Bakterielle Invasion und intrazelluläres Überleben

Einige Bakterien kolonisieren nicht nur eine Wirtsoberfläche: Sie dringen in Wirtszellen ein und überleben in ihnen, wodurch sie eine geschützte Nische erhalten, die vor Antikörpern, Komplement und vielen Antibiotika abgeschirmt ist. Die Invasion erfordert, dass der Erreger die Aufnahme-Maschinerie der Wirtszelle auslöst oder kapert, und das intrazelluläre Überleben erfordert, dass er den zerstörerischen Kompartimenten, in die er aufgenommen wird, widersteht oder diese umgestaltet.

Definition

Bakterielle Invasion ist der aktive Eintritt eines Bakteriums in eine Wirtszelle, typischerweise durch Induktion des Zytoskeletts der Wirtszelle zur Internalisierung; intrazelluläres Überleben ist die Fähigkeit des Pathogens, innerhalb der Wirtszelle zu persistieren und sich zu replizieren, entweder frei im Zytosol oder innerhalb einer modifizierten Vakuole.

Scope

Dieses Thema behandelt, wie Bakterien in nicht-phagozytische Wirtszellen eindringen, den Kontrast zwischen zytosolischen und vakuolären intrazellulären Lebensweisen und die Strategien, die Pathogene anwenden, um in Zellen zu persistieren. Es ist ein Referenzthema in der bakteriellen Pathogenese und bietet keine klinische Anleitung.

Core questions

• Wie induzieren Bakterien nicht-phagozytische Zellen zur Aufnahme?
• Was unterscheidet eine zytosolische von einer vakuolären intrazellulären Lebensweise?
• Wie vermeiden intrazelluläre Bakterien die lysosomale Abtötung und nutzen Wirtsressourcen?

Key concepts

• Invasine und getriggerte Aufnahme
• Reißverschluss- versus Trigger-Mechanismen des Eintritts
• Typ-III-Sekretions-Effektoren
• Zytosolische Lebensweise
• Vakuoläre (modifizierte Phagosom-) Lebensweise
• Aktin-basierte Motilität und Zell-zu-Zell-Ausbreitung

Mechanisms

Die Invasion nicht-phagozytischer Zellen folgt zwei Hauptrouten. Beim Reißverschluss-Mechanismus bindet ein bakterielles Oberflächenprotein (ein Invasin) an einen Wirtsrezeptor und interagiert progressiv mit der Membran, um das Bakterium zu umschließen; beim Trigger-Mechanismus modellieren sezernierte Effektoren, die durch ein Typ-III-Sekretionssystem injiziert werden, das Aktin-Zytoskelett des Wirts um, um Membran-Ruffles zu erzeugen, die das Bakterium aufnehmen. Einmal im Inneren, divergieren die Pathogene: Zytosolische Bakterien entweichen der Eintrittsvakuole in das Zytoplasma und können Wirtsaktin nutzen, um sich zu bewegen und von Zelle zu Zelle auszubreiten, während vakuoläre Bakterien in einem membranumschlossenen Kompartiment verbleiben, das sie arretieren oder umgestalten, um die Fusion mit zerstörerischen Lysosomen zu verhindern. Bei beiden Lebensweisen untergraben intrazelluläre Pathogene Wirtszellfunktionen, um Nährstoffe zu erwerben und der Abtötung zu entgehen.

Clinical relevance

Eine intrazelluläre Nische hilft zu erklären, warum bestimmte Infektionen chronisch sind, rezidivieren oder schwer zu beseitigen sind, da die Bakterien vor humoraler Immunität und vor schlecht in Zellen eindringenden Wirkstoffen geschützt sind. Dieser Eintrag beschreibt Invasion und intrazelluläres Überleben zu Referenzzwecken und ist keine Grundlage für Behandlungsentscheidungen.

History

Die molekulare Untersuchung der Invasion wurde durch die Identifizierung von Invasin in Yersinia, das den Eintritt in kultivierte Zellen ermöglichte, und durch Arbeiten an Salmonella, Shigella und Listeria vorangetrieben, die die Trigger- und Reißverschluss-Mechanismen sowie den Kontrast zwischen vakuolären und zytosolischen Lebensweisen definierten und intrazelluläre Pathogene als ein Hauptthema der zellulären Mikrobiologie etablierten.

Key figures

• Pascale Cossart
• Stanley Falkow
• Ralph Isberg
• Philippe Sansonetti

Seminal works

• finlay-1997-science
• pizarro-cerda-cossart-2006
• ray-2009

Frequently asked questions

Warum sollte ein Bakterium in einer Wirtszelle leben?

Der intrazelluläre Raum bietet Schutz vor Antikörpern, Komplement und vielen Antibiotika sowie Zugang zu Wirtsnährstoffen, wodurch der Erreger eine geschützte Nische zur Replikation erhält.

Was ist der Unterschied zwischen einem zytosolischen und einem vakuolären intrazellulären Pathogen?

Zytosolische Pathogene entweichen der Eintrittsvakuole und leben frei im Zytoplasma, wobei sie sich oft mithilfe von Wirtsaktin von Zelle zu Zelle ausbreiten, während vakuoläre Pathogene in einem membranumschlossenen Kompartiment verbleiben, das sie modifizieren, um lysosomale Zerstörung zu vermeiden.