaceae BSH foi montada a partir de 84 clusters BSH. Os dois principais clados são distinguidos por ramos pretos e azuis. Cada nome de cluster indica a espécie que codifica BSH, com as camadas internas de metadados indicando estilo de vida e fonte de isolamento82. Cunhas bege na camada de metadados externa indicam os BSHs clonados para caracterização. c, Mapa de calor da atividade de BSH em BAs conjugados. O clado destacado em azul mostra a preferência por BAs conjugados com taurina. Os diamantes em b e c indicam estruturas cristalinas BSH apresentadas aqui. Os valores representam a atividade específica média (n = 3–4). As relações filogenéticas entre BSHs são baseadas em sequências de aminoácidos. d, Superposição das estruturas cristalinas tetrâmeras das enzimas BSH preferenciais de taurina e glicina apresentadas aqui.

Dados de origem

A desregulação da biossíntese de BA e da atividade de BSH tem sido diretamente implicada na obesidade12, câncer13, doença inflamatória intestinal3 e resistência à colonização contra patógenos, incluindo Clostridioides difficile14,15,16,17,18. A infecção por C. difficile (CDI) é um importante problema de saúde pública e de difícil tratamento com antibióticos convencionais19. Mesmo após um curso de vancomicina ou fidaxomicina, permanece uma alta taxa de recorrência (~30%)20,21, tornando o transplante de microbiota fecal (FMT) a última linha de tratamento22. Embora os FMTs possam tratar CDI recorrente (rCDI), as consequências a longo prazo permanecem obscuras, tornando uma abordagem terapêutica direcionada atraente por razões de segurança e eficácia. A suscetibilidade à CDI é predominantemente impulsionada por perturbações induzidas por antibióticos na microbiota intestinal, resultando em uma perda de resistência à colonização23,24. Fortes evidências sugerem que o metabolismo microbiano dos BA é um importante mecanismo de resistência à colonização contra C. difficile25, pois o uso de antibióticos esgota os BSHs, aumentando os BAs conjugados e diminuindo os BAs secundários17.