Бактериальная инвазия и внутриклеточное выживание

Некоторые бактерии не просто колонизируют поверхность хозяина: они проникают в клетки хозяина и выживают внутри них, получая защищенную нишу, экранированную от антител, комплемента и многих антибиотиков. Инвазия требует от патогена запуска или перехвата собственного механизма поглощения хозяйской клетки, а внутриклеточное выживание требует от него сопротивления или ремоделирования разрушительных компартментов, в которые он попадает.

Definition

Бактериальная инвазия — это активное проникновение бактерии в клетку хозяина, обычно путем индукции цитоскелета хозяина для ее интернализации; внутриклеточное выживание — это способность патогена персистировать и реплицироваться внутри клетки хозяина, либо свободно в цитозоле, либо внутри модифицированной вакуоли.

Scope

Эта тема охватывает способы проникновения бактерий в нефагоцитирующие клетки хозяина, контраст между цитозольным и вакуолярным внутриклеточным образом жизни, а также стратегии, используемые патогенами для персистенции внутри клеток. Это справочная тема по бактериальному патогенезу, которая не предоставляет клинических рекомендаций.

Core questions

• Как бактерии заставляют нефагоцитирующие клетки поглощать их?
• Что отличает цитозольный внутриклеточный образ жизни от вакуолярного?
• Как внутриклеточные бактерии избегают лизосомального уничтожения и используют ресурсы хозяина?

Key concepts

• Инвазины и индуцированное поглощение
• «Молниеносный» и «триггерный» механизмы проникновения
• Эффекторы секреции III типа
• Цитозольный образ жизни
• Вакуолярный (модифицированная фагосома) образ жизни
• Актин-зависимая подвижность и распространение от клетки к клетке

Mechanisms

Инвазия нефагоцитирующих клеток происходит двумя основными путями. При «молниеносном» механизме (zipper mechanism) бактериальный поверхностный белок (инвазин) связывается с рецептором хозяина и постепенно вовлекает мембрану для поглощения бактерии; при «триггерном» механизме (trigger mechanism) секретируемые эффекторы, вводимые системой секреции III типа, ремоделируют актиновый цитоскелет хозяина, вызывая образование мембранных складок, которые захватывают бактерию. Оказавшись внутри, патогены расходятся: цитозольные бактерии выходят из входной вакуоли в цитоплазму и могут использовать актин хозяина для перемещения и распространения от клетки к клетке, в то время как вакуолярные бактерии остаются внутри мембранно-связанного компартмента, который они останавливают или ремоделируют, чтобы предотвратить слияние с разрушительными лизосомами. При обоих образах жизни внутриклеточные патогены подавляют функции клетки-хозяина для получения питательных веществ и избегания уничтожения.

Clinical relevance

Внутриклеточная ниша помогает объяснить, почему некоторые инфекции являются хроническими, рецидивируют или трудно поддаются лечению, поскольку бактерии защищены от гуморального иммунитета и от агентов, плохо проникающих в клетки. Эта статья описывает инвазию и внутриклеточное выживание для справки и не является основанием для принятия решений о лечении.

History

Молекулярное изучение инвазии продвинулось благодаря идентификации инвазина у Yersinia, который обеспечивал проникновение в культивируемые клетки, а также благодаря работам по Salmonella, Shigella и Listeria, которые определили «триггерный» и «молниеносный» механизмы и контраст между вакуолярным и цитозольным образами жизни, утвердив внутриклеточные патогены как основную тему клеточной микробиологии.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Почему бактерия живет внутри клетки хозяина?

Внутриклеточное пространство обеспечивает защиту от антител, комплемента и многих антибиотиков, а также доступ к питательным веществам хозяина, предоставляя патогену защищенную нишу для репликации.

В чем разница между цитозольным и вакуолярным внутриклеточным патогеном?

Цитозольные патогены покидают входную вакуоль и свободно живут в цитоплазме, часто распространяясь от клетки к клетке с использованием актина хозяина, тогда как вакуолярные патогены остаются внутри мембранно-связанного компартмента, который они модифицируют, чтобы избежать лизосомального разрушения.