การรุกรานของแบคทีเรียและการอยู่รอดภายในเซลล์

แบคทีเรียบางชนิดไม่ได้เพียงแค่ตั้งรกรากบนพื้นผิวของโฮสต์เท่านั้น แต่ยังเข้าสู่เซลล์โฮสต์และอยู่รอดภายในเซลล์เหล่านั้น ทำให้ได้ที่หลบภัยที่ได้รับการปกป้องจากแอนติบอดี คอมพลีเมนต์ และยาปฏิชีวนะหลายชนิด การรุกรานต้องอาศัยเชื้อโรคในการกระตุ้นหรือช่วงชิงกลไกการนำเข้าของเซลล์โฮสต์เอง และการอยู่รอดภายในเซลล์ต้องอาศัยความสามารถในการต้านทานหรือปรับเปลี่ยนส่วนประกอบที่ทำลายล้างซึ่งเชื้อโรคถูกนำเข้าไป

Definition

การรุกรานของแบคทีเรียคือการที่แบคทีเรียเข้าสู่เซลล์โฮสต์อย่างกระตือรือร้น โดยทั่วไปแล้วจะกระตุ้นให้โครงสร้างไซโตสเกเลตันของโฮสต์นำแบคทีเรียเข้าไปภายในเซลล์ การอยู่รอดภายในเซลล์คือความสามารถของเชื้อโรคในการคงอยู่และเพิ่มจำนวนภายในเซลล์โฮสต์ ไม่ว่าจะอยู่ในไซโตซอลอย่างอิสระหรือภายในแวคิวโอลที่ถูกปรับเปลี่ยน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่แบคทีเรียเข้าสู่เซลล์โฮสต์ที่ไม่ใช่ฟาโกไซต์ ความแตกต่างระหว่างการดำรงชีวิตภายในเซลล์แบบไซโตซอลและแบบแวคิวโอล และกลยุทธ์ที่เชื้อโรคใช้ในการคงอยู่ภายในเซลล์ นี่เป็นหัวข้ออ้างอิงในพยาธิกำเนิดของแบคทีเรียและไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• แบคทีเรียกระตุ้นให้เซลล์ที่ไม่ใช่ฟาโกไซต์นำพวกมันเข้าไปได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างการดำรงชีวิตภายในเซลล์แบบไซโตซอลและแบบแวคิวโอล?
• แบคทีเรียภายในเซลล์หลีกเลี่ยงการถูกทำลายโดยไลโซโซมและใช้ประโยชน์จากทรัพยากรของโฮสต์ได้อย่างไร?

Key concepts

• อินเวซินและการนำเข้าที่ถูกกระตุ้น
• กลไกการเข้าสู่เซลล์แบบซิปเทียบกับแบบทริกเกอร์
• สารเอฟเฟกเตอร์ที่หลั่งโดยระบบการหลั่งแบบ Type III
• การดำรงชีวิตแบบไซโตซอล
• การดำรงชีวิตแบบแวคิวโอล (ฟาโกโซมที่ถูกปรับเปลี่ยน)
• การเคลื่อนที่โดยอาศัยแอคตินและการแพร่กระจายจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง

Mechanisms

การรุกรานเซลล์ที่ไม่ใช่ฟาโกไซต์มีสองเส้นทางหลัก ในกลไกแบบซิป (zipper mechanism) โปรตีนบนพื้นผิวแบคทีเรีย (อินเวซิน) จะจับกับตัวรับของโฮสต์และค่อยๆ ดึงเยื่อหุ้มเซลล์เข้ามาหุ้มแบคทีเรีย ในกลไกแบบทริกเกอร์ (trigger mechanism) สารเอฟเฟกเตอร์ที่หลั่งออกมาซึ่งถูกฉีดโดยระบบการหลั่งแบบ Type III จะปรับเปลี่ยนโครงสร้างแอคตินไซโตสเกเลตันของโฮสต์เพื่อสร้างรอยย่นของเยื่อหุ้มเซลล์ (membrane ruffles) ที่จะกวาดแบคทีเรียเข้าไป เมื่อเข้าไปภายในแล้ว เชื้อโรคจะแยกออกเป็นสองกลุ่ม: แบคทีเรียในไซโตซอลจะหลบหนีออกจากแวคิวโอลที่ใช้ในการเข้าสู่เซลล์เข้าไปในไซโตพลาสซึม และอาจใช้ประโยชน์จากแอคตินของโฮสต์ในการเคลื่อนที่และแพร่กระจายจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ในขณะที่แบคทีเรียในแวคิวโอลจะยังคงอยู่ในช่องที่มีเยื่อหุ้มซึ่งพวกมันจะยับยั้งหรือปรับเปลี่ยนเพื่อป้องกันการรวมตัวกับไลโซโซมที่ทำลายล้าง ในการดำรงชีวิตทั้งสองแบบ เชื้อโรคภายในเซลล์จะบ่อนทำลายการทำงานของเซลล์โฮสต์เพื่อรับสารอาหารและหลีกเลี่ยงการถูกทำลาย

Clinical relevance

การมีที่อยู่ภายในเซลล์ช่วยอธิบายว่าทำไมการติดเชื้อบางชนิดจึงเรื้อรัง กลับมาเป็นซ้ำ หรือยากต่อการกำจัด เนื่องจากแบคทีเรียได้รับการปกป้องจากภูมิคุ้มกันแบบฮิวเมอรัลและจากสารที่ซึมผ่านเซลล์ได้ไม่ดี บทความนี้อธิบายถึงการรุกรานและการอยู่รอดภายในเซลล์เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการรักษา

History

การศึกษาโมเลกุลของการรุกรานก้าวหน้าขึ้นจากการระบุอินเวซินใน Yersinia ซึ่งทำให้สามารถเข้าสู่เซลล์เพาะเลี้ยงได้ และจากการทำงานวิจัยเกี่ยวกับ Salmonella, Shigella และ Listeria ซึ่งได้กำหนดกลไกแบบทริกเกอร์และซิป และความแตกต่างระหว่างการดำรงชีวิตแบบแวคิวโอลและไซโตซอล ทำให้เชื้อโรคภายในเซลล์กลายเป็นประเด็นสำคัญของจุลชีววิทยาเซลล์

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

ทำไมแบคทีเรียถึงอาศัยอยู่ภายในเซลล์โฮสต์?

พื้นที่ภายในเซลล์ให้การป้องกันจากแอนติบอดี คอมพลีเมนต์ และยาปฏิชีวนะหลายชนิด รวมถึงการเข้าถึงสารอาหารของโฮสต์ ทำให้เชื้อโรคมีที่หลบภัยในการเพิ่มจำนวน

อะไรคือความแตกต่างระหว่างเชื้อโรคภายในเซลล์แบบไซโตซอลและแบบแวคิวโอล?

เชื้อโรคในไซโตซอลจะหลบหนีออกจากแวคิวโอลที่ใช้ในการเข้าสู่เซลล์และอาศัยอยู่อย่างอิสระในไซโตพลาสซึม ซึ่งมักจะแพร่กระจายจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งโดยใช้แอคตินของโฮสต์ ในขณะที่เชื้อโรคในแวคิวโอลจะยังคงอยู่ในช่องที่มีเยื่อหุ้มซึ่งพวกมันจะปรับเปลี่ยนเพื่อหลีกเลี่ยงการถูกทำลายโดยไลโซโซม