Papel da microbiota disbiótica no metabolismo de triptofano pelo hospedeiro e seu impacto na infecção pulmonar por pseudomonas aeruginosa
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Daniel de Assis Santos
Marco Aurélio Ramirez Vinolo
Luciana Pádua Tavares
Lirlândia Pires de Souza
Marco Aurélio Ramirez Vinolo
Luciana Pádua Tavares
Lirlândia Pires de Souza
Resumo
A Pseudomonas aeruginosa é um microrganismo oportunista que acomete
principalmente pacientes hospitalizados e com uso prévio de antimicrobianos de
amplo espectro. O uso prolongado de antimicrobianos está associado a quadros de
disbiose que, por sua vez, está associada a alteração dos níveis intestinais e
sistêmicos de metabólitos produzidos pela microbiota intestinal, dentre eles, os
metabólitos do triptofano. O triptofano é um aminoácido essencial adquirido pela dieta
e seu catabolismo é realizado pela microbiota intestinal, gerando derivados de indol,
e pelo hospedeiro, gerando as quinurenina, dentre outros catabólitos, pela ação da
enzima indolamina-2,3-dioxigenase 1 (IDO1). Estes catabólitos funcionam como
agonistas do receptor de hidrocarbonetos aromáticos (AhR), que desempenha
diversas funções imunomoduladoras. O objetivo desse trabalho é avaliar se a disbiose
intestinal interfere no metabolismo de triptofano e se isso tem impacto na infecção
pulmonar por Pseudomonas aeruginosa. Para isso, induzimos a disbiose em
camundongos selvagens (WT) e deficientes para a enzima IDO1 (IDO1-/-
) e deficientes
para o receptor AHR (AHR-/-
) com um coquetel de antimicrobianos, por 14 dias,
quando os animais foram inoculados pela via intranasal com P. aeruginosa (PAO1 ou
PA103). Camundongos que receberam os antimicrobianos apresentaram disbiose
intestinal com redução de bactérias totais, incluindo bactérias produtoras de indol. A
disbiose foi acompanhada do aumento da concentração sérica de triptofano e da
redução da concentração de quinurenina, indicando uma alteração do metabolismo
de triptofano pela via da IDO1. Ainda, camundongos disbióticos infectados
apresentaram maior letalidade quando comparados a camundongos eubióticos, bem
como maior carga bacteriana no lavado broncoalveolar (BAL). Após a infecção,
camundongos disbióticos apresentaram maior acúmulo de quinurenina no pulmão e
maior expressão e ativação do receptor AHR. Por meio do uso de antagonista de AHR
ou animais deficientes para o receptor (AHR-/-
) observamos que a ausência da
ativação de AHR em animais disbióticos resultou em menor carga bacteriana quando
comparado a animais disbióticos que receberam veículo. De maneira interessante,
camundongos (IDO1-/-
) ou animais tratados com um inibidor de IDO1 também se
mostraram resistentes à infecção, mesmo após indução da disbiose. Além disso,
macrófagos alveolares de camundongos IDO1-/- e AHR-/- disbióticos apresentaram
maior capacidade fagocítica quando comparados às células de animais WT
disbióticos. Assim, podemos concluir que a disbiose induzida pelo tratamento
prolongado com antimicrobianos interfere no metabolismo de triptofano, resultando
em maior susceptibilidade à infecção por P. aeruginosa. Essa maior susceptibilidade
de animais disbióticos está associada a uma maior atividade da enzima IDO1, levando
ao acúmulo de quinurenina e maior ativação do receptor AHR, inibindo assim a
fagocitose da Pseudomonas aeruginosa
Abstract
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic microorganism that affects mainly
hospitalized patients who previously used broad spectrum antimicrobials. Prolonged
use of antimicrobials is associated with changes in intestinal and systemic levels of
metabolites produced by the intestinal microbiota, including tryptophan metabolites.
Tryptophan is an essential amino acid supplied by diet. It is catabolized by the intestinal
microbiota to indole derivatives, and by the host, generating kynurenines among other
catabolites, through the activity of the indoleamine-2,3-dioxygenase 1 (IDO1) enzyme.
These catabolites are agonists of the aromatic hydrocarbon receptor (AHR), which
exerts various immunomodulatory functions. The aim of this study is to evaluate
whether intestinal dysbiosis alters tryptophan metabolism and if this metabolic shift
plays any role in the susceptibility to pulmonary infection by Pseudomonas aeruginosa.
For this, we induced dysbiosis in wild type (WT) and mice deficient for the IDO1
enzyme (IDO1-/-
) or for the AHR receptor (AHR-/-
) with an antimicrobial cocktail for 14
days, when animals were inoculated intranasally with P. aeruginosa (PAO1 or PA103
strains). Mice that received antimicrobials had intestinal dysbiosis with reduced total
bacteria, including indole-producing bacteria. Dysbiosis was accompanied by
increased serum tryptophan concentration and decreased kynurenine concentration,
indicating a change in tryptophan metabolism. Furthermore, infected dysbiotic mice
showed higher lethality rates when compared to eubiotic mice, as well as higher
bacterial load in the bronchoalveolar lavage (BAL). Also, dysbiotic mice presented
increased in kynurenine amounts in the lung after infection. Interestingly, dysbiosis
was able to induce increased AHR expression and activation. Using an AHR
antagonist and AHR knockout mice we observed that the absence of AHR activation
in dysbiotic animals resulted in lower bacterial load when compared to dysbiotic
animals that received vehicle. Interestingly, IDO1-/- mice or animals treated with an
IDO1 inhibitor were resistant to infection even after induction of dysbiosis. Thus, it can
be concluded that dysbiosis resulting from prolonged antimicrobial treatment interferes
with tryptophan metabolism, resulting in greater susceptibility to P. aeruginosa
infection. This increased susceptibility of dysbiotic animals is associated with increased
IDO1 enzyme activity, heightened kynurenine accumulation and greater AHR receptor
activation, disrupting Pseudomonas aeruginosa phagocytosis
Assunto
Microbiologia, Microbiota, Inflamação, Triptofano, Pneumonia, Pseudomonas aeruginosa
Palavras-chave
Microbiota, Inflamação, Triptofano, Pneumonia, Pseudomonas aeruginosa