Фактор вирулентности - Virulence factor

Факторы вирулентности (предпочтительно известные как факторы патогенности или эффекторы в науке о растениях) - это клеточные структуры, молекулы и регуляторные системы, которые позволяют микробным патогенам ( бактериям , вирусам , грибам и простейшим ) достигать следующего:

  • колонизация ниши в хозяине (это включает движение к клеткам-хозяевам и прикрепление к ним)
  • иммунное уклонение, уклонение от иммунного ответа хозяина
  • иммуносупрессия , подавление иммунного ответа хозяина (включая лейкоцидин- опосредованную гибель клеток)
  • вход в клетки и выход из них (если возбудитель внутриклеточный)
  • получить питание от хозяина

Специфические патогены обладают широким спектром факторов вирулентности. Некоторые из них кодируются хромосомами и присущи бактериям (например, капсулы и эндотоксин ), тогда как другие получены из мобильных генетических элементов, таких как плазмиды и бактериофаги (например, некоторые экзотоксины). Факторы вирулентности, кодируемые мобильными генетическими элементами, распространяются посредством горизонтального переноса генов и могут превращать безвредные бактерии в опасные патогены. Бактерии, подобные Escherichia coli O157: H7, получают большую часть своей вирулентности за счет мобильных генетических элементов. Грамотрицательные бактерии секретируют различные факторы вирулентности на границе раздела хозяин-патоген посредством переноса мембранных пузырьков в виде пузырьков внешней мембраны бактерий для инвазии, питания и других межклеточных коммуникаций. Было обнаружено, что многие патогены сконцентрировались на аналогичных факторах вирулентности, чтобы бороться с защитой эукариотических хозяев. Полученные факторы бактериальной вирулентности используются двумя разными способами, чтобы помочь им выжить и расти:

Привязанность, иммуноэвазия и иммуносупрессия

Бактерии продуцируют различные адгезины, включая липотейхоевую кислоту , тримерные адгезины-переносчики и множество других поверхностных белков, которые прикрепляются к ткани хозяина.

Капсулы, состоящие из углеводов, являются частью внешней структуры многих бактериальных клеток, включая Neisseria meningitidis . Капсулы играют важную роль в уклонении от иммунитета, поскольку они подавляют фагоцитоз , а также защищают бактерии вне организма хозяина.

Другой группой факторов вирулентности, которыми обладают бактерии, являются протеазы иммуноглобулина (Ig) . Иммуноглобулины - это антитела, экспрессируемые и секретируемые хозяевами в ответ на инфекцию. Эти иммуноглобулины играют важную роль в уничтожении патогена с помощью таких механизмов, как опсонизация . Некоторые бактерии, такие как Streptococcus pyogenes , способны расщеплять иммуноглобулины хозяина с помощью протеаз.

Вирусы также обладают заметными факторами вирулентности. Например, экспериментальные исследования часто сосредотачиваются на создании среды, которая изолирует и определяет роль « генов вирулентности, специфичных для ниши ». Это гены, которые выполняют определенные задачи в определенных тканях / местах в определенное время; сумма специфичных для ниши генов и есть вирулентность вируса . Гены, характерные для этой концепции, - это те, которые контролируют латентный период некоторых вирусов, таких как герпес. Гамма-вирус герпеса 68 (γHV68) мыши и человеческий герпесвирус зависят от подмножества генов, которые позволяют им поддерживать хроническую инфекцию путем реактивации при соблюдении определенных условий окружающей среды. Несмотря на то, что они не важны для литических фаз вируса, эти латентные гены важны для развития хронической инфекции и продолжения репликации у инфицированных людей.

Разрушающие ферменты

Некоторые бактерии, такие как Streptococcus pyogenes , Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa , продуцируют различные ферменты, которые вызывают повреждение тканей хозяина. Ферменты включают гиалуронидазу , которая расщепляет гиалуроновую кислоту, составляющую соединительной ткани ; ряд протеаз и липаз ; ДНКазы , расщепляющие ДНК, и гемолизины, расщепляющие различные клетки-хозяева, включая эритроциты.

Факторы вирулентности, играющие роль ГТФаз

Основная группа факторов вирулентности - это белки, которые могут контролировать уровни активации GTPases . Они действуют двумя способами. Один из них - действовать как GEF или GAP и становиться похожим на нормальный эукариотический клеточный белок. Другой - ковалентная модификация самой GTPase. Первый способ обратим; у многих бактерий, таких как сальмонелла, есть два белка, которые включают и выключают ГТФазы. Другой процесс необратим, с использованием токсинов для полного изменения целевой GTPase и отключения или отмены экспрессии гена.

Одним из примеров бактериального фактора вирулентности, действующего как эукариотический белок, является белок сальмонеллы SopE, он действует как GEF, включая GTPase для создания большего количества GTP. Он ничего не изменяет, но ускоряет нормальный процесс интернализации клеток, облегчая колонизацию бактерий внутри клетки-хозяина.

Йопт ( Yersinia белок наружного Т) из Yersinia является примером модификации хоста. Он модифицирует протеолитическое расщепление карбоксильного конца RhoA, высвобождая RhoA из мембраны. Неправильная локализация RhoA приводит к тому, что нижестоящие эффекторы не работают.

Токсины

Основная категория факторов вирулентности - бактериальные токсины. Они делятся на две группы: эндотоксины и экзотоксины .

Эндотоксины

Эндотоксин - это компонент ( липополисахарид (ЛПС) ) клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Это липид А часть этого LPS , который является токсичным. Липид А - эндотоксин. Эндотоксины вызывают сильное воспаление. Они связываются с рецепторами моноцитов, вызывая высвобождение медиаторов воспаления, которые вызывают дегрануляцию . Как часть этого иммунного ответа высвобождаются цитокины; они могут вызвать жар и другие симптомы, наблюдаемые во время болезни. Если присутствует большое количество ЛПС, может возникнуть септический шок (или эндотоксический шок), который в тяжелых случаях может привести к смерти. Как гликолипиды (в отличие от пептидов), эндотоксины не связываются B- или T-клеточными рецепторами и не вызывают адаптивного иммунного ответа.

Экзотоксины

Экзотоксины активно секретируются некоторыми бактериями и обладают широким спектром эффектов, включая ингибирование определенных биохимических путей в организме хозяина. Двумя наиболее мощными известными экзотоксинами являются столбнячный токсин ( тетаноспазмин ), секретируемый Clostridium tetani, и ботулинический токсин, секретируемый Clostridium botulinum . Экзотоксины также продуцируются рядом других бактерий, включая Escherichia coli ; Vibrio cholerae (возбудитель холеры ); Clostridium perfringens (частый возбудитель пищевых отравлений, а также газовой гангрены ) и Clostridium difficile (возбудитель псевдомембранозного колита ). Мощный трехбелковый фактор вирулентности, продуцируемый Bacillus anthracis , называемый токсином сибирской язвы , играет ключевую роль в патогенезе сибирской язвы . Экзотоксины чрезвычайно иммуногенны, что означает, что они вызывают гуморальный ответ (антитела нацелены на токсин).

Некоторые грибы также производят экзотоксины как конкурентный ресурс. Токсины, называемые микотоксинами , удерживают другие организмы от употребления пищи, населенной грибами. Как и в случае с бактериальными токсинами, существует множество грибковых токсинов. Возможно, одним из наиболее опасных микотоксинов является афлатоксин, вырабатываемый некоторыми видами рода Aspergillus (особенно A. flavus ). При повторном проглатывании этот токсин может вызвать серьезное повреждение печени.

Примеры

Примерами факторов вирулентности для золотистого стафилококка являются гиалуронидаза , протеаза , коагулаза , липазы , дезоксирибонуклеазы и энтеротоксины . Примерами Streptococcus pyogenes являются белок М , липотейхоевая кислота , капсула гиалуроновой кислоты , деструктивные ферменты (включая стрептокиназу , стрептодорназу и гиалуронидазу ) и экзотоксины (включая стрептолизин ). Примеры Listeria monocytogenes включают интерналин A, интерналин B, лизериолизин O и actA, все из которых используются для помощи в колонизации хозяина. Примерами Yersinia pestis являются измененная форма липополисахарида, система секреции третьего типа и патогенность YopE и YopJ. Цитолитический пептид кандидализин продуцируется Candida albicans во время образования гиф ; это пример фактора вирулентности грибка. Другие факторы вирулентности включают факторы, необходимые для образования биопленок (например, сортазы ) и интегрины (например, бета-1 и 3).

Воздействие на факторы вирулентности как средство инфекционного контроля

Были предложены стратегии воздействия на факторы вирулентности и кодирующие их гены. Небольшие молекулы, которые исследуются на предмет их способности подавлять факторы вирулентности и экспрессию факторов вирулентности, включают алкалоиды , флавоноиды и пептиды . Экспериментальные исследования проводятся для характеристики конкретных бактериальных патогенов и определения их специфических факторов вирулентности. Ученые пытаются лучше понять эти факторы вирулентности посредством идентификации и анализа, чтобы лучше понять инфекционный процесс в надежде, что в конечном итоге могут быть созданы новые диагностические методы, специфические противомикробные соединения и эффективные вакцины или токсоиды для лечения и предотвращения инфекции. Существует три основных экспериментальных способа определения факторов вирулентности: биохимический, иммунологический и генетический. По большей части генетический подход - это наиболее обширный способ определения факторов вирулентности бактерий. Бактериальная ДНК может быть изменена с патогенной на непатогенную, в их геном могут быть внесены случайные мутации, могут быть идентифицированы и мутированы специфические гены, кодирующие мембранные или секреторные продукты, и могут быть идентифицированы гены, которые регулируют гены вирулентности.

Эксперименты с участием Yersinia pseudotuberculosis были использованы для изменения фенотипа вирулентности непатогенных бактерий на патогенные. Благодаря горизонтальному переносу гена можно перенести a-клон ДНК от Yersinia на непатогенную E. coli и заставить их экспрессировать фактор патогенной вирулентности. Транспозон , элемент ДНК, вставляемый случайным образом, мутагенез ДНК бактерий также является широко используемым экспериментальным методом, проводимым учеными. Эти транспозоны несут маркер, который можно идентифицировать в ДНК. При случайном размещении транспозон может быть помещен рядом с фактором вирулентности или посередине гена фактора вирулентности, что останавливает экспрессию фактора вирулентности. Таким образом, ученые могут создать библиотеку генов, используя эти маркеры, и легко найти гены, вызывающие фактор вирулентности.

Смотрите также

использованная литература