Sự bám dính và định cư của vi khuẩn

Bám dính là bước khởi đầu quan trọng của hầu hết các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn: trước khi một tác nhân gây bệnh có thể định cư, xâm nhập hoặc giải phóng độc tố, nó phải tự neo mình vào bề mặt vật chủ để chống lại các lực làm sạch như dòng chảy của chất nhầy, nhu động ruột và nước tiểu. Các adhesin, là các phân tử bề mặt trung gian cho sự gắn kết này, nhận diện các thụ thể đặc hiệu của vật chủ và do đó giúp xác định mô nào mà một tác nhân gây bệnh cụ thể có thể chiếm giữ.

Definition

Sự bám dính của vi khuẩn là sự gắn kết đặc hiệu của một vi khuẩn với tế bào hoặc bề mặt vật chủ thông qua các adhesin (lông/fimbriae hoặc protein neo trên bề mặt) nhận diện các thụ thể bổ sung của vật chủ; sự định cư là sự thiết lập và nhân lên sau đó của quần thể vi khuẩn tại vị trí đó.

Scope

Chủ đề này bao gồm cơ chế phân tử của sự gắn kết của vi khuẩn, sự phân biệt giữa adhesin dạng lông (pilus) và không lông (non-pilus), tính đặc hiệu của thụ thể làm nền tảng cho tính hướng mô, và sự chuyển đổi từ bám dính ban đầu sang định cư ổn định và hình thành màng sinh học. Đây là một chủ đề tham khảo trong bệnh sinh học vi khuẩn, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những phân tử nào làm trung gian cho sự gắn kết, và chúng nhận diện những thụ thể vật chủ nào?
• Tính đặc hiệu của adhesin-thụ thể định hình tính hướng mô như thế nào?
• Làm thế nào mà sự tiếp xúc ban đầu có thể đảo ngược lại phát triển thành sự định cư ổn định và màng sinh học?

Key concepts

• Adhesin
• Lông (Pili) và fimbriae
• Adhesin ở đầu lông (ví dụ FimH)
• Adhesin không lông (afimbrial)
• Tính đặc hiệu của thụ thể và tính hướng mô
• Định cư
• Hình thành màng sinh học

Mechanisms

Sự bám dính thường bắt đầu bằng các lông hoặc fimbriae dài, giống như sợi tóc, được lắp ráp thông qua các con đường chuyên biệt (chẳng hạn như hệ thống chaperone-usher), với các adhesin ở đầu lông liên kết với các glycan hoặc protein vật chủ đã được xác định; ví dụ, lông loại 1 của Escherichia coli gây bệnh đường tiết niệu sử dụng adhesin FimH để liên kết với các thụ thể mannosyl hóa. Các adhesin không lông ngắn hơn, được neo vào thành tế bào, sau đó có thể làm trung gian cho sự tiếp xúc gần gũi. Tính đặc hiệu của thụ thể quyết định tính hướng mô, giới hạn tác nhân gây bệnh ở những bề mặt mà các thụ thể của nó được adhesin nhận diện. Sự gắn kết ổn định cho phép quần thể chống lại sự loại bỏ cơ học, nhân lên và ở nhiều loài, phát triển thành một cộng đồng màng sinh học gắn trên bề mặt.

Clinical relevance

Vì sự bám dính là bước đầu tiên của nhiễm trùng, các adhesin là mục tiêu của nghiên cứu vắc-xin và chống bám dính, và tính đặc hiệu của thụ thể của chúng giúp giải thích tại sao các vi khuẩn cụ thể lại lây nhiễm các mô cụ thể. Mục này mô tả các cơ chế gắn kết để tham khảo và không cung cấp các khuyến nghị chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Sự nhận biết rằng các phân tử bề mặt đặc hiệu điều chỉnh sự gắn kết của vi khuẩn đã phát triển từ công trình nghiên cứu về fimbriae và ngưng kết hồng cầu vào giữa thế kỷ 20 và trưởng thành với sự phân tích phân tử của con đường lông chaperone-usher và các adhesin ở đầu lông như FimH, đã cung cấp một bức tranh cấu trúc cụ thể về cách vi khuẩn nhận diện các thụ thể vật chủ.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao sự bám dính được coi là bước đầu tiên của nhiễm trùng?

Các bề mặt vật chủ liên tục được làm sạch bởi dòng chảy của chất nhầy, sự di chuyển của dịch và sự bong tróc; trừ khi một vi khuẩn tự neo mình bằng các adhesin, nó sẽ bị cuốn trôi trước khi có thể định cư, xâm nhập hoặc giải phóng độc tố.

Sự bám dính liên quan đến tính hướng mô như thế nào?

Các adhesin liên kết với các thụ thể đặc hiệu của vật chủ, do đó một tác nhân gây bệnh chỉ có thể định cư ở những mô hiển thị thụ thể phù hợp, đây là yếu tố quyết định chính nơi nhiễm trùng xảy ra.