WikiDer > Бактериальный адгезин

Bacterial adhesin

Адгезины представляют собой компоненты клеточной поверхности или придатки бактерий, которые способствуют адгезия или прилипание к другим клеткам или поверхностям, обычно у хозяина, которого они заражают или в котором живут. Адгезины представляют собой тип фактор вирулентности.

Приверженность это важный шаг в бактериальный патогенез или же инфекционное заболевание, требующийся для колонизация новый хозяин.[1] Адгезия и бактериальные адгезины также являются потенциальной мишенью для профилактики или лечения бактериальных инфекций.[2]

Фон

Бактерии обычно прикрепляются к поверхностям и живут в тесном контакте с ними. На протяжении жизни бактерии часто подвергаются поперечные силы. В самом грубом смысле, бактериальные адгезины служат якорями, позволяющими бактериям преодолевать эти сдвиговые силы окружающей среды и, таким образом, оставаться в желаемой среде. Однако бактериальные адгезины не служат своего рода универсальной бактериальной липучкой. Скорее, они действуют как специфические молекулы распознавания поверхности, позволяя нацеливать конкретную бактерию на определенную поверхность, такую ​​как ткань корня у растений, слезный проток тканей у млекопитающих или даже зубной эмали.[3]

FimH - это бактериальный адгезин, который помогает бактериям, таким как кишечная палочка связываться с клетками-хозяевами и их рецепторами (здесь: человеческие белки CD48 и TLR4, или же манноза остатки).[4]

Наиболее фимбрия из грамотрицательный бактерии действуют как адгезины, но во многих случаях это второстепенная субъединица белок на кончике фимбрий и есть адгезин. У грамположительных бактерий белок или полисахарид поверхностный слой служит специфическим адгезином. Чтобы эффективно прилегать к поверхности хозяина, многие бактерии производят несколько факторов прилипания, называемых адгезины.

Бактериальные адгезины предоставляют виды и ткани тропизм. Адгезины выражаются как патогенные бактерии и сапрофитные бактерии. Эта распространенность отмечает их как ключевые микробные факторы вирулентности в дополнение к способности бактерий производить токсины и сопротивляться иммунной защите хозяина.

Структуры

Благодаря механизмам эволюции разные виды бактерий разработали разные решения проблемы прикрепления рецептор-специфических белков к поверхности бактерий. Сегодня в литературе можно встретить множество различных типов и подклассов бактериальных адгезинов.

Типичная структура бактериальной адгезии - это структура фимбрия или же пилус.[3] Бактериальная адгезия состоит в основном из внутримембранного структурного белка, который обеспечивает каркас, к которому могут прикрепляться несколько внеклеточных адгезинов.[3] Однако, как и в случае фимбрий CFA1, сам структурный белок иногда может действовать как адгезия, если часть белка распространяется в ECM.

FimH адгезин - структура

Наиболее хорошо охарактеризованным бактериальным адгезином является фимбриальный адгезин FimH 1 типа. Этот адгезин отвечает за D-манноза чувствительная адгезия.[3] Бактерия синтезирует белок-предшественник, состоящий из 300 аминокислоты затем обрабатывает белок, удаляя несколько сигнальных пептидов, в конечном итоге оставляя белок из 279 аминокислот.[3] Зрелый FimH отображается на поверхности бактерий как компонент фимбриальной органеллы 1 типа.[3]

В 1999 году структура FimH была определена через рентгеновская кристаллография. FimH разделен на два домена. N-концевой адгезивный домен играет основную роль в распознавании поверхности, в то время как C-концевой домен отвечает за интеграцию органелл.[5] А тетрапептидная петля связывает два домена. Кроме того, на конце N-концевого адгезивного домена был идентифицирован карман для связывания углеводов.[5] Эта базовая структура сохраняется во всех фимбриальных адгезинах 1-го типа, хотя недавние исследования показали, что мутации, индуцированные in vitro, могут приводить к добавлению специфичности С-концевого домена, что приводит к бактериальной адгезии с двумя сайтами изгиба и родственными фенотипами связывания.[6]

Как факторы вирулентности

Большинство бактериальных патогенов используют специфическую адгезию к клеткам-хозяевам в качестве основного фактор вирулентности. «Было идентифицировано большое количество бактериальных адгезинов с индивидуальной рецепторной специфичностью».[3] Многие бактериальные патогены способны экспрессировать множество различных адгезинов. Экспрессия этих адгезинов на разных этапах во время инфекционное заболевание играют наиболее важную роль в вирулентности, основанной на адгезии.[3] Многочисленные исследования показали, что подавления одного адгезина в этих скоординированных усилиях часто бывает достаточно, чтобы вызвать патогенную бактерию. невирулентный. Это привело к исследованию прерывания активности адгезина как метода лечения бактериальной инфекции.

Вакцины на основе адгезинов

Изучение адгезинов как точки эксплуатации для вакцина исходит из ранних исследований, которые показали, что важным компонентом защитного иммунитета против определенных бактерий является способность предотвращать связывание адгезина.[7] Кроме того, адгезины привлекательны вакцина кандидаты, потому что они часто необходимы для заражения и расположены на поверхности, что делает их легко доступными для антитела.

Эффективность антиадгезина антитела иллюстрируется исследованиями с FimH, адгезином уропатогенный кишечная палочка (УПЭК). Работать с Кишечная палочка происходит из наблюдений за приобретенным иммунитетом человека. Дети в странах третьего мира могут страдать от нескольких эпизодов Кишечная палочка связанный понос в течение первых трех лет жизни. Если ребенок переживает этот начальный период восприимчивости, уровень инфицирования обычно существенно снижается. Полевые исследования показывают, что это приобретенный иммунитет направлен в первую очередь против бактериальных адгезинов.[3]

Недавние исследования от Вустерский политехнический институт показать, что потребление клюквенный сок может ингибировать действие адгезинов UPEC. С помощью атомно-силовая микроскопия исследователи показали, что силы адгезии уменьшаются со временем после клюквенный сок потребление.[8] Это исследование открыло дверь для дальнейшего изучения пероральных вакцин, в которых используются бактериальные адгезины.

Ряд проблем создает проблемы для исследователей, изучающих концепцию антиадгезинового иммунитета. Во-первых, большое количество различных бактериальных адгезинов нацелено на одни и те же ткани человека. Кроме того, отдельная бактерия может продуцировать несколько разных типов адгезина в разное время, в разных местах и ​​в ответ на разные триггеры окружающей среды.[3] Наконец, многие адгезины представлены в виде различных иммунологически различных антигенных разновидностей, даже в пределах одного и того же клон (как в случае Neisseria gonorrhoeae).[9]

Несмотря на эти проблемы, наблюдается прогресс в создании вакцин против адгезии. В моделях на животных пассивная иммунизация с анти-FimH-антителами и вакцинацией белок значительно снизилась колонизация UPEC.[10] Более того, Bordetella pertussis адгезины FHA и пертактин являются компонентами трех из четырех бесклеточных коклюшных вакцин, которые в настоящее время лицензированы для использования в США. Кроме того, вакцины против адгезии исследуются в качестве решения для инфекция мочевыводящих путей (ИМП). Было показано, что использование синтетических адгезионных пептидов FimH предотвращает инфицирование слизистой оболочки мочеполовых органов путем Кишечная палочка у мышей.[11]

Конкретные примеры

Семья доктора

Adhesin_Dr
PDB 1ut1 EBI.jpg
Drae Adhesin от кишечной палочки
Идентификаторы
СимволAdhesin_Dr
PfamPF04619
Pfam кланCL0204
ИнтерПроIPR006713

В Семейство адгезинов Dr связывать доктору группа крови антиген компонент фактор ускорения распада (DAF).[12] Эти белки содержат как фимбриированные, так и афимбриированные структуры адгезии и опосредуют адгезию уропатогенный кишечная палочка в мочевыводящие пути.[13] Они делают это, вызывая развитие длинных клеточных удлинений, которые окружают бактерии.[12] Они также придают фенотип гемагглютинации, устойчивый к маннозе, который может подавляться хлорамфеникол. Считается, что N-концевая часть зрелого белка отвечает за чувствительность к хлорамфениколу.[14] Кроме того, они вызывают активацию нескольких преобразование сигнала каскады, включая активацию PI-3 киназа.[12]

Семейство адгезинов Dr особенно ассоциируется с цистит и связанные с беременностью пиелонефрит.[12]

Многовалентные молекулы адгезии

Мультивалентные молекулы адгезии (МАМ) представляют собой широко распространенное семейство адгезинов, обнаруживаемых у грамотрицательных бактерий, включая Кишечная палочка, Вибрион, Иерсиния, и Синегнойная палочка.[15] МАМ содержат тандемные повторы доменов входа в клетки млекопитающих (MCE), которые специфически связываются с белками внеклеточного матрикса и анионными липидами на тканях хозяина. Поскольку в них много патогенов, имеющих клиническое значение, поливалентные адгезионные молекулы являются потенциальной мишенью для профилактических или терапевтических противоинфекционных средств. Было показано, что использование нацеленного ингибитора адгезии МАМ значительно снижает заселение ожоговых ран множественными лекарственными средствами. Синегнойная палочка у крыс.[16]

N. gonorroheae

N. gonorrhoeae Хост почти полностью ограничен людьми.[3] "В результате обширных исследований были установлены фимбриальные адгезины 4 типа N. gonorrhoeae факторы вирулентности ".[3] Эти исследования показали, что только штаммы, способные экспрессировать фимбрии, являются патогенными. Высокая выживаемость полиморфноядерные нейтрофилы (PMNs) характеризует Neisseria gonorrhoeae инфекции. Кроме того, недавние исследования в Стокгольме показали, что Neisseria могут путешествовать автостопом по PMN, используя свои адгезиновые пили, тем самым скрывая их от нейтрофил фагоцитарная активность. Это действие способствует распространению возбудителя через слой эпителиальных клеток.[17]

Кишечная палочка

кишечная палочка штаммы, наиболее известные как вызывающие диарею, могут быть обнаружены в кишечной ткани свиней и людей, где они экспрессируют K88 и CFA1.[18] прикрепить к слизистой оболочке кишечника. Кроме того, УПЭК вызывает около 90% инфекция мочеиспускательного канала.[19] Из тех Кишечная палочка что вызывает ИМП, 95% экспрессируют фимбрии 1-го типа. FimH в Кишечная палочка преодолевает иммунный ответ, основанный на антителах, путем естественного перехода из состояния с высоким сродством в состояние с низким сродством. Благодаря этому преобразованию адгезия FimH может снизить антитела привязан к нему. кишечная палочка FimH представляет собой пример конформационно-специфического иммунного ответа, который усиливает воздействие на белок.[19] Изучая эту особую адгезию, исследователи надеются разработать вакцины, специфичные для адгезии, которые могут служить моделью для опосредованной антителами адгезии патогенов.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Coutte L, Alonso S, Reveneau N, Willery E, Quatannens B, Locht C, Jacob-Dubuisson F (2003). «Роль высвобождения адгезина для колонизации слизистой оболочки бактериальным патогеном». J Exp Med. 197 (6): 735–42. Дои:10.1084 / jem.20021153. ЧВК 2193847. PMID 12629063.
  2. ^ Krachler, AM; Орт, К (2014). «Нацеленность на интерфейс бактерия-хозяин: стратегии антиадгезионной терапии». Вирулентность. 4 (4): 284–94. Дои:10.4161 / viru.24606. ЧВК 3710331. PMID 23799663.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Клемм П., Шембри М.А. (март 2000 г.). «Бактериальные адгезины: функция и структура». Int. J. Med. Микробиол. 290 (1): 27–35. Дои:10.1016 / S1438-4221 (00) 80102-2. PMID 11043979.
  4. ^ Kline, Kimberly A .; Фелькер, Стефан; Дальберг, София; Нормарк, Стаффан; Энрикес-Нормарк, Биргитта (2009). «Бактериальные адгезины во взаимодействиях микробов и хозяев». Клеточный хозяин и микроб. 5 (6): 580–592. Дои:10.1016 / j.chom.2009.05.011. PMID 19527885.
  5. ^ а б Чоудхури Д., Томпсон А., Стоянофф В. и др. (Август 1999 г.). «Рентгеновская структура комплекса шаперон-адгезин FimC-FimH из уропатогенных кишечная палочка". Наука. 285 (5430): 1061–6. Дои:10.1126 / science.285.5430.1061. PMID 10446051.
  6. ^ Шембри М.А., Клемм П. (май 1998 г.). «Гетербинарные адгезины на основе кишечная палочка Фимбриальный белок FimH ». Appl. Environ. Микробиол. 64 (5): 1628–33. ЧВК 106206. PMID 9572927.
  7. ^ Левин, М. М .; Giron, J. A .; Норьега, Э. Р. (1994). «Фимбриальные вакцины». В Клемме, Пер (ред.). Фимбрии: адгезия, генетика, биогенез и вакцины. Бока-Ратон: CRC Press. С. 255–270. ISBN 978-0849348945.
  8. ^ Тао Y, Пинсон-Аранго PA, Howell AB, Camesano TA (2011). "Пероральное употребление коктейля из клюквенного сока подавляет адгезию клинических уропатогенных кишечная палочка". J Med Food. 14 (7–8): 739–45. Дои:10.1089 / jmf.2010.0154. ЧВК 3133681. PMID 21480803.
  9. ^ Дэвис, Дж. К .; Koomey, J.M .; Зейферт, Х.С. (1994). "Пили (фимбрии) Neisseria gonorrhoeae". В Klemm, Per (ed.). Фимбрии: адгезия, генетика, биогенез и вакцины. Бока-Ратон: CRC Press. С. 147–155. ISBN 978-0849348945.
  10. ^ Langermann S, Möllby R, Burlein J, Palaszynski S, Auguste C, DeFusco A, Strouse R, Schenerman M, Hultgren S, Pinkner J, Winberg J, Guldevall L, Söderhäll M, Ishikawa K, Normark S, Koenig S (2000) . «Вакцинация адгезином FimH защищает яванских макак от колонизации и заражения уропатогенными бактериями Escherichia coli». J Infect Dis. 181 (2): 774–8. Дои:10.1086/315258. PMID 10669375.
  11. ^ Лангерманн С., Палашински С., Барнхарт М. и др. (Апрель 1997 г.). «Профилактика слизистой оболочки кишечная палочка инфицирование системной вакцинацией на основе FimH-адгезина ". Наука. 276 (5312): 607–11. Дои:10.1126 / science.276.5312.607. PMID 9110982.
  12. ^ а б c d Выявленные факторы вирулентности UPEC: приверженность, Государственная ключевая лаборатория молекулярной вирусологии и генной инженерии, Пекин. Проверено июль 2011 г.
  13. ^ Чжан Л., Фоксман Б., Таллман П., Кладера Е., Ле Бугенек С., Марр С.Ф. (июнь 1997 г.). «Распределение генов drb, кодирующих Dr связывающие адгезины, среди уропатогенных и фекальных изолятов Escherichia coli и идентификация новых подтипов». Инфекция и иммунитет. 65 (6): 2011–8. ЧВК 175278. PMID 9169726.
  14. ^ Суонсон Т.Н., Бильге СС, Новицки Б., Мозли С.Л. (январь 1991 г.). «Молекулярная структура адгезина Dr: нуклеотидная последовательность и картирование рецептор-связывающего домена с использованием слитых конструкций». Инфекция и иммунитет. 59 (1): 261–8. ЧВК 257736. PMID 1670929.
  15. ^ Крахлер, Энн Мари; Хэм, Хейлин; Орт, Ким (12.07.2011). «Молекула мультивалентной адгезии 7 фактора адгезии внешней мембраны инициирует связывание клетки-хозяина во время инфекции грамотрицательными патогенами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (28): 11614–11619. Дои:10.1073 / pnas.1102360108. ISSN 1091-6490. ЧВК 3136308. PMID 21709226.
  16. ^ Huebinger, Ryan M .; Камни, Дэниел Х .; де Соуза Сантос, Марсела; Карлсон, Дебора Л .; Песня, Хуцюань; Ваз, Диана Перейра; Кин, Эмма; Вольф, Стивен Э .; Орт, Ким (20 декабря 2016 г.). «Устранение бактериальной адгезии подавляет инфекцию Pseudomonas aeruginosa с множественной лекарственной устойчивостью после ожоговой травмы». Научные отчеты. 6: 39341. Дои:10.1038 / srep39341. ISSN 2045-2322. ЧВК 5171828. PMID 27996032.
  17. ^ Седерхольм Н., Вильфорт К., Халтенби К., Аро Х (2011). «Патогенный автостоп Neisseria по уроподу нейтрофилов человека». PLoS ONE. 6 (9): e24353. Дои:10.1371 / journal.pone.0024353. ЧВК 3174955. PMID 21949708.
  18. ^ Гаастра В., де Грааф Ф.К. (июнь 1982 г.). "Хозяин-специфические фимбриальные адгезины неинвазивных энтеротоксигенных кишечная палочка штаммы ". Microbiol. Rev. 46 (2): 129–61. ЧВК 281536. PMID 6126799.
  19. ^ а б c Чеснокова В., Априкян П., Кисиела Д. и др. (Октябрь 2011 г.). «Фимбриальный адгезин типа 1 FimH вызывает иммунный ответ, который усиливает адгезию клеток кишечная палочка". Заразить. Иммунная. 79 (10): 3895–904. Дои:10.1128 / IAI.05169-11. ЧВК 3187269. PMID 21768279.

Адгезины также используются в клеточной коммуникации и связываются с поверхностными коммуникаторами. Также может использоваться для связывания с другими бактериями.

внешняя ссылка