Informatie

14.3: Bacteriële virulentiefactoren - Biologie


Vaardigheden om te ontwikkelen

  • Leg uit hoe virulentiefactoren bijdragen aan tekenen en symptomen van infectieziekten
  • Maak onderscheid tussen endotoxinen en exotoxinen
  • Beschrijf en onderscheid tussen verschillende soorten exotoxinen
  • Beschrijf de mechanismen die virussen gebruiken voor adhesie en antigene variatie

In de vorige paragraaf hebben we uitgelegd dat sommige pathogenen virulenter zijn dan andere. Dit komt door de unieke virulentiefactors geproduceerd door individuele pathogenen, die de omvang en ernst van de ziekte bepalen die ze kunnen veroorzaken. De virulentiefactoren van een pathogeen worden gecodeerd door genen die kunnen worden geïdentificeerd met behulp van de moleculaire postulaten van Koch. Wanneer genen die coderen voor virulentiefactoren worden geïnactiveerd, neemt de virulentie in het pathogeen af. In deze sectie onderzoeken we verschillende soorten en specifieke voorbeelden van virulentiefactoren en hoe ze bijdragen aan elke stap van pathogenese.

Virulentiefactoren voor hechting

Zoals besproken in de vorige sectie, zijn de eerste twee stappen in pathogenese blootstelling en adhesie. Bedenk dat een adhesine een eiwit of glycoproteïne is dat op het oppervlak van een pathogeen wordt aangetroffen en dat zich hecht aan receptoren op de gastheercel. Adhesines worden aangetroffen op bacteriële, virale, schimmel- en protozoaire pathogenen. Een voorbeeld van een bacteriële adhesine is type 1 fimbriale adhesine, een molecuul dat wordt aangetroffen op de toppen van fimbriae van enterotoxigene E coli (ETEC). Bedenk dat fimbriae haarachtige eiwitborstels op het celoppervlak zijn. Type 1 fimbriale adhesine zorgt ervoor dat de fimbriae van ETEC-cellen zich kunnen hechten aan de mannose-glycanen die tot expressie worden gebracht op darmepitheelcellen. Tabel (PageIndex{1}) geeft een overzicht van veelvoorkomende adhesines die worden aangetroffen in sommige van de pathogenen die we hebben besproken of later in dit hoofdstuk zullen zien.

Tabel (PageIndex{1}): Sommige bacteriële adhesines en hun aanhechtingsplaatsen voor de gastheer
PathogeenZiekteAdhesineBijlagesite
Streptococcus pyogeneskeelontstekingEiwit FAdemhalingsepitheelcellen
Streptococcus mutanscariësAdhesine P1Tanden
Neisseria gonorrhoeaeGonorroeType IV pilicUrethrale epitheelcellen
Enterotoxigeen E coli (ETEC)ReizigersdiarreeType 1 fimbriaeIntestinale epitheelcellen
Vibrio choleraeCholeraN-methylfenylalaninepilIntestinale epitheelcellen

Bacteriële exo-enzymen en toxines als virulentiefactoren

Na blootstelling en adhesie is de volgende stap in pathogenese invasie, waarbij enzymen en toxines betrokken kunnen zijn. Veel ziekteverwekkers bereiken invasie door in de bloedbaan te komen, een effectieve manier van verspreiding omdat bloedvaten dicht langs elke cel in het lichaam gaan. De keerzijde van dit verspreidingsmechanisme is dat het bloed ook tal van elementen van het immuunsysteem bevat. Verschillende termen die eindigen op -emie worden gebruikt om de aanwezigheid van ziekteverwekkers in de bloedbaan te beschrijven. De aanwezigheid van bacteriën in het bloed wordt bacteriëmie genoemd. Bacteriëmie waarbij pyogenen (pusvormende bacteriën) betrokken zijn, wordt pyemie genoemd. Wanneer virussen in het bloed worden aangetroffen, wordt dit viremie genoemd. De term toxemie beschrijft de toestand waarin toxines in het bloed worden aangetroffen. Als bacteriën zowel aanwezig zijn als zich vermenigvuldigen in het bloed, wordt deze aandoening septikemie genoemd.

Patiënten met bloedvergiftiging worden beschreven als septisch, wat kan leiden tot shock, een levensbedreigende verlaging van de bloeddruk (systolische druk <90 mm Hg) die voorkomt dat cellen en organen voldoende zuurstof en voedingsstoffen krijgen. Sommige bacteriën kunnen shock veroorzaken door het vrijkomen van gifstoffen (virulentiefactoren die weefselbeschadiging kunnen veroorzaken) en leiden tot een lage bloeddruk. Gram-negatieve bacteriën worden opgeslokt door fagocyten van het immuunsysteem, die vervolgens tumornecrosefactor afgeven, een molecuul dat betrokken is bij ontstekingen en koorts. Tumornecrosefactor bindt zich aan bloedcapillairen om hun doorlaatbaarheid te vergroten, waardoor vloeistoffen uit bloedvaten en in weefsels kunnen stromen, wat zwelling of oedeem veroorzaakt (Figuur (PageIndex{1})). Bij hoge concentraties tumornecrosefactor is de ontstekingsreactie ernstig en gaat er voldoende vocht uit de bloedsomloop verloren zodat de bloeddruk tot gevaarlijk lage niveaus daalt. Dit kan ernstige gevolgen hebben omdat het hart, de longen en de nieren voor een goede werking afhankelijk zijn van een normale bloeddruk; dus multi-orgaanfalen, shock en overlijden kunnen optreden.

Afbeelding (PageIndex{1}): Deze patiënt heeft oedeem in het weefsel van de rechterhand. Een dergelijke zwelling kan optreden wanneer bacteriën de afgifte van pro-inflammatoire moleculen uit immuuncellen veroorzaken en deze moleculen een verhoogde doorlaatbaarheid van bloedvaten veroorzaken, waardoor vloeistof uit de bloedbaan kan ontsnappen en weefsel kan binnendringen.

Exo-enzymen

Sommige pathogenen produceren extracellulaire enzymen, of exo-enzymens, waardoor ze gastheercellen en diepere weefsels kunnen binnendringen. Exo-enzymen hebben een breed scala aan doelen. Enkele algemene klassen van exo-enzymen en geassocieerde pathogenen staan ​​vermeld in Tabel (PageIndex{2}). Elk van deze exo-enzymen functioneert in de context van een bepaalde weefselstructuur om invasie te vergemakkelijken of zijn eigen groei te ondersteunen en te verdedigen tegen het immuunsysteem. Bijvoorbeeld hyaluronidase S, een enzym dat wordt geproduceerd door ziekteverwekkers zoals Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, en Clostridium perfringens, breekt het glycoside hylauronan (hyaluronzuur) af, dat fungeert als een intercellulair cement tussen aangrenzende cellen in het bindweefsel (Figuur (PageIndex{2})). Hierdoor kan de ziekteverwekker door de weefsellagen bij de ingangspoort gaan en zich elders in het lichaam verspreiden (Figuur (PageIndex{2})).

Tabel (PageIndex{2}): Enkele klassen van exo-enzymen en hun doelen
KlasVoorbeeldFunctie
GlycohydrolasenHyaluronidase S in Staphylococcus aureusDegradeert hyaluronzuur dat cellen aan elkaar bindt om verspreiding door weefsels te bevorderen
NucleasenDNAse geproduceerd door S. aureusDegradeert DNA dat vrijkomt door stervende cellen (bacteriën en gastheercellen) die de bacteriën kunnen vangen, waardoor verspreiding wordt bevorderd
fosfolipasenFosfolipase C van Bacillus anthracisDegradeert fosfolipide dubbellaag van gastheercellen, veroorzaakt cellulaire lysis, en degradeert membraan van fagosomen om te kunnen ontsnappen naar het cytoplasma
proteasenCollagenase in Clostridium perfringensDegradeert collageen in bindweefsel om verspreiding te bevorderen

Afbeelding (PageIndex{2}): (a) Hyaluronan is een polymeer dat wordt aangetroffen in de lagen van de opperhuid die aangrenzende cellen verbinden. (b) Hyaluronidase geproduceerd door bacteriën degradeert dit hechtende polymeer in de extracellulaire matrix, waardoor doorgang mogelijk wordt tussen cellen die anders zouden worden geblokkeerd.

Pathogeen-geproduceerde nucleasen, zoals DNAse geproduceerd door S. aureus, extracellulair DNA afbreken als een middel om te ontsnappen en zich door weefsel te verspreiden. Als bacterie- en gastheercellen afsterven op de plaats van infectie, lyseren ze en geven ze hun intracellulaire inhoud vrij. Het DNA-chromosoom is de grootste van de intracellulaire moleculen en massa's extracellulair DNA kunnen bacteriën vangen en hun verspreiding voorkomen. S. aureus produceert een DNAse om het netwerk van extracellulair DNA af te breken, zodat het kan ontsnappen en zich naar aangrenzende weefsels kan verspreiden. Deze strategie wordt ook gebruikt door S. aureus en andere pathogenen om weefsels van extracellulair DNA, geproduceerd door fagocyten van het immuunsysteem, af te breken en te ontsnappen om de bacteriën te vangen.

Enzymen die de fosfolipiden van celmembranen afbreken, worden fosfolipasen genoemd. Hun acties zijn specifiek met betrekking tot het type fosfolipiden waarop ze inwerken en waar ze de moleculen enzymatisch splitsen. De ziekteverwekker die verantwoordelijk is voor miltvuur, B. anthracis, produceert fosfolipase C. Wanneer? B. anthracis wordt opgenomen door fagocytische cellen van het immuunsysteem, degradeert fosfolipase C het membraan van het fagosoom voordat het kan fuseren met het lysosoom, waardoor de ziekteverwekker kan ontsnappen in het cytoplasma en zich vermenigvuldigt. Fosfolipasen kunnen zich ook richten op het membraan dat het fagosoom in fagocytische cellen omsluit. Zoals eerder in dit hoofdstuk beschreven, is dit het mechanisme dat wordt gebruikt door intracellulaire pathogenen zoals: L. monocytogenes en Rickettsia om aan het fagosoom te ontsnappen en zich te vermenigvuldigen in het cytoplasma van fagocytische cellen. De rol van fosfolipasen bij bacteriële virulentie is niet beperkt tot fagosomale ontsnapping. Veel pathogenen produceren fosfolipasen die celmembranen afbreken en lysis van doelcellen veroorzaken. Deze fosfolipasen zijn betrokken bij de lysis van rode bloedcellen, witte bloedcellen en weefselcellen.

Bacteriële pathogenen produceren ook verschillende eiwitverterende enzymen of proteasen. Proteasen kunnen worden geclassificeerd op basis van hun substraatdoelwit (bijv. serineproteasen richten zich op eiwitten met het aminozuur serine) of als ze metalen in hun actieve plaats bevatten (bijv. zinkmetalloproteasen bevatten een zinkion, dat nodig is voor enzymatische activiteit).

Een voorbeeld van een protease dat een metaalion bevat, is het exo-enzym collagenase. Collagenase verteert collageen, het dominante eiwit in bindweefsel. Collageen kan worden gevonden in de extracellulaire matrix, vooral in de buurt van slijmvliezen, bloedvaten, zenuwen en in de huidlagen. Net als hyaluronidase, zorgt collagenase ervoor dat de ziekteverwekker kan doordringen en zich door het gastheerweefsel kan verspreiden door dit bindweefseleiwit te verteren. Het collagenase geproduceerd door de grampositieve bacterie Clostridium perfringensZo kan de bacterie zich een weg banen door de weefsellagen en vervolgens het bloed binnendringen en zich vermenigvuldigen (bloedvergiftiging). C. perfringens gebruikt vervolgens toxines en een fosfolipase om cellulaire lysis en necrose te veroorzaken. Nadat de gastheercellen zijn afgestorven, produceert de bacterie gas door de spierkoolhydraten te fermenteren. De wijdverbreide necrose van weefsel en het bijbehorende gas zijn kenmerkend voor de aandoening die bekend staat als gasgangreen (Figuur (PageIndex{3})).

Afbeelding (PageIndex{3}): De afbeelding toont een bloedvat met een enkele laag endotheelcellen die het lumen omringen en dicht bindweefsel (weergegeven in rood) rond de endotheelcellaag. Collagenase geproduceerd door C. perfringens breekt het collageen tussen de endotheelcellen af, waardoor de bacteriën in de bloedbaan kunnen komen. (credit-illustratie: wijziging van het werk door Bruce Blaus; credit-microfoto: microfoto verstrekt door de Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

Naast exo-enzymen zijn bepaalde pathogenen in staat om toxine te producerens, biologische vergiften die helpen bij hun vermogen om weefsels binnen te dringen en te beschadigen. Het vermogen van een pathogeen om toxines te produceren om schade aan gastheercellen te veroorzaken, wordt toxigeniciteit genoemd.

Toxines kunnen worden onderverdeeld in endotoxinen of exotoxinen. Het lipopolysacharide (LPS) dat op het buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën wordt aangetroffen, wordt endotoxine genoemd (Figuur (PageIndex{4})). Tijdens infectie en ziekte geven gramnegatieve bacteriële pathogenen endotoxine af wanneer de cel sterft, wat resulteert in de desintegratie van het membraan, of wanneer de bacterie binaire splitsing ondergaat. De lipidecomponent van endotoxine, lipide A, is verantwoordelijk voor de toxische eigenschappen van het LPS-molecuul. Lipide A is relatief geconserveerd in verschillende geslachten van gramnegatieve bacteriën; daarom zijn de toxische eigenschappen van lipide A vergelijkbaar, ongeacht het gramnegatieve pathogeen. Op een manier die vergelijkbaar is met die van tumornecrosefactor, triggert lipide A de ontstekingsreactie van het immuunsysteem (zie Ontsteking en koorts). Als de concentratie van endotoxine in het lichaam laag is, kan de ontstekingsreactie de gastheer een effectieve verdediging tegen infectie bieden; aan de andere kant kunnen hoge concentraties van endotoxine in het bloed een overmatige ontstekingsreactie veroorzaken, wat leidt tot een ernstige daling van de bloeddruk, multi-orgaanfalen en overlijden.

Afbeelding (PageIndex{4}): Lipopolysacharide is samengesteld uit lipide A, een kernglycolipide en een O-specifieke polysacharidezijketen. Lipide A is het giftige bestanddeel dat ontstekingen en koorts bevordert.

Een klassieke methode om endotoxine te detecteren is door gebruik te maken van de Limulus amebocyt lysaat (LAL) test. Bij deze procedure worden de bloedcellen (amebocyten) van de degenkrab (Limulus polyphemus) wordt gemengd met het serum van een patiënt. De amebocyten zullen reageren op de aanwezigheid van endotoxine. Deze reactie kan ofwel chromogeen (kleur) worden waargenomen of door te zoeken naar coagulatie (stollingsreactie) in het serum. Een alternatieve methode die is gebruikt, is een enzymgekoppelde immunosorbenttest (ELISA) die antilichamen gebruikt om de aanwezigheid van endotoxine te detecteren.

In tegenstelling tot het giftige lipide A van endotoxine, is exotoxines zijn eiwitmoleculen die worden geproduceerd door een grote verscheidenheid aan levende pathogene bacteriën. Hoewel sommige gramnegatieve pathogenen exotoxinen produceren, wordt de meerderheid geproduceerd door grampositieve pathogenen. Exotoxinen verschillen van endotoxine in verschillende andere belangrijke kenmerken, samengevat in Tabel (PageIndex{3}). In tegenstelling tot endotoxine, dat bij vrijgave een algemene systemische ontstekingsreactie stimuleert, zijn exotoxinen veel specifieker in hun werking en de cellen waarmee ze interageren. Elk exotoxine richt zich op specifieke receptoren op specifieke cellen en beschadigt die cellen via unieke moleculaire mechanismen. Endotoxine blijft stabiel bij hoge temperaturen en vereist verwarming bij 121 ° C (250 ° F) gedurende 45 minuten om te inactiveren. Daarentegen zijn de meeste exotoxinen hittelabiel vanwege hun eiwitstructuur, en veel worden gedenatureerd (geïnactiveerd) bij temperaturen boven 41 ° C (106 ° F). Zoals eerder besproken, kan endotoxine bij zeer hoge concentraties een dodelijke ontstekingsreactie stimuleren en heeft het een gemeten LD50 van 0,24 mg/kg. Daarentegen kunnen zeer kleine concentraties exotoxinen dodelijk zijn. Zo heeft botulinumtoxine, dat botulisme veroorzaakt, een LD50 van 0,000001 mg/kg (240.000 keer dodelijker dan endotoxine).

Tabel (PageIndex{3}): Vergelijking van endotoxine en exotoxinen geproduceerd door bacteriën
kenmerkendotoxineexotoxine
BronGram-negatieve bacteriënGram-positieve (voornamelijk) en Gram-negatieve bacteriën
SamenstellingLipide Een bestanddeel van lipopolysacharideEiwit
Effect op gastheerAlgemene systemische symptomen van ontsteking en koortsSpecifieke schade aan cellen afhankelijk van receptor-gemedieerde targeting van cellen en specifieke werkingsmechanismen
Hitte stabiliteitHittestabielDe meeste zijn hittelabiel, maar sommige zijn hittestabiel
LD50HoogLaag

De exotoxinen kunnen worden gegroepeerd in drie categorieën op basis van hun doelwit: intracellulaire targeting, membraanverstorende en superantigenen. Tabel (PageIndex{4}) geeft voorbeelden van goed gekarakteriseerde toxines binnen elk van deze drie categorieën.

Tabel (PageIndex{4}): Enkele veel voorkomende exotoxinen en geassocieerde bacteriële pathogenen
CategorieVoorbeeldPathogeenMechanisme en ziekte
Intracellulaire gerichte toxinescholera toxineVibrio choleraeActivering van adenylaatcyclase in darmcellen, wat leidt tot verhoogde niveaus van cyclisch adenosinemonofosfaat (cAMP) en afscheiding van vloeistoffen en elektrolyten uit de cel, wat diarree veroorzaakt
tetanus toxineClostridium tetaniRemt de afgifte van remmende neurotransmitters in het centrale zenuwstelsel, waardoor spastische verlamming ontstaat
BotulinumtoxineClostridium botulinumRemt de afgifte van de neurotransmitter acetylcholine uit neuronen, wat resulteert in slappe verlamming
Difterie toxineCorynebacterium diphtheriaeRemming van eiwitsynthese, waardoor celdood wordt veroorzaakt
Membraanverstorende toxinesStreptolysineStreptococcus pyogenesEiwitten die zich samenvoegen tot poriën in celmembranen, hun functie verstoren en de cel doden
pneumolysineStreptococcus pneumoniae
Alfa-toxineStaphylococcus aureus
Alfa-toxineClostridium perfringensFosfolipasen die celmembraanfosfolipiden afbreken, de membraanfunctie verstoren en de cel doden
fosfolipase CPseudomonas aeruginosa
Beta-toxineStaphylococcus aureus
superantigenenToxic shock syndrome toxineStaphylococcus aureusStimuleert overmatige activering van immuunsysteemcellen en afgifte van cytokinen (chemische mediatoren) uit immuunsysteemcellen. Levensbedreigende koorts, ontsteking en shock zijn het gevolg.
Streptokokken mitogeen exotoxineStreptococcus pyogenes
Streptokokken pyrogene toxinesStreptococcus pyogenes

Het intracellulaire targeting-toxines bestaan ​​uit twee componenten: A voor activiteit en B voor binding. Dit soort toxines staan ​​dus bekend als A-B exotoxinen (Figuur (PageIndex{5})). De B-component is verantwoordelijk voor de cellulaire specificiteit van het toxine en bemiddelt de initiële hechting van het toxine aan specifieke celoppervlakreceptoren. Zodra het A-B-toxine aan de gastheercel bindt, wordt het door endocytose in de cel gebracht en in een vacuole gevangen. De A- en B-subeenheden scheiden zich als de vacuole verzuurt. De A-subeenheid komt dan het celcytoplasma binnen en interfereert met de specifieke interne cellulaire functie waarop het zich richt.

Afbeelding (PageIndex{5}): (a) In A-B-toxinen bindt de B-component aan de gastheercel door zijn interactie met specifieke celoppervlakreceptoren. (b) Het toxine wordt binnengebracht via endocytose. (c) Eenmaal in de vacuole scheidt de A-component (actieve component) zich van de B-component en krijgt de A-component toegang tot het cytoplasma. (credit: wijziging van het werk door "Biology Discussion Forum"/YouTube)

Vier unieke voorbeelden van A-B-toxines zijn de difterie-, cholera-, botulinum- en tetanustoxines. Het difterietoxine wordt geproduceerd door de grampositieve bacterie Corynebacterium diphtheriae, de veroorzaker van nasofaryngeale en cutane difterie. Nadat de A-subeenheid van het difterietoxine is afgescheiden en toegang krijgt tot het cytoplasma, vergemakkelijkt het de overdracht van adenosinedifosfaat (ADP)-ribose op een elongatiefactor-eiwit (EF-2) dat nodig is voor eiwitsynthese. Difterietoxine remt dus de eiwitsynthese in de gastheercel, waardoor de cel uiteindelijk wordt gedood (Figuur (PageIndex{6})).

Afbeelding (PageIndex{6}): Het mechanisme van het difterietoxine dat de eiwitsynthese remt. De A-subeenheid inactiveert verlengingsfactor 2 door een ADP-ribose over te dragen. Dit stopt de eiwitverlenging, remt de eiwitsynthese en doodt de cel.

Choleratoxine is een enterotoxine dat wordt geproduceerd door de gramnegatieve bacterie Vibrio cholerae en is samengesteld uit één A-subeenheid en vijf B-subeenheden. Het werkingsmechanisme van het choleratoxine is complex. De B-subeenheden binden aan receptoren op de darmepitheelcel van de dunne darm. Na toegang te krijgen tot het cytoplasma van de epitheelcel, activeert de A-subeenheid een intracellulair G-eiwit. Het geactiveerde G-eiwit leidt op zijn beurt tot de activering van het enzym adenylcyclase, dat een verhoging van de concentratie van cyclisch AMP (een secundair boodschappermolecuul) begint te produceren. De verhoogde cAMP verstoort de normale fysiologie van de darmepitheelcellen en zorgt ervoor dat ze buitensporige hoeveelheden vocht en elektrolyten afscheiden in het lumen van het darmkanaal, wat resulteert in ernstige diarree van rijst-water ontlasting die kenmerkend is voor cholera.

Botulinumtoxine (ook bekend als botox) is een neurotoxine dat wordt geproduceerd door de grampositieve bacterie Clostridium botulinum. Het is de meest acuut giftige stof die tot nu toe bekend is. Het toxine is samengesteld uit een lichte A-subeenheid en een zware eiwitketen B-subeenheid. De B-subeenheid bindt aan neuronen zodat botulinumtoxine de neuronen kan binnendringen op de neuromusculaire junctie. De A-subeenheid werkt als een protease en splitst eiwitten die betrokken zijn bij de afgifte door het neuron van acetylcholine, een neurotransmittermolecuul. Normaal gesproken geven neuronen acetylcholine af om samentrekkingen van spiervezels te induceren. Het vermogen van het toxine om de afgifte van acetylcholine te blokkeren, resulteert in de remming van spiercontracties, wat leidt tot spierontspanning. Dit heeft het potentieel om te stoppen met ademen en de dood te veroorzaken. Vanwege zijn werking worden lage concentraties botox gebruikt voor cosmetische en medische procedures, waaronder het verwijderen van rimpels en de behandeling van een overactieve blaas.

Klik op deze link om een ​​animatie te zien van hoe het choleratoxine werkt.

Klik op deze link om een ​​animatie te zien van hoe het botulinumtoxine werkt.

Een ander neurotoxine is tetanustoxine, dat wordt geproduceerd door de grampositieve bacterie Clostridium tetani. Dit toxine heeft ook een lichte A-subeenheid en een zware eiwitketen B-subeenheid. In tegenstelling tot botulinumtoxine bindt tetanustoxine aan remmende interneuronen, die verantwoordelijk zijn voor de afgifte van de remmende neurotransmitters glycine en gamma-aminoboterzuur (GABA). Normaal gesproken binden deze neurotransmitters aan neuronen op de neuromusculaire junctie, wat resulteert in de remming van de afgifte van acetylcholine. Tetanustoxine remt de afgifte van glycine en GABA uit het interneuron, wat resulteert in permanente spiercontractie. Het eerste symptoom is typisch stijfheid van de kaak (kaakklem). Gewelddadige spierspasmen in andere delen van het lichaam volgen, meestal culminerend in ademhalingsfalen en overlijden. Figuur (PageIndex{7}) toont de werking van zowel botulinum- als tetanustoxines.

Afbeelding (PageIndex{7}): Mechanismen van botulinum- en tetanustoxines. (creditmicrofoto's: wijziging van het werk door Centers for Disease Control and Prevention)

Membraanverstorende toxines beïnvloeden de celmembraanfunctie door poriën te vormen of door de fosfolipidedubbellaag in gastheercelmembranen te verstoren. Twee soorten membraanverstorende exotoxinen zijn hemolysines en leukocidines, die poriën in celmembranen vormen, waardoor lekkage van de cytoplasmatische inhoud en cellysis wordt veroorzaakt. Oorspronkelijk werd gedacht dat deze toxines zich richten op respectievelijk rode bloedcellen (erytrocyten) en witte bloedcellen (leukocyten), maar we weten nu dat ze ook andere cellen kunnen aantasten. De grampositieve bacterie Streptococcus pyogenes produceert streptolysines, in water oplosbare hemolysines die binden aan de cholesteroldelen in het gastheercelmembraan om een ​​porie te vormen. De twee soorten streptolysines, O en S, worden gecategoriseerd op basis van hun vermogen om hemolyse in erytrocyten te veroorzaken in de afwezigheid of aanwezigheid van zuurstof. Streptolysine O is niet actief in aanwezigheid van zuurstof, terwijl streptolysine S actief is in aanwezigheid van zuurstof. Andere belangrijke poriënvormende membraanverstorende toxines zijn onder meer alfatoxine van Staphylococcus aureus en pneumolysine van Streptococcus pneumoniae.

Bacteriële fosfolipasen zijn membraanverstorend toxines die de fosfolipide dubbellaag van celmembranen afbreken in plaats van poriën te vormen. We hebben al gesproken over de fosfolipasen die geassocieerd zijn met B. anthracis, L. pneumophila, en Rickettsia soorten die deze bacteriën in staat stellen de lysis van fagosomen te bewerkstelligen. Deze zelfde fosfolipasen zijn ook hemolysines. Andere fosfolipasen die functioneren als hemolysines zijn het alfatoxine van Clostridium perfringens, fosfolipase C van P. aeruginosa, en bètatoxine van Staphylococcus aureus.

Sommige soorten S. aureus produceren ook een leukocidine genaamd Panton-Valentine leukocidine (PVL). PVL bestaat uit twee subeenheden, S en F. De S-component werkt als de B-subeenheid van een AB-exotoxine doordat het bindt aan glycolipiden op het buitenste plasmamembraan van dierlijke cellen. De F-component werkt als de A-subeenheid van een A-B-exotoxine en draagt ​​de enzymatische activiteit. Het toxine voegt zich in en assembleert zich in een porie in het membraan. Genen die coderen voor PVL zijn vaker aanwezig in S. aureus stammen die huidinfecties en longontsteking veroorzaken.1 PVL bevordert huidinfecties door oedeem, erytheem (rood worden van de huid door verwijding van bloedvaten) en huidnecrose te veroorzaken. Van PVL is ook aangetoond dat het necrotiserende longontsteking veroorzaakt. PVL bevordert pro-inflammatoire en cytotoxische effecten op alveolaire leukocyten. Dit resulteert in het vrijkomen van enzymen uit de leukocyten, die op hun beurt schade aan longweefsel veroorzaken.

De derde klasse van exotoxinen is het superantigeens. Dit zijn exotoxinen die een overmatige, niet-specifieke stimulatie van immuuncellen veroorzaken om cytokinen (chemische boodschappers) af te scheiden. De overmatige productie van cytokinen, vaak een cytokinestorm genoemd, wekt een sterke immuun- en ontstekingsreactie op die levensbedreigende hoge koorts, lage bloeddruk, multi-orgaanfalen, shock en overlijden kan veroorzaken. Het prototype superantigeen is het toxine van het toxische shocksyndroom van S. aureus. De meeste gevallen van toxisch shocksyndroom zijn geassocieerd met vaginale kolonisatie door toxineproducerende S. aureus bij menstruerende vrouwen; kolonisatie van andere lichaamssites kan echter ook optreden. Sommige soorten Streptococcus pyogenes produceren ook superantigenen; ze worden de streptokokken-mitogene exotoxinen en de streptokokken-pyrogene toxines genoemd.

Oefening (PageIndex{2})

  1. Beschrijf hoe exo-enzymen bijdragen aan bacteriële invasie.
  2. Leg het verschil uit tussen exotoxinen en endotoxinen.
  3. Noem de drie klassen van exotoxinen.

Virulentiefactoren voor overleving in de gastheer en immuunontduiking

Het ontwijken van het immuunsysteem is ook belangrijk voor invasiviteit. Bacteriën gebruiken verschillende virulentiefactoren om fagocytose door cellen van het immuunsysteem te omzeilen. Veel bacteriën produceren bijvoorbeeld capsules, die worden gebruikt voor adhesie, maar ook helpen bij het ontwijken van het immuunsysteem door opname door fagocyten te voorkomen. De samenstelling van de capsule voorkomt dat immuuncellen zich kunnen hechten en vervolgens de cel fagocyteren. Bovendien maakt het kapsel de bacteriecel veel groter, waardoor het voor immuuncellen moeilijker wordt om de ziekteverwekker te verzwelgen (Figuur (PageIndex{8})). Een opmerkelijke capsuleproducerende bacterie is de grampositieve ziekteverwekker Streptococcus pneumoniae, die pneumokokkenpneumonie, meningitis, bloedvergiftiging en andere luchtweginfecties veroorzaakt. Ingekapselde stammen van S. pneumoniae zijn virulenter dan niet-ingekapselde stammen en hebben meer kans om de bloedbaan binnen te dringen en bloedvergiftiging en meningitis te veroorzaken.

Sommige pathogenen kunnen ook proteasen produceren om zichzelf te beschermen tegen fagocytose. Zoals beschreven in Adaptive Specific Host Defenses, produceert het menselijke immuunsysteem antilichamen die binden aan oppervlaktemoleculen die op specifieke bacteriën worden aangetroffen (bijv. capsules, fimbriae, flagella, LPS). Deze binding initieert fagocytose en andere mechanismen van antibacteriële doding en klaring. Proteasen bestrijden door antilichamen gemedieerde doding en klaring door de antilichaammoleculen aan te vallen en te verteren (Figuur (PageIndex{8})).

Naast capsules en proteasen produceren sommige bacteriële pathogenen andere virulentiefactoren waardoor ze het immuunsysteem kunnen ontwijken. De fimbriae van bepaalde soorten Streptokokken bevatten M-eiwit, dat het oppervlak van Streptokokken en remt fagocytose door de binding van de complementmoleculen te blokkeren die fagocyten helpen bij het opnemen van bacteriële pathogenen. De zuurvaste bacterie Mycobacterium tuberculosis (de veroorzaker van tuberculose) produceert in zijn celomhulsel een wasachtige substantie die bekend staat als mycolzuur. Wanneer het wordt verzwolgen door fagocyten in de long, stelt de beschermende mycolzuurlaag de bacterie in staat weerstand te bieden aan enkele van de dodingsmechanismen in het fagolysosoom.

Afbeelding (PageIndex{8}): (a) Een microfoto van capsules rond bacteriële cellen. (b) Antilichamen werken normaal door te binden aan antigenen, moleculen op het oppervlak van pathogene bacteriën. Fagocyten binden zich vervolgens aan het antilichaam en initiëren fagocytose. (c) Sommige bacteriën produceren ook proteasen, virulentiefactoren die gastheerantilichamen afbreken om fagocytose te omzeilen. (credit a: wijziging van het werk door Centers for Disease Control and Prevention)

Sommige bacteriën produceren virulentiefactoren die infectie bevorderen door gebruik te maken van moleculen die van nature door de gastheer worden geproduceerd. De meeste stammen van bijvoorbeeld Staphylococcus aureus produceren het exo-enzym coagulase, dat gebruik maakt van het natuurlijke mechanisme van bloedstolling om het immuunsysteem te omzeilen. Normaal gesproken wordt bloedstolling geactiveerd als reactie op beschadiging van bloedvaten; bloedplaatjes beginnen het stolsel te verstoppen en er treedt een cascade van reacties op waarbij fibrinogeen, een oplosbaar eiwit dat door de lever wordt gemaakt, in fibrine wordt gesplitst. Fibrine is een onoplosbaar, draadachtig eiwit dat zich bindt aan bloedplaatjes, crosslinks maakt en samentrekt om een ​​netwerk van samengeklonterde bloedplaatjes en rode bloedcellen te vormen. Het resulterende stolsel voorkomt verder bloedverlies uit de beschadigde bloedvaten. Als bacteriën echter coagulase in de bloedbaan afgeven, wordt de fibrinogeen-naar-fibrine-cascade geactiveerd bij afwezigheid van bloedvatbeschadiging. Het resulterende stolsel bedekt de bacteriën in fibrine en beschermt de bacteriën tegen blootstelling aan fagocytische immuuncellen die in de bloedbaan circuleren.

Terwijl coagulase ervoor zorgt dat bloed stolt, hebben kinasen het tegenovergestelde effect door de omzetting van plasminogeen in plasmine op gang te brengen, dat betrokken is bij de vertering van fibrinestolsels. Door een stolsel te verteren, laten kinasen pathogenen die in het stolsel vastzitten, ontsnappen en zich verspreiden, vergelijkbaar met de manier waarop collagenase, hyaluronidase en DNAse de verspreiding van infectie vergemakkelijken. Voorbeelden van kinasen zijn stafylokinasen en streptokinasen, geproduceerd door Stafylokokken aureusen Streptococcus pyogenes, respectievelijk. Het is intrigerend dat S. aureus kan zowel coagulase produceren om de stolling te bevorderen als staphylokinase om de vertering van stolsels te stimuleren. De werking van coagulase vormt een belangrijke beschermende barrière van het immuunsysteem, maar wanneer de toevoer van voedingsstoffen wordt verminderd of andere omstandigheden aangeven dat de ziekteverwekker moet ontsnappen en zich verspreiden, kan de productie van staphylokinase dit proces in gang zetten.

Een laatste mechanisme dat ziekteverwekkers kunnen gebruiken om zichzelf te beschermen tegen het immuunsysteem, wordt antigene variatie genoemd, wat de wijziging van oppervlakte-eiwitten is, zodat een pathogeen niet langer wordt herkend door het immuunsysteem van de gastheer. Bijvoorbeeld de bacterie Borrelia burgdorferi, de veroorzaker van de ziekte van Lyme, bevat een oppervlaktelipoproteïne dat bekend staat als VlsE. Vanwege genetische recombinatie tijdens DNA-replicatie en -herstel ondergaat dit bacteriële eiwit antigene variatie. Elke keer dat koorts optreedt, wordt het VlsE-eiwit B. burgdorferi kunnen zo sterk verschillen dat antilichamen tegen eerdere VlsE-sequenties niet effectief zijn. Er wordt aangenomen dat deze variatie in de VlsE bijdraagt ​​aan het vermogen B. burgdorferi chronische ziekte veroorzaken. Een ander belangrijk menselijk bacterieel pathogeen dat antigene variatie gebruikt om het immuunsysteem te vermijden, is: Neisseria gonorrhoeae, die de seksueel overdraagbare aandoening gonorroe veroorzaakt. Deze bacterie staat bekend om zijn vermogen om antigene variatie van zijn type IV pili te ondergaan om immuunafweer te vermijden.

Oefening (PageIndex{3})

  1. Noem minstens twee manieren waarop een capsule bescherming biedt tegen het immuunsysteem.
  2. Noem naast capsules nog twee andere virulentiefactoren die door bacteriën worden gebruikt om het immuunsysteem te ontwijken.

Virale virulentie

Hoewel virale pathogenen qua structuur niet vergelijkbaar zijn met bacteriële pathogenen, zijn sommige eigenschappen die bijdragen aan hun virulentie vergelijkbaar. Virussen gebruiken adhesinen om adhesie aan gastheercellen te vergemakkelijken, en bepaalde omhulde virussen vertrouwen op antigene variatie om de immuunafweer van de gastheer te vermijden. Deze virulentiefactoren worden in de volgende paragrafen in meer detail besproken.

Virale adhesines

Een van de eerste stappen bij een virale infectie is adhesie van het virus aan specifieke receptoren op het oppervlak van cellen. Dit proces wordt gemedieerd door adhesinen die deel uitmaken van de virale capside of membraanenvelop. De interactie van virale adhesines met specifieke celreceptoren definieert het tropisme (preferentiële targeting) van virussen voor specifieke cellen, weefsels en organen in het lichaam. Het spike-eiwit hemagglutinine dat op het influenzavirus wordt aangetroffen, is een voorbeeld van een viraal adhesine; het zorgt ervoor dat het virus zich kan binden aan het siaalzuur op het membraan van de ademhalings- en darmcellen van de gastheer. Een ander viraal adhesine is het glycoproteïne gp20, gevonden op HIV. Om ervoor te zorgen dat HIV cellen van het immuunsysteem kan infecteren, moet het een interactie aangaan met twee receptoren op het oppervlak van cellen. De eerste interactie omvat binding tussen gp120 en de CD4-cellulaire marker die wordt aangetroffen op enkele essentiële cellen van het immuunsysteem. Voordat virale binnenkomst in de cel kan plaatsvinden, moet echter een tweede interactie tussen gp120 en een van de twee chemokinereceptoren (CCR5 en CXCR4) plaatsvinden. Tabel (PageIndex{5}) geeft een overzicht van de adhesines voor enkele veelvoorkomende virale pathogenen en de specifieke plaatsen waaraan deze adhesines virussen kunnen hechten.

Tabel (PageIndex{5}): Sommige virale adhesines en hun hostbevestigingssites
PathogeenZiekteAdhesineBijlagesite
GriepvirusInfluenzaHemagglutinineSiaalzuur van ademhalings- en darmcellen
Herpes simplex-virus I of IIOrale herpes, genitale herpesGlycoproteïnen gB, gC, gDHeparansulfaat op slijmvliesoppervlakken van de mond en geslachtsdelen
Humaan immunodeficiëntievirushiv/aidsGlycoproteïne gp120CD4 en CCR5 of CXCR4 van cellen van het immuunsysteem

Antigene variatie in virussen

Antigene variatie komt ook voor bij bepaalde typen omhulde virussen, waaronder influenzavirussen, die twee vormen van antigene variatie vertonen: antigene drift en antigene verschuiving (Figuur (PageIndex{9})). Antigene drift is het resultaat van puntmutaties die kleine veranderingen veroorzaken in de spike-eiwitten hemagglutinine (H) en neuraminidase (N). Aan de andere kant is antigene verschuiving een belangrijke verandering in spike-eiwitten als gevolg van genherschikking. Deze herschikking voor antigene verschuiving vindt typisch plaats wanneer twee verschillende influenzavirussen dezelfde gastheer infecteren.

De mate van antigene variatie in influenzavirussen is erg hoog, waardoor het voor het immuunsysteem moeilijk is om de vele verschillende stammen van het influenzavirus te herkennen. Hoewel het lichaam immuniteit tegen één stam kan ontwikkelen door natuurlijke blootstelling of vaccinatie, resulteert antigene variatie in de voortdurende opkomst van nieuwe stammen die het immuunsysteem niet zal herkennen. Dit is de belangrijkste reden dat jaarlijks vaccins tegen het Influenzavirus moeten worden gegeven. Het griepvaccin van elk jaar biedt bescherming tegen de meest voorkomende stammen van dat jaar, maar nieuwe of andere stammen kunnen het volgende jaar vaker voorkomen.

Afbeelding (PageIndex{9}): Antigene drift en antigene verschuiving in influenzavirussen. (a) Bij antigene drift leiden mutaties in de genen voor de oppervlakte-eiwitten neuraminidase en/of hemagglutinine in de loop van de tijd tot kleine antigene veranderingen. (b) Bij antigene verschuiving resulteert gelijktijdige infectie van een cel met twee verschillende influenzavirussen in vermenging van de genen. Het resulterende virus bezit een mengsel van de eiwitten van de oorspronkelijke virussen. Influenzapandemieën zijn vaak terug te voeren op antigene verschuivingen.

Bekijk deze video voor een andere uitleg over hoe antigene verschuiving en drift optreden.

Oefening (PageIndex{4})

  1. Beschrijf de rol van adhesines in viraal tropisme.
  2. Leg het verschil uit tussen antigene drift en antigene verschuiving.

Virulentiefactoren bijdragen aan het vermogen van een pathogeen om ziekte te veroorzaken. Exo-enzymen en gifstoffen laat pathogenen toe om gastheerweefsel binnen te dringen en weefselbeschadiging te veroorzaken. Exo-enzymen worden geclassificeerd op basis van het macromolecuul waarop ze zich richten en exotoxinen worden geclassificeerd op basis van hun werkingsmechanisme. Bacteriële toxines omvatten: endotoxine en exotoxinen. Endotoxine is de lipide A-component van de LPS van de gramnegatieve celenvelop. Exotoxinen zijn eiwitten die voornamelijk worden uitgescheiden door grampositieve bacteriën, maar ook worden uitgescheiden door gramnegatieve bacteriën. Bacteriële pathogenen kunnen de immuunrespons van de gastheer ontwijken door capsules om fagocytose te voorkomen, het overleven van de intracellulaire omgeving van fagocyten, het afbreken van antilichamen of door antigene variatie. Virale pathogenen gebruiken adhesinen voor het initiëren van infecties en antigene variatie om immuunafweer te vermijden. Influenzavirussen gebruiken beide antigene drift en antigene verschuiving om te voorkomen dat ze door het immuunsysteem worden herkend.

Bijdrager

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) en Brian M. Forster (Saint Joseph's University) met vele bijdragende auteurs. Originele inhoud via Openstax (CC BY 4.0; gratis toegang op https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


Moonlighting-eiwitten: nieuwe virulentiefactoren bij bacteriële infecties

Moonlighting-eiwitten: nieuwe virulentiefactoren bij bacteriële infecties is een volledig onderzoek naar de manieren waarop eiwitten met meer dan één unieke biologische werking kunnen dienen als virulentiefactoren in verschillende bacteriën.

Het boek onderzoekt de pathogeniteit van bacteriële moonlighting-eiwitten en toont de plasticiteit van eiwitevolutie aan in relatie tot eiwitfunctie en bacteriële communicatie. Het benadrukt de nieuwste ontdekkingen in het veld en beschrijft de ongeveer 70 bekende bacteriële eiwitten met een maanlichtfunctie die verband houden met een virulentiefenomeen. Hoofdstukken beschrijven de manieren waarop elk moonlighting-eiwit als zodanig kan functioneren voor een verscheidenheid aan bacteriële pathogenen en hoe individuele bacteriën meer dan één moonlighting-eiwit als virulentiefactor kunnen gebruiken. Het baanbrekende onderzoek dat hier is opgenomen, biedt belangrijke inzichten in veel onderwerpen, van bacteriële kolonisatie, virulentie en antibioticaresistentie tot eiwitstructuur en het therapeutisch potentieel van maanlichteiwitten.

Moonlighting-eiwitten: nieuwe virulentiefactoren bij bacteriële infecties zal interessant zijn voor onderzoekers en afgestudeerde studenten in microbiologie (met name bacteriologie), immunologie, cel- en moleculaire biologie, biochemie, pathologie en eiwitwetenschap.


Virulentiefactoren voor hechting

Zoals besproken in de vorige sectie, zijn de eerste twee stappen in pathogenese blootstelling en adhesie. Bedenk dat een adhesine een eiwit of glycoproteïne is dat op het oppervlak van een pathogeen wordt aangetroffen en dat zich hecht aan receptoren op de gastheercel. Adhesines worden aangetroffen op bacteriële, virale, schimmel- en protozoaire pathogenen. Een voorbeeld van een bacteriële adhesine is: type 1 fimbriale adhesine, een molecuul gevonden op de toppen van fimbriae van enterotoxigene E coli (ETEC). Bedenk dat fimbriae haarachtige eiwitborstels op het celoppervlak zijn. Type 1 fimbriale adhesine zorgt ervoor dat de fimbriae van ETEC-cellen zich kunnen hechten aan de mannose-glycanen die tot expressie worden gebracht op darmepitheelcellen. Tabel 1 geeft een overzicht van veelvoorkomende adhesines die worden aangetroffen in sommige van de pathogenen die we hebben besproken of die we later in dit hoofdstuk zullen zien.

Tabel 1. Sommige bacteriële adhesines en hun aanhechtingsplaatsen aan de gastheer
Pathogeen Ziekte Adhesine Bijlagesite
Streptococcus pyogenes keelontsteking Eiwit F Ademhalingsepitheelcellen
Streptococcus mutans cariës Adhesine P1 Tanden
Neisseria gonorrhoeae Gonorroe Type IV pilic Urethrale epitheelcellen
Enterotoxigeen E coli (ETEC) Reizigersdiarree Type 1 fimbriae Intestinale epitheelcellen
Vibrio cholerae Cholera N-methylfenylalaninepil Intestinale epitheelcellen

Klinische focus: Pankaj, deel 3

De aanwezigheid van bacteriën in het bloed van Pankaj is een teken van infectie, aangezien bloed normaal gesproken steriel is. Er zijn geen aanwijzingen dat de bacterie door een verwonding in het bloed is gekomen. In plaats daarvan lijkt het erop dat de toegangspoort de gastro-intestinale route was. Op basis van de symptomen van Pankaj, de resultaten van zijn bloedonderzoek en het feit dat Pankaj de enige in de familie was die de hotdogs at, vermoedt de arts dat Pankaj lijdt aan listeriose.

Listeria monocytogenes, de facultatieve intracellulaire ziekteverwekker die listeriose veroorzaakt, is een veel voorkomende verontreiniging in kant-en-klare voedingsmiddelen zoals lunchvlees en zuivelproducten. Eenmaal ingenomen, dringen deze bacteriën de darmepitheelcellen binnen en verplaatsen ze zich naar de lever, waar ze in de levercellen groeien. Listeriose is dodelijk bij ongeveer één op de vijf normale gezonde mensen, en de sterftecijfers zijn iets hoger bij patiënten met reeds bestaande aandoeningen die de immuunrespons verzwakken. Een cluster van virulentiegenen gecodeerd op een pathogeniteitseiland is verantwoordelijk voor de pathogeniteit van L. monocytogenes. Deze genen worden gereguleerd door een transcriptiefactor die bekend staat als peptide chain release factor 1 (PrfA). Een van de genen die door PrfA worden gereguleerd, is: hyli, dat codeert voor een toxine dat bekend staat als listeriolysine O (LLO), waardoor de bacterie kan ontsnappen aan vacuolen bij binnenkomst in een gastheercel. Een tweede gen gereguleerd door PrfA is actA, dat codeert voor een oppervlakte-eiwit dat bekend staat als actine-assemblage-inducerend eiwit (ActA). ActA wordt uitgedrukt op het oppervlak van Listeria en polymeriseert gastheeractine. Hierdoor kan de bacterie produceren actine staarten, bewegen rond het cytoplasma van de cel en verspreiden zich van cel naar cel zonder het extracellulaire compartiment te verlaten.

De toestand van Pankaj begint te verslechteren. Hij ervaart nu een stijve nek en hemiparese (zwakte aan één kant van het lichaam). Bezorgd dat de infectie zich verspreidt, besluit de arts aanvullende tests uit te voeren om te bepalen wat deze nieuwe symptomen veroorzaakt.

  • Wat voor soort pathogeen veroorzaakt listeriose en welke virulentiefactoren dragen bij aan de tekenen en symptomen die Pankaj ervaart?
  • Is het waarschijnlijk dat de infectie zich zal verspreiden vanuit het bloed van Pankaj? Zo ja, hoe zou dit zijn nieuwe symptomen kunnen verklaren?

We zullen het voorbeeld van Pankaj later op deze pagina afronden.


Invoering

Pancreaskanker wordt beschouwd als een van de dodelijkste kankers, omdat het begin occult is en de vroege symptomen niet typisch zijn (Kamisawa et al., 2016). Hoewel de detectie en behandeling van pancreaskanker is gevorderd, is de 5-jaarsoverleving van pancreaskanker slechts 9%, wat het laagste is van alle kankers (Siegel et al., 2019). Wereldwijd neemt de incidentie van alvleesklierkanker jaar na jaar toe. Er zijn 458.918 nieuwe gevallen in 2018, wat betekent dat meer dan 1.250 mensen elke dag te horen krijgen dat ze alvleesklierkanker hebben. In hetzelfde jaar stierven 432.242 patiënten aan alvleesklierkanker, waardoor het de zevende belangrijkste oorzaak van kankergerelateerde sterfgevallen is geworden (Rawla et al., 2019). De reden voor deze situatie is dat onderzoekers onvoldoende weten over de pathogenese van alvleesklierkanker.

Volgens het International Agency for Research on Cancer (IARC) van 2018 wordt 18% van de kankers geassocieerd met infectieziekten veroorzaakt door bacteriën, virussen en parasieten (Rawla et al., 2019). Bacteriële infecties bevorderen de vorming van een inflammatoire micro-omgeving, die een kritische regulator is van carcinogenese (Coussens en Werb, 2002). Aanhoudende infecties zullen epigenetische modificatie van de somatische cellen induceren en leiden tot de productie van een grote hoeveelheid reactieve zuurstofsoorten (ROS) en reactieve stikstof (RNS), die uiteindelijk DNA-schade, oncogenactivering of tumorsuppressorgenen inactivering veroorzaken (Cuevas-Ramos et al., 2010 Sahan et al., 2018).


Samenvatting

Het vermogen van pathogene bacteriën om hun gastheren te exploiteren hangt af van verschillende virulentiefactoren, die vrijkomen als reactie op de concentratie van kleine autoinducer-moleculen die ook worden afgegeven door de bacteriën 1, 2, 3, 4, 5. In vitro experimenten suggereren dat autoinducer-moleculen signalen die worden gebruikt om coöperatief gedrag te coördineren en dat dit proces van quorum sensing (QS) kan worden benut door individuele cellen die de kosten van het produceren of reageren op signaal 6, 7 vermijden. Of QS echter een exploiteerbare sociale eigenschap is in vivo, en de implicaties voor de evolutie van virulentie 5, 8, 9, 10, blijven niet getest. We laten zien dat bij gemengde infecties van de bacterie Pseudomonas aeruginosa, dat quorumgevoelige bacteriën en mutanten bevat die niet op signalen reageren, is de virulentie in een dierlijk (muis)model verminderd in vergelijking met die van een infectie die geen mutanten bevat. We laten zien dat dit komt omdat mutanten als cheats fungeren, gebruikmakend van de coöperatieve productie van signaal- en virulentiefactoren door anderen, en dus in frequentie toenemen. Dit ondersteunt het idee dat de invasie van QS-mutanten bij infecties van mensen 11, 12, 13 te wijten is aan hun sociale fitheidsgevolgen 6, 7, 14 en voorspelt dat een verhoogde stamdiversiteit zal selecteren voor lagere virulentie.


Uit onderzoek naar de ziekte van kiwi's blijkt dat nauw verwante bacteriestammen ander gedrag vertonen

In het afgelopen decennium hebben ernstige uitbraken van bacteriekanker enorme economische verliezen veroorzaakt voor kiwitelers, vooral in Italië, Nieuw-Zeeland en China, die tot de grootste producenten behoren. Bacteriële kanker wordt veroorzaakt door de bacteriële ziekteverwekker Pseudomonas syringae blz. actinidiae (Psa) en meer recente uitbraken waren bijzonder verwoestend vanwege de opkomst van een nieuwe, extreem agressieve biovar genaamd Psa3.

Vanwege de recente introductie is de moleculaire basis van de virulentie van Psa3 onbekend, waardoor het moeilijk is om mitigatiestrategieën te ontwikkelen. In het licht van dit dilemma werkte een groep wetenschappers van de Universiteit van Verona en de Universiteit van Rome samen aan een onderzoek waarin het gedrag van Psa3 werd vergeleken met minder virulente biovars om de basis van pathogeniteit te bepalen.

Ze ontdekten dat genen die betrokken zijn bij bacteriële signalering (de overdracht van externe stimuli binnen cellen) bijzonder belangrijk waren, vooral de genen die nodig zijn voor de synthese en afbraak van een klein chemisch signaal genaamd c-di-GMP, dat de expressie van virulentiefactoren onderdrukt. Vergeleken met andere biovars, produceert Psa3 zeer lage niveaus van c-di-GMP, wat bijdraagt ​​aan een onmiddellijk en agressief fenotype bij het begin van infectie voordat de plant een verdedigingsreactie kan opdrijven.

"Het was opwindend om dit gediversifieerde arsenaal aan pathogeniteitsstrategieën te ontdekken bij nauw verwante bacteriestammen die dezelfde gastheren infecteren maar verschillend gedrag vertonen", zegt Elodie Vandelle, een van de wetenschappers die bij dit onderzoek betrokken was. "Hoewel hun 'kleine' genomen voornamelijk dezelfde informatie bevatten, toont ons onderzoek aan dat bacteriële populaties binnen een pathovar complexer zijn dan verwacht en dat hun pathogeniteit door verschillende strategieën kan zijn geëvolueerd om dezelfde gastheer aan te vallen."

Hun onderzoek benadrukt het belang van het werken aan een groot aantal levensechte pathogene bacteriestammen om licht te werpen op de diversiteit van virulentiestrategieën. Deze benadering kan bijdragen aan het creëren van bredere werkmodellen voor pathogeniteit. Wat de kiwiproductie betreft, hoopt Vandelle dat hun bevindingen wetenschappers kunnen helpen bij het ontwikkelen van nieuwe mitigatiemethoden. Op de lange termijn zou hun onderzoek kunnen leiden tot de identificatie van belangrijke moleculaire schakelaars die verantwoordelijk zijn voor de overgang tussen fenotypes met hoge en lage bacteriële virulentie.

"Deze identificatie zou het op industrieel niveau mogelijk maken om nieuwe gerichte strategieën te ontwikkelen om fytopathogene bacteriën te bestrijden, door hun agressiviteit te verzwakken door middel van schakelaarcontrole, in plaats van ze te doden", legt Vandelle uit. "Dit zou het ontstaan ​​van nieuwe resistenties onder bacteriegemeenschappen voorkomen en zo een duurzame gewasbescherming garanderen."

Vrijwaring: AAAS en EurekAlert! zijn niet verantwoordelijk voor de juistheid van persberichten die op EurekAlert! door bijdragende instellingen of voor het gebruik van informatie via het EurekAlert-systeem.


PhD in cellulaire biologie en interacties tussen gastheer en ziekteverwekker

Team “Immunomodulatie door Mycobacteriële Lipiden en Glycoconjugaten”, onder leiding van Jérôme Nigou, IPBS, CNRS / Université de Toulouse, Toulouse.
Website: http://www.ipbs.fr/immunomodulation-mycobacteriële-lipids-and-glycoconjugates

Beperkingen en risico's

De student wordt opgeleid om veiligheidslaboratoriumexperimenten niveau 2 en 3 uit te voeren.

Extra informatie:

Dit afstudeerproject wordt gefinancierd door een subsidie ​​van het ANR. Gemotiveerde kandidaten met een Master Celbiologie of Immunologie moeten een cv, een officiële transcriptie van hun mastercijfers, een motivatiebrief en het e-mailcontact van referenten die hun werk in het laboratorium hebben begeleid, overleggen.


Wetenschappelijk verantwoordelijke : Layre Emilie

Beschrijving van het onderwerp van de scriptie:

"De rol van extracellulaire blaasjes in interacties tussen gastheer en ziekteverwekker en virulentie van Mycobacterium tuberculosis"

Tuberculose is een van de 10 belangrijkste doodsoorzaken ter wereld (WHO, 2018) (1). Het etiologische agens, Mycobacterium tuberculosis (Mtb), infecteert alveolaire macrofagen en veroorzaakt een chronische infectie bij mensen door zijn vermogen om zich aan te passen aan intracellulaire omstandigheden en immuunresponsen van de gastheer (2). Een beter begrip van de interacties tussen gastheer en ziekteverwekker van deze infectie is noodzakelijk voor de ontwikkeling van effectievere controlemiddelen. Elke levende cel geeft extracellulaire blaasjes (EV) af die verschillende moleculen (lipiden, eiwitten, nucleïnezuren) vervoeren en een belangrijke rol spelen in intercellulaire communicatie, regulering van immuunresponsen of bacteriële virulentie (3). Evenzo geven geïnfecteerde cellen en de bacil EV af tijdens Mtb-infectie. Als de gastheer-pathogeen-interactie van deze infectie in wezen wordt bestudeerd op het directe grensvlak tussen de 2 organismen, zal de diffusie van bacteriële en eukaryote factoren binnen EV hoogstwaarschijnlijk aanzienlijk bijdragen aan deze interacties op de infectieplaats en daarbuiten (4, 5). De karakterisering van de samenstelling en immunomodulerende eigenschappen van deze EV blijft echter grotendeels onvolledig.


In deze context is het doel van dit project om de interacties van deze blaasjes met het geprefereerde doelwit van Mtb: de macrofagen, beter te karakteriseren. Hun vermogen om de ontstekings- en microbicide-eigenschappen van macrofagen te reguleren. In het bijzonder zullen we het vermogen van EV om cytokineproductie en autofagie te activeren en te induceren bestuderen, via hun interactie met aangeboren immuniteitsreceptoren of Pattern Recognition Receptors (PRRs), zoals Toll Like Receptors (TLRs) of C-type lectines. Hun intracellulair verkeer, dat hun immunomodulerende eigenschappen conditioneert, zal worden geanalyseerd met superresolutiemicroscopie. De blaasjes die vrijkomen in aanwezigheid van mycobacteriën met variabele virulentie zullen in deze verschillende testen vergelijkend worden bestudeerd. Om de moleculaire basis van hun immunomodulerende eigenschappen te ontcijferen, zullen we ons ertoe verbinden hun gehalte in PRR-liganden te karakteriseren met behulp van onder meer omic-type methoden.
Gezien hun relevantie voor de studie van gastheer-pathogeen-interacties, zal een betere karakterisering van EV belangrijke inzichten opleveren in de pathogenese van Mtb.

Methoden: cel- en mycobacteriële cultuur, vesikelzuivering (dichtheidsgradiënt, exclusiechromatografie), TEM- en superresolutiemicroscopie, activatieassays van reporter en functionele bioassay op primaire cellen, flowcytometrie, Western blot, ELISA, massaspectrometrie.


Referenties: (1) WIE. Wereldwijd Tuberculoserapport 2020. https://www.who.int/tb/. (2) Ernst J.D. Mechanismen van M. tuberculosis Immuunontduiking als uitdagingen voor het ontwerp van tbc-vaccins. Celgastheermicrobe 2018, 24(1):34-42. (3) Robbins PD, Morelli AE. Regulering van immuunresponsen door extracellulaire blaasjes. Nat Rev Immunol. 2014, 14(3):195-208. (4) Prados-Rosales R, et al. Mycobacteriën geven actieve membraanblaasjes af die immuunresponsen moduleren op een TLR2-afhankelijke manier bij muizen. J Clin Invest. 2011, 121(4):1471-83. (5) Layre E. Handel in Mycobacterium tuberculosis-envelopcomponenten en afgifte binnen extracellulaire blaasjes: gastheer-pathogeen-interacties voorbij de muur. Front Immunol. 2020, 11: 1230.

Werkcontext

Dit project zal worden uitgevoerd in het team "Immunomodulatie door lipiden en mycobacteriële glycoconjugaten" onder leiding van Dr. J. Nigou, in de afdeling "Tuberculose en Infectiebiologie" van het Instituut voor Farmacologie en Structurele Biologie (IPBS, gezamenlijke onderzoekseenheid CNRS- Paul Sabatier-universiteit, Toulouse, Frankrijk). De student werkt onder begeleiding van Drs. Emilie Layre (CR, CNRS) en Jérome Nigou (DR, CNRS). Het IPBS biedt een stimulerende onderzoeksomgeving en profiteert van verschillende ultramoderne faciliteiten ter plaatse, waaronder proteomics en massaspectrometrie, macromoleculaire kristallografie, vloeibare en vaste stof NMR, beeldvorming met hoge resolutie van weefsels en cellen van weefsels en cellen, flowcytometrie en celsortering standaard in standaard of niveau 3 beveiligingslaboratoria en dierfaciliteiten.
De IPBS bevindt zich op de hoofdcampus van de universiteit Toulouse III-Paul Sabatier. die multidisciplinair onderwijs biedt op het gebied van wetenschap, gezondheid, techniek en technologie, en een van de belangrijkste wetenschappelijke onderzoekscentra in Frankrijk ontwikkelt. Het IPBS, opgericht in 1996, bestaat vandaag uit 16 internationaal erkende onderzoeksgroepen, die meer dan 250 wetenschappers samenbrengen, waaronder talrijke postdoctorale onderzoekers en nationale en internationale doctoraatsstudenten.


Conclusies

De demonstratie dat het flagellaire exportapparaat ook kan functioneren als een eiwitsecretiesysteem zal nieuwe onderzoeksgebieden openen naar interacties tussen bacteriën en hun gastheren. Van veel pathogene bacteriën met een TTSS is ook bekend dat ze beweeglijk zijn en dus kan een heronderzoek van extracellulaire eiwitten met behulp van flagellaire mutanten nieuwe virulentiefactoren onthullen. Bovendien, zoals de auteurs opmerken, is de studie van de biosynthese van flagellum sterk ontwikkeld en is er een breed scala aan biochemische en genetische hulpmiddelen beschikbaar die kunnen worden gebruikt om de dubbele functie van eiwitsecretie te onderzoeken.


Deel 2: Arabidopsis thaliana-Pseudomonas syringae interactie: het effect van klimaat op plantenziekten

00:00:0722 Hallo.
00:00:0822 Ik ben Sheng Yang He.
00:00:0923 Ik ben professor aan de Michigan State University en onderzoeker aan het Howard Hughes Medical Institute.
00:00:1524 Dit is deel 2 van mijn iBiology talk.
00:00:1908 In dit deel van mijn lezing wil ik u wat van ons werk vertellen met betrekking tot Arabidopsis en
00:00:2706 de interacties van Pseudomonas syringae.
00:00:2906 Ik wil in het bijzonder één aspect van ons onderzoek belichten, dat illustreert hoe omgevingsomstandigheden
00:00:3424 zou de ontwikkeling van ziekten in planten sterk kunnen beïnvloeden.
00:00:3921 Dus, zoals je weet, als je kijkt naar een plant die buiten in de natuur groeit, zijn ze niet alleen,
00:00:4707 je weet wel, blootgesteld aan potentiële ziekteverwekkers, maar ze ervaren ook veel verschillende omstandigheden:
00:00:5224 temperatuurschommelingen, weet je, van ochtend- tot avondlicht, zoals je hier kunt zien
00:00:5920 en temperatuur, vochtigheid en microbioom, zelfs.
00:01:0323 We weten dat al deze factoren de interacties tussen pathogenen en planten beïnvloeden.
00:01:0909 De moleculaire basen hiervan zijn niet goed begrepen.
00:01:1224 En dus zei een beroemde wetenschapper, weet je, zonder de omgevingsomstandigheden te begrijpen,
00:01:1626 we zullen de immuniteit in planten nooit begrijpen. je weet wel, in het plantenstelsel.
00:01:2304 Dus, ik zal je een paar voorbeelden geven van hoe belangrijk de klimaatomstandigheden kunnen zijn
00:01:2800 voor de uitbraak van plantenziekten in het veld.
00:01:3211 Dit is de bacteriële bacterievuurziekte in appel.
00:01:3611 Dit is in Zwitserland.
00:01:3711 Dit is een periode van 12 jaar aan ziekte-incidenten van 1995 tot 2007.
00:01:4518 Dus er groeien altijd appels in Zwitserland, en ziekteverwekkers zijn altijd in deze boomgaarden.
00:01:5020 maar je ziet de ziekte niet elk jaar.
00:01:5315 En de reden is dat ziektes zich voordoen, je hebt veel vocht en de juiste temperatuur nodig, toch?
00:02:0110 Dus in 2007 heb je in dat jaar hevige regen en een hoge luchtvochtigheid in de lente,
00:02:0523 toen de appel bloeide, en deze bacteriën hebben de neiging om de bloeiende delen te infecteren.
00:02:1119 En dus kwam alles op hetzelfde moment, en kreeg toen een zeer ernstige ziekte.
00:02:1617 Dus dat is een voorbeeld.
00:02:1908 Een ander voorbeeld is de fusariumkopziekte van tarwe.
00:02:2307 Dit is momenteel een zeer grote wereldwijde ziekte.
00:02:2811 Het wordt ook begunstigd door een hoge luchtvochtigheid en warme temperaturen in de lente.
00:02:3122 Dus dat kun je zien. weet je, normaal zie je een mooi groen topje van de tarwe.
00:02:3803 Op deze afbeelding zie je eigenlijk gebleekte korrels.
00:02:4315 En er waren de afgelopen vijf jaar vier zeer ernstige epidemieën in China,
00:02:4728 dus bijna elk jaar heeft een zeer ernstige ziekte.
00:02:4925 Deze ziekte is ook zeer ernstig, omdat de schimmel eigenlijk een toxine produceert
00:02:5611 wat ons ziek maakt.
00:02:5711 En zo. niet alleen de opbrengst verminderen, maar ook ziekte veroorzaken bij de menselijke bevolking.
00:03:0515 Dus ik wil je vertellen dat plantenziekten echt, je weet wel, problemen zijn in de moderne landbouw.
00:03:1119 Het zijn echt grote bedreigingen voor de voedselzekerheid, wereldwijd, op dit moment.
00:03:1619 Sommige van deze ziekten zijn erg oud.
00:03:1828 Aan de linkerkant is een ziekte die rijstexplosie wordt genoemd, een ziekte waar ik echt mee ben opgegroeid, toen ik in China was
00:03:2504 Ik woonde in een dorp met ongeveer 200 mensen.
00:03:2904 Dus, weet je, ik zag deze rijstexplosie toen ik een heel klein kind was.
00:03:3501 Als ik nu terug ga, 40 jaar later, en met mijn ouders praat, en dit is...
00:03:4104 nog steeds de nummer één ziekte lokaal, maar ook wereldwijd, in de rijstproductie.
00:03:4506 Dus veel oude ziekten blijven grote problemen opleveren.
00:03:4910 Nu komen er ook nieuwe ziekten aan.
00:03:5220 Een voorbeeld dat ik je hier geef, is een bacteriekanker in de kiwi, die wordt veroorzaakt door
00:03:5714 een bacteriële ziekteverwekker genaamd Pseudomonas syringae, en daar ga ik je vandaag wat over vertellen.
00:04:0212 Dus dit ondanks alle chemische input -- je weet wel, pesticiden, je moet ze besproeien,
00:04:0809 boerderijen moeten ze gebruiken, want anders heb je geen, je weet wel, echt hoge opbrengst --
00:04:1120 maar ook alle veredelingsinspanningen die veel wetenschappers proberen om resistente cultivars te kweken.
00:04:1821 Je weet wel, van tarwe tot rijst, gebaseerd op deze zogenaamde ziekteresistente genen.
00:04:2503 Maar dit is niet genoeg.
00:04:2603 Dus. omdat we nog elk jaar ziekte hebben.
00:04:2818 Een van de problemen, zoals we ons realiseerden, is dat we het echt niet begrijpen
00:04:3205 het basisproces van ziekte, oké?
00:04:3416 Dit is dus een gebied dat we echt willen doorzetten.
00:04:3902 Dus in de afgelopen 15 jaar, weet je, veel laboratoria, waaronder wij, zijn...
00:04:4511 echt concentreren op het proberen uit te zoeken waarom ziekte optreedt.
00:04:4922 Dit is dus een overzicht van verschillende soorten ziekteverwekkers die ziekten bij planten kunnen veroorzaken.
00:04:5419 Dus we hebben schimmels, we hebben bacteriën, we hebben nematoden, wormen, je weet wel en virussen.
00:05:0302 Veel van deze ziekteverwekkers veroorzaken ook problemen in ons menselijk lichaam.
00:05:0625 En zo eentje. dus ze zien er heel anders uit, maar een van de meest voorkomende dingen die ze doen is om
00:05:1018 leveren deze virulentiefactoren -- gezamenlijk noemen we ze effectoren -- in de plantencel.
00:05:1627 En. en dus gebruiken ze verschillende manieren om deze virulentie-eiwitten af ​​te leveren.
00:05:2120 In het geval van bacteriën gebruiken ze een secretiesysteem dat het type III-secretiesysteem wordt genoemd.
00:05:2602 Je kunt hier rechts een spuitachtige structuur zien.
00:05:3108 Als je dit toedieningssysteem uitschakelt, worden bacteriën niet-pathogeen, oké?
00:05:3522 Dus dat illustreert hoe belangrijk deze virulentiefactoren zijn voor het veroorzaken van ziekten.
00:05:4106 Dus daarom kan het bestuderen van hoe effectoren echt werken, grote vooruitgang opleveren in de
00:05:4825 de moleculaire basis van ziektegevoeligheid.
00:05:5227 En interessant genoeg kunnen deze moleculen, microbiële moleculen, ook zeer krachtige sondes zijn
00:05:5819 in de fundamentele biologie van de gastheer -- en dat kunnen planten zijn of het kunnen mensen zijn --
00:06:0313 omdat ze meestal zeer intrigerende RNA's of eiwitten of DNA's vinden om de fysiologie van de gastheer te manipuleren.
00:06:0927 Oké, dus in zekere zin is dit echt een geweldige, je weet wel, onderzoek naar de biologie van de gastheer zelf.
00:06:1608 Het is duidelijk dat het ontdekken van het doelwit van deze virulentiefactoren nieuwe aanknopingspunten kan bieden voor
00:06:2124 innovatieve ziektebestrijding die we nu echt hard nodig hebben.
00:06:2525 Dus, hoe begrijpen we ziektegevoeligheid?
00:06:2807 Welke benaderingen?
00:06:2923 Wij en anderen volgen dit zeer eenvoudige diagram hier.
00:06:3224 We willen het gastheerdoel van al deze bacteriële virulentie-eiwitten begrijpen.
00:06:3817 Dus in het geval van de bacteriën die we bestuderen, heeft het ongeveer 30 effectoren.
00:06:4304 Wat we willen doen -- we bedoelen ons en de vele andere laboratoria -- is echt identificeren
00:06:4812 deze gastheereiwitten of RNA's of DNA's die het doelwit zijn van deze virulentiefactoren,
00:06:5412 en we willen deze gastheerdoelen associëren met deze specifieke paden.
00:06:5805 Weet je, ik heb er vijf genoemd -- A, B, C, D, E -- maar het kunnen er 30 zijn, toch?
00:07:0228 Dus we weten niet hoeveel paden het doelwit zijn van bacteriële virulentiefactoren.
00:07:0800 Wat we hopen te doen is. als we deze paden eenmaal hebben geïdentificeerd, kunnen we genetisch
00:07:1400 verstoren deze paden in de gastheer, in dit geval in de plant.
00:07:1725 En als we succesvol zijn, als we alles over het ziekteproces begrepen,
00:07:2313 we kunnen een polymutant van de gastheer maken waarin deze paden in feite ofwel zijn
00:07:2916 geactiveerd of gedeactiveerd om de collectieve activiteit van deze virulentiefactoren te simuleren.
00:07:3603 En als we het proces dan echt begrepen, dan de polymutant van de gastheer
00:07:4005 zou vatbaar zijn voor een bacterie die geen effectoren kan produceren.
00:07:4422 Met andere woorden, als we de gastheer al genetisch manipuleren om de
00:07:5017 actie van de virulentiefactoren, je hebt deze virulentiefactoren niet nodig om mee te beginnen, toch?
00:07:5328 Tot die tijd zullen we nooit weten dat we de ziekte begrepen, oké?
00:07:5627 Dus dat is het doel.
00:07:5806 Het is een hele uitdaging, maar aan het einde van deze twintig minuten wil ik je laten zien dat
00:08:0205 we hebben vooruitgang geboekt in de richting van dat doel.
00:08:0428 Dus we gebruiken dit zeer eenvoudige modelsysteem met Arabidopsis, een modelfabriek,
00:08:1204 en een bacteriële ziekteverwekker genaamd Pseudomonas syringae.
00:08:1421 Het is een veel voorkomende ziekteverwekker.
00:08:1613 Het infecteert vrijwel alle gewassen in het veld, oké?
00:08:2025 Elke afzonderlijke streng van deze soort, Pseudomonas syringae, infecteert een zeer beperkt aantal gastheren.
00:08:2702 Dus stam DC3000 in het veld infecteert bijvoorbeeld alleen tomaten.
00:08:3224 In het laboratorium kun je het ook Arabidopsis laten infecteren, oké?
00:08:3705 Dus. dus omdat Arabidopsis een heel, weet je, krachtig model is voor plantenonderzoek.
00:08:4205 dus we werken al vele jaren aan het Arabidopsis-Pseudomonas-modelsysteem.
00:08:4800 Pseudomonas kan echt op het oppervlak van de bacteriën leven. van de planten als epifyt.
00:08:5415 Maar om ziekte te veroorzaken, moet het in het binnenste van het blad gaan, in dit geval, oké?
00:09:0020 Ze gaan via zogenaamde huidmondjes de bladeren in.
00:09:0316 Dit zijn dus microscopisch kleine poriën op de bladepidermis waardoor planten kunnen opnemen
00:09:0915 de CO2 om voedsel voor ons te maken, oké?
00:09:1202 Dus, fotosynthese.
00:09:1302 Het is heel belangrijk, oké?
00:09:1522 En zodra bacteriën in de. in het blad, het leeft tussen de cellen, oké?
00:09:2109 Dit worden dus mesofylcellen genoemd.
00:09:2312 Dus dit zijn extracellulaire pathogenen, oké?
00:09:2521 Dus deze ruimte wordt de apoplast genoemd.
00:09:2706 Nu wil ik je vertellen dat de apoplast normaal gesproken gevuld is met lucht.
00:09:3113 Het is niet gevuld met vloeistof.
00:09:3213 Dit is erg belangrijk, omdat er CO2 in moet. gaat door naar de huidmondjes
00:09:3718 in de apoplast, maar het moet diffunderen in de mesofylcel en de chloroplast.
00:09:4204 Dus het is een lange afstand voor de CO2 om daar naar binnen te gaan.
00:09:4503 Je wilt daar geen water in, omdat de weerstand tegen CO2 erg hoog is.
00:09:5100 Dus de plant heeft een manier om die ruimte grotendeels gevuld te houden met lucht.
00:09:5504 Ik kom hier nog op terug.
00:09:5604 Het is eigenlijk heel relevant voor pathogenese.
00:09:5822 Dus wat we in het laboratorium doen om een ​​soort ziektetest te hebben, is echt planten kweken
00:10:0408 in een pot.
00:10:0525 Je doet dit waarschijnlijk thuis.
00:10:0714 Niet in deze stijl, maar op een andere manier.
00:10:1001 En dan, als ze vier of vijf weken oud zijn, dopen we de planten helemaal in
00:10:1519 in de bacteriesuspensie en wacht in principe drie dagen, oké?
00:10:1911 U zult ziektesymptomen zien, zoals hier getoond.
00:10:2115 Dus ik ga een film afspelen die je de time-lapse video laat zien van het infectieproces.
00:10:2805 Aan de linkerkant zijn de mocks.
00:10:2919 Ik bedoel, zijn de bacterieel geïnfecteerde planten.
00:10:3304 Aan de rechterkant is een schijninfectie, dit is water, oké?
00:10:3524 Dus, wat je nu kunt zien. uiteindelijk zie je de vergeling op de geïnfecteerde planten.
00:10:4200 En aan de rechterkant zijn degenen die bewegen, weet je, ze leven, oké?
00:10:4517 Je kunt zien dat er planten zijn die een beetje dansen, van dit ding kun je zien.
00:10:5012 Maar de geïnfecteerde planten zijn eigenlijk verlamd, oké?
00:10:5302 Dus we weten eigenlijk niet waarom planten al heel vroeg in de ziekte bewegingsloos zijn.
00:10:5800 Dit is een van de dingen die we proberen te begrijpen in de. in de komende jaren.
00:11:0218 We hebben dus aan verschillende aspecten van dit ziekteproces gewerkt.
00:11:0814 We hebben bijvoorbeeld een paar jaar geleden dat invoerproces bedacht, toch?, hoe bacteriën
00:11:1507 komen via de huidmondjes in het plantenweefsel terecht.
00:11:1825 Wetenschappers denken lange tijd dat ze passief zijn, omdat de huidmondjes zijn
00:11:2411 vrij groot en bacteriën zijn nogal klein.
00:11:2526 Dat kunnen ze. de porie moet overdag open staan ​​voor fotosynthese, dus we dachten altijd bacteriën
00:11:3111 kan daar gewoon van profiteren en het weefsel ingaan, zoals, passief, toch?
00:11:3417 Dat blijkt niet het geval te zijn.
00:11:3700 Het blijkt dat deze bewakingscellen -- er zijn twee bewakingscellen om één huidmondje te vormen --
00:11:4218 ze kunnen bacteriën waarnemen.
00:11:4503 En zodra ze de bacteriën voelen, sluiten ze die als eerste verdedigingslinie.
00:11:5002 om te voorkomen dat microben het weefsel binnendringen.
00:11:5227 Dus planten zijn erg slim, oké?
00:11:5412 Dus dat is het ongeveer. een zeer intrigerend mechanisme dat zich verdedigt tegen de invasie van pathogenen.
00:12:0023 We hebben er een ontdekt. dus dat is slecht voor de bacteriële ziekteverwekker, toch?
00:12:0400 Het kan de infectie niet eens starten.
00:12:0512 Dus, in het geval van Pseudomonas syringae, heeft het een manier bedacht om dat te voorkomen
00:12:1002 door het produceren van een toxine genaamd coronatine, dat voorkomt dat huidmondjes sluiten.
00:12:1507 En dus kunnen de bacteriën massaal infecteren om een ​​infectie te starten.
00:12:2014 Zodra de bacteriën in de mesofylruimte komen. zoals ik al eerder zei, het is een extracellulair pathogeen,
00:12:2513 maar het maakt een type III-secretiesysteem dat meer virulentie-effectoren injecteert
00:12:3001 in de plantencel als een belangrijk wapen van pathogenese.
00:12:3228 Dus we werken ook aan dit gebied.
00:12:3528 Dus we wisten een beetje van deze basisstappen van deze infectie waarbij huidmondjes binnendringen,
00:12:4113 waarbij een toxine betrokken is dat voorkomt dat de huidmondjes sluiten, en waarbij deze effectoren betrokken zijn
00:12:4617 waarvan we nu denken dat ze de immuunreacties in planten onderdrukken, oké?
00:12:5107 Het werk van de afgelopen jaren, van ons en van vele andere groepen, heeft ons begrip verdiept
00:12:5626 van deze basisstappen, maar ook. in ons geval realiseerden we ons dat we twee dimensies missen
00:13:0221 in de laatste, weet je, vele jaren eigenlijk.
00:13:0500 Eén dimensie betreft het diepgaande effect van omgevingscondities op de interacties tussen gastheer en ziekteverwekker.
00:13:1019 Dus dat is onder de linker cirkel, hier.
00:13:1413 We begonnen ook het endogene microbioom te realiseren -- de plant heeft ook een microbioom --
00:13:1900 heeft een enorm effect op interacties tussen gastheer en ziekteverwekker.
00:13:2121 Dit zijn dus nieuwe richtingen.
00:13:2227 Ik ga een bepaald gebied uitlichten, namelijk hoe de omgevingsomstandigheden
00:13:2817 zou de ziekte-interacties kunnen beïnvloeden, oké?
00:13:3124 We concentreren ons dus op twee gebieden.
00:13:3427 Een daarvan is de temperatuur, hoe hoge temperaturen de ziekte kunnen beïnvloeden.
00:13:3909 Dit is eigenlijk heel relevant op dit moment met klimaatverandering.
00:13:4216 De aarde warmt op.
00:13:4411 Maar ook, nog belangrijker, de hittegolven die we in verschillende landen ervaren
00:13:4906 zijn momenteel erg ernstig. en hoe deze korte perioden van hittegolven de infectie kunnen beïnvloeden.
00:13:5526 Oké, dit is dus een van mijn studenten, Bethany Huot, die onlangs een paper heeft gepubliceerd
00:14:0020 gewoon heel eenvoudig laten zien. je kunt eronder kijken. we kweken planten op dezelfde manier, oké?,
00:14:0515 maar tijdens infectie zetten we de planten op 23 graden, wat de normale temperatuur is, of je verschuift
00:14:1104 5 graden omhoog, tot 28 graden, je ziet al dramatische verschillen.
00:14:1508 Bij de warme temperatuur zie je veel ernstiger ziekten, oké?
00:14:1920 Ze ontdekte dat dit gebaseerd is op twee mechanismen.
00:14:2221 Een daarvan is dat de warme temperatuur de virulentie-expressie aanzienlijk verbetert.
00:14:2628 Dus de effectorsecretie in de planten is enorm verbeterd.
00:14:3205 Maar ze ontdekte ook dat de immuunsignalering in de gastheer volledig is uitgeschakeld.
00:14:3721 Dus dit is eigenlijk heel belangrijk in het veld, weet je.
00:14:4021 De immuunroute waaraan ze werkte, heet salicylzuursignalering.
00:14:4528 wat de aspirine nabootst die we soms nemen.
00:14:4800 Het is een vergelijkbare chemische stof.
00:14:4914 Het versterkt de immuunrespons.
00:14:5117 Deze reactie wordt uitgeschakeld door een hoge temperatuur.
00:14:5415 Dit zou een grote invloed kunnen hebben op het veld, gewasresistentie, omdat de meeste
00:14:5828 gewasresistentie is gebaseerd op hun signaalcascades.
00:15:0112 Dus we kennen de details van dit pad niet.
00:15:0324 Dit is iets wat we de komende jaren gaan uitwerken.
00:15:0524 Waar ik het in meer detail met je over heb, is het effect van vochtigheid op plantenziekten,
00:15:1102 oké?
00:15:1202 Dit werd eigenlijk duidelijk in ons ziekte-reconstructie-experiment dat ik noemde in de
00:15:1512 begin van mijn lezing.
00:15:1621 We hebben geprobeerd te achterhalen hoeveel paden worden gemanipuleerd door de bacteriële ziekteverwekker.
00:15:2118 En uiteindelijk willen we een polymutant van de plant maken om te zien of we dat kunnen
00:15:2621 de pathogenese te redden van een bacterie die, je weet wel, geen van deze effectoren aflevert,
00:15:3112 oké?
00:15:3212 Dus, dat is een zeer ontmoedigende taak, maar wij. als wetenschappers willen we, weet je,
00:15:3708 ga de uitdaging aan en probeer het uit te werken.
00:15:3922 Dus, er zijn 30 van zo effectoren, zei ik je, in deze specifieke bacterie, dus wij en anderen
00:15:4503 gaan systematisch door om het gastheerdoel van elk van deze effectoren te identificeren,
00:15:4916 oké?
00:15:5016 Een model dat wij en anderen hebben ontwikkeld in de laatste, je weet wel, ongeveer 15 jaar
00:15:5525 de functie van deze effectoren is dit, op een eenvoudige manier.
00:15:5827 Dus je ziet een bacterie op de plantencelwand zitten.
00:16:0210 Dus een plantencel heeft, in tegenstelling tot een dierlijke cel, een celwand eromheen.
00:16:0518 Maar in het plasmamembraan, dat je kunt zien, zitten receptoren.
00:16:0917 Ze worden immuunreceptoren genoemd, die deze patronen van microben waarnemen, in dit geval,
00:16:1416 flagella, deze golvende dingen, heel gewoon voor bacteriën.
00:16:1807 En zodra ze deze moleculen voelen, activeert het een signaaltransductieroute
00:16:2220 -- dit is een heel eenvoudig diagram -- wat uiteindelijk leidt tot een vorm van immuniteit die patroon-getriggerde immuniteit wordt genoemd.
00:16:2906 Dit is dus slecht voor bacteriën, dus wat bacteriën doen is deze effectoren sturen
00:16:3406 in de plantencel om verschillende stappen van deze signaalcascade aan te vallen, om af te sluiten
00:16:3824 deze vorm van immuniteit.
00:16:3924 Het is een belangrijk ziektemechanisme.
00:16:4305 En dus, ik zal je slechts één voorbeeld geven van een gezamenlijk werk van de groep van Cyril Zipfel
00:16:4811 en mijn laboratorium ook, met een bepaalde effector genaamd HopAO1.
00:16:5301 HopAO1 is biochemisch een fosfatase, dat fosfaat uit eiwitten verwijdert.
00:16:5922 En het blijkt dat deze immuunreceptoren normaal gefosforyleerd worden tijdens activering
00:17:0414 op een tyrosineresidu van het eiwit.
00:17:0711 En deze effector verwijdert in feite het fosfaat uit tyrosine om deze immuunactivatie te stoppen.
00:17:1202 Dus dit is een heel leuke manier van. weet je, bacteriën hebben ontdekt hoe ze kunnen saboteren?
00:17:1714 de immuunsignalering.
00:17:1818 En er zijn veel onderzoeken die dit ondersteunen, zeer sterk bewijs dat dit echt waar is.
00:17:2310 Dus een van de belangrijkste functies van deze virulentiefactoren is het uitschakelen van de immuunrespons van de plant, toch?
00:17:2910 Als er geen immuniteitsreactie is in de gastheer, dan kun je de planten besmetten.
00:17:3216 En dit lijkt erg op menselijke pathogenese.
00:17:3503 En veel van de bacteriële pathogenen zijn menselijke pathogenen die eigenlijk hetzelfde doen.
00:17:3902 Ze schakelen het immuunsysteem in ons lichaam uit en infecteren dan.
00:17:4222 Oké, dus onze vraag is deze.
00:17:4420 Zijn al deze 30 effectoren betrokken bij immuunsuppressie?
00:17:4806 Als ze allemaal aanvallen, je weet wel, immuunsuppressie, dan kunnen we de ziekte herstellen
00:17:5323 door de immuungecompromitteerde planten te gebruiken, toch?
00:17:5627 Dus ik kom terug om te zeggen. dat punt later.
00:17:5913 Ik heb je nu kennis laten maken met twee bacteriestammen.
00:18:0210 Ik heb het over de wildtype stam, DC3000.
00:18:0517 Het scheidt deze ongeveer 30 effectoren af ​​in de plantencel.
00:18:0813 Er is een mutant genaamd delta-28E, waarvan 28 van deze 30 effectoren zijn verwijderd.
00:18:1427 Het heeft veel werk met zich meegebracht door het laboratorium van Alan Collmer aan de Cornell University,
00:18:2102 maar ze hebben het gedaan, dus het is een zeer bruikbare mutant, en we profiteren van deze mutant.
00:18:2520 Omdat deze mutant in wezen geen effectoren heeft die in de plantencel worden afgeleverd,
00:18:3004 het is niet pathogeen.
00:18:3104 Dus, als je het in een wildtype plant doet. je kunt zien dat aan de linkerkant een infectie door DC3000 is.
00:18:3612 Het veroorzaakt ziekteachtige symptomen.
00:18:3809 Maar rechts is groen, het is een gezonde plant.
00:18:4028 Dus deze mutant kan geen ziekte veroorzaken bij wildtype planten.
00:18:4522 Als, zoals ik al zei, alle effectoren de immuunsignalering aanvallen, als we beginnen met
00:18:5122 immuun defecte planten, als er geen immuniteit in de planten is, dan is deze mutant, delta-28E,
00:18:5827 zou de planten moeten kunnen infecteren, toch?
00:19:0122 Oké, dus dat is het experiment dat we deden.
00:19:0323 Je kunt zien dat de delta-28E-mutant helaas geen ziekte kon veroorzaken.
00:19:0914 Weet je, de planten zijn nog steeds een beetje groen na infectie, oké?
00:19:1304 De mutanten die we gebruikten, fec en bbc, zijn defecte immuunresponsen in de planten.
00:19:1816 Dus het antwoord is nee.
00:19:1928 Oké?
00:19:2028 Dus je kunt ook kijken naar de bacteriepopulatie.
00:19:2221 Dus toen de planten werden geïnfecteerd met Pseudomonas syringae, vermenigvuldigde het zich heel hoog.
00:19:2717 Dus dit is het. de balk staat in de logaritme. log-type schaal, dus elke stap is een tienvoudige toename.
00:19:3604 Je kunt zien dat DC3000 zich agressief vermenigvuldigde in het blad.
00:19:4020 Versus de delta-28E in wildtype en in gemuteerde bladeren, kunnen ze niet bereiken
00:19:4710 een zeer hoge populatie.
00:19:4810 Dus er is geen ziekte, dus het antwoord is nee.
00:19:5005 Dus de vraag is, wat missen we?, toch?
00:19:5226 Sommige effectoren vallen dus iets anders aan dan immuniteit als onderdeel van hun mechanisme.
00:19:5902 Dus, ik ga je weghalen van mijn. onze eigen resultaten om u iets over een website te vertellen.
00:20:0522 Dus, als je planten in je tuin kweekt, is dit eigenlijk voor meestertuiniers,
00:20:1009 dus alles wat op deze website is geschreven, moet waar zijn, want dat moet je volgen.
00:20:1408 Oké, dus je kunt zien dat ik er maar een paar zinnen uit heb gehaald.
00:20:1805 Er staat dat bacteriële ziekten het meest intens zijn in warme en vochtige omstandigheden zoals Florida,
00:20:2326 oké?
00:20:2426 Dus Florida heeft veel ziektes vergeleken met Californië.
00:20:2626 Californië is droog.
00:20:3002 Je kunt het samenvatten. dit is eigenlijk een beroemd idee dat het dogma van de "ziektedriehoek" wordt genoemd.
00:20:3417 Om een ​​ziekte te laten ontstaan, heb je niet alleen een planeet nodig die genetisch gevoelig is
00:20:3806 en een ziekteverwekker die genetisch virulent is, maar je hebt ook een gunstige omgeving nodig.
00:20:4226 Een van de belangrijkste factoren is een hoge luchtvochtigheid, oké, regen en dat soort dingen.
00:20:4727 Dit werd 50 jaar geleden geformuleerd door een zeer beroemde plantenpatholoog, RB Stevens.
00:20:5214 We weten eigenlijk niet op welke moleculaire basis vochtigheid nodig is voor ziekte
00:20:5603 heel erg.
00:20:5808 Je kunt de vochtigheidsbehoefte in het laboratorium samenvatten.
00:21:0107 In principe kun je vier weken lang planten kweken.
00:21:0412 Maar tijdens de infectieperiode van drie dagen plaatsen we de planten onder een hoge luchtvochtigheid,
00:21:0913 zoals 95% procent, wat de ziekte-uitbraak in het veld simuleert, of jij,
00:21:1502 weet je, zet de planten op [30%], wat een lage luchtvochtigheid is.
00:21:1920 Dat zie je bij high. en alleen bij hoge luchtvochtigheid heb je ziekte.
00:21:2216 Bij een lage luchtvochtigheid zien planten er gezond uit.
00:21:2511 En je kunt ook kijken naar de bacteriële populatie van ziekten.
00:21:2908 Een hoge luchtvochtigheid heeft een zeer hoge populatie, en een lage luchtvochtigheid heeft een zeer lage.
00:21:3420 Oké, dus het is een dramatisch verschil, oké?
00:21:3624 Als je nu teruggaat naar deze website, zie je ook een term die waterweken wordt genoemd.
00:21:4202 Dit beschrijft het symptoom van de ziekte van veel bacteriële ziekten.
00:21:4524 Normaal gesproken, als je naar bladeren in je achtertuin kijkt, zie je een soort van, je weet wel, groen, oké?
00:21:5115 Er zijn geen vlekken, toch?
00:21:5315 Op deze foto kun je zien dat er veel donkere vlekken zijn.
00:21:5518 Deze donkere vlekken worden veroorzaakt door vloeistof in het blad.
00:22:0017 En daar houden planten niet van.
00:22:0117 Ik ben net begonnen, om fotosynthese te laten plaatsvinden, om CO2 in de mesofylcel te laten diffunderen,
00:22:0610 je de apoplast met lucht gevuld wilt houden.
00:22:0920 En op deze donkere plekken zit vloeistof.
00:22:1212 Het is echt slecht voor planten.
00:22:1321 Maar bacteriën lijken dit met een doel te kunnen doen.
00:22:1700 Dat zijn we eigenlijk. het fenomeen is dus al vele decennia waargenomen.
00:22:2022 We weten niet of het nodig is voor pathogenese, oké?
00:22:2407 Dus we waren hierdoor geïntrigeerd.
00:22:2611 Dit gebeurde ook alleen bij hoge luchtvochtigheid.
00:22:2813 Dus je kunt dit proces in het laboratorium simuleren.
00:22:3124 Dit is onze Arabidopsis, opnieuw, geïnfecteerd door Pseudomonas syringae.
00:22:3610 Je kunt hier donkere vlekken zien op het rechter blad, dat geïnfecteerd is.
00:22:3919 Links, dat was niet besmet.
00:22:4125 Dit kwam ook voor bij tomaat, omdat deze bacterie ook tomaat besmette.
00:22:4501 Dus bij een hoge luchtvochtigheid heb je dit zogenaamde waterdoordrenkte symptoom.
00:22:4925 Nu kunnen we bacteriën labelen om te zien waar de bacteriën zich in het geïnfecteerde weefsel bevinden door
00:22:5518 laden met een luc. je weet wel, lucs zendt licht uit. laat bacteriën licht uitstralen.
00:23:0028 Dus je kunt het licht opvangen dat wordt uitgestraald door bacteriën in het geïnfecteerde weefsel en dit vervolgens overlappen
00:23:0725 met het doorweekte symptoom dat je vastlegt met gewoon licht.
00:23:1026 En als je onderaan het linkerblad ziet, zien we een uitgebreide overlap
00:23:1618 tussen de luc -- het licht dat bacteriën aanduidt -- en de doorweekte plekken in het water, wat suggereert dat
00:23:2417 het met water doordrenkte gebied is waar bacteriën zich zeer sterk vermenigvuldigen, oké?
00:23:2723 Dus dat is ruimtelijk een indicatie dat het weken van water heel belangrijk is.
00:23:3223 Dus, wat zorgt ervoor dat het water doorweekt is?
00:23:3502 Oké, ik zei toch dat deze bacterie zo'n 30 effectoren produceert.
00:23:3814 We hebben elke afzonderlijke effector gescreend om te zien welke kan leiden tot doorweekt water.
00:23:4314 In dit experiment laten we zien dat twee ervan kunnen leiden tot doorweekt water.
00:23:4716 En de namen zijn niet erg belangrijk, maar ik kan je laten zien dat er een is gelokaliseerd naar
00:23:5120 het plantenplasmamembraan, hier.
00:23:5401 De ene is gelokaliseerd in het endomembraansysteem in de plantencel, het endosoom genaamd,
00:23:5826 die betrokken is bij het recyclen van alle eiwitten van en naar het plasmamembraan van de plantencel.
00:24:0503 Dus het zijn er twee. deze twee effectoren doen iets met het plasmamembraan
00:24:0806 van de plantencel om water doorweekt te veroorzaken.
00:24:1124 We weten eigenlijk iets meer over een van deze effectoren.
00:24:1401 Ze vallen in feite een eiwit aan in de planten dat het verkeer van blaasjes regelt.
00:24:1902 Dus het is ook een heel intrigerend fenomeen, omdat veel menselijke ziekteverwekkers dat ook doen,
00:24:2504 vallen eiwitten aan die betrokken zijn bij de handel in blaasjes in onze menselijke cellen als een manier om
00:24:2923 het uitschakelen van het immuunsysteem.
00:24:3201 Oké.
00:24:3301 Dus nu hebben we. naast het immuunonderdrukkingsproces hebben we een nieuw proces ontdekt
00:24:3814 we noemden waterige apoplast, wat in feite de binnenkant van het blad is,
00:24:4317 water en andere dingen.
00:24:4511 Oké?
00:24:4611 Dus om water doorweekt te veroorzaken, heb je de zogenaamde waterdoordrenkte effectoren nodig
00:24:5026 van bacteriën.
00:24:5126 Maar dat is niet voldoende.
00:24:5226 Je hebt ook een hoge luchtvochtigheid nodig.
00:24:5523 De reden is dat in de lage luchtvochtigheid, zelfs als de bacteriën symptomen van doorweekte water veroorzaken,
00:25:0105 het zal verdampen via huidmondjes, omdat huidmondjes open zijn tijdens de
00:25:0424 dag voor. CO2 op te nemen.
00:25:0722 En daarom, als je een lage luchtvochtigheid hebt, komt het water er gewoon uit.
00:25:1118 En omdat er geen water is, hebben de bacteriën er geen baat bij.
00:25:1416 Dus, hier is een voorbeeld waarbij we variantiefactoren in de bacteriën nodig hebben en we hebben:
00:25:1818 de externe omgeving moet vochtig zijn, oké?
00:25:2005 Dus dit is best interessant.
00:25:2228 Dus nu de vraag.
00:25:2328 De volgende vraag die we willen stellen is. oke, we hebben nu twee processen.
00:25:2711 We weten dat immuunsuppressie niet voldoende is voor pathogenese.
00:25:3100 Nu hebben we er twee. zijn ze nu voldoende voor pathogenese?
00:25:3500 Dit is dus een experiment met de reconstitutie van ziekten dat we altijd al wilden doen.
00:25:3915 We kunnen dus de onderdrukking van de immuunrespons in de plant simuleren door gebruik te maken van
00:25:4614 deze mutant van Arabidopsis die geen immuunrespons kan opwekken.
00:25:5000 We kunnen ook de waterophoping in de apoplast nabootsen door deze nieuwe mutant te gebruiken
00:25:5506 die we hebben, heet min7, oké?
00:25:5708 Het idee is om deze twee processen te combineren door de twee routes genetisch te manipuleren.
00:26:0307 Met behulp van CRISPR/Cas9-technologie hebben we viervoudige mutanten gemaakt, die in feite beide immuniteit beïnvloeden
00:26:0926 en waterhomeostase.
00:26:1127 Dus de vraag is of, in deze viervoudige mutanten, bacteriën die normaal...
00:26:1725 kan geen effectoren leveren. gaat zich vermenigvuldigen of niet, oké?
00:26:2202 Dus dit is het experiment dat we deden.
00:26:2409 Dus de bacteriemutant die we gebruiken is de bacterie die geen van deze effectoren kan afscheiden,
00:26:2825 die defect is in type III secretie, oké?
00:26:3106 In de wildtype planten veroorzaken ze geen ziekte.
00:26:3406 Het zijn groene planten.
00:26:3527 In deze immuun-defecte mutanten veroorzaakt het nog steeds geen ziekte, zoals ik je eerder liet zien,
00:26:4106 oké?
00:26:4206 Dus het is niet voldoende.
00:26:4313 In een min7-plant veroorzaakt het ook geen ziekte.
00:26:4617 In de viervoudige mutanten zie je nu ziekteachtige symptomen.
00:26:5011 En dit is eigenlijk wanneer we zien dat een niet-pathogene bacterie een ziekte veroorzaakt op een plantensysteem.
00:26:5619 Dus dit is best spannend voor ons.
00:26:5824 Als je naar de bacteriepopulatie in deze bladeren kijkt, zie je dat de rode balken
00:27:0310 geven de viervoudige mutanten aan.
00:27:0515 Alleen in deze twee viervoudige mutanten kun je de vermenigvuldiging zien van een anders
00:27:1011 niet-pathogene bacteriën, oké?
00:27:1217 Dus, het is niet de omvang van de volledig wildtype infectie, dus we hebben nog wat afstand te gaan,
00:27:1608 maar dit is een behoorlijk belangrijke stap.
00:27:1825 Dus, om dit deel van mijn lezing samen te vatten, hebben we een nieuw pathogeen proces geïdentificeerd waarbij:
00:27:2527 wat we waterige leefruimte noemden.
00:27:2904 We weten dat bacteriën van water houden omdat, je weet wel, menselijke pathogenen en plantpathogenen
00:27:3405 houden allemaal van water, toch?
00:27:3513 Dus. maar dit is een geval waarin bacteriën daadwerkelijk watercondities creëren in een anders met lucht gevulde ruimte.
00:27:4322 En als je erover nadenkt of dit relevant is voor, je weet wel, andere ziekten,
00:27:4709 inclusief menselijke ziekten zoals een longinfectie en het ademhalingssysteem, dat normaal gesproken gevuld is met lucht.
00:27:5312 dus we zullen zien of dit principe verder gaat dan plantenziekten, oké?
00:27:5717 We waren in staat om de basiskenmerken van een bacteriële infectie binnenin te reconstrueren
00:28:0302 uitsluitend gastheermutanten, oké?
00:28:0503 Dus dat is ook de eerste keer dat we dit doen.
00:28:0802 Natuurlijk krijgen we enig inzicht in waarom vochtigheid een grote invloed kan hebben
00:28:1208 over de ziekte-interacties.
00:28:1513 In dit geval, omdat het nodig is om de virulentiefactoren als virulentiefactoren te laten functioneren.
00:28:2104 Dus nu wil ik de mensen erkennen die het werk daadwerkelijk hebben gedaan.
00:28:2407 Natuurlijk, mijn laboratoriumleden in Michigan State.
00:28:2801 En ik wil ook een aantal medewerkers bedanken: Jeff Chang, Cyril Zipfel.
00:28:3425 Ook andere onderzoekers met wie ik samenwerkte voor het andere deel van mijn lezing.
00:28:4024 Financiering komt van HHMI, Gordon en Betty Moore Foundation, NIH, DOE, USDA,
00:28:4624 en de National Science Foundation.
00:28:4902 Dank je.

  • Deel 1: Inleiding tot plant-pathogeen interacties

Horiguchi Lab (afdeling Infectieziekten Afdeling Moleculaire Bacteriologie)

Sommige pathogene bacteriën veroorzaken specifieke ziektesymptomen, waaronder slappe/spastische verlammingen, paroxismaal hoesten, huidafschilfering en osteogenesis imperfecta, naast algemene symptomen zoals koorts en ontsteking. Onze belangrijkste vragen zijn hoe deze specifieke symptomen optreden als reactie op bacteriële infecties of welke soorten bacteriële virulentiefactoren daarbij betrokken zijn. We hopen dat we de aard van bacteriële infecties zullen begrijpen door deze vragen te beantwoorden.

Om het infectiemechanisme te begrijpen

Bordetella pertussis, dat een van onze onderzoeksonderwerpen is, is een representatieve pathogene bacterie van Bordetella en veroorzaakt kinkhoest. In aanvulling op B. kinkhoest, B. parapertussis en B. bronchiseptica zijn gecategoriseerd in het geslacht Bordetella. Hoewel deze pathogene organismen homologe virulentiefactoren delen en vaak luchtweginfecties veroorzaken met kenmerkend hoesten, zijn hun gastheerspecificiteiten en het verloop van de ziektemanifestatie behoorlijk verschillend: B. kinkhoest is een strikte menselijke ziekteverwekker die de acute ziekte veroorzaakt, terwijl: B. bronchiseptica infecteert een groot aantal zoogdieren en veroorzaakt chronische infecties. We proberen te begrijpen wat de gastheerspecificiteiten en verschillende ziektemanifestaties bepaalt in Bordetella infecties. Het begrijpen van het moleculaire mechanisme waarmee de bacteriën hoesten bij gastheren veroorzaken, is ons andere doel van de Bordetella Onderzoek.

Analyse van de structuur-functierelatie van bacteriële eiwittoxines.

Bacteriële eiwittoxines veroorzaken een verscheidenheid aan specifieke symptomen die zich manifesteren bij bacteriële infecties. Veel bacteriële eiwittoxines zijn in wezen multifunctionele biomoleculen, die in een gastheerlichaam reizen, zich binden aan doelmoleculen of cellen en doelmoleculen met hoge specificiteit modificeren. Sommige bacteriële toxines staan ​​bekend als de meest giftige stoffen op aarde. We analyseren de structuur-functierelatie van deze bacteriële eiwittoxines om te begrijpen hoe ze zulke krachtige toxiciteiten uitoefenen op doelcellen en bedwelmde dieren. Wij zijn van mening dat deze resultaten inzicht moeten geven in het mechanisme dat specifieke symptomen veroorzaakt die worden waargenomen bij bacteriële infecties.

Om de bovengenoemde doelen te bereiken, voeren we het onderzoekswerk uit door gebruik te maken van alle experimentele technieken die gebaseerd zijn op bacteriologie, moleculaire en cellulaire biologie, biochemie, medische en veterinaire wetenschap.


Bekijk de video: Условно патогенные микроорганизмы (December 2021).