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Come sopravvivono i batteri all'interno di un ospite? Svelare il mistero dell'endocitosi e delle vie di secrezione!
Nel mondo microscopico, le interazioni tra batteri e ospiti sono ricche di complessità e sfide. Per sopravvivere nell'ospite, i batteri patogeni secernono una serie di proteine chiamate "proteine effettrici", principalmente attraverso tre diversi sistemi di secrezione: il sistema di secrezione di tipo III (T3SS), il sistema di secrezione di tipo IV (T4SS) e il sistema di secrezione di tipo VI ( (T6SS). Queste proteine effettrici non solo aiutano i batteri a invadere i tessuti dell'ospite, ma sopprimono anche la risposta immunitaria dell'ospite, fornendo il supporto necessario alla sopravvivenza dei batteri.
Alcuni batteri iniettano solo poche proteine effettrici, mentre altri possono iniettarne decine o addirittura centinaia.
Ad esempio, se il batterio che causa la peste, come Yersinia pestis, perde il suo T3SS, la sua patogenicità viene completamente eliminata, anche quando entra direttamente nel flusso sanguigno. In questo processo, i microrganismi Gram-negativi possono anche utilizzare le vescicole della membrana esterna batterica per trasportare proteine effettrici e fattori patogeni attraverso percorsi di traffico delle vescicole di membrana per modificare l'ambiente o attaccare le cellule bersaglio, ad esempio all'interfaccia ospite-patogeno.
Diversità delle proteine effettrici
È noto che molti batteri patogeni possiedono proteine effettrici secrete, ma per la maggior parte delle specie il numero esatto rimane sconosciuto. Durante il sequenziamento dei genomi dei patogeni, è possibile prevedere le proteine effettrici in base alla similarità della sequenza proteica, ma tali previsioni non sono sempre accurate. Inoltre, è piuttosto difficile provare sperimentalmente se le proteine effettrici previste vengano effettivamente secrete nelle cellule ospiti, perché il contenuto di ciascuna proteina effettrice è solitamente molto piccolo.
Ad esempio, Tobe et al. (2006) hanno previsto più di 60 proteine effettrici per l'Escherichia coli patogeno, ma sono stati in grado di dimostrare che solo 39 di esse potevano essere secrete nelle cellule Caco-2 umane.
Anche all'interno della stessa specie batterica, ceppi diversi hanno spesso repertori diversi di proteine effettrici. Ad esempio, nel batterio patogeno per le piante Pseudomonas syringae sono state riscontrate 14 proteine effettrici in un ceppo, ma più di 150 proteine effettrici sono state riscontrate in più ceppi diversi.
Meccanismo d'azione
Data la diversità delle proteine effettrici, esse hanno effetti diversi su vari processi all'interno delle cellule. Le proteine effettrici T3SS di alcuni batteri patogeni di Escherichia coli, Shigella, Salmonella e Yersinia possono regolare le dinamiche del citoscheletro, favorire l'adesione o l'invasione batterica, prevenire la fagocitosi, modulare i percorsi apoptotici e manipolare le risposte immunitarie dell'ospite.
Ad esempio, i fagociti riconoscono e "mangiano" i batteri, ma la Yersinia inibisce la fagocitosi trasportando proteine effettrici che inibiscono la disposizione del citoscheletro.
Durante il processo di endocitosi, alcuni batteri, come la Salmonella e la Shigella, entrano e sopravvivono nelle cellule ospiti. La Salmonella manipola il percorso endosomiale-lisosomiale per creare una cavità vacuolare chiamata vacuolo contenente Salmonella (SCV), essenziale per la sua sopravvivenza al suo interno. Man mano che gli SCV maturano, migrano verso il centro organizzativo dei microtubuli (MTOC) e generano filamenti iniziati da Salmonella (Sif) dipendenti dalle proteine effettrici T3SS SseF e SseG. Al contrario, la Shigella dissolve rapidamente i suoi vacuoli attraverso l'azione delle proteine effettrici T3SS IpaB e C.
Fuga immunitaria
Molti batteri patogeni hanno anche sviluppato meccanismi per eludere la risposta immunitaria dell'ospite. Prendendo come esempio EPEC/EHEC, la sua proteina effettrice EspG può ridurre la secrezione di interleuchina-8 (IL-8), influenzando così il sistema immunitario dell'ospite. EspG funziona come una proteina attivatrice della Rab GTPasi (Rab-GAP), che fa sì che le Rab-GTPasi passino in uno stato inattivo legato al GDP, riducendo così il processo di trasporto dell'ER-omoglia.
Inoltre, i batteri patogeni hanno anche la capacità di prevenire l'apoptosi delle cellule ospiti, preservando così il loro ambiente vitale.
Ad esempio, le proteine effettrici EPEC/EHEC NleH e NleF prevengono l'apoptosi, e le proteine effettrici Shigella IpgD e OspG prevengono l'apoptosi fosforilando e stabilizzando la proteina MDM2. La Salmonella inibisce l'apoptosi delle cellule ospiti e attiva segnali di sopravvivenza basandosi sulle proteine effettrici AvrA e SopB.
Effetti della risposta immunitaria
Le cellule umane sono in grado di riconoscere i modelli molecolari associati ai patogeni (PAMP). Quando i batteri si legano a questi recettori, vengono attivati percorsi di trasduzione del segnale come i percorsi NF-kB e MAPK, che portano al rilascio di citochine e proteine che regolano risposte immunitarie. fattore. Molte proteine effettrici batteriche influenzano la segnalazione NF-kB. Ad esempio, le proteine effettrici EPEC/EHEC NleE, NleB, NleC, NleH e Tir sono proteine effettrici immunosoppressive che prendono di mira principalmente le proteine nel percorso di segnalazione NF-kB.
È stato dimostrato che NleC scinde la coppia NF-kB p65, inibendo così la produzione di IL-8.
Con l'approfondimento della ricerca sulle proteine effettrici batteriche, gli scienziati hanno anche proposto numerosi database e risorse online pertinenti per aiutare nella previsione e nell'analisi funzionale delle proteine effettrici batteriche.
Man mano che questi processi microscopici vengono svelati, non possiamo fare a meno di chiederci: in questo gioco a lungo termine tra ospite e patogeno, come possono gli esseri umani continuare a migliorare i propri meccanismi di difesa per far fronte a possibili sfide patogene in futuro?
