Adhezyna bakteryjna - Bacterial adhesin
Adhezyny są składnikami powierzchni komórkowej lub przydatkami bakterii, które ułatwiają adhezję lub przyleganie do innych komórek lub powierzchni, zwykle w gospodarzu, w którym infekują lub w którym żyją. Adhezyny są rodzajem czynnika wirulencji .
Przyczepność jest istotnym krokiem w bakteryjnej patogenezy lub infekcji , wymaganego do kolonizacji nowego gospodarza . Adhezja i adhezyny bakteryjne są również potencjalnym celem profilaktyki lub leczenia infekcji bakteryjnych.
Tło
Bakterie są zwykle przywiązane i żyjące w bliskim związku z powierzchniami. Podczas życia bakterii, bakteria jest poddawana częstym siłom ścinającym . W najprostszym tego słowa znaczeniu adhezyny bakteryjne służą jako kotwice, które umożliwiają bakteriom przezwyciężenie tych środowiskowych sił ścinających, pozostając w ten sposób w pożądanym środowisku. Jednak adhezyny bakteryjne nie służą jako rodzaj uniwersalnego rzepa bakteryjnego. Działają raczej jak specyficzne cząsteczki rozpoznające powierzchnię, umożliwiając ukierunkowanie określonej bakterii na określoną powierzchnię, taką jak tkanka korzeni roślin, tkanki przewodu łzowego u ssaków, a nawet szkliwo zębów.
Większość Fimbrio z Gram-ujemnej bakterii jako adhezyn funkcjonować, ale w wielu przypadkach jest to drobne podjednostki białkowej w końcówce fimbrii że jest rzeczywista adhezyny. W bakteriach Gram-dodatnich warstwa powierzchniowa białka lub polisacharydu służy jako specyficzna adhezyna. Aby skutecznie osiągnąć przyleganie do powierzchni gospodarza, wiele bakterii wytwarza wiele czynników przylegania zwanych adhezynami .
Adhezyny bakteryjne zapewniają tropizm gatunkowy i tkankowy . Adhezyny są wyrażane zarówno przez bakterie chorobotwórcze, jak i saprofityczne . Ta częstość występowania oznacza je jako kluczowe czynniki wirulencji drobnoustrojów , oprócz zdolności bakterii do wytwarzania toksyn i odporności na obronę immunologiczną gospodarza.
Struktury
Dzięki mechanizmom ewolucji różne gatunki bakterii opracowały różne rozwiązania problemu przyłączania białek specyficznych dla receptora do powierzchni bakterii. Obecnie w literaturze można zaobserwować wiele różnych typów i podklas adhezyn bakteryjnych.
Typowa struktura adhezji bakteryjnej to fimbria lub pilus . Adhezja bakteryjna składa się głównie z wewnątrzbłonowego białka strukturalnego, które zapewnia rusztowanie, do którego można przyczepić kilka zewnątrzkomórkowych adhezyn. Jednakże, tak jak w przypadku fimbrii CFA1, samo białko strukturalne może czasami działać jako adhezja, jeśli część białka rozciąga się do ECM .
Adhezyna FimH – struktura
Najlepiej scharakteryzowaną adhezyną bakteryjną jest fimbrialna adhezyna FimH typu 1. Ta adhezyna jest odpowiedzialna za adhezję wrażliwą na D-mannozę . Bakteria syntetyzuje białko prekursorowe składające się z 300 aminokwasów, a następnie przetwarza białko, usuwając kilka peptydów sygnałowych, ostatecznie pozostawiając białko o długości 279 aminokwasów. Dojrzały FimH jest prezentowany na powierzchni bakterii jako składnik organelli fimbrialnych typu 1.
W 1999 roku struktura FimH została rozwiązana za pomocą krystalografii rentgenowskiej . FimH składa się z dwóch domen. Domena adhezyjna N-końcowa odgrywa główną rolę w rozpoznawaniu powierzchni, podczas gdy domena C-końcowa jest odpowiedzialna za integrację organelli. Pętli tetra-peptyd łączy dwie domeny. Dodatkowo, na końcu N-końcowej domeny adhezyjnej zidentyfikowano kieszonkę wiążącą węglowodany. Ta podstawowa struktura jest zachowana we wszystkich adhezynach fimbrialnych typu 1, chociaż ostatnie badania wykazały, że mutacje indukowane in vitro mogą prowadzić do dodania specyficzności domeny C-końcowej, co skutkuje adhezją bakterii z miejscami podwójnego zginania i powiązanymi fenotypami wiązania.
Jako czynniki zjadliwości
Większość patogenów bakteryjnych wykorzystuje adhezję specyficzną do komórek gospodarza jako główny czynnik wirulencji . „Zidentyfikowano dużą liczbę adhezyn bakteryjnych o indywidualnej specyficzności receptora”. Wiele patogenów bakteryjnych jest zdolnych do ekspresji szeregu różnych adhezyn. Ekspresja tych adhezyn w różnych fazach infekcji odgrywa najważniejszą rolę w zjadliwości opartej na adhezji. Liczne badania wykazały, że hamowanie pojedynczej adhezyny w tym skoordynowanym wysiłku może często wystarczyć, aby patogenna bakteria stała się niewirulentna . Doprowadziło to do zbadania przerwania aktywności adhezyn jako metody leczenia infekcji bakteryjnych.
Szczepionki na bazie adhezyn
Badania nad adhezynami jako punktem wykorzystania szczepionek pochodzą z wczesnych badań, które wykazały, że ważnym elementem ochronnej odporności przeciwko niektórym bakteriom jest zdolność do zapobiegania wiązaniu adhezyn. Ponadto adhezyny są atrakcyjnymi kandydatami na szczepionki, ponieważ często są niezbędne do infekcji i znajdują się na powierzchni, dzięki czemu są łatwo dostępne dla przeciwciał .
Skuteczność przeciw adhezyny przeciwciał zilustrowano badaniach FimH, adhezyny z uropatogennych Escherichia coli (UPEC). Praca z E. coli wynika z obserwacji ludzkiej odporności nabytej. Dzieci w krajach trzeciego świata mogą cierpieć na kilka epizodów biegunki związanej z E. coli w ciągu pierwszych trzech lat życia. Jeśli dziecko przeżyje ten początkowy okres podatności, częstość infekcji zazwyczaj znacznie spada. Badania terenowe pokazują, że ta nabyta odporność jest skierowana przede wszystkim przeciwko adhezynom bakteryjnym.
Ostatnie badania z Worcester Polytechnic Institute pokazują, że spożywanie soku żurawinowego może hamować działanie adhezyn UPEC. Wykorzystując mikroskopię sił atomowych naukowcy wykazali, że siły adhezji zmniejszają się wraz z upływem czasu po spożyciu soku żurawinowego . Badania te otworzyły drzwi do dalszych badań nad szczepionkami podawanymi doustnie, które wykorzystują adhezyny bakteryjne.
Szereg problemów stwarza wyzwania dla badacza badającego koncepcję odporności na adhezyny. Po pierwsze, duża liczba różnych adhezyn bakteryjnych atakuje te same tkanki ludzkie. Co więcej, pojedyncza bakteria może wytwarzać wiele różnych typów adhezyny, w różnym czasie, w różnych miejscach iw odpowiedzi na różne czynniki środowiskowe. Wreszcie, wiele adhezyn występuje jako różne immunologicznie różne odmiany antygenowe, nawet w obrębie tego samego klonu (jak w przypadku Neisseria gonorrhoeae ).
Pomimo tych wyzwań poczyniono postępy w tworzeniu szczepionek antyadhezyjnych. W modelach zwierzęcych immunizacja bierna przeciwciałami anty-FimH i szczepienie białkiem znacznie zmniejszyły kolonizację przez UPEC. Ponadto, Bordetella pertussis adhezyny FHA i pertaktyny są elementy do trzech z czterech bezkomórkowych szczepionek przeciw krztuścowi obecnie dopuszczone do użytku w Stanach Zjednoczonych Dodatkowo, szczepionki przeciw adhezji badano jako roztworu do infekcji dróg moczowych (UTIS). Wykazano, że zastosowanie syntetycznych peptydów adhezyjnych FimH zapobiega infekcji błony śluzowej układu moczowo-płciowego przez E. coli u myszy.
Konkretne przykłady
Rodzina dr
| Adhesin_Dr | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 drae adhesin z escherichia coli
| |||||||||
| Identyfikatory | |||||||||
| Symbol | Adhesin_Dr | ||||||||
| Pfam | PF04619 | ||||||||
| Klan Pfam | CL0204 | ||||||||
| InterPro | IPR006713 | ||||||||
| |||||||||
Dr rodziny adhezyn wiążą się Dr grup krwi antygenu składnik przyspieszający rozkład czynnika (DAF). Białka te zawierają zarówno fimbriowane, jak i fimbriowane struktury przylegania i pośredniczą w przyleganiu uropatogennych Escherichia coli do dróg moczowych. Robią to poprzez wywoływanie rozwoju długich wydłużeń komórkowych, które owijają się wokół bakterii. Nadają również fenotyp hemaglutynacji opornej na mannozę, który może być hamowany przez chloramfenikol . Uważa się, że N-końcowa część dojrzałego białka jest odpowiedzialna za wrażliwość na chloramfenikol. Indukują również aktywację kilku kaskad przekazywania sygnału , w tym aktywację kinazy PI-3 .
Rodzina adhezyn Dr jest szczególnie związana z zapaleniem pęcherza moczowego i odmiedniczkowym zapaleniem nerek związanym z ciążą .
Wielowartościowe cząsteczki adhezyjne
Wielowartościowe cząsteczki adhezyjne (MAM) to szeroko rozpowszechniona rodzina adhezyn występujących w bakteriach Gram-ujemnych, w tym E. coli , Vibrio , Yersinia i Pseudomonas aeruginosa . MAM zawierają tandemowe powtórzenia domen wejścia do komórek ssaków (MCE), które specyficznie wiążą się z białkami macierzy zewnątrzkomórkowej i anionowymi lipidami w tkankach gospodarza. Ponieważ występują one obficie w wielu patogenach o znaczeniu klinicznym, wielowartościowe cząsteczki adhezyjne są potencjalnym celem profilaktycznych lub terapeutycznych środków przeciwinfekcyjnych. Wykazano, że zastosowanie inhibitora adhezji ukierunkowanej na MAM znacząco zmniejsza kolonizację ran oparzeniowych przez wielolekooporną Pseudomonas aeruginosa u szczurów.
N. gonoroheae
N. gonorrhoeae jest żywicielem prawie wyłącznie człowieka. „Obszerne badania pozwoliły ustalić adhezyny fimbrialne typu 4czynników wirulencji N. gonorrhoeae ”. Badania te wykazały, że tylko szczepy zdolne do ekspresji fimbrii są patogenne. Zakażenia Neisseria gonorrhoeae charakteryzujewysoka przeżywalność neutrofili wielojądrzastych (PMN). Ponadto ostatnie badania przeprowadzone w Sztokholmie wykazały, że Neisseria może łapać autostop na PMN, używając ich pilusów adhezynowych, ukrywając je w ten sposób przedfagocytarną aktywnością neutrofili . To działanie ułatwia rozprzestrzenianie się patogenu w warstwie komórek nabłonka.
E coli
Szczepy Escherichia coli najbardziej znane z wywoływania biegunki można znaleźć w tkance jelitowej świń i ludzi, gdzie eksprymują K88 i CFA1. do przymocowania do wyściółki jelit. Dodatkowo UPEC powoduje około 90% infekcji dróg moczowych . Spośród tych E. coli, które powodują ZUM , 95% wyraża fimbrie typu 1. FimH w E. coli pokonuje odpowiedź immunologiczną opartą na przeciwciałach poprzez naturalną konwersję ze stanu wysokiego do niskiego powinowactwa. Dzięki tej konwersji adhezja FimH może zrzucićzwiązane z nią przeciwciała . Escherichia coli FimH stanowi przykład odpowiedzi immunologicznej specyficznej dla konformacji, która wzmacnia wpływ na białko. Badając tę konkretną adhezję, naukowcy mają nadzieję opracować szczepionki specyficzne dla adhezji, które mogą służyć jako model adhezji patogenów za pośrednictwem przeciwciał.
Zobacz też
Bibliografia
Adhezyny są również wykorzystywane w komunikacji komórkowej i wiążą się z komunikatorami powierzchniowymi. Może być również używany do wiązania się z innymi bakteriami.
Zewnętrzne linki
- Bakterie + Adhezyna w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)