Введение
Адгезины – это компоненты клеточной поверхности или придатковые структуры бактерий, способствующие прикреплению к другим клеткам или поверхностям, как правило, в организме хозяина, который они инфицируют или в котором обитают. Адгезины являются одним из видов факторов вирулентности. Прикрепление – важный этап в патогенезе или развитии бактериальной инфекции, необходимый для колонизации нового хозяина. Адгезия и бактериальные адгезины также представляют собой потенциальную мишень для профилактики или лечения бактериальных инфекций.
Предыстория
Бактерии обычно обнаруживаются, прикрепленными к поверхностям и живущими в тесном взаимодействии с ними. В течение жизненного цикла бактерии подвергаются частым силам сдвига. В самом простом понимании, бактериальные адгезины служат якорями, позволяющими бактериям преодолевать эти внешние силы и оставаться в предпочитаемой среде. Однако бактериальные адгезины – это не универсальный бактериальный "липучий" материал. Скорее, они выступают в роли специфических молекул распознавания поверхности, обеспечивающих нацеливание конкретной бактерии на определенную поверхность, такую как корневая ткань растений, ткани слезных протоков у млекопитающих или даже зубная эмаль. Большинство фимбрий грамотрицательных бактерий функционируют как адгезины, но во многих случаях фактическим адгезином является небольшой субъединичный белок на кончике фимбрий. У грамположительных бактерий специфическим адгезином служит белковый или полисахаридный поверхностный слой. Для эффективного прикрепления к поверхностям хозяина многие бактерии производят множество факторов адгезии, называемых адгезинами. Бактериальные адгезины обеспечивают видовую и тканевую тропность. Адгезины экспрессируются как патогенными, так и сапрофитными бактериями. Такая распространенность определяет их как ключевые факторы микробной вирулентности, наряду со способностью бактерии производить токсины и противостоять иммунной защите хозяина.
Структуры
Благодаря механизмам эволюции различные виды бактерий выработали различные решения проблемы прикрепления специфических белков-рецепторов к бактериальной поверхности. В настоящее время в литературе описано множество различных типов и подклассов бактериальных адгезинов. Типичная структура бактериальной адгезии представляет собой фимбрию или пилюс. Тетрапептидный контур соединяет два домена. Кроме того, у основания N-концевого адгезивного домена был идентифицирован участок связывания углеводов.
В качестве факторов вирулентности
Большинство бактериальных патогенов используют специфическую адгезию к клеткам хозяина в качестве основного фактора вирулентности. «Было выявлено большое количество бактериальных адгезинов с индивидуальной специфичностью к рецепторам». Кроме того, адгезины являются привлекательными кандидатами для создания вакцин, поскольку они часто необходимы для инфекции и расположены на поверхности, что делает их легко доступными для антител. Эффективность антиадгезинных антител подтверждается исследованиями с FimH, адгезином уропатогенной Escherichia coli (UPEC). Работа с E. coli основана на наблюдениях за приобретенным иммунитетом у человека. Дети в странах третьего мира могут переносить несколько эпизодов диареи, связанной с E. coli, в течение первых трех лет жизни. Если ребенок переживает этот начальный период восприимчивости, уровень заражения обычно существенно снижается. Полевые исследования показывают, что приобретенный иммунитет направлен главным образом против бактериальных адгезинов. Это исследование открыло путь для дальнейшего изучения пероральных вакцин, использующих бактериальные адгезины. Ряд проблем создает трудности для исследователей, изучающих концепцию антиадгезинового иммунитета. Во-первых, большое количество различных бактериальных адгезинов атакуют одни и те же ткани человека. Кроме того, отдельная бактерия может производить несколько различных типов адгезинов в разное время, в разных местах и в ответ на различные факторы окружающей среды. Несмотря на эти трудности, достигнут прогресс в создании антиадгезионных вакцин. В моделях на животных пассивная иммунизация анти-FimH антителами и вакцинация белком значительно снижали колонизацию UPEC. Более того, адгезины Bordetella pertussis FHA и пертактин входят в состав трех из четырех ацеллюлярных вакцин против коклюша, которые в настоящее время лицензированы для использования в США. Кроме того, антиадгезионные вакцины изучаются как решение проблемы инфекций мочевыводящих путей (ИМП). Показано, что использование синтетических адгезионных пептидов FimH предотвращает инфекцию слизистой оболочки мочеполовой системы у мышей, вызванную E. coli.
N. gonorroheae
N. gonorrhoeae имеет узкий круг хозяев и практически полностью ограничен человеком.
Э. коли
Штаммы Escherichia coli, наиболее известные как возбудители диареи, могут быть обнаружены в ткани кишечника свиней и человека, где они экспрессируют K88 и CFA1 для прикрепления к слизистой оболочке кишечника. Кроме того, UPEC вызывает около 90% инфекций мочевыводящих путей. Из E. coli, вызывающих ИМП, 95% экспрессируют фимбрии 1 типа. FimH в E. coli обходит иммунный ответ, основанный на антителах, посредством естественного перехода из состояния высокой в состояние низкой аффинности. В результате этого перехода адгезия FimH может освобождаться от связанных с ней антител. Escherichia coli FimH является примером конформационно-специфического иммунного ответа, который усиливает влияние на белок. Изучая эту конкретную адгезию, исследователи надеются разработать вакцины, специфичные к адгезинам, которые могут послужить моделью для антитело-опосредованной адгезии патогенов.