坏细菌如何找到人体内的入口点来引起感染?这个问题对于传染病专家和研究细菌的人来说至关重要。有害病原体(如沙门氏菌)会通过复杂的肠道系统找到出路，而有益微生物和免疫细胞的数量远远超过它们。尽管如此，病原体还是会找到肠道中脆弱的入口点，从而入侵并感染人体。

加州大学戴维斯分校健康研究小组发现了这些病原体用来寻找这些开口的新型生物电机制。他们的研究发表在《自然微生物学》上。

细菌突破肠道屏障

沙门氏菌每年在美国导致约135万人患病，420人亡。这种病原体需要穿过肠道内壁才能感染人体。

“沙门氏菌被摄入后会进入肠道。在那里，它们的数量远远少于100万亿个有益细菌(称为共生菌)。它们面临的几率只有百万分之一，”这项研究的主要作者、内科、眼科和视觉科学以及皮肤科的研究科学家孙耀辉说。

为了了解沙门氏菌如何进入肠道，研究人员观察了鼠伤寒沙门氏菌(一种沙门氏菌菌株)的运动，并将其与无害的大肠杆菌(E.coli)菌株的运动进行了比较。

应对复杂的肠道环境

肠道结构非常复杂。其上皮结构包括绒毛上皮和滤泡相关上皮(FAE)。绒毛上皮由吸收细胞(肠细胞)组成，具有有助于营养吸收的突起。

另一方面，FAE包含M细胞，覆盖在称为派尔淋巴结的小淋巴组织簇上。这些M细胞负责抗原采样。它们是免疫系统抵御微生物和饮食抗原的第一道防线。

在2Vcm−1的定向电场作用下，大肠杆菌()和沙门氏菌(绿色)同时且分别向阳极和阴极迁移。图片来源：NatureMicrobiology(2024)。DOI：10.1038/s415-024-01778-8

发现

在小鼠模型上进行的研究表明，沙门氏菌可以检测FAE中的电信号。它们会向肠道的这个部位移动，在那里找到可以进入的开口。这种响应电场的细胞运动过程称为趋电性或电趋性。

“我们的研究发现，这个&luo;入口点&ruo;有电场，沙门氏菌可以利用它通过，”这项研究的资深作者赵敏说。赵敏是加州大学戴维斯分校眼科和皮肤病学教授，也是再生治疗研究所的研究员。

研究还显示，大肠杆菌和沙门氏菌对生物电场的反应不同。它们对同一电信号的反应截然相反。大肠杆菌聚集在绒毛附近，而沙门氏菌则聚集在FAE附近。

研究检测到了进入吸收绒毛并流出FAE的电流循环。

“值得注意的是，肠道上皮细胞中的生物电场配置方式使沙门氏菌能够被分流到FAE，而大肠杆菌则不太容易利用，”孙教授解释道。“病原体似乎更喜欢通过FAE作为入侵宿主并引起感染的通道。”

先前的研究表明，细菌利用趋化性来移动。有了趋化性，细菌就能感知化学梯度，并向特定化合物移动或远离特定化合物。但这项新研究表明，沙门氏菌对FAE的趋电性并不是通过趋化性途径发生的。

赵说：“我们的研究提出了一种调节沙门氏菌针对肠道上皮的替代或补充机制。”

与IBD和其他肠道疾病的潜在联系

这项研究可能有助于解释复杂的慢性疾病，如炎症性肠病(IBD)。

“这种机制代表了一种新的病原体-人体&luo;备竞赛&ruo;，对其他细菌感染以及预防和治疗可能性都有潜在影响，”赵说。“人们认为，IBD的根本原因是对有益细菌的过度和异常免疫反应。了解易患IBD的患者肠道上皮是否也有异常的生物电活动将会很有趣。”