Фактор вирулентности - Virulence factor

Факторы вирулентности молекулы производятся бактерии, вирусы, грибы, и простейшие которые повышают их эффективность и позволяют им достичь следующего:[нужна цитата ]

  • колонизация ниши в хозяине (включая прикрепление к клеткам)
  • иммуноэвазия, уклонение от иммунного ответа хозяина[1]
  • иммуносупрессия, подавление иммунного ответа хозяина
  • вход в клетки и выход из них (если возбудитель внутриклеточный)
  • получить питание от хозяина

Специфические патогены обладают широким спектром факторов вирулентности. Некоторые хромосомно закодированы и присущи бактериям (например, капсулы и эндотоксин ), а другие получаются из мобильные генетические элементы подобно плазмиды и бактериофаги (например, некоторые экзотоксины). Факторы вирулентности, кодируемые мобильными генетическими элементами, распространяются через горизонтальный перенос генов, и может превращать безвредные бактерии в опасные патогены. Бактерии как Escherichia coli O157: H7 получить большую часть своих вирулентность из мобильных генетических элементов. Грамотрицательные бактерии секретируют различные факторы вирулентности в интерфейс хозяин-патоген, через перемещение мембранных пузырьков в качестве бактериальные везикулы наружной мембраны для вторжения, питания и других межклеточных коммуникаций. Было обнаружено, что многие патогены сконцентрировались на аналогичных факторах вирулентности, чтобы бороться с эукариотический защита хозяев. Полученные факторы бактериальной вирулентности используются двумя разными способами, чтобы помочь им выжить и расти:

Привязанность, иммуноэвазия и иммуносупрессия

Бактерии продуцируют различные адгезины включая липотейхоевая кислота, адгезины тримерного автотранспорта и широкий спектр других поверхностных белков для прикрепления 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 защищает бактерии вне хозяина.

Другой группой факторов вирулентности, которыми обладают бактерии, являются: иммуноглобулин (Ig) протеазы. 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 фокусируются на создании сред, которые изолируют и определяют роль "ниша -специфическая вирулентность гены ». Это гены, которые выполняют определенные задачи в определенных тканях / местах в определенное время; сумма генов, специфичных для ниши, и есть вирус » вирулентность. Гены, характерные для этой концепции, - это те, которые контролируют задержка в некоторых вирусах, таких как герпес. Мышиный гамма герпесвирус 68 (γHV68) и человека герпесвирусы зависят от подмножества генов, которые позволяют им поддерживать хроническую инфекцию за счет реактивации при определенных условиях окружающей среды. Хотя они и не нужны литический На фазах вируса эти латентные гены важны для развития хронической инфекции и продолжения репликации у инфицированных людей.[2]

Разрушающие ферменты

Некоторые бактерии, такие как Streptococcus pyogenes, Золотистый стафилококк и Синегнойная палочка, продуцируют различные ферменты, которые вызывают повреждение тканей хозяина. Ферменты включают гиалуронидаза, который разрушает соединительнотканный компонент гиалуроновая кислота; ряд протеаз и липазы; ДНКазы, которые расщепляют ДНК, и гемолизины которые разрушают различные клетки-хозяева, включая красные кровяные тельца. Факторы вирулентности в основном включают антигенную структуру и токсины, продуцируемые организмами.

Факторы вирулентности, играющие роль ГТФаз

Основную группу факторов вирулентности составляют белки, которые могут контролировать уровни активации GTPases. Они действуют двумя способами. Один из них - действовать как GEF или GAP и становиться похожим на обычный 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 SopE сальмонеллы, он действует как GEF, включая GTPase для создания большего количества GTP. Он ничего не меняет, но ускоряет нормальный процесс интернализации клетки, облегчая колонизацию бактерий внутри клетки-хозяина.

YopT (Иерсиния внешний белок Т) из Иерсиния это пример 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

Основную группу факторов вирулентности составляют 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, которая токсична.[3] Липид А - эндотоксин. Эндотоксины вызывают сильное воспаление. Они связываются с рецепторами на моноциты вызывает высвобождение медиаторов воспаления, которые вызывают дегрануляция. Как часть этого иммунного ответа высвобождаются цитокины; они могут вызывать 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. Два самых сильных известных экзотоксина[3] столбнячный токсин (тетаноспазмин ) секретный Clostridium tetani и ботулинический токсин секретно Clostridium botulinum. Экзотоксины также производятся рядом других бактерий, включая кишечная палочка; Холерный вибрион (возбудитель холера ); Clostridium perfringens (распространенный возбудитель пищевое отравление а также газовая гангрена ) и Clostridium difficile (возбудитель псевдомембранозный колит ). Мощный трехбелковый фактор вирулентности, продуцируемый бацилла сибирской язвы, называется токсин сибирской язвы, играет ключевую роль в сибирская язва патогенез. Экзотоксины чрезвычайно иммуногенны, что означает, что они вызывают гуморальный ответ (антитела нацелены на токсин).

Экзотоксины также производятся некоторыми грибы как конкурентный ресурс. Токсины, названные микотоксины, 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 производятся некоторыми видами рода Аспергиллы (особенно A. flavus ). При повторном проглатывании этот токсин может вызвать серьезное повреждение печени.

Примеры

Примеры факторов вирулентности для Золотистый стафилококк находятся гиалуронидаза, протеаза, коагулаза, липазы, дезоксирибонуклеазы и энтеротоксины. Примеры для Streptococcus pyogenes находятся М белок, липотейхоевая кислота, гиалуроновая кислота капсула, деструктивные ферменты (в т.ч. стрептокиназа, стрептодорназа, и гиалуронидаза ), и экзотоксины (включая стрептолизин ). Примеры для Listeria monocytogenes включают интерналин A, интерналин B, лизериолизин О, и actA, которые используются для колонизации хозяина. Примеры для Yersinia pestis представляют собой измененную форму липополисахарида, систему секреции третьего типа и патогенность YopE и YopJ. Цитолитический пептид Кандидализин производится во время гиф формирование грибковые микроорганизмы албиканс; это пример фактора вирулентности грибка. Другие факторы вирулентности включают факторы, необходимые для биопленка формирование (например, сортировки ) и интегрины (например, бета-1 и 3). [4]

Воздействие на факторы вирулентности как средство инфекционного контроля

Были предложены стратегии нацеливания на факторы вирулентности и кодирующие их гены.[5] Маленькие молекулы исследуются на их способность подавлять факторы вирулентности и фактор вирулентности выражение включают алкалоиды,[6] флавоноиды,[7] и пептиды.[8]Экспериментальные исследования проводятся для характеристики конкретных бактериальных патогенов и определения их конкретных 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 общих 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 Иерсиний псевдотуберкулез были использованы для изменения фенотипа вирулентности непатогенных бактерий на патогенные. Из-за горизонтального переноса генов можно перенести a-клон ДНК из Иерсиния непатогенным Кишечная палочка и заставить их выражать фактор патогенной вирулентности. Транспозон, элемент ДНК, вставленный 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

Рекомендации

  1. ^ Крест, Алан С (2008). "Что такое фактор вирулентности?". Критический уход. 12 (6): 197. Дои:10.1186 / cc7127. ЧВК  2646308. PMID  19090973. Получено 28 марта 2019.
  2. ^ Книп, Хоули, Дэвид, Питер (2013). Поля вирусологии, 6-е издание. Филадельфия, Пенсильвания, США: LIPPINCOTT WILLIAMS & WILKINS. п. 254. ISBN  978-1-4511-0563-6.
  3. ^ а б Левинсон, В. (2010). Обзор медицинской микробиологии и иммунологии (11-е изд.). Макгроу-Хилл.
  4. ^ Бьен, Юстина; Соколова Ольга; Божко, Пшемыслав (21 мая 2018 г.). "Характеристика факторов вирулентности Золотистый стафилококк: Новая функция известных факторов вирулентности, которые участвуют в активации провоспалительного ответа эпителия дыхательных путей ». Журнал патогенов. 2011: 601905. Дои:10.4061/2011/601905. ЧВК  3335658. PMID  22567334.
  5. ^ Кин, Э. С. (декабрь 2012 г.). «Парадигмы патогенеза: нацеливание на мобильные генетические элементы болезни». Границы клеточной и инфекционной микробиологии. 2: 161. Дои:10.3389 / fcimb.2012.00161. ЧВК  3522046. PMID  23248780.
  6. ^ Дебора Т. Хунг; Елизавета Александровна Шахнович; Эмили Пирсон; Джон Дж. Мекаланос (2005). «Низкомолекулярный ингибитор вирулентности холерного вибриона и колонизации кишечника». Наука. 310 (5748): 670–674. Дои:10.1126 / science.1116739. PMID  16223984.
  7. ^ Т. Тим Кушни; Эндрю Дж. Лэмб (2011). «Последние достижения в понимании антибактериальных свойств флавоноидов» (PDF). Международный журнал противомикробных агентов. 38 (2): 99–107. Дои:10.1016 / j.ijantimicag.2011.02.014. PMID  21514796.
  8. ^ Оскар Кириони; Роберто Гизелли; Даниэле Минарди; Фиоренца Орландо; Федерико Мокчегиани; Кармела Сильвестри; Джованни Музконигро; Витторио Саба; Джорджио Скализе; Наоми Балабан и Андреа Джакометти (2007). «Пептид, ингибирующий РНКIII, влияет на образование биопленок на модели стента стента стента, вызванной стафилококком у крыс». Противомикробные препараты и химиотерапия. 51 (12): 4518–4520. Дои:10.1128 / AAC.00808-07. ЧВК  2167994. PMID  17875996.