Фактор вирулентности
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( сентябрь 2014 г. ) |
Факторы вирулентности (предпочтительно известные как факторы патогенности или эффекторы в ботанике ) представляют собой клеточные структуры, молекулы и регуляторные системы, которые позволяют микробным патогенам ( бактериям , вирусам , грибам и простейшим ) достигать следующего: [1] [2]
- колонизация ниши хозяина (включая перемещение и прикрепление к клеткам-хозяевам) [1] [2]
- иммуноуклонение, уклонение от иммунного ответа хозяина [1] [2] [3]
- иммуносупрессия , подавление иммунного ответа хозяина (включая лейкоцидин -опосредованную гибель клеток) [1]
- вход в клетки и выход из них (если возбудитель внутриклеточный) [4]
- получать питание от хозяина [1]
Конкретные патогены обладают широким набором факторов вирулентности. Некоторые из них кодируются хромосомами и присущи бактериям (например, капсулы и эндотоксины ), тогда как другие получены из мобильных генетических элементов, таких как плазмиды и бактериофаги (например, некоторые экзотоксины). Факторы вирулентности, закодированные в мобильных генетических элементах, распространяются посредством горизонтального переноса генов и могут превращать безвредные бактерии в опасные патогены. Бактерии, подобные Escherichia coli O157:H7, большую часть своей вирулентности приобретают за счет мобильных генетических элементов. Грамотрицательные бактерии секретируют различные факторы вирулентности на границе между хозяином и патогеном посредством транспортировки мембранных везикул в виде везикул внешней мембраны бактерий для инвазии, питания и других межклеточных коммуникаций. Было обнаружено, что многие патогены объединились с одинаковыми факторами вирулентности, чтобы бороться с эукариотических защитой хозяев. Эти полученные бактериальные факторы вирулентности имеют два разных пути, помогающих им выжить и расти:
- Факторы используются для помощи и содействия колонизации хозяина. К этим факторам относятся адгезины , инвазины и антифагоцитарные факторы. бактериальные жгутики , придающие подвижность. К этим факторам вирулентности относятся [5]
- Факторы, в том числе токсины , гемолизины и протеазы , наносят вред хозяину.
Прикрепление, иммуноуклонение и иммуносупрессия
[ редактировать ]Бактерии производят различные адгезины , включая липотейхоевую кислоту , тримерные автотранспортеры и множество других поверхностных белков для прикрепления к ткани хозяина.
Капсулы, состоящие из углеводов, составляют часть внешней структуры многих бактериальных клеток, включая Neisseria meningitidis . Капсулы играют важную роль в уклонении от иммунитета, поскольку они ингибируют фагоцитоз , а также защищают бактерии вне хозяина.
Другой группой факторов вирулентности, которыми обладают бактерии, являются иммуноглобулинов (Ig) протеазы . Иммуноглобулины представляют собой антитела, экспрессируемые и секретируемые хозяином в ответ на инфекцию. Эти иммуноглобулины играют важную роль в уничтожении возбудителя посредством таких механизмов, как опсонизация . Некоторые бактерии, такие как Streptococcus pyogenes , способны расщеплять иммуноглобулины хозяина с помощью протеаз.
Вирусы также обладают заметными факторами вирулентности. Экспериментальные исследования, например, часто фокусируются на создании среды, которая изолирует и определяет роль « специфичных для ниши генов вирулентности ». Это гены, которые выполняют определенные задачи в определенных тканях/местах в определенное время; Сумма генов, специфичных для ниши, представляет собой вирулентность вируса . Гены, характерные для этой концепции, — это те, которые контролируют латентный период некоторых вирусов, таких как герпес. Мышиный человека гамма-герпесвирус 68 (γHV68) и герпесвирусы зависят от подмножества генов, которые позволяют им поддерживать хроническую инфекцию путем реактивации при определенных условиях окружающей среды. Хотя эти латентные гены не являются существенными для литических фаз вируса, они важны для развития хронической инфекции и продолжения репликации у инфицированных людей. [6]
Деструктивные ферменты
[ редактировать ]Некоторые бактерии, такие как Streptococcus pyogenes , Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa , вырабатывают различные ферменты, которые вызывают повреждение тканей хозяина. Ферменты включают гиалуронидазу , которая расщепляет компонент соединительной ткани гиалуроновую кислоту ; ряд протеаз и липаз ; ДНКазы , расщепляющие ДНК, и гемолизины, разрушающие различные клетки-хозяева, включая эритроциты.
ГТФазы
[ редактировать ]Основной группой факторов вирулентности являются белки, которые могут контролировать уровни активации ГТФаз . Есть два способа их действия. Один из них — действовать как GEF или GAP и продолжать выглядеть как обычный эукариотический клеточный белок. Другой — ковалентная модификация самой ГТФазы. Первый способ обратим; многие бактерии, такие как сальмонелла, имеют два белка, которые включают и выключают ГТФазы. Другой процесс необратим: токсины используются для полного изменения целевой ГТФазы и остановки или подавления экспрессии генов.
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 клеточной интернализации, облегчая колонизацию бактерий внутри клетки-хозяина.
YopT ( внешний белок Т иерсинии ) из иерсинии является примером модификации хозяина. Он модифицирует протеолитическое расщепление карбоксильного конца RhoA, высвобождая RhoA из мембраны. Неправильная локализация RhoA приводит к тому, что нижестоящие эффекторы не работают.
Токсины
[ редактировать ]Основной категорией факторов вирулентности являются бактериальные токсины. Они делятся на две группы: эндотоксины и экзотоксины . [4]
Эндотоксины
[ редактировать ]Эндотоксин – компонент ( липополисахарид (ЛПС) ) клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Именно липид А, являющийся частью этого ЛПС, является токсичным. [4] Липид А является эндотоксином. Эндотоксины вызывают интенсивное воспаление. Они связываются с рецепторами моноцитов, вызывая высвобождение медиаторов воспаления, которые вызывают дегрануляцию . В рамках этого иммунного ответа высвобождаются цитокины; они могут вызвать лихорадку 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 с В- или Т-клеточными рецепторами и не вызывают адаптивного иммунного ответа.
Экзотоксины
[ редактировать ]Экзотоксины активно секретируются некоторыми бактериями и обладают широким спектром эффектов, включая ингибирование определенных биохимических путей в организме хозяина. Два самых мощных известных экзотоксина [4] Столбнячный токсин ( тетаноспазмин ), секретируемый Clostridium tetani , и ботулинический токсин, секретируемый Clostridium botulinum . Экзотоксины также производятся 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 сибирской язвы патогенезе . Экзотоксины чрезвычайно иммуногенны, что означает, что они вызывают гуморальный ответ (антитела нацелены на токсин).
Экзотоксины также производятся некоторыми грибами в качестве конкурентоспособного ресурса. Токсины, называемые микотоксинами , удерживают другие организмы от потребления пищи, колонизированной грибами. Как и бактериальные токсины, существует широкий спектр грибковых токсинов. Вероятно, одним из наиболее опасных микотоксинов является афлатоксин, продуцируемый некоторыми видами рода Aspergillus (особенно A. flavus ). При неоднократном приеме внутрь этот токсин может вызвать серьезное повреждение печени.
Примеры
[ редактировать ]Примерами факторов вирулентности 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 А, интерналин В, листериолизин О и актА, все из которых используются для колонизации хозяина. Примерами Yersinia pestis являются измененная форма липополисахарида, система секреции третьего типа и патогенность YopE и YopJ. Цитолитический пептид Кандидализин вырабатывается во время гиф образования Candida albicans ; это пример фактора вирулентности гриба. Другие факторы вирулентности включают факторы, необходимые для образования биопленок (например, сортазы ) и интегрины (например, бета-1 и 3). [7]
Торможение и контроль
[ редактировать ]Были предложены стратегии воздействия на факторы вирулентности и кодирующие их гены. [8] Малые молекулы, исследуемые на предмет их способности ингибировать факторы вирулентности и экспрессию факторов вирулентности, включают алкалоиды , [9] флавоноиды , [10] и пептиды . [11] Экспериментальные исследования проводятся для характеристики конкретных бактериальных возбудителей и выявления 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 идентификации факторов вирулентности: биохимический, иммунологический и генетический. По большей части генетический подход является наиболее обширным способом выявления факторов вирулентности бактерий. ДНК бактерий 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, а также могут быть идентифицированы гены, регулирующие гены вирулентности.
Эксперименты с иерсиниями псевдотуберкулеза использовались для изменения фенотипа вирулентности непатогенных бактерий на патогенные. Благодаря горизонтальному переносу генов можно перенести клон ДНК из иерсинии в непатогенную кишечную палочку и заставить ее экспрессировать патогенный фактор вирулентности. Транспозон , элемент ДНК, вставленный случайным образом, мутагенез ДНК бактерий также широко используется учеными в качестве экспериментального метода. Эти транспозоны несут маркер, который можно идентифицировать в ДНК. При случайном размещении транспозон может быть помещен рядом с фактором вирулентности или помещен в середину гена фактора вирулентности, что останавливает экспрессию фактора вирулентности. Таким образом, ученые смогут создать библиотеку генов, используя эти маркеры, и легко найти гены, вызывающие фактор вирулентности.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Касадевалл А, Пирофски Л.А. (2009). «Факторы вирулентности и механизмы их действия: взгляд со стороны системы реагирования на ущерб». Журнал воды и здоровья . 7 (Дополнение 1): С2–С18. дои : 10.2166/wh.2009.036 . ПМИД 19717929 .
- ^ Jump up to: а б с Райдинг С. (2021). «Что такое факторы вирулентности?» . Новости-Medical.Net . Проверено 3 июня 2021 г.
- ^ Кросс, Алан С (2008). «Что такое фактор вирулентности?» . Критическая помощь . 12 (6): 197. дои : 10.1186/cc7127 . ПМК 2646308 . ПМИД 19090973 .
- ^ Jump up to: а б с д Левинсон, В. (2010). Обзор медицинской микробиологии и иммунологии (11-е изд.). МакГроу-Хилл.
- ^ Дуань, Вопрос; Чжоу, М; Чжу, Л; Чжу, Г. (январь 2013 г.). «Жгутики и патогенность бактерий». Журнал фундаментальной микробиологии . 53 (1): 1–8. дои : 10.1002/jobm.201100335 . ПМИД 22359233 . S2CID 22002199 .
- ^ Найп, Хоули, Дэвид, Питер (2013). Вирусология Филдса, 6-е издание . Филадельфия, Пенсильвания, США: ЛИППИНКОТТ УИЛЬЯМС И УИЛКИНС. п. 254. ИСБН 978-1-4511-0563-6 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Бьен, Юстина; Соколова, Ольга; Бозко, Пшемыслав (21 мая 2018 г.). «Характеристика факторов вирулентности золотистого стафилококка : новая функция известных факторов вирулентности, которые участвуют в активации провоспалительной реакции эпителия дыхательных путей» . Журнал патогенов . 2011 : 601905. doi : 10.4061/2011/601905 . ПМЦ 3335658 . ПМИД 22567334 .
- ^ Кин, ЕС (декабрь 2012 г.). «Парадигмы патогенеза: воздействие на мобильные генетические элементы болезней» . Границы клеточной и инфекционной микробиологии . 2 : 161. дои : 10.3389/fcimb.2012.00161 . ПМЦ 3522046 . ПМИД 23248780 .
- ^ Дебора Т. Хунг; Елизавета Александровна Шахнович; Эмили Пирсон; Джон Дж. Мекаланос (2005). «Низкомолекулярный ингибитор вирулентности и колонизации кишечника холерного вибриона» . Наука . 310 (5748): 670–674. Бибкод : 2005Sci...310..670H . дои : 10.1126/science.1116739 . ПМИД 16223984 . S2CID 30557147 .
- ^ ТП Тим Кашни; Эндрю Дж. Лэмб (2011). «Последние достижения в понимании антибактериальных свойств флавоноидов» . Международный журнал противомикробных средств . 38 (2): 99–107. дои : 10.1016/j.ijantimicag.2011.02.014 . ПМИД 21514796 .
- ^ Оскар Чириони; Роберто Гизелли; Даниэле Минарди; Фиоренца Орландо; Федерико Моккегиани; Кармела Сильвестри; Джованни Муццонигро; Витторио Саба; Джорджио Скализе; Наоми Балабан и Андреа Джакометти (2007). «Пептид, ингибирующий RNAIII, влияет на образование биопленок на крысиной модели стафилококковой инфекции стента мочеточника» . Антимикробные средства и химиотерапия . 51 (12): 4518–4520. дои : 10.1128/AAC.00808-07 . ПМК 2167994 . ПМИД 17875996 .
