Какие микроорганизмы являются внутриклеточными паразитами
Обновлено: 23.04.2024
Об авторе
Добиться успеха можно честным и кропотливым путем, а можно и схитрить. Верно это как в повседневной, так и в биологической жизни. В случае, когда на кону успех репродуктивный (т.е. максимальные численность и распространение), отъявленными жуликами можно назвать паразитов. Их можно встретить на всех уровнях организации живого и в различных царствах. Приемы они могут использовать поведенческие, морфологические, обманывающие восприятие или иммунитет. Есть даже своего рода паразитизм молекулярный, при этом замысел в целом сохраняется: прикинуться кем-то другим или стать незаметным, прокрасться к самому ценному и вероломно его присвоить. Слишком церемониться с хозяином нет нужды — его благополучие не входит в планы паразита, главное — уцелеть самому.
На передовой паразитического фронта находятся самые маленькие клеточные, а значит и живые (omnis cellula e cellula 2 ), организмы. Их размеры менее 1 мкм (вплоть до 100 нм). Есть среди наноорганизмов и внутриклеточные паразиты (например, хламидии, риккетсии, листерии, коксиеллы, микоплазмы, и даже археи, которых в свое время выдворили из царства бактерий в отдельный домен), и честные свободноживущие бактерии, которые, например, обитают в глубинах океана.
Внутриклеточные паразиты — своего рода подрывники, поражающие различные клетки животных (в том числе и человека), включая специализированные (макрофаги) и неспециализированные (фагоциты), эпителиальные и эндотелиальные, а также клетки печени. Как только паразиты пробираются внутрь, им открывается возможность следовать различными путями в цитозоле (основой среде клетки) или изолированных вакуолях. Внеклеточным паразитам приходится иметь дело с гуморальными механизмами иммунитета хозяина и фагоцитозом, обойдя которые, они получают возможность внеклеточного размножения. Внутриклеточные же паразиты стремятся проникнуть главным образом в целевые хозяйские клетки, такие как макрофаги и эпителиальные клетки, где они могут благополучно размножиться. Успешная инфекция требует контакта паразита с определенной клеткой, содержимое которой представляет собой подходящую среду для роста бактерии. Таким образом, их жизнь протекает в пределах клетки, и некоторые из них при необходимости покинуть ее напрямую переходят в другую клетку, добавив к паразитизму еще один порок — домоседство. Однако большинство внутриклеточных паразитов временами могут жить и вне клетки, и именно в этот период у человека могут развиться опасные осложнения — например, сепсис [1].
Скользкий тип
Рассмотрим уникальную в этом отношении микоплазму — M. gallisepticum (рис. 1). А начнем с того, что в ее случае механизмы смены репертуара поверхностных липопротеинов до конца не выяснены. Тем острее интерес!
Рис. 2. Сканирующая электронная микроскопия эритроцитов овцы (а) и курицы (б) после инфекции in vitro штаммом Mycoplasma gallisepticum Rlow [6]. Стрелки указывают на самих микоплазм или следы их внедрения на поверхности эритроцитов
Рис. 3. Схематическое изображение сетей регуляции транскрипции у трех видов Mollicutes: Acholeplasma laidlawii (а), Spiroplasma melliferum (б), Mycoplasma gallisepticum (в). Изогнутая стрелка обозначает промотор; линия с Т-образным концом — репрессию, т.е. подавление активности; широкие стрелки с подписями — соответствующие гены. На гистограммах (г) показано количество транскрипционных факторов у всех трех бактерий
Эти схемы создали сотрудники группы системной биологии Mollicutes (лаборатория протеомного анализа Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины), которые разработали новую методику, позволяющую точно идентифицировать координаты сайтов старта транскрипции (transcription start sites, TSSs) при разрешении одного нуклеотида 3 . Метод был применен для точного картирования TSS у трех видов Mollicutes: для свободноживущей бактерии Acholeplasma laidlawii, добывающей пропитание за счет взаимовыгодного (комменсального) симбиоза с растениями и использования разлагающегося субстрата; для паразита домашней пчелы Spiroplasma melliferum и для M. gallisepticum.
Как это работает?
Гены vlhA (значит, и соответствующие им промоторы) разбросаны по рекордно малому (менее 1 млн пар оснований) геному M. gallisepticum. GC-состав — тоже выдающийся, он равен 0,3, т.е. на тугоплавкие пары нуклеотидов G—C (формирующие между собой три водородные связи) приходится менее трети. На объединенные двумя водородными связями пары A—T, как нетрудно посчитать, остается все остальное (0,7). Система регуляции транскрипции предельно упрощена. Из факторов транскрипции — белков, связывающихся в регуляторной части гена и тем самым изменяющих его активность, — остались считанные единицы (см. рис. 3). Несмотря на это, данная микоплазма не просто эффективно меняет свои фазы жизненного цикла (атаковать — осваиваться — размножаться), но делает это чрезвычайно быстро [3]. В чем же ее секрет?
Рис. 4. Схематическое изображение предполагаемого белка HAP (hemagglutinin protease) и место его связывания с последовательностями до и после 12 повторов GAA [7]. Числами указано расстояние (в нуклеотидах) до места начала транскрипции (transcription start site, TSS), буквами — участки расщепления нуклеиновой цепи рестриктазами (H, C и X)
Для чего это нужно?
Подобное положение дел нам удалось описать и для нашего M. gallisepticum. С этой целью мы создали два датасета: в первый вошли промоторы vlhA из 12 различных штаммов M. gallispetium, во второй (для сравнения) — полный набор промоторов генов, не относящихся к семейству vlhA. Первым делом мы взглянули на их нуклеотидную последовательность или, как еще говорят, первичную структуру. Соответствующая визуализация последовательностей представлена на рис. 5 (изображение оригинальное, публикуется впервые). На ней легко заметить необычно длинные консервативные участки, непосредственно прилегающие к треку GAA-повторов с обеих сторон. Их протяженность делает их уникальными для прокариот. А ведь они еще и не имеют гомологов в каких-либо других геномах!
Рис. 5. Выравнивание для всех промоторов семейства vlhA из 12 различных штаммов M. gallisepticum (а) и полного набора прочих генов штамма S6 (б). Первые упорядочены таким образом, что имеющие более короткие GAA-треки расположены выше. Это позволяет легко различать их как желто-красную полосу. Правее них расположены области собственно промотора — ближайшая красно-синяя область (что соответствует обилию аденина и тимина). Создано на основе данных из [3]
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 14-24-00159).
2 Тезис omnis cellula e cellula (‘клетка происходит только от клетки’) ввел Рудольф Вирхов (Rudolf Virchov; 1821–1902) — немецкий ученый, один из основоположников клеточной теории в биологии и клеточной патологии в медицине.
3 Подробнее с методикой и результатами исследований Mollicutes можно ознакомиться на сайте System biology database of Mollicutes (SMDB).
4 Подробнее см.: Орлов М. А. Короткие тандемные повторы // Природа. 2019. № 12. С. 27–33.
Паразитарная инфекция легкого на КТ: причины, диагностика
а) Терминология:
1. Определения:
• Паразиты: организмы, питающиеся и живущие за счет другого организма (хозяина):
о Облигатные паразиты: могут жить только в организме хозяина о Факультативные паразиты: могут жить в организме хозяина и вне его
• Могут приводить к фокальному или диффузному поражению легких
2. Классификация паразитов, поражающих легкие:
• Простейшие:
о Амебиаз: Entamoeba histolytica
о Токсоплазмоз: Toxoplasma gondii
о Малярия: плазмодии (Р. falciparum, Р. vivax, Р. ovale, Р. malariae)
о Трипаносомоз (болезнь Шагаса): Trypanosoma cruzi
• Нематоды:
о Аскаридоз: Ascaris lumbricoides
о Анкилостомоз: Ancylostoma duodenale
о Стронгилоидоз: Strongyloides stercoralis
о Филяриоз: Wuchereria bancrofti, Brugia malayi, Brugia tlmori
о Дирофиляриоз: Dirofilaria immitis
о Трихинеллез: Trichinella spiralis о Токсокароз: Toxocara canis и Toxocara cati
• Цестоды:
о Эхинококкоз: Echinococcus granulosus и Echinococcus multilocularis
• Трематоды:
о Парагонимоз: Paragonimus westermani (наиболее широко распространенный в мире), Paragonimus kellicotti (наиболее распространенный в США)
о Шистосомоз: Schistosoma mansoni
б) Визуализация:
1. Рентгенография легких при паразитарной инфекции:
• Узлы в легких ± кавитация
• Консолидация ± кавитация
• Пневмоторакс и плевральный выпот: Р. Westermani
• Диффузные неоднородные затемнения: малярия и стронгилоидоз
• Выраженная кардиомегалия и легочная гипертензия: болезнь Шагаса
о Септальные линии, отек легких, плевральный выпот
• Единичные или множественные объемные образования округлой или овоидной формы (возможно, с уровнями жидкости и газа): Е. granulosus
в) Дифференциальная диагностика паразитарной инфекции легких:
3. Внебольничная пневмония:
• Пневмонию может быть сложно отличить от паразитарной инфекции; эти патологические состояния могут сочетаться
г) Патология:
1. Общая характеристика:
• Паразитические организмы могут широко варьировать в размерах и сложности:
о Простые одноклеточные организмы: амебы
о Сложные многоклеточные: черви, трематоды
2. Макроскопические и хирургические особенности:
• Амебы: некроз и абсцессы, часто связанные с печенью
• Эхинококкоз: Е. granulosus:
о Эндоцист: внутренний герминальный слой
о Экзоцист: наружный слой, покрытый хитином
о Перицист: участок реактивных изменений легочной ткани
3. Микроскопия:
• Токсоплазмоз: интерстициальная пневмония
• Малярия: ОРДС
• Аскаридоз: воспалительная реакция, деструкция капилляров и стенок альвеол, отек, кровоизлияние, десквамация клеток
• Стронгилоидоз: бронхопневмония, отек легких, обширное интраальвеолярное кровоизлияние, ОРДС
д) Клинические особенности:
1. Проявления:
о Амебиаз:
- Поражение легких и плевры:
Наиболее типичное внекишечное проявление
- Гепатобронхиальный или бронхобилиарный свищ
- Поражение перикарда: Чаще возникает при вовлечении левой доли печени
Боль, тампонада сердца, сепсис
о Малярия:
- Малярийные комары: переносчики плазмодия к людям
- Симптомы: лихорадка, озноб, потливость, анемия, лейкопения, спленомегалия:
Первичные торакальные проявления: некардиогенный отек легких (например, ОРДС)
Эозинофильная пневмония: обусловлена противомалярийными препаратами (например, пириметамином)
о Трипаносомоз (болезнь Шагаса):
- Заболевание обычно диагностируется в хронической стадии
- Острый трипаносомоз может стать летальным, но диагностируется редко
- Кардиомиопатия Шагаса: > 90% случаев:
Миокардит ± выпот в перикарде
о Аскаридоз:
- Наиболее распространенная паразитарная инфекция в мире
- Синдром Леффлера (простая легочная эозинофилия):
Преходящие затемнения в легких соотносятся с миграцией личинок через легкие
- Непродуктивный кашель, жгучая боль за грудиной, диспноэ, в отдельных случаях легкое кровохарканье
о Анкилостомоз (A. duodenale):
- Симптоматика зависит от локализации паразита:
Субклиническое течение у большинства пациентов
- Синдром Леффлера аналогичен таковому при аскаридозе о Стронгилоидоз:
- Неосложненный стронгилоидоз:
Симптомы: кашель, диспноэ, бронхоспазм в фазе миграции
- Синдром гиперинфекции: высокая нагрузка паразитическими червями вследствие реинфекции:
Может имитировать легочную эмболию, ОРДС, астму, или ХОБЛ
- Диссеминированный стронгилоидоз: поражение органов за пределами обычного пути миграции; обнаружение личинок в кале, мокроте, коже:
Обширное интраальвеолярное кровотечение
о Филяриоз:
- W. bancrofti, В. malayi, В. timori в лимфатических сосудах:
Обструкция лимфатических сосудов: слоновость, гидроцеле
ТЛЭ
о Дирофиляриоз:
- Инфекция часто протекает бессимптомно
- Подкожная узловая форма: D. repens
- Легочный дирофиляриоз человека: D.immitis:
Солитарный внутрилегочный узел (случайная находка)
о Visceral larva migrans (токсокариоз):
- Типичные симптомы: хронический кашель (пароксизмальный и усиливающийся ночью), хрипы в легких
- Хроническая эозинофильная пневмония, внутрилегочные узлы без признаков кавитации
о Эхинококкоз:
- Распространен повсеместно, наибольшая заболеваемость в Средиземноморском регионе, Южной и Центральной Америке, России
- E. granulosus: более распространенная этиология у человека
- E.multilocularis
- Разрыв кисты (в трахеобронхиальное дерево или полость плевры):
Выделение фрагментов кисты с мокротой
Реакции гиперчувствительности: крапивница, одышка; вплоть до анафилаксии
о Парагонимоз:
- Человек инфицируется после проглатывания зараженного материала или недостаточно термически обработанных ракообразных
- Острая фаза (несколько часов после приема зараженной пищи):
Неспецифическая боль в животе, лихорадка и диарея
- Прободение диафрагмы (2-3 недели): поражение плевры и легочной паренхимы
- Хроническая фаза: возбудитель может годами находиться в легких:
Полости в легких
о Шистосомоз:
- Пенетрация кожи или стенки кишечника, проникновение возбудителя в системный венозный кровоток, миграция в легкие
- Острая инфекция (лихорадка Катаямы):
Лихорадка, озноб, хриплое дыхание, диспноэ, сухой кашель, утомляемость, диарея, боль в животе
- Хроническая инфекция: причина легочной гипертензии
3. Течение и прогноз:
• Амебиаз:
о Непосредственное распространение возбудителя из абсцесса легкого в грудную клетку (6-40%)
о Гематогенное распространение и аспирация
• Малярия:
о В эндемичных областях ежегодно фиксируется несколько миллионов летальных исходов
о Первичные торакальные проявления: ОРДС
• Стронгилоидоз:
о Смертность от гиперинфекции или диссеминации: 70%
о Присоединение вторичной инфекции: 80%
е) Список использованной литературы:
1. Cottin V: Eosinophilic lung diseases. Clin Chest Med. 37(3):535-56, 2016
2. Price M et al: Imaging of eosinophilic lung diseases. Radiol Clin North Am. 54(6): 1151 -1164, 2016
3. Skalski JH et al: Fungal, viral, and parasitic pneumonias associated with human immunodeficiency virus. Semin Respir Crit Care Med. 37(21:257-66, 2016
4. Henry TS et al: Role of imaging in the diagnosis and management of parasitic infections. Curr Opin Pulm Med. 19(3):310-7, 2013
Паразитизм. Антагонистический симбиоз. Факультативные паразиты. Облигатные паразиты. Метабиоз. Сателлизм. Антагонизм.
Антагонистический симбиоз — симбиотические отношения, наносящие хозяину более или менее выраженный вред; его крайнее проявление — паразитизм [от греч. para, при, + sitos, пища]. Если микроорганизмы-сапрофиты [от греч. sapros, гнилой, + phyton, растение] утилизируют мёртвые органические субстраты, то паразитические виды живут за счёт живых тканей растений или животных. Проникая в организм хозяина, они могут вызывать у него заболевание, поэтому их обозначают как патогенные микроорганизмы.
Паразитические микроорганизмы разделяют на внутри- и внеклеточные. Внутриклеточные паразиты — вирусы, риккетсии и хламидии. Внеклеточные паразиты — большинство бактерий и простейших.
Факультативные паразиты. В зависимости от внешних условий некоторые микроорганизмы могут вести себя как паразиты, либо как сапрофиты. Поэтому их так и называют — факультативные паразиты. К ним относят большинство условно-патогенных бактерий.
Облигатные паразиты полностью утратили собственные метаболические возможности и живут, разрушая ткани хозяина.
Метабиоз
В ряде биотопов, особенно в почве, некоторые микроорганизмы утилизируют продукты жизнедеятельности других; например, нитрифицирующие бактерии используют аммиак, который образуют аммонифицирующие бактерии. Подобные взаимоотношения известны как метабиоз.
Сателлизм
Некоторые микроорганизмы способны выделять метаболиты, стимулирующие рост других микроорганизмов. Например, сарцины или стафилококки выделяют ростовые факторы, стимулирующие рост бактерий рода Haemophilus. Нередко совместный рост нескольких видов микробов активирует их физиологические свойства. Подобные взаимоотношения известны как сателлизм [от лат. safeties, сопровождающий].
Антагонизм
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Алгоритм внутриклеточного паразитирования бактерий не зависит от того, является ли бактерия абсолютным или внутриклеточным паразитом. В зависимости от локализации бактериальной репликативной ниши внутриклеточные паразиты делятся на цитозольные и вакуолярные. Бактерии родов Rickettsia, Shigella, Chlamydia и вид Listeria monocytogenes используют в процессе внутриклеточного паразитирования аппарат полимеризации актина клетки хозяина. Эти бактерии обладают эффекторными белками, домены которых идентичны эффекторным белкам клетки хозяина. У бактерий рода Shigella в этом процессе активное участие принимают эффекторные белки третьего типа секреторной системы (Т3СС). Listeria monocytogenes в отличии от других цитозольных бактериальных внутриклеточных паразитов обладает двумя формами паразитирования: цитозольным и вакуолярным. У бактерий рода Brucella в создании репликативной ниши внутри клетки решающую роль выполняют эффекторные белки четвертого типа секреторной системы (Т4СС), которые также участвуют в модуляции врожденного иммунного ответа.
Ключевые слова
Об авторах
Список литературы
1. Бойченко М.Н., Кравцова Е.О., Волчкова Е.В. и др. Некоторые молекулярные механизмы паразитирования бактерий внутри цитоплазмы клетки хозяина. Инфекционные болезни. 2018, 16(2): 92-97.
2. Бойченко М.Н., Кравцова Е.О., Волчкова Е.В., Белая О.Ф. Некоторые вопросы молекулярного патогенеза внутриклеточного паразитизма бактерий. Инфекционные болезни. 2017, 15(4):71-75.
3. Bastidas R.J., Elwell C., Engel J., Valdivia R.H. Chlamydial intracellular survival strategies.Cold Spring Harb.Perspec. Med. 2013, 3: a010256.
5. Bierene H., Milohanic E., Kortebi M. To be citosolic or vacuolar.The duble life of Listeria monocytogenes. Front Cell Infection Microbiol. 2018, 9:136. doi: 10.3389|fcimb 2018.00136.
6. Сampbell-Valois F.X., Sachse M.,Sansonetti P.J., Parsot C. Escape of actively secreting Shigella flexneri from ATG8/LC3- positive vacuoles formed during cell-to-cell spread is facilitated by IcsB and VirA. MBio. 2015, 6: e02567-e2514.10.1128/mBio.02567-14.
7. Campellone K.G., Welch M.D. A molecular arms race: cellular control of action assembly. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2010, 11: 237-251. doi:10.1038/nrm2867.
8. Castaneda-Roldan E.I., Avelino-Flores F., DallAgnolM. et al. Adherence of Brucella to human epithelial cells and macrophages is mediated by sialic acid residues. Cell Microbiol. 2004, 6:435-445.
9. Celli J., de Chastellier C., Franchini D.-M. et al. Brucella evades macrophages killing via VirBdependent sustained interactions with the endoplasmic reticulum. J. Exp. Med. 2003, 198: 545-556.
10. Dai V., Li Z. Conserved type III secretion system exerts important roles in Chlamydia trachomatis. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2014, 7(9): 5404-5414.
11. De Barsy M., Jamet A., Filopon D. et al. Identification of a Brucella spp. secreted effector specifically interacting with human small GTPase Rab2. Cell Microbiol. 2011, 13:1044-1058.
12. Delevoye C., Nilges M., Dehoux P. et al. SNARE protein mimicry by an intracellular bacterium. PLoSPatog. 2008, 4: e1000022.10.1371/journal.ppat.1000022.
13. Derivery E., Gautreau A. Generation of brunched action networks: assembly and regulation of the NWASP and WAVE molecular machines. BioEssays 2010, 32:119-131. doi:10.1002/bies.200900123.
14. Dohmer P.H., Valguanera E., Czibener C., Ugalde J.E. Identification of a type IV secretion substrate of Brucella abortus that participates in the early stages of intracellular survival. Cell Microbiol. 2014, 16:396-410. doi:10.3389/fcimb.2006.00079.
15. Dumoux M., Clare D.K., Sabibil H.R., Hayward R.D. Chlamydiae assemble a pathogen synapse to hijack the host endoplasmic reticulum. Traffic.2012, 13: 1612-1627.
16. Egile C., Loisel T.P., Laurent V. et al. Activation of the CDC42 effector N-WASP by Shigella flexneriIcsA protein promotes actin nucleation by Arp2/3 complex and bacterial actin-based motility. J.Cell.Biol. 1999, 146:1319-1332.
17. Elwell C., Mirrashidi K., Engel J. Chlamydia cell biology and pathogenesis. Nat. Rev. Microbiol. 2016 Jun; 14(6): 385-400. doi:10.1038/micro.2016.30.
18. Figueiredo P., Ficht Th. et al. Pathogenesis and Immunobiology of Brucellosis. Am. J. Pathol. 2015, 185(6);1505-1517.
19. Goldberg M.B., Barzu O., Parsot C., Sansonetti P.J. Unipolar localization and ATPase activity of IcsA, a Shigella flexneri protein involved in intracellular movement. J.Bacteriol. 1993, 175:2189-2196.
20. Gouin E., Egile C., Dehoux P. et al. The RickA protein of Rickettsia conorii activates the Arp2/3 complex. Nature. 2004, 427: 29. doi:10.1038/nature02318.
22. Herve Agaisse. Molecular and Cellular Mechanisms of Shigella flexneri Dissemination. Front. Cell Infect. Microbiol. 2016, 6:29.
23. Huang Z., Chen M., Li K. et al. Cryo-electron tomography of Chlamydia trachomatis gives a clue to the mechanism of outer membrane changes. J. Electron. Microsc. (Tokyo). 2010, 59: 237-241.
24. Ireton K. Molecular mechanisms of cell-cell spread of intracellular bacterial pathogens. Open Biol. 2013 Jul; 3(7) 130079. doi: 10.1098/rsob.130079.
25. Jiwani S., Ohr R.J., Fischer E.R. et al. Chlamydia trachomatis Tarp cooperates with the Arp2/3 complex to increase the rate of actin polymerization. Biochem.Biophys. Res. Commun. 2012, 420: 816-821.
26. Kleba B., Clark T.R., Lutter E.I. et al. Disruption of the Rickettsia rickettsii Sca2 autotransporter inhibits actin-based motility. Infect. Immun. 2010, 78:2240-2247. doi:10.1128/IAI.00100-10.
27. Kohler S., Foulongne V., Ouahrani-Bettache S. et al. The analysis of the intramacrophagicvirulome of Brucellasuis deciphers the environment encountered by the pathogen inside the macrophage host cell. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002, 99:15711-15716.
28. Kortebi M., Milohanec E., Mitchell G. et al. Listeria monocytogenes switches from dissemination to persistence by adopting a vacuolar lifestyle in epithelial cell Plos.Pathog. 2017, nov 30; 13(11)e 1006734. doi: 10.1371/journalppat1006734.
30. Lambrechts A., Gevaert K., Cossart P. et al. Listeria commet tails: the actin-based motility machinery at work. Trends Cell Biol, 2008,18: 220-227.
31. Mattock E., Biocker A.J. How do the virulence factors of Shigella work together to cause disease? Front. Cell Infect. Microbiol. 2017,7:64.
32. Nans A., Ford C., Hayward R.D. Host-pathogen reorganization during host cell entry by Chlamydia trachomatis. Microbes Infect. 2015. Nov-Dec 17 (11-12): 727-731. doi:10.1016/Jmicr.2015.08.004.
33. Nickel W., Weber T., McNew J.A. et al. Content mixing and membrane integrity during membrane fusion driven by pairing of isolated v-SNAREs and t-SNAREs. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999, 96:12571-12576.10.1073/pnas.96.22.12571.
34. Ogawa M.T., Yoshimori T., Suzuki T. еt al. Escape of intracellular Shigella from autophagy. Science. 2005, Feb4, 307(5710):727-731. doi:10.1126/science/1106036.
35. Rana R.R., Zhang M., Spear A.M. et al. Bacterial TIR-containing proteins and host innate immune system evasion. Med. Microbiol. Immunol. 2013, 202:1-10.
37. Roehrich-Doenitz A.D. Regulation of Type III Secretion Hierachy in Shigella flexneri.Ph.D.thesis. University of Bristol, 2013.
38. Roehrich-Doenitz A.D., Guillossou E., Blocker A.J., Martinez-Argudo I. Shigella IpaD has a dual role: signal transduction from type III secretion system needle tip and intracellular secretion regulation. Mol. Microbiol. 2013, 87:690-706.10.1111/mmi.12124.
39. Rolan H.G. Tsolis R.M. Inactivation of the Tipe IV system reduces the Th1 polyrasation of immune responses to Brucellaabortus infection. Infect. Immunol. 2008, Jul, 76(7):3207-3213. doi:10.1128/IAI.00203-08.
40. Rossetti C.A., Drake K.L., Adams L.G. Transcriptome analysis of HeLa cells response to Brucella melitensis infection:a molecular approach to understand the role of the mucosal epithelium in the onset of the Brucella pathogenesis. Microbes Infect. 2012, 14:756-767.
42. Saka H.A. et al. Quantitative proteomics reveals metabolic and pathogenic properties of Chlamydia trachomatis developmental forms. Mol. Microbiol. 2011, 82: 1185-1203.
43. Lepidi H. et al. BtpB, a novel Brucella TIR-containing effector protein with immune modulatory functions. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2013, 3:28.
44. Schroeder G.N., Hilbi H. Molecular pathogenesis of Shigella spp.:controlling host cell signaling, invasion, and death by Type III Secretion. Clin. Microbiol. Rev. 2008, Jan; 21(1):134-156.
45. Snyder G.A., Deredge D., Waldhuber A. et al. Crystal structures of the Toll/Interleukin-1 receptor (TIR) domains from the Brucella protein TcpB and host adaptor TIRAP reveal mechanisms of molecular mimicry. J. Biol. Chem. 2014, 289:669-679.
46. Wang J., Zhang Y., Yu P., Zhong G. Immunodominant regions of Chlamydia trachomatis Type III secretion effector proteins, Tarp. Clin. Vaccine Immunol. 2010, 17: 1371-1376.
47. Weber M., Faris R. Subversion of the endocytic and secretory pathways by bacterial effector proteins. Front. Cell. Dev. Biol. 2018, 6:1. doi. 10.3389/fcell.2018.00001.
48. West N.P., Sansonetti P., Mounier J. et al. Optimization of virulence functions through glucosylation of Shigella LPS. Science. 2005, 307,1313-1318.10.1126/science.1108472.
Обзор
Хитроумные Listeria разрабатывают стратегию проникновения в соседнюю клетку.
Автор
Редакторы
Природа хитра на выдумки: даже организмы, состоящие всего из одной клетки, — бактерии — таят в себе массу удивительных способов выживания в окружающей среде, которая им не рада. Они подавляют фагоцитоз, направленный против них, разрушают мембраны клеток-хозяев, блокируют выброс нейромедиаторов, маскируются, экспрессируя (выставляя на поверхность) белки, аналогичные естественным белкам макроорганизма, продуцируют токсины. Но все это — внеклеточная суета, где существует строгий надсмотрщик в виде иммунной системы . А как насчет тех, кто живет внутри клетки? Как эти патогены обеспечивают себе распространение от клетки к клетке в обход наружной среды?
Сегодня речь пойдет об изобретательности Listeria monocytogenes из рода листерий — грамположительной подвижной палочки, внутриклеточного патогена, которая прекрасно сохраняется в контаминированных (то есть зараженных) молочных и мясных продуктах. При отсутствии должной термической обработки она способна вызвать такие тяжелые поражения желудочно-кишечного тракта, каких врагу не пожелаешь. Смертность от листериоза до сих пор составляет от 20% до 60% в разных странах. Например, при последней вспышке листериоза в Дании (в 2015 г.) летально закончились 25% случаев заражения [2]. Давайте разберемся, чем же так зловреден листериоз.
Как уже было упомянуто, заражение происходит пищевым путем. После попадания бактерий в кишечник они проникают в кровоток, разносясь по всему организму, оседая преимущественно в печени и сосудах мозга, но часть из них остается паразитировать в кишечнике.
Благодаря способности проникать в соседние клетки — одну за другой — они могут заражать ткани, до которых не добрались с кровотоком. Все, на что способна иммунная система в борьбе с внутриклеточными паразитами, — убийство зараженной клетки. Уничтожение зараженной ткани сопровождается некрозом, воспалением и, как следствие, потерей клеточного материала: если это происходит в кишечнике, возникают сильные боли, нарушения пищеварения и обезвоживание из-за рвоты и диареи. Воспаление в мозговых оболочках приводит к различным нарушениям в работе мозга. Для борьбы с бактериями, находящимися в кровотоке, выделяются цитокины и другие медиаторы иммунного ответа, что сопровождается сильным повышением температуры и сепсисом.
Беда не только в том, что листериоз сложно вылечить, но и в том, что путей заражения чрезвычайно много: L. monocytogenes обитает в почве, воде и даже растениях. Употребляя их, заражаются крупный и мелкий рогатый скот и птицы. После всех манипуляций с животными на комбинатах, получившиеся продукты животного происхождения хранятся в холоде. Мы все привыкли хранить подобные продукты в холодильнике, ведь так большинство бактерий размножается гораздо менее интенсивно. Но только не листерия! Она способна поддерживать репродуктивную функцию (и не просто поддерживать, а даже усиливать ее) в диапазоне температур +4–10 градусов, и даже замораживание не оказывает заметного влияния на ее жизнеспособность, а убить листерий возможно лишь в ходе трёхминутного нагревания до 100 °C — вот уж настоящие мастера выживания в экстремальных условиях!
Еще хуже ситуация становится в случае, если беременная женщина решит употребить зараженные продукты: Listeria может проникать через плаценту [3], [4] благодаря способности свободно путешествовать от клетки к клетке [5], провоцируя преждевременные роды, или заражать плод в процессе родов, после чего проникает сквозь его мозговые оболочки, вызывая менингит или сепсис у новорожденных (большая часть которых заканчивается фатально).
Заражение каждой новой клетки означает, что патоген успешен, а мера успешности микроба — реализация способности к размножению. После деления в эукариотической клетке становится тесно, и дочерние клетки вынуждены покинуть клетку-мишень в поисках нового места жительства.
Цель и средства
Но если микроорганизм способен существовать только внутри клетки-хозяина, то каким же образом ему удается покинуть дом и заразить соседние клетки, минуя внеклеточную среду? Почему такие инфекции плохо поддаются лечению, почему против них сложно создать эффективные вакцины и почему эти бактерии так ловко ускользают от иммунитета? Ответы на все эти вопросы кроются в более пристальном взгляде на способы распространения листерий в зараженном организме. Преимущество листерии заключается в том, что она находит путь из клетки в клетку, вовсе минуя межклеточное пространство.
Делает она это путем индукции процесса, называемого парацитофагией. Это такой способ обмена клеточным материалом, при котором одна клетка поглощает выступы, образованные мембраной ее соседки (рис. 1) [6]. Почему бы и нет, как говорится: дают — бери! В полученной везикуле (отпочковавшемся пузырьке), правда, может содержаться некий материал, который таким образом активно передается от клетки к клетке. Впервые этот процесс описали как раз в ходе исследований способов и механизмов межклеточного распространения листерий [7], а позже обнаружили и у других патогенных микроорганизмов, таких как Shigella flexneri, вызывающая дизентерию, и Rickettsia conorii [8]. В физиологически нормальных процессах парацитофагия не наблюдается, и наиболее близкое к ней событие — образование синцития, когда мембраны соседних клеток сливаются, а ядра функционирует отдельно. При этом образуется огромная многоядерная клетка, поэтому при индукции листерией слияния мембран с дальнейшим подобием эндоцитоза не вызывает никаких подозрений со стороны нормальных клеток. Таким образом, бактерии маскируют не себя или свои компоненты, а целый процесс.
Рисунок 1. Этапы перемещения листерии от клетки к клетке. В центре — схематичное изображение процесса, по краям — микрофотографии, по которым восстановлен ход событий. Снимки получены с помощью электронного микроскопа.
Начало
Рисунок 2. Молекулярные взаимодействия между бактерией и клеточными белками. 1 — Основные участники процесса. 2 — Взаимодействие между интерналином и кадегрином, кластеризация. 3, 4 — Эндоцитоз и белки, определяющие его механизм. 5 — Уже проникшая в клетку Listeria, переставшая зависеть от компонентов цитоскелета. 6, 7 — Момент истины: ферментативное расщепление везикулы и выход бактерии непосредственно в цитозоль. Теперь она может питаться, размножаться и, впоследствии, распространяться.
Далее существуют два варианта развития событий:
Помимо этого на мембране всегда присутствуют мембранные белки кавеолин и клатрин. Их роль заключается в управлении путями протекания эндоцитоза (кавеолин обеспечивает течение рецептор-независимого эндоцитоза, клатрин — рецептор-опосредованного). В процессе образования везикулы с листерией внутри участие принимает, в основном, клатрин [15], который полимеризуется на поверхности образующейся везикулы, контролирует процесс ее отрыва от внешней мембраны и обеспечивает ее слияние с внутриклеточными эндосомами, опосредуя доставку материала из внеклеточной среды в цитозоль.
Таким образом, операция по адгезии и последующему проникновению бактерии внутрь клетки осуществлена. Теперь, будучи окруженной мембраной, ей остается только проникнуть в цитоплазму. Это обеспечивается секрецией бактериального токсина листериолизина О (ЛЛО) — порообразующего агента (этап 6) (а еще он является непосредственно сигнальной молекулой и способен активировать, например, ядерный фактор kB — тот самый NfkB, который недавно поздравляли с юбилеем [16]). ЛЛО вызывает лизис мембраны везикулы, и бактерия попадает непосредственно в цитоплазму (этап 7). Следующим шагом в ее жизненном цикле становится распространение от клетки к клетке, и вот тут мы и подходим к самому интересному — способу, которым листерия обеспечивает себе непрерывное внутриклеточное существование, при этом производя смену клеток-мишеней.
Цитоскелет: молекулярные аспекты
Вы еще не забыли про Listeria?
Что мы имеем?
Таким образом, иммунитет способен среагировать на листерию только до того, как она впервые адгезируется на клетку-мишень и проникнет в нее. Учитывая, что заражение происходит главным образом через ЖКТ, где иммунных клеток много, но все они не лежат на поверхности эпителиальной выстилки, а антигены доставляются к ним путем трансцитоза через другие специализированные клетки, можно сделать вывод, что шансов у иммунитета крайне мало. К тому же, листерия способна подавлять иммунный ответ, направленный в ее сторону, заставляя иммунные клетки совершать самоубийство (индуцируя в них апоптоз) [23].
Основным оружием иммунитета пока что остается система комплемента [24], когда разрушается вся зараженная клетка, ценой собственной жизни спасая соседние клетки от заражения. Соответственно, попытки создать вакцину не увенчиваются весомым успехом, а методы лечения ограничиваются терапией антибактериальными препаратами с наиболее выраженной способностью проникать через мембраны, что является фактором повышенной частоты побочных эффектов из-за системности их влияния на организм — ведь они проникают и в здоровые клетки. Остается только выбирать качественные продукты животного происхождения и проводить тщательнейшую термическую обработку.
Заключение
В чем же актуальность такой проблемы как листериоз, и почему по сей день продолжаются исследования и выясняются механизмы молекулярных взаимодействий? Как уже было упомянуто, заболевание это не из приятных (особенно, когда заканчивается летально). Человек, заболевший листериозом, на длительное время теряет работоспособность — острый период заболевания длится до двух недель. При этом не только страдает работоспособность, но и появляются физический, психологический и социальный дискомфорт. Грустно еще и то, что этому заболеванию подвержены наиболее уязвимые группы людей: беременные женщины, лица с иммунодефицитами, новорожденные и пожилые люди. В случае беременности заражение листериозом может привести к выкидышу, мертворождению или преждевременным родам, в результате которых с большой вероятностью родится уже зараженный ребенок. К несчастью, большинство случаев заражения не ограничивается кишечной формой — у младенцев наиболее часто встречаются менингит и энцефалит, что приводит к дальнейшим нарушениям в работе центральной нервной системы, и конъюнктивальная форма заболевания, когда происходит заражение слизистой оболочки глаза, что приводит к развитию кератоконъюнктивита (и очень повезет тем, у кого не разовьются дальнейшие осложнения). Переболевший человек становится более подверженым оппортунистическим инфекциям (которые вызываются представителями нормальной микрофлоры, не являющимися патогенными при здоровом состоянии иммунной системы).
Учитывая, что лечение неспецифичное и, зачастую, симптоматическое, в ход идут и реакции, обусловленные приемом лекарств: жаропонижающие и противовоспалительные препараты создают повышенную нагрузку на ферментные системы печени и почек, а антибиотики отрицательно действуют на микрофлору человеческого организма и способствуют развитию антибиотикорезистентности патогенных микроорганизмов. В общем, кроме истребления патогенных микроорганизмов в промежуток времени, соответствующий острой фазе болезни, ничего хорошего от антибиотиков ждать не приходится.
К тому же, если пациент пропивает неполный курс антибиотиков или неверно подбирает дозировку, листериоз может перейти в хроническую форму, что будет сопровождаться дисбалансом в иммунной системе, а сам пациент станет дополнительным резервуаром инфекции.
Все эти последствия инфицирования вкупе с легкостью заражения диктуют необходимость разработки новых, более действенных и, в идеале, более безопасных методов лечения и профилактики. Так, уже достигнуты некоторые успехи в разработке препаратов, ингибирующих бактериальные киназы — одни из важнейших ферментов листерий [25], а вакцина на основе ослабленных Listeria оказалась не только действенным методом в предотвращении листериоза, но и показала способность усиливать эффективность противоопухолевой терапии [26].
Понимание механизмов распространения внутриклеточных патогенов является, возможно, толчком к разработке новых лекарственных препаратов, чьей мишенью станут белки, взаимодействующие с цитоскелетом или молекулами адгезии, или, к примеру, лизины. Такие препараты дадут возможность действовать на разные звенья патогенеза, ограничивая проникновение, распространение и размножение паразитов. Кто знает, возможно, в будущем механизм парацитофагии или подобный ему поможет понять и описать нормальные физиологические или патологические процессы?
Читайте также: