Xâm nhập và tồn tại nội bào của vi khuẩn

Một số vi khuẩn không chỉ đơn thuần là xâm chiếm bề mặt vật chủ: chúng đi vào tế bào vật chủ và tồn tại bên trong, tạo ra một hốc bảo vệ khỏi kháng thể, bổ thể và nhiều loại kháng sinh. Sự xâm nhập đòi hỏi mầm bệnh phải kích hoạt hoặc chiếm đoạt bộ máy hấp thu của tế bào vật chủ, và sự tồn tại nội bào đòi hỏi nó phải chống lại hoặc tái cấu trúc các ngăn phá hủy mà nó bị đưa vào.

Definition

Xâm nhập của vi khuẩn là sự đi vào chủ động của một vi khuẩn vào tế bào vật chủ, điển hình là bằng cách kích thích bộ xương tế bào của vật chủ để nội hóa nó; tồn tại nội bào là khả năng của mầm bệnh để tồn tại và nhân lên bên trong tế bào vật chủ, hoặc tự do trong bào tương hoặc trong một không bào đã được biến đổi.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách vi khuẩn xâm nhập vào các tế bào vật chủ không thực bào, sự khác biệt giữa lối sống nội bào trong bào tương và trong không bào, và các chiến lược mà mầm bệnh sử dụng để tồn tại bên trong tế bào. Đây là một chủ đề tham khảo trong bệnh sinh học vi khuẩn và không cung cấp hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Vi khuẩn làm thế nào để kích thích các tế bào không thực bào hấp thu chúng?
• Điều gì phân biệt lối sống nội bào trong bào tương với lối sống nội bào trong không bào?
• Vi khuẩn nội bào tránh bị lysosome tiêu diệt và khai thác tài nguyên của vật chủ như thế nào?

Key concepts

• Invasin và sự hấp thu được kích hoạt
• Cơ chế xâm nhập kiểu khóa kéo so với kiểu kích hoạt
• Các yếu tố tiết của hệ thống tiết loại III
• Lối sống trong bào tương
• Lối sống trong không bào (thực bào thể đã biến đổi)
• Vận động dựa trên actin và lây lan từ tế bào này sang tế bào khác

Mechanisms

Sự xâm nhập vào các tế bào không thực bào tuân theo hai con đường chính. Trong cơ chế khóa kéo (zipper mechanism), một protein bề mặt vi khuẩn (một invasin) liên kết với thụ thể của vật chủ và dần dần gắn kết màng để bao bọc vi khuẩn; trong cơ chế kích hoạt (trigger mechanism), các yếu tố tiết ra được tiêm bởi hệ thống tiết loại III tái cấu trúc bộ xương actin của vật chủ để tạo ra các nếp gấp màng cuốn vi khuẩn vào. Một khi đã vào bên trong, các mầm bệnh phân hóa: vi khuẩn trong bào tương thoát khỏi không bào xâm nhập vào bào tương và có thể lợi dụng actin của vật chủ để di chuyển và lây lan từ tế bào này sang tế bào khác, trong khi vi khuẩn trong không bào vẫn ở bên trong một ngăn có màng mà chúng ngăn chặn hoặc tái cấu trúc để tránh hợp nhất với lysosome phá hủy. Trong cả hai lối sống, các mầm bệnh nội bào đều làm suy yếu các chức năng của tế bào vật chủ để lấy chất dinh dưỡng và trốn tránh sự tiêu diệt.

Clinical relevance

Một hốc nội bào giúp giải thích tại sao một số bệnh nhiễm trùng lại mãn tính, tái phát hoặc khó điều trị, vì vi khuẩn được bảo vệ khỏi miễn dịch dịch thể và khỏi các tác nhân xâm nhập tế bào kém. Mục này mô tả sự xâm nhập và tồn tại nội bào để tham khảo và không phải là cơ sở cho các quyết định điều trị.

History

Nghiên cứu phân tử về sự xâm nhập đã tiến bộ thông qua việc xác định invasin ở Yersinia, yếu tố giúp xâm nhập vào các tế bào nuôi cấy, và thông qua các công trình nghiên cứu về Salmonella, Shigella và Listeria đã định nghĩa các cơ chế kích hoạt và khóa kéo cũng như sự khác biệt giữa lối sống trong không bào và trong bào tương, thiết lập các mầm bệnh nội bào như một chủ đề chính của vi sinh vật học tế bào.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao vi khuẩn lại sống bên trong tế bào vật chủ?

Không gian nội bào cung cấp sự bảo vệ khỏi kháng thể, bổ thể và nhiều loại kháng sinh, cùng với khả năng tiếp cận chất dinh dưỡng của vật chủ, mang lại cho mầm bệnh một hốc được bảo vệ để nhân lên.

Sự khác biệt giữa mầm bệnh nội bào trong bào tương và trong không bào là gì?

Mầm bệnh trong bào tương thoát khỏi không bào xâm nhập và sống tự do trong bào tương, thường lây lan từ tế bào này sang tế bào khác bằng cách sử dụng actin của vật chủ, trong khi mầm bệnh trong không bào vẫn ở bên trong một ngăn có màng mà chúng biến đổi để tránh bị lysosome phá hủy.