Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с Adhesins )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Адгезины представляют собой компоненты клеточной поверхности или придатки бактерий, которые способствуют адгезии или адгезии к другим клеткам или поверхностям, обычно в хозяине, которого они заражают или в котором живут. Адгезины представляют собой тип фактора вирулентности .

Приверженность - важный шаг в бактериальном патогенезе или инфекции , необходимый для колонизации нового хозяина . [1] Адгезия и бактериальные адгезины также являются потенциальной мишенью для профилактики или лечения бактериальных инфекций. [2]

Фон [ править ]

Бактерии обычно прикрепляются к поверхностям и живут в тесном контакте с ними. В течение жизни бактерии часто подвергаются сдвиговым усилиям . 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 молекулы, распознающие специфические поверхности, позволяя нацеливать конкретную бактерию на определенную поверхность, такую ​​как ткань корня у растений, ткани слезного протока у млекопитающих или даже зубная эмаль. [3]

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

Большинство бахромки из гр-отрицательные бактерий функционируют как адгезины, но во многих случаях это незначительная субъединица белок на конце фимбрий , что является фактической адгезиной. У грамположительных бактерий поверхностный слой белка или полисахарида служит специфическим адгезином. Чтобы эффективно прилегать к поверхностям хозяина, многие бактерии производят несколько факторов прилипания, называемых адгезинами .

Бактериальные адгезины обеспечивают видовой и тканевой тропизм . Адгезины экспрессируются как патогенными бактериями, так и сапрофитными бактериями . Эта распространенность отмечает их как ключевые факторы вирулентности микробов в дополнение к способности бактерий вырабатывать токсины и сопротивляться иммунной защите хозяина.

Структуры [ править ]

Посредством механизмов 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 фимбрия или пилус . [3] Бактериальная адгезия состоит в основном из внутримембранного структурного белка, который обеспечивает каркас, на котором могут прикрепляться несколько внеклеточных адгезинов. [3] Однако, как и в случае фимбрий CFA1, сам структурный белок может иногда действовать как адгезия, если часть белка распространяется в ЕСМ .

FimH адгезин - структура [ править ]

Наиболее хорошо охарактеризованным бактериальным адгезином является фимбриальный адгезин FimH 1 типа. Этот адгезин отвечает за адгезию, чувствительную к D- маннозе . [3] Бактерия синтезирует белок-предшественник, состоящий из 300 аминокислот, 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 г. структура FimH была решена с помощью рентгеновской кристаллографии . 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] тетра-пептид петли связывает два домена. Кроме того, на конце N-концевого адгезивного домена был идентифицирован карман для связывания углеводов. [5] Эта базовая структура сохраняется в 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 [ править ]

Большинство бактериальных патогенов используют специфическую адгезию к клеткам-хозяевам в качестве основного фактора 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 инфекции играет наиболее важную роль в вирулентности, основанной на адгезии. [3] Многочисленные исследования показали, что ингибирования одного адгезина в этих скоординированных усилиях часто бывает достаточно, чтобы сделать патогенные бактерии невирулентными . Это привело к исследованию прерывания активности адгезина как метода лечения бактериальной инфекции.

Вакцины на основе адгезинов [ править ]

Изучение адгезинов как точки использования вакцин основано на ранних исследованиях, которые показали, что важным компонентом защитного иммунитета против определенных бактерий является способность предотвращать связывание адгезина. [7] Кроме того, адгезины являются привлекательными кандидатами на вакцины, поскольку они часто необходимы для инфицирования и располагаются на поверхности, что делает их легко доступными для антител .

Эффективность антител против адгезина проиллюстрирована исследованиями с FimH, адгезином уропатогенной Escherichia coli (UPEC). Работа с кишечной палочкой основана на наблюдениях за приобретенным иммунитетом человека. Дети в странах третьего мира могут страдать от нескольких эпизодов диареи, связанной с кишечной палочкой, в течение первых трех лет жизни. Если ребенок переживает этот начальный период восприимчивости, уровень инфицирования обычно существенно снижается. Полевые исследования показывают, что этот приобретенный иммунитет направлен в первую очередь против бактериальных адгезинов. [3]

Недавние исследования политехнического института Вустера показывают, что потребление клюквенного сока может подавлять действие адгезинов UPEC. Используя атомно-силовую микроскопию, исследователи показали, что силы адгезии со временем уменьшаются после употребления клюквенного сока . [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 внутри одного и того же клона (как в случае Neisseria gonorrhoeae ). [9]

Несмотря на эти проблемы, наблюдается прогресс в создании вакцин против адгезии. В моделях на животных пассивная иммунизация анти-FimH-антителами и вакцинация этим белком значительно снижали колонизацию UPEC. [10] Кроме того, адгезины Bordetella pertussis 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 изучаются как средство от инфекций мочевыводящих путей (ИМП). Было показано, что использование синтетических адгезионных пептидов FimH предотвращает инфицирование слизистой оболочки мочеполовых органов E. coli у мышей. [11]

Конкретные примеры [ править ]

Семья доктора [ править ]

Adhesin_Dr
Drae Adhesin от кишечной палочки
Идентификаторы
СимволAdhesin_Dr
PfamPF04619
Клан пфамCL0204
ИнтерПроIPR006713
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Семьи д - р из адгезинов связываются с доктором группой крови антигена компонента фактора распад-ускорением (DAF). [12] Эти белки содержат как фимбриированные, так и афимбриированные структуры адгезии и опосредуют адгезию уропатогенной Escherichia coli к мочевым путям. [13] Они делают это, вызывая развитие длинных клеточных удлинений, которые окружают бактерии. [12] Они также придают маннозоустойчивый фенотип гемагглютинации, который может подавляться хлорамфениколом.. Считается, что N-концевая часть зрелого белка отвечает за чувствительность к хлорамфениколу. [14] Кроме того, они вызывают активацию нескольких каскадов передачи сигналов , включая активацию киназы PI-3 . [12]

Семейство адгезинов Dr особенно ассоциируется с циститом и пиелонефритом, связанным с беременностью . [12]

Многовалентные молекулы адгезии

Многовалентные молекулы адгезии (МАМ) представляют собой широко распространенное семейство адгезинов, обнаруженных у грамотрицательных бактерий, включая E. coli , Vibrio , Yersinia и Pseudomonas aeruginosa . [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 синегнойной палочкой с множественной лекарственной устойчивостью у крыс. [16]

N. gonorroheae [ править ]

N. gonorrhoeae - это хозяин, почти полностью принадлежащий человеку. [3] «Обширные исследования установили фимбриальные адгезины 4-го типафакторов вирулентности N. gonorrhoeae ». [3] Эти исследования показали, что только штаммы, способные экспрессировать фимбрии, являются патогенными. Высокая выживаемость полиморфноядерных нейтрофилов (ПЯН) характеризуетинфекции Neisseria gonorrhoeae . Кроме того, недавние исследования в Стокгольме показали, что Neisseria может путешествовать автостопом по PMN, используя свои адгезиновые пили, тем самым скрывая их отфагоцитарной активности нейтрофилов . Это действие способствует распространению возбудителя через слой эпителиальных клеток. [17]

E. coli [ править ]

Штаммы Escherichia coli , наиболее известные как вызывающие диарею, можно найти в тканях кишечника свиней и людей, где они экспрессируют K88 и CFA1. [18] для прикрепления к слизистой оболочке кишечника. Кроме того, UPEC вызывает около 90% инфекций мочевыводящих путей . [19] Из тех E. coli, вызывающих ИМП , 95% экспрессируют фимбрии 1 типа. FimH в E.coli преодолевает иммунный ответ, основанный на антителах, путем естественного преобразования из состояния с высоким сродством в состояние с низким сродством. Посредством этого преобразования адгезия FimH может высвобождатьсвязанные с ним антитела . кишечная палочкаFimH 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 опосредования антителами адгезии патогенов. [19]

См. Также [ править ]

  • Грибковый адгезин
  • Тримерный автотранспортер адгезинов (ТАА)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Куэттэ л, Алонсо S, Reveneau N, Willery Е, Quatannens В, Locht С, Яаков-Dubuisson F (2003). «Роль высвобождения адгезина для колонизации слизистой оболочки бактериальным патогеном» . J Exp Med . 197 (6): 735–42. DOI : 10.1084 / jem.20021153 . PMC  2193847 . PMID  12629063 .
  2. ^ Krachler, AM; Орт, К. (2014). «Ориентация на интерфейс бактерия-хозяин: стратегии антиадгезионной терапии» . Вирулентность . 4 (4): 284–94. DOI : 10.4161 / viru.24606 . PMC 3710331 . PMID 23799663 .  
  3. ^ a b c d e f g h i j k l Klemm P, Schembri MA (март 2000 г.). «Бактериальные адгезины: функция и структура». Int. J. Med. Microbiol . 290 (1): 27–35. DOI : 10.1016 / S1438-4221 (00) 80102-2 . PMID 11043979 . 
  4. ^ Клайн, Кимберли А .; 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. DOI : 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 FimC-FimH шаперон-адгезин из уропатогенной Escherichia coli ». Наука . 285 (5430): 1061–6. DOI : 10.1126 / science.285.5430.1061 . PMID 10446051 . 
  6. ^ Шембри М., Клемм P (май 1998). «Гетербинарные адгезины на основе фимбриального белка FimH Escherichia coli » . Appl. Environ. Microbiol . 64 (5): 1628–33. PMC 106206 . PMID 9572927 .  
  7. ^ Левин, ММ; Giron, JA; Норьега, ER (1994). «Фимбриальные вакцины». В Клемме, Пер (ред.). Фимбрии: адгезия, генетика, биогенез и вакцины . Бока-Ратон: CRC Press. С. 255–270. ISBN 978-0849348945.
  8. ^ Tao Y, Пинсон-Аранго PA, Howell AB, Camesano TA (2011). «Пероральное употребление коктейля из клюквенного сока подавляет адгезию на молекулярном уровне клинической уропатогенной Escherichia coli » . J Med Food . 14 (7–8): 739–45. DOI : 10,1089 / jmf.2010.0154 . PMC 3133681 . PMID 21480803 .  
  9. ^ Дэвис, JK; Куми, JM; Зейферт, HS (1994). «Пили (фимбрии) Neisseria gonorrhoeae ». В Клемме, Пер (ред.). Фимбрии: адгезия, генетика, биогенез и вакцины . Бока-Ратон: CRC Press. С. 147–155. ISBN 978-0849348945.
  10. ^ Langermann S, Möllby R, Burlein Дж, Palaszynski S, Огюст С, DeFusco А, Strouse R, Schenerman М, Hultgren S, Пинкнер Дж, Винберг Дж, Guldevall л, Söderhäll М, Ишикава К, Нормарк S, Коениг S (2000 ). «Вакцинация адгезином FimH защищает яванских макак от колонизации и заражения уропатогенными бактериями Escherichia coli» . J Infect Dis . 181 (2): 774–8. DOI : 10.1086 / 315258 . PMID 10669375 . 
  11. ^ Langermann S, Palaszynski S, Barnhart M и др. (Апрель 1997 г.). «Профилактика инфекции слизистой оболочки Escherichia coli с помощью системной вакцинации на основе FimH-адгезина». Наука . 276 (5312): 607–11. DOI : 10.1126 / science.276.5312.607 . PMID 9110982 . 
  12. ^ a b c d Выявленные факторы вирулентности UPEC : приверженность , Государственная ключевая лаборатория молекулярной вирусологии и генной инженерии, Пекин. Проверено июль 2011 г.
  13. ^ Чжан л, Фоксмэно В, Талмане Р, Cladera Е, Ле Bouguenec С, Маррсом CF (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. PMC 175278 . PMID 9169726 .  
  14. ^ Swanson TN, Bilge SS, Nowicki B, Moseley SL (январь 1991). «Молекулярная структура адгезина Dr: нуклеотидная последовательность и картирование рецептор-связывающего домена с помощью слитых конструкций» . Инфекция и иммунитет . 59 (1): 261–8. PMC 257736 . PMID 1670929 .  
  15. ^ Krachler, 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. DOI : 10.1073 / pnas.1102360108 . ISSN 1091-6490 . PMC 3136308 . PMID 21709226 .   
  16. ^ Huebinger, Райан М .; 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.). «Нацеленность на прилипание бактерий подавляет инфекцию Pseudomonas aeruginosa с множественной лекарственной устойчивостью после ожоговой травмы» . Научные отчеты . 6 : 39341. DOI : 10.1038 / srep39341 . ISSN 2045-2322 . PMC 5171828 . PMID 27996032 .   
  17. ^ Сёдерхольм Н, Vielfort К, Hultenby К, Аро Н (2011). «Патогенный автостоп Neisseria по уроподу нейтрофилов человека» . PLoS ONE . 6 (9): e24353. DOI : 10.1371 / journal.pone.0024353 . PMC 3174955 . PMID 21949708 .  
  18. ^ Gaastra W, де - Граафа FK (июнь 1982). «Специфичные для хозяина фимбриальные адгезины неинвазивных энтеротоксигенных штаммов Escherichia coli » . Microbiol. Ред . 46 (2): 129–61. PMC 281536 . PMID 6126799 .  
  19. ^ a b c Чеснокова В., Априкян П., Кисела Д. и др. (Октябрь 2011 г.). «Фимбриальный адгезин типа 1 FimH вызывает иммунный ответ, который усиливает клеточную адгезию Escherichia coli » . Заразить. Иммун . 79 (10): 3895–904. DOI : 10.1128 / IAI.05169-11 . PMC 3187269 . PMID 21768279 .  

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

Внешние ссылки [ править ]

  • Бактериальный + адгезин в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)