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Le armi nascoste dei batteri: come le proteine effettrici manipolano le cellule ospiti?
Con il progresso della batteriologia e della biologia molecolare, gli scienziati hanno gradualmente svelato il mistero degli effettori batterici. Queste proteine effettrici sono le “armi segrete” consegnate dai batteri patogeni alle cellule ospiti attraverso il sistema di secrezione e svolgono un ruolo cruciale nel processo di infezione batterica.
Le proteine effettrici di solito aiutano gli agenti patogeni a invadere i tessuti dell'ospite, a sopprimere il sistema immunitario o ad aumentare la capacità dell'agente patogeno di sopravvivere.
Molti batteri patogeni sono in grado di secernere proteine effettrici, ma per la maggior parte delle specie le quantità esatte non sono note. Quando i genomi dei patogeni vengono sequenziati, le proteine effettrici possono essere previste in base alle somiglianze delle sequenze proteiche, ma queste previsioni non sono sempre accurate. Ancora più importante, è molto difficile dimostrare sperimentalmente che una proteina effettrice prevista sia effettivamente secreta nella cellula ospite a causa della quantità trascurabile di ciascuna proteina effettrice.
Prendiamo come esempio l'E. coli patogeno. La ricerca mostra che il batterio può avere più di 60 proteine effettrici, ma è stato confermato che solo 39 riescono a entrare nelle cellule Caco-2 umane. Anche all'interno della stessa specie batterica, ceppi diversi spesso possiedono diverse combinazioni di proteine effettrici. Ad esempio, il batterio patogeno per le piante Pseudomonas aeruginosa ha 14 proteine effettrici, ma il numero di proteine effettrici trovate in più ceppi diversi raggiunge quasi 150.
Il meccanismo d'azione delle proteine effettrici
La diversità delle proteine effettrici consente loro di influenzare molti processi all'interno della cellula ospite. Ad esempio, le proteine effettrici T3SS dei patogeni Escherichia coli, Shigella, Salmonella e Yersinia pestis sono in grado di modulare la dinamica dell'actina delle cellule ospiti e promuovere il loro attaccamento o invasione. Possono anche interrompere il traffico endocitico, prevenire la fagocitosi e modulare i percorsi apoptotici e le risposte immunitarie dell'ospite.
Una volta entrati nelle cellule ospiti, gli agenti patogeni utilizzeranno il percorso dell'endocitosi per sopravvivere e alcuni batteri possono persino modificare il processo di apoptosi.
Ad esempio, i fagociti sono cellule immunitarie che riconoscono e "fagocitano" i batteri. Queste cellule possono riconoscere i batteri direttamente attraverso qualcosa chiamato recettore scavenger A, o indirettamente attraverso anticorpi e proteine del complemento. La Salmonella interna e la Shigella sfruttano l'interferenza con il traffico endolisosomiale per eludere la fagocitosi e sopravvivere all'interno della cellula ospite. La Yersinia pestis, invece, blocca questo processo inibendo la riorganizzazione del citoscheletro.
Durante il processo di trasporto endocitico, i batteri Salmonella promuovono la formazione di se stessi avvolti in "cisti di Salmonella" (SCV) e, man mano che gli SCV maturano, si spostano nel centro di organizzazione dei microtubuli per promuovere ulteriormente la sopravvivenza batterica. Nel frattempo, Shigella elude il sistema endolisosomiale lisando rapidamente la cisti.
Oltre a influenzare la fagocitosi e il trasporto endocitico, le proteine effettrici di alcuni agenti patogeni possono anche interferire con la via secretoria delle cellule ospiti. Ad esempio, la proteina effettrice EspG dell’Escherichia coli enteropatogeno può ridurre la secrezione di interleuchina-8 nelle cellule ospiti, influenzando così la risposta immunitaria. Questa proteina effettrice, come altre proteine effettrici, ha un forte effetto inibitorio sul sistema immunitario ospite.
Molti batteri patogeni hanno sviluppato meccanismi per prevenire l'apoptosi delle cellule ospiti al fine di mantenere il loro ambiente di vita.
Ad esempio, le proteine effettrici NleH e NleF dell'Escherichia coli enteropatogeno prevengono l'apoptosi della cellula ospite. Inoltre, anche le proteine effettrici di Shigella IpgD e OspG hanno funzioni simili. Queste proteine effettrici possono impedire alle cellule ospiti di andare incontro a risposta apoptotica interferendo con la via NF-kB. Sebbene molte proteine effettrici svolgano un ruolo chiave nel resistere alla morte della cellula ospite, alcune proteine effettrici inducono la morte cellulare, come il ruolo delle proteine effettrici EHEC EspF, EspH e Cif.
Mezzi di risposta anti-immune
I batteri patogeni eludono la risposta immunitaria dell'ospite in vari modi, uno dei principali è interferire con la via di segnalazione di NF-kB nelle cellule ospiti. Una varietà di proteine effettrici può inibire efficacemente l'attivazione della via di NF-kB. Ad esempio, la proteina effettrice NleC dell'Escherichia coli enteropatogeno previene la produzione di IL-8 scindendo i componenti di NF-kB. Allo stesso modo, YopE e YopP di Yersinia pestis prevengono l’attivazione di NF-kB, che svolge un ruolo importante nella prevenzione delle risposte infiammatorie.
Con lo studio approfondito delle proteine effettrici batteriche, abbiamo una comprensione più completa del loro ruolo nelle infezioni patogene. Ciò cambierà il modo in cui pensiamo alla cura delle malattie infettive in futuro?
