Hamowanie wzrostu zależne od kontaktu
Inhibicja wzrostu zależna od kontaktu ( CDI ) to zjawisko, w którym komórka bakteryjna może dostarczyć polimorficzną cząsteczkę toksyny do sąsiednich komórek bakteryjnych po bezpośrednim kontakcie komórka-komórka, powodując zatrzymanie wzrostu lub śmierć komórki.
Odkrycie
CDI jest obecnie ogólnym terminem opisującym współzawodnictwo międzybakteryjne, które opiera się na bezpośrednim kontakcie komórka-komórka w bakteriach. Jednak zjawisko to zostało po raz pierwszy odkryte w 2005 r . w izolacie EC93 Escherichia coli znalezionym w jelicie szczura iw tym przypadku pośredniczył w nim układ wydzielniczy typu V. Ten izolat dominował we florze jelitowej szczurów i okazał się szczególnie dobry w konkurowaniu ze szczepami laboratoryjnymi E. coli , gdy był hodowany w kokulturze . Nowatorską częścią tego odkrycia był fakt, że hamujące działanie izolowanej E. coli wydaje się wymagać bezpośredniego kontaktu komórka-komórka. Zanim odkryto CDI w tym izolacie, jedynym znanym układem pośredniczącym w bezpośredniej konkurencji międzybakteryjnej poprzez zatrucie były toksyny wydzielane do przestrzeni pozakomórkowej. Zatem nie wymagały one kontaktu komórka-komórka. Drugi układ, który może pośredniczyć w CDI, odkryto w 2006 r. w patogennej bakterii Vibrio cholerae , wywołującej chorobę przewodu pokarmowego cholerę , oraz w oportunistycznym patogenie Pseudomonas aerugenosa . Ten system znacznie różnił się od systemu wydzielniczego typu V zidentyfikowanego w E. coli iw ten sposób utworzył nową klasę CDI: system wydzielniczy typu VI .
Rodzaje CDI
Typ IV
System wydzielania typu IV (T4SS) występuje u wielu gatunków bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich, a także u archeonów i jest zwykle związany z koniugacją lub dostarczaniem białek wirulencji do komórek eukariotycznych. Jednak niektóre gatunki patogenów roślin Xanthomonas posiadają szczególny T4SS zdolny do pośredniczenia w CDI poprzez dostarczanie hydrolazy peptydoglikanu. Ten efektor zabija cele, które nie mają pokrewnego białka odpornościowego, podobnie jak inne systemy CDI.
typ V
Pierwszym odkrytym systemem CDI był system wydzielniczy typu V, kodowany przez klaster genów cdiBAI szeroko rozpowszechniony wśród patogennych bakterii Gram-ujemnych. Pierwsze białko kodowane w operonie, CdiB, jest beta-baryłkowym błony zewnętrznej , które eksportuje CdiA, prezentując je na powierzchni komórki bakterii wykazującej ekspresję CDI (CDI+). Przewiduje się, że CdiA utworzy włókno o długości kilku nanometrów, które rozciąga się na zewnątrz komórki CDI+ w celu interakcji z sąsiednimi bakteriami poprzez receptory białkowe błony zewnętrznej, z którymi się zwiąże. C -końcowe 200-300 aminokwasów CdiA zawiera wysoce zmienną domenę toksyczną (CdiA-CT), która jest dostarczana do sąsiedniej bakterii po rozpoznaniu przez receptor, umożliwiając komórce CDI+ zatrzymanie wzrostu komórki, do której dostarcza ten Toksyna CdiA-CT. Ta domena toksyczna jest połączona z resztą CdiA poprzez motyw peptydowy VENN i różni się znacznie bardziej między gatunkami niż reszta CdiA. CdiI jest białkiem odpornościowym, które zapobiega samohamowaniu przez C-końcową toksynę. Zapobiega to również zabijaniu przez bakterie lub hamowaniu wzrostu ich rodzeństwa, o ile posiadają one gen odporności. Wiele systemów CDI zawiera dodatkowe pary cdiA-CT/cdiI zwane „sierotami” po pierwszej kopii, które można podłączyć do różnych głównych CdiA: w sposób modułowy.
Typ VI
System wydzielniczy typu VI (T6SS) jest szeroko rozpowszechniony wśród bakterii Gram-ujemnych i składa się z kompleksu białkowego, kodowanego przez kilka różnych genów, tworzących strukturę „podobną do igły”, zdolną do wstrzykiwania cząsteczek efektorowych do sąsiednich komórek docelowych, podobnie jak kurczliwy ogon bakteriofaga T4 . Jeden T6SS może mieć kilka różnych efektorów, takich jak toksyny domeny PAAR lub toksyny Hcp, a niektóre gatunki mogą dostarczać te toksyny zarówno prokariotom , jak i eukariotom .
toksyny Rhs
System hotspotów przegrupowania (Rhs) występuje zarówno u bakterii Gram-ujemnych, jak i Gram-dodatnich . Podobnie jak CdiA, systemy te składają się z dużych białek z konserwowaną N-końcową i zmienną domeną toksynową C-końcową wymagającą pokrewnego białka odpornościowego. Wiele systemów Rhs zawiera domeny PAAR (prolina-alanina-alanina-arginina), które mogą wchodzić w interakcje z VgrG aparatu T6SS, czyniąc go wymaganym do wydzielania Rhs. Nazwa hotspoty przegrupowania pochodzi od odkrycia, kiedy system został po raz pierwszy zidentyfikowany jako elementy chromosomu E. coli , które podlegały ciągłej rearanżacji . Gram-dodatnia bakteria glebowa Bacillus subtilis posiada homolog Rhs zwany białkiem A związanym ze ścianą (WapA), zdolny do pośredniczenia w CDI, jednocześnie wymagając pokrewnego białka odpornościowego, WapI, aby zapobiec autoinhibicji.
Inne funkcje
Agregacja komórek i tworzenie biofilmu
W E. coli cząsteczki CdiA mogą oddziaływać z cząsteczkami znajdującymi się na sąsiednich komórkach, niezależnie od receptora, z którym wiąże się CdiA. Oprócz wiązania z receptorem, te homotypowe interakcje powodują agregację komórka-komórka i promują biofilmu dla bakterii CDI+. W podobny sposób homolog CdiA BcpA w Burkholderia thailandensis powoduje regulację w górę genów kodujących pilusy i polisacharydy po dostarczeniu do komórek rodzeństwa, które posiadają białko odpornościowe BcpI. Ta zmiana w ekspresji genów prowadzi do zwiększonego tworzenia się biofilmu w populacji bakterii poprzez zjawisko znane obecnie jako sygnalizacja zależna od kontaktu. Ponadto T6SS w V. cholerae jest aktywny w biofilmach, umożliwiając komórce wyrażającej T6SS zabijanie pobliskich komórek, które nie mają specyficznej odporności.
Trwałość antybiotyku
że w E. coli toksyny CdiA-CT indukują tworzenie komórek przetrwałych w populacji klonalnej , gdy są dostarczane do komórek, które nie mają wystarczającego poziomu odporności na CdiI, aby zneutralizować napływające toksyny. Zatrucie komórek prowadzi do wzrostu poziomu komórkowego (p)ppGpp , co z kolei prowadzi do degradacji białka odpornościowego i ostatecznie do większego stopnia zatrucia, co skutkuje powstawaniem przetrwałych.