Tác động của oligosaccharides prebiotic đến sự bám dính của Escherichia coli gây bệnh

Luận án tiến sĩ nghiên cứu effect of prebiotic oligosaccharides on enteropathogenic escherichia coli adherence, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng dụng trong lĩnh

• Tác giả: Kari Shoaf
• Người hướng dẫn: Robert W. Hutkins
• Trường học: University of Nebraska
• Chuyên ngành: Food Science and Technology
• Đề tài: Tác động của oligosaccharides prebiotic đến sự bám dính của Escherichia coli gây bệnh
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Lincoln

Mục lục chi tiết

• Acknowledgement
• Preface
• 1. CHAPTER 1: LITERATURE REVIEW ON BACTERIAL ADHERENCE AND THE MECHANISMS BY WHICH ADHERENCE CAN BE PREVENTED
• 2. CHAPTER 2: ABILITY OF PREBIOTIC OLIGOSACCHARIDES TO INHIBIT THE BINDING OF ENTEROPATHOGENIC ESCHERICHIA COLI E2348/69 TO TWO TYPES OF TISSUE CULTURE CELLS
• 3. CHAPTER 3: PROPOSED ESCHERICHIA COLI ADHESINS THAT MAY BE INVOLVED IN GOS-MEDIATED ADHERENCE INHIBITION AND THE DIRECT BINDING OF ESCHERICHIA COLI E2348/69 AND OTHER ISOGENIC MUTANTS TO IMMOBILIZED GALACTOOLIGOSACCHARIDES
• CONCLUSIONS

Tóm tắt

I. Giới thiệu về oligosaccharides prebiotic

Oligosaccharides prebiotic là các carbohydrate không tiêu hóa được, có khả năng kích thích sự phát triển của các vi khuẩn có lợi trong đường ruột. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe đường ruột và có thể ảnh hưởng đến sự bám dính của các vi khuẩn gây bệnh như Escherichia coli. Nghiên cứu này tập trung vào tác động của các oligosaccharides prebiotic, đặc biệt là galactooligosaccharides (GOS), đến sự bám dính của Escherichia coli gây bệnh. Việc hiểu rõ về cơ chế hoạt động của các oligosaccharides này có thể mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các liệu pháp chống bám dính nhằm ngăn ngừa nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra.

1.1. Tác động của prebiotic đến vi khuẩn gây bệnh

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các oligosaccharides prebiotic có thể hoạt động như các tác nhân chống bám dính, ngăn chặn sự bám dính của Escherichia coli vào các tế bào biểu mô. Các thí nghiệm cho thấy GOS có khả năng giảm đáng kể tỷ lệ bám dính của Escherichia coli trên các tế bào HEp-2 và Caco-2. Điều này cho thấy rằng tác động của prebiotic không chỉ dừng lại ở việc cung cấp chất dinh dưỡng mà còn có khả năng can thiệp vào các cơ chế bám dính của vi khuẩn gây bệnh.

II. Cơ chế bám dính của Escherichia coli

Sự bám dính của Escherichia coli vào tế bào biểu mô là một bước quan trọng trong quá trình gây bệnh. Vi khuẩn này sử dụng các pili và các yếu tố bám dính khác để gắn kết với bề mặt tế bào. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng GOS không làm giảm sự biểu hiện của BfpA, một protein pili quan trọng trong sự bám dính của Escherichia coli. Điều này cho thấy rằng GOS có thể can thiệp vào các tương tác giữa BfpA và thụ thể của tế bào, từ đó ngăn chặn sự bám dính mà không làm giảm số lượng protein bám dính.

2.1. Tác động của GOS đến sự bám dính

GOS đã được chứng minh là có tác dụng ức chế sự bám dính của Escherichia coli theo cách phụ thuộc vào liều lượng. Nghiên cứu cho thấy rằng ở nồng độ 16 mg/ml, GOS có thể làm giảm đáng kể số lượng vi khuẩn bám dính trên tế bào. Điều này mở ra khả năng sử dụng GOS như một phương pháp điều trị dự phòng cho các nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra, đặc biệt là trong các trường hợp nhiễm trùng đường tiêu hóa.

III. Ứng dụng thực tiễn của oligosaccharides prebiotic

Việc sử dụng oligosaccharides prebiotic như GOS trong chế độ ăn uống có thể mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe. Chúng không chỉ giúp cải thiện sức khỏe đường ruột mà còn có thể giảm nguy cơ nhiễm trùng do vi khuẩn gây ra. Nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung GOS vào chế độ ăn có thể giúp ngăn ngừa sự bám dính của Escherichia coli, từ đó giảm thiểu nguy cơ nhiễm trùng. Điều này có thể có ý nghĩa lớn trong việc phát triển các sản phẩm thực phẩm chức năng nhằm cải thiện sức khỏe đường ruột.

3.1. Tương lai của nghiên cứu về prebiotic

Nghiên cứu về tác động của oligosaccharides prebiotic đến vi khuẩn gây bệnh mở ra nhiều hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo. Cần có thêm nhiều nghiên cứu để xác định rõ hơn về cơ chế hoạt động của các prebiotic này và khả năng ứng dụng của chúng trong điều trị và phòng ngừa các bệnh nhiễm trùng. Việc phát triển các sản phẩm chứa prebiotic có thể là một giải pháp hiệu quả trong việc cải thiện sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

EFFECT OF PREBIOTIC OLIGOSACCHARIDES ON ENTEROPATHOGENIC ESCHERICHIA COLI ADHERENCE By Kari Shoaf A DISSERTATION Presented To the Faculty of The Graduate College at the University of Nebraska In Partial Fulfillment of Requirements For the Degree of Doctor of Philosophy Major: Food Science and Technology Under the Supervision of Professor Robert W. Hutkins Lincoln, Nebraska November, 2006 UMI Number: 3243741 UMI Microform 3243741 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 EFFECT OF PREBIOTIC OLIGOSACCHARIDES ON ENTEROPATHOGENIC ESCHERICHIA COLI ADHERENCE Kari Shoaf, Ph. University of Nebraska, 2006 Advisor: Robert W. Hutkins Antiadhesion therapy has been found to be a very promising means to prevent and treat infections in the respiratory, urinary, and gastrointestinal tract. Despite the considerable research interest in antiadhesives, relatively little is known about the ability of commercial dietary oligosaccharides, such as prebiotics, to inhibit pathogen adherence. The goal of this research was to determine if commercially available prebiotic oligosaccharides could function as antiadhesive agents against enteropathogenic E. To investigate the ability of prebiotics to inhibit EPEC adherence, inhibition assays were performed by comparing adherence rates of EPEC on HEp-2 and Caco-2 cells in the presence of galactooligosaccharides (GOS), inulin, fructooligosaccharides, lactulose, or raffinose. These data showed that GOS significantly reduced binding of EPEC more than the other prebiotics tested. In addition, binding inhibition by GOS was shown to be dose-dependent and saturable at 16 mg/ml. Microscopic analyses indicated that GOS also reduced the number of EPEC per microcolony and the total number of microcolonies per infected cell. Both therapeutic and prophylactic GOS treatments were also examined. GOS was unable to displace previously adhered EPEC, but could prevent EPEC adherence when administered prior to infection. Additionally, GOS did not affect EPEC autoaggregation. To determine if GOS was inhibiting adherence at a molecular level, the expression of BfpA, a bundle forming pili protein involved in localized adherence, was examined. GOS did not affect BfpA expression indicating that adherence inhibition was not due to the absence of this adhesin. To further examine the role of EPEC adhesins in GOS-mediated adherence inhibition, adherence assays using HEp-2 and Caco-2 cell lines were performed using isogenic EPEC mutants. In general, GOS did not affect the adherence of strains lacking BfpA, suggesting that GOS may interfere specifically with BfpA- receptor interactions rather than with other potential EPEC adhesins and their receptors. These results show that commercial prebiotics, particularly GOS, directly inhibit the adherence of E. coli, and provides evidence that these agents may be used as antiadhesives against pathogens in both humans and animals. iii Acknowledgement I would like to thank my advisor Dr. Hutkins for his guidance and patience throughout my Ph. I would also like to express my gratitude to my committee members Dr. Moxley, and Dr. Rupnow for their helpful suggestions. My special thanks to Joe Nietfeldt and my fellow graduate students Andreia Bianchini, Jennifer Huebner, and Dr. Yong Jun Goh for their help and advice in various aspects of my research. I would also like to thank Dr. Glen Armstrong and his lab at the University of Calgary in Alberta, Canada for their guidance. Finally, I want to acknowledge my husband, Terry Sweeney, my parents John and Ginny Shoaf, my brother and his wife, Rylee and Crystal Shoaf, and my dear friends for their love, support, encouragement, and understanding during this challenging, yet prolific journey. iv Preface This dissertation consists of three chapters and a conclusions section. Chapter 1 is a literature review on bacterial adherence and the mechanisms by which adherence can be prevented. Chapter 2 describes our published (Shoaf et al. In press) results focusing on the ability of prebiotic oligosaccharides to inhibit the binding of enteropathogenic Escherichia coli E2348/69 to two types of tissue culture cells. In chapter 3, we report our results on the proposed Escherichia coli adhesins that may be involved in GOS-mediated adherence inhibition and the direct binding of Escherichia coli E2348/69 and other isogenic mutants to immobilized galactooligosaccharides. Lastly, a conclusions section summarizes the major research findings presented within this dissertation and suggests areas for future research.