Адгезия и колонизация бактерий

Адгезия является первым обязательным этапом большинства бактериальных инфекций: прежде чем патоген сможет колонизировать, инвазировать или высвободить токсины, он должен закрепиться на поверхности хозяина, противодействуя очищающим силам слизистого потока, перистальтики и мочи. Адгезины — поверхностные молекулы, опосредующие это прикрепление, — распознают специфические рецепторы хозяина и таким образом помогают определить, какие ткани может занимать данный патоген.

Definition

Бактериальная адгезия — это специфическое связывание бактерии с клеткой или поверхностью хозяина посредством адгезинов (пилей/фимбрий или поверхностно-закрепленных белков), распознающих комплементарные рецепторы хозяина; колонизация — это последующее закрепление и размножение бактериальной популяции в этом месте.

Scope

Эта тема охватывает молекулярный механизм бактериального прикрепления, различие между пили- и непили-адгезинами, специфичность рецепторов, лежащую в основе тканевого тропизма, и переход от начальной адгезии к стабильной колонизации и образованию биопленки. Это справочная тема по бактериальному патогенезу, а не клиническое руководство.

Core questions

• Какие молекулы опосредуют прикрепление и какие рецепторы хозяина они распознают?
• Как специфичность адгезин-рецептор формирует тканевой тропизм?
• Как обратимый начальный контакт переходит в стабильную колонизацию и биопленку?

Key concepts

• Адгезины
• Пили и фимбрии
• Концевые адгезины (например, FimH)
• Непили- (афимбриальные) адгезины
• Рецепторная специфичность и тканевой тропизм
• Колонизация
• Образование биопленки

Mechanisms

Адгезия обычно начинается с длинных, волосовидных пилей или фимбрий, собираемых специализированными путями (такими как шаперон-ушер система), чьи концевые адгезины связывают определенные гликозиды или белки хозяина; например, пили 1-го типа уропатогенной Escherichia coli используют адгезин FimH для связывания маннозилированных рецепторов. Более короткие непили-адгезины, закрепленные в клеточной стенке, затем могут опосредовать тесный контакт. Специфичность рецепторов диктует тканевой тропизм, ограничивая патоген теми поверхностями, рецепторы которых распознаются его адгезинами. Стабильное прикрепление позволяет популяции противостоять механическому очищению, размножаться и у многих видов созревать в прикрепленное к поверхности сообщество биопленки.

Clinical relevance

Поскольку адгезия является первым этапом инфекции, адгезины являются мишенями для исследований вакцин и антиадгезионных средств, а их рецепторная специфичность помогает объяснить, почему конкретные бактерии инфицируют конкретные ткани. Эта статья описывает механизмы прикрепления для справки и не содержит диагностических или лечебных рекомендаций.

History

Признание того, что специфические поверхностные молекулы управляют бактериальным прикреплением, выросло из работ середины двадцатого века по фимбриям и гемагглютинации и созрело с молекулярным анализом шаперон-ушерного пути пилей и концевых адгезинов, таких как FimH, что дало конкретную структурную картину того, как бактерии распознают рецепторы хозяина.

Key figures

• Pascale Cossart
• Javier Pizarro-Cerda
• Stanley Falkow
• Scott Hultgren

Seminal works

• pizarro-cerda-cossart-2006
• finlay-falkow-1997

Frequently asked questions

Почему адгезия считается первым этапом инфекции?

Поверхности хозяина постоянно очищаются потоком слизи, движением жидкости и отшелушиванием; если бактерия не закрепится с помощью адгезинов, она будет смыта до того, как сможет колонизировать, инвазировать или доставить токсины.

Как адгезия связана с тканевым тропизмом?

Адгезины связывают специфические рецепторы хозяина, поэтому патоген может колонизировать только те ткани, которые экспрессируют соответствующий рецептор, что является основным фактором, определяющим место возникновения инфекции.