Войти
Факторы вирулентности - это молекулы, вырабатываемые бактериями, вирусами, грибов и простейших, которые повышают их эффективность и позволяют им достичь следующего:
Конкретные патогены обладают широким спектром факторов вирулентности. Некоторые из них хромосомно кодируются 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 через перенос мембранных везикул как везикулы внешней мембраны бактерий для вторжение, питание и другие межклеточные коммуникации. Было обнаружено, что многие патогены сконцентрировались на сходных факторах вирулентности, чтобы бороться с защитными механизмами эукариот хозяина. Полученные факторы бактериальной вирулентности используются двумя разными путями, чтобы помочь им выжить и расти:
Бактерии продуцируют различные адгезины, включая липотейхоевую кислоту, адгезины тримерного аутотранспортера и большое количество других поверхностных белков, которые присоединяются к ткань хозяина.
Капсулы, состоящие из углеводов, образуют 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 организма-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 разрушении 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 среды, которая изолирует и определяет роль «нишевой -специфической вирулентности генов». Это гены, которые выполняют определенные задачи в определенных тканях / местах в определенное время; общая сумма специфичных для ниш генов составляет вирулентность вируса. Гены, характерные для этой концепции, - это те, которые контролируют латентность некоторых вирусов, таких как герпес. Мышиный гамма-герпесвирус 68 (γHV68) и человеческий герпесвирусы зависят от подмножества генов, которые позволяют им поддерживать хроническую инфекцию путем реактивации при соблюдении определенных условий окружающей среды. Несмотря на то, что они не являются существенными для литических фаз вируса, эти латентные гены важны для развития хронической инфекции и продолжения репликации у инфицированных людей.
Некоторые бактерии, такие как Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa, продуцируют 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, расщепляющие различные клетки-хозяева, включая красные кровяные тельца. Факторы вирулентности в основном включают антигенную структуру и токсины, продуцируемые организмами.
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 (внешний белок T Yersinia) из Yersinia 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.
Основную группу факторов вирулентности составляют бактериальные токсины. Они делятся на две группы: эндотоксины и экзотоксины.
Эндотоксин является компонентом (липополисахарид (LPS) ) клеточной стенки грамотрицательные бактерии. Токсична часть липида A этого LPS. 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 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 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 (tetanospasmin ), секретируемый Clostridium tetani, и ботулотоксин, секретируемый Clostridium botulinum. Экзотоксины также продуцируются рядом других бактерий, включая Escherichia coli ; Vibrio cholerae (возбудитель холеры ); Clostridium perfringens (распространенный возбудитель пищевого отравления, а также газовой гангрены ) и Clostridium difficile (возбудитель псевдомембранозного колит ). 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).
Экзотоксины также производятся некоторыми грибами как конкурентный ресурс. Токсины, названные микотоксинами, удерживают другие организмы от употребления пищи, заселенной грибами. Как и в случае с бактериальными токсинами, существует множество грибковых токсинов. Возможно, одним из наиболее опасных микотоксинов является афлатоксин, продуцируемый некоторыми видами рода Aspergillus (в частности, A. flavus ). При повторном проглатывании этот токсин может вызвать серьезное повреждение печени.
Примерами факторов вирулентности для Staphylococcus aureus являются гиалуронидаза, протеаза, коагулаза, липазы, дезоксирибонуклеазы и энтеротоксины. Примерами Streptococcus pyogenes являются белок M, липотейхоевая кислота, капсула гиалуроновой кислоты, деструктивные ферменты (включая стрептокиназу, стрептодорназа и гиалуронидаза ) и экзотоксины (включая стрептолизин ). Примеры для Listeria monocytogenes включают интерналин A, интерналин B, лизериолизин O и actA, все из которых используются для содействия колонизации хозяина. Примерами Yersinia pestis являются измененная форма липополисахарида, система секреции третьего типа и патогенность YopE и YopJ. Цитолитический пептид кандидализин продуцируется во время образования гиф с помощью Candida albicans ; это пример фактора вирулентности грибка. Другие факторы вирулентности включают факторы, необходимые для образования биопленки (например, сортазы ) и интегрины (например, бета-1 и 3).
Были предложены стратегии нацеливания на факторы вирулентности и кодирующие их гены. Небольшие молекулы исследуются на предмет их способности подавлять Факторы вирулентности и экспрессия фактора 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 с помощью 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 Yersinia pseudotuberculosis были использованы для изменения фенотипа вирулентности непатогенных бактерий на патогенные. Из-за горизонтального переноса гена можно перенести a-клон ДНК от Yersinia на непатогенную E. coli и заставить их экспрессировать 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.
