Właściwości chorobotwórcze związane z budową komórki
advertisement
Właściwości chorobotwórcze związane z budową komórki Prof. dr hab Prof hab. Anna Przondo-Mordarska Przondo Mordarska Katedra i Zakład Mikrobiologii Ak d i M Akademia Medyczna d we Wrocławiu W ł i Dziś D iś w d dobie bi rozwiniętych i i t h badań b d ń genetycznych t h immunochemicznych, wiedzy o człowieku i drobnoustrojach j na poziomie p molekularnym, y , sformułowanie Ludwika Hirszfelda, że mikrobiologia jest wspaniałym obrazem zmagającego się życia życia, a choroba zakaźna wyścigiem między zdolnością obronną jednego, a siłą niszczycielską drugiego gatunku jest jak najbardziej prawdziwe. Ludwik Hirszfeld Mikroorganizmy Mik i w ttworzeniu i Ziemi Zi i Miliard Mikroogranizmy pojawiły się 3,5 do 4 miliardów lat temu, zmieniając warunki na Ziemi umożliwiły ewolucję zwierząt wyższych Komórka eukariotyczna pierwotna y z symbiontem Wolnożyjące tlenowe bakterie Jądro kom. Bakterie B kt i weszły ł do d prymitywnych it hk komórek ó k eukariotycznych jako symbionty wewnątrzkomórkowe, otrzymywały pokarm, dostarczały energii otrzymuje pokarm dostarcza energii Komórka eukariotyczna z pasożytem wewnątrzkomórkowymi Bakteria B k i utraciła ił część ść swojego j DNA DNA, część bakteryjnych białek jest syntetyzowana pod kontrolą komórkowego DNA Jądro kom. j otrzymuje substraty kontrolujące bakterie energrtyczne białka dostarcza energii Wolnożyjące drobnoustroje Przypadkowy kontakt, adaptacja Zdolne do życia jako „wolnożyjące” Zakażenia za środowisko Pasożyty dziedziczone ORGANIZM LUDZKI „GOSPODARZ” Przeniesienie zakażenia Pasożyty obligatoryjne Adaptacja do pasożyt-ctwa ctwa w insektach Kolonizacja mikroorganizmów na powierzchni tkanek gospodarza Fizjologiczna równowaga gospodarz-mikroorganizm gospodarz mikroorganizm Inwazja i rozsiew Objawy zakażenia k ż i Drobnoustroje wywołujące zakażenia Ch Choroby b zakaźne k ź Choroby o tle infekcyjnym Bakterie – prokariota Grzyby Pierwotniaki - eukariota Wirusy Priony Wiroidy Postawyy chorobotwórczości z Chorobotwórczość C ó ść – zdolność ść drobnoustroju do wywoływania zmian patologicznych lub określonej choroby u osoby zakażonej Zakaźność – zdolność do wniknięcia i utrzymania się w tkankach gospodarza Inwazyjność – zdolność do przenikania przez bariery obronne i rozprzestrzeniania się i rozmnażania w organizmie gospodarza Toksyczność – zdolność do wytwarzania toksyn ((toksyny y y właściwe,, enzymy, y y, metabolity) y) p powodujące ją uszkodzenie tkanek i wystąpienie objawów chorobowych Morfologia f g bakterii Leptospira Borrelia Zdjęcia z mikroskopu elektronowego Streptococcus pneumoniae – preparat bezpośredni Schemat budowy komórki bakteryjnej Komórka bakteryjna Main features of a bacterial cell. Figure 1 - The structure of a phospholipid Figure 2 - Cartoon of the Lipid Bilayer Model mozaikowy błony biologicznej Cytoplasmic membrane Signal peptide Exterior cytochromes nutrients Cytoplasma bactoprenol wall precursors exported proteins t i Ściana komórkowa bakterii Gram dodatnich kw.teichowy peptydoglikan d lik k li kw. lipoteichowy i h ściana komórkowa błona cytoplazmatyczna białka strukturalne białka enzymatyczne Structure of one of the repeating p g units of the peptidoglycan cell wall structure Ściana bakterii Gram ujemnych lipopolisacharyd kanały porynowe Błona zewnętrzna Przestrzeń periplazmatyczna Błona cytoplazmatyczna Białko wiążące Białko nośnikowe peptydoglikan lipoproteina Structure of the lipopolysaccaride of gram negative bacteria Cell Wall G Gram positive iti b bacteria t i Peptidoglycan Teichoic acid Lipoteichoic acid Gram-negative bacteria Peptidoglycan Periplasmic space Outer membranes Proteins LPS Cell wall types: Gram stain teichoic acid peptidoglycan outer membrane periplasm (enzymes (enzymes, cytoplasmic t l i membrane b binding proteins) Gram-positive p Gram-negative g Dye complex retained Dye complex lost = purple (crystal violet) = pink (saffranin) Structure of mycobacterial cell wall Flagellum E. coli has peritrichous flagella Fimbrie imb ie fimbrie Escherichia coli Model of P pilus assembly by the chaperone/usher pathway Pili are grouped according to mechanisms of assembly Swoistość receptorów fimbrialnych Drobnoustrójj Fimbrie E.coli, Enterobacter Klebsiella, Citrobacter Salmonella Typ 1 D-mannoza glikoproteina E. coli Typ P E. coli Typ S V. cholerae Receptor p n.k. Miejsce j zakażenia nabł. dr. moczowych nabł. dr. oddechowych D Gal 1-4 D Gal glikolipid fibronektyna y Neu Nac 2-3 D Gal glikolipid g p serii globo g L-fukoza nabłonek dróg moczowych nabłonek naczyniowy y y nabłonek jelita cienkiego Drobnoustroje j wiążące ą ą sięę z ECM/ białkami kolagenowymi Drobnoustró Staphylococcus aureus ECM fibronektyna kolagen Receptor bakteryjny białka bł. zew. 210 kDa białka bł. zew. 135 kDa Streptococcus pyogenes fibronektyna kw. lipoteichowy E coli E. fibronektyna Fim typu ? Klebsiella kolagen V Fim 3 Typy adhezyn występujące u pałeczek Klebsiella Adhezyny fimbrialne fimbrie typu 1 (MS - mannozowrażliwe) fimbrie typu 3 (MR - mannozooporne) fimbrie KPF-28 (geny zlokalizowane na plazmidach kodujących enzymy ESBL) Adhezyny niefimbrialne adhezyny typu P (P-like czynnik CF29K (geny zlokalizowane na plazmidach kodujących y y ESBL)) enzymy Charakterystyka fimbrii typu 1 u Klebsiella Rodzaj adhezyny Właściwości hemaglutynacyjne Receptory lub rozpoznawalne cząsteczki Powinowactwo do tkanek Fimbrie typu 1, adhezyna właściwa Fim H Zdolność aglutynacji świeżych krwinek świnki morskiej. Reakcja jest blokowana przez D-mannozę (mannose sensitive MS) Mannozydy, białka typu laminina, laminina fibronektyna, plazminogen oraz rozpuszczalne zawierające mannozę, glikoproteiny w moczu i w ślinie Adhezja do komórek jamy ustnej, tchawicy, płuc, oraz do obecnego w drogach moczowych h śluzu śl Hemaglutyniny mannozo wrażliwe – najlepiej poznane wśród wszystkich adhezyn. Mają ją postać p długich, g grubych g y i sztywnych y y włókienek. Ekspresjonowane p j na powierzchni u około 90% szczepów K.pneumoniae i u 30% K.oxytoca Kodowane na chromosomie lub na plazmidzie szczep 589 (fimbrie typu 1) Struktura podjednostek wchodzących w skład ffimbrii typu yp 1 u Klebsiella Podjednostka fimbrialna – gen kodujący Charakterystyka FimA/fimA Główna strukturalna podjednostka fimbrii o masie cząsteczkowej 17kDa. FimB/fimB Białko o masie cząsteczkowej 23Kda. Odpowiada za regulację syntezy fimbrii, wymagane do inwersji promotora genu fimA FimC/fimC Białko periplazmatyczne periplazmatyczne, tzw. tzw Białko opiekuńcze (chaperonowe) (chaperonowe), wiąże poszczególne podjednostki fimbrii i przenosi je do centrum polimeryzacji FimD/fimD Występujące w błonie zew. białko kanałowe o masie cząsteczkowej 81kDa, transportujące peptydy na zew. komórki. FimE/fimE Białko o masie cząsteczkowej 22 kDa, odpowiada za regulację syntezy fimbrii, wymagane do inwersji promotora genu fimA FimF/fimF Mniejszy (16 kDa) składnik kompleksu decydujący o tworzeniu nowych fimbrii FimG/fimG Mniejsza (14 kDa) podjednostka decydująca o długości fimbrii FimH/fimH Właściwa adhezyna o masie 32kDa, może występować zarówno na szczycie jak i w środkowej fazie wydłużania fimbrii. Kształtem przypomina immunoglobuliną Oczyszczone fimbrie typu 1 szczepu Klebsiella pneumoniae 304 – zdjęcie z mikroskopu elektronowego Charakterystyka fimbrii typu 3 u Klebsiella Rodzajj adhezyny y y Właściwości hemaglutynacyjne Receptory p y lub rozpoznawalne cząsteczki Powinowactwo do tkanek Fimbrie typu 3, adhezyna właściwa MrkD Zdolność aglutynacji wyłącznie krwinek taninowanych. Reakcja nie jest hamowana przez Dmannozę (mannose resistante) Swoiste peptydy dostępne wskutek wcześniejszego uszkodzenia komórek nabłonkowych – odsłonięcie kolagenu V Komórki tkanek nerek, tchawicy i komórek nabłonkowych Hemaglutyniny mannozooporne (MR). Mają postać cienkich i krótkich włókienek. Występują u ponad 80% K.pneumoniae i K.oxytoca. Kodowane na chromosomie lub na plazmidzie szczep nr 640 (fimbrie typu 3 ) Struktura podjednostek wchodzących w skład fimbrii typu 3 u Kl b i ll Klebsiella Podjednostka fimbrialna – gen kodujący Ch k Charakterystyka k Mrk A/mrkA Główna strukturalna podjednostki fimbrii MrkB/mrkB Białko odpowiedzialne za regulację ekspresji i decydujące o długości fimbrii MrkC/mrkC Białko odpowiedzialne za regulację ekspresji i decydujące o długości fimbrii MrkD/mrkD Białko warunkujące specyficzne oddziaływanie fimbrii z receptorem – adhezyna właściwa. Różnice w specyficzności wiązania receptorów wiąże się ze zmiennością w sekwencji aminokwasowej tej podjednostki. MrkE/mrkE Białko odpowiedzialne za regulację ekspresji i decydujące o długości fimbrii MrkF/mrkF Obecność tego białka warunkuje zachowanie określonej struktury fimbrii na powierzchni komórki bakteryjnej MrkG/mrkG Białko regulatorowe Oczyszczone fimbrie typu 3 u Klebsiella oxytoca szczep 666 – zdjęcie z mikroskopu elektronowego Fimbrie typu 6 Rodzaj adhezyny Właściwości hemaglutynacyjne Fimbrie typu 6 Brak hemaglutynacji Receptory lub rozpoznawalne cząsteczki Powinowactwo do tkanek Brak danych Są to struktury grube i najdłuższe z dotychczas wymienionych. Występują w bardzo małej ilości na powierzchni komórek. Ich obecność stwierdzono w mikroskopie elektronowym tylko u K.ozaenae K ozaenae Fimbrie KPF-28 KPF 28 Rodzaj adhezyny Właściwości hemaglutynacyjne Fimbrie KPF-28 Brak hemaglutynacji Receptory lub rozpoznawalne cząsteczki Powinowactwo do tkanek Adhezja do nabłonka jelitowego Są to struktury długie, cienkie i giętkie. Słabo poznane. Kodowane na plazmidzie Czynnik CF29K Rodzaj R d j adhezyny Właściwości Wł ś i ś i hemaglutynacyjne Receptory R t llub b rozpoznawalne cząsteczki Powinowactwo P i t do d tkanek Adhezyna CF29K Brak właściwości hemaglutynacyjnych Reszty NeuAc (kw. N- Nabłonek jelitowy Adhezyna niefimbrialna, ciężar cząsteczkowy – 29.000 Da Kodowana na plazmidzie acetyloneuraminowy) Niefimbrialna f adhezyna y typu yp P Rodzajj adhezyny y y Właściwości hemaglutynacyj ne Receptory p y lub rozpoznawalne cząsteczki Powinowactwo do tkanek Niefimbrialna adhezyna typu P, adhezya właściwa PapG Aglutynują świeże krwinki ludzkie OP1 Receptory tkankowe zawierające w składzie dwucukier receptorowy α-D- Warunkują adhezję do dróg moczowych. Wariant GII najczęściej związany z zapaleniem pęcherza moczowego i nerek. nerek Galp-(1→4)-β-DG l (1 βD Galp galabiozę Białko o ciężarze właściwym 40 kDa; Gen kodujący papG (allel papGII) Kodowana na chromosomie Cechy drobnoustrojów sprzyjające zasiedleniu Zdolność adherencji j do gładkich g powierzchni p (szkło, ( , plastik) p ) Staphylococcus, Streptococcus, Pseudomonas, Klebsiella Zdolność do wiązania się : - z białkami surowicy: albuminą, fibrynogenem, immunoglobulinami - białkami bi łk i ECM ECM: fibronektyna, fib kt kolagen, k l elastyna, l t witronektyna, it kt trombospodyna - kostną ą sialoproteiną p ą - kolagen, Tworzenie ochronnej warstwy glicocalyx (Staph. koag(-)) Wyniki Adhezja do hodowli komórkowych Linia Caco-2 szczep o dyfuzyjnym typie adhezji Linia Caco-2 szczep o adhezji mieszanej Wyniki Adhezja do hodowli komórkowych Szczep wykazujący S k j silną il (> 100 kom. w polu widzenia) agregacyjną adhezję do linii Int-407 0 Linia Int-407 - szczep wykazujący brak adhezji Otoczki otoczka Pseudomonas aeruginosa Electron micrographs i h off encapsulated E. E coli O18:K5:HO18:K5:H O18 K5 H- Main features of a bacterial cell. Funkcje struktur bakteryjnych Nukleoid zapis genetyczny cech Plazmidy Rybosomy Błona cytoplazmatyczna mezosomy błona zewnętrzna synteza białek bariery przepuszczalności Ściana Ś komórkowa Rzęski R ki fimbrie, kw.teichowy adhezja Białka Otoczki Ot ki Białka (M) transport, oddychanie (gromadzenie energii), udział w syntezie ściany komórkowej kształt komórki, sito, wrażliwość na antybiotyki, antygenowość toksyczność (LPS) ruch h ochrona h przed d fagocytozą f t Struktury powierzchni komórki bakteryjnej o znaczeniu ochronnym i chorobotwórczym Ściana komórkowa Otoczki Adhezyny Śluz Białka Bi łk powierzchniowe i h i Strukturyy drobnoustroju j warunkujące ją adherencję Fimbrie adhezyjne Włókienka - rod like fimbriae Białka adhezyjne Glikoproteiny powierzchniowe Śluz Ś Glikokaliks LPS Kwasy teichowe Kolonizacja Inwazja j bezobjawowa j Uszkodzenie U k d i komórek, k ó k tk tkanek k narządów Zdolność drobnoustroju j do wywołania y zakażenia objawowego Komórka gospodarza - stopniowe wiązanie integryny z receptorami t i bakterii b kt ii prowadzi d i do d iintegracji t ji komórki k ó ki bakterii b kt ii z komórkami gospodarza INTEGRYNA LIGAND BAKTERYJNY NP.: INWAZYNA YERSINIA ENTEROCOLITICA Struktura biofilmu wytworzonego przez bakterie (Fi 1 3) na powierzchni (Fim1, i h i cewnika ik po 24 h Mikroskop JSM – 5800 LV firma Jeol – powiększenie 3000 Czynniki wirulencji pomocne w kolonizacji i przeżyciu bakterii wywołujących zakażenie Czynniki wirulencji Rzęski i fimbrie Niefimbrialne adhezyny Tworzenie biofilmu Inwazyny Przegrupowanie aktyny kt Wiązanie z komórkami M Ruch R h i chemotaksja h t k j sIgA proteazy Siderofory,powierzchowne białka, które wiążą transferyny, laktoferyny Funkcje adhezja do śluzu bliskie wiązanie z kom. gospodarza wiązanie z powierzchnią i tworzenie skupisk bakterii co zmniejsza wrażliwość na antybiotyki; t bi t ki ognisko i k wysiewu i do d krwi k i indukcja niefagocytujących komórek do pochłaniania bakterii wymuszenie fagocytozy, rozprzestrzenianie t i i się i i przemieszczanie i i w komórkach gospodarza kom. M jako naturalne wrota wejścia do organizmu osiąganie i i powierzchni i h i śl śluzówki ó ki zapobieganie uwięzieniu bakterii w śluzie ułatwianie dostępu do Fe++; przy braku żelaza bakterie wykorzystują mangan (B. burgdorferii) Endospory. p y Sporogeneza, p g proces p formowania f sięę endospory błona cytoplazmatyczna peptydoglikan DNA ściana dzieląca podwójna p j osłona peptydoglikan płaszcz endospory wolna endospora Endospory Oporność różnych form drobnoustrojów na środki dezynfekcyjne Drobnoustrój wirusy lipidowe formy wegetatywne bakterii grzyby nielipidowe i li id wirusy i małe ł prątki przetrwalniki bakteryjne priony Przykłady HSV, CMV,HIV E.coli, Staph.aureus N.meningitidis Candida, Trychophyton wirus i polio, li Coxacie C i M.tuberculosis C.tetani, C.difficile czynnik etiologiczny ch. Creutzfeldta-Jacoba Cechy drobnoustrojów sprzyjające przetrwaniu i rozsiewalności i l ś i Struktury yp powierzchni drobnoustrojów j Oporność na czynniki środowiskowe – wysuszenie promienie, temperatura Oporność na środki dezynfekcyjne, antybiotyki Zdolność Zd l ść d do wytwarzania t i przetrwalników t l ikó (Clostridium (Cl t idi diffi difficile, il Clostridium septicum), zarodników Aspergillus Powszechne występowanie jako flora stała lub przejściowa na skórze ((Staphylococcus), p y ), błonach śluzowych, y , w jelicie j grubym g y (Enterococcus) Małe zapotrzebowanie odżywcze – przetrwanie i rozwój w źródłach i rezerwuarach skrajnie pokarmowo ubogich (woda, leki) Inwazyjność wysokiego stopnia – masowe wydzielanie zarazka różnymi drogami (dżuma, wirusy gorączek krwotocznych) Zdolność zasiedlania organizmu Cechy te często decydują o drodze transmisji drobnoustrojów Patogeny g y niebezpieczne zp z Wielorakie mechanizmy oporności naturalnej i nabytej Łatwe przekazywanie i rozprzestrzenianie się oporności p - epidemiczne p szerzenie się ę oporności Liczne rezerwuary Oportunistyczny charakter
