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박테리아는 숙주 내부에서 어떻게 생존하는가? 세포 내포작용과 분비 경로의 미스터리를 밝혀내다!
미시적인 세계에서 박테리아와 숙주 사이의 상호작용은 복잡하고 어렵습니다. 병원성 박테리아는 숙주 내에서 생존하기 위해 "효과 단백질"이라고 하는 일련의 단백질을 분비합니다. 이는 주로 3가지 다른 분비 시스템, 즉 3형 분비 시스템(T3SS), 4형 분비 시스템(T4SS) 및 6형 분비 시스템을 통해 분비됩니다. T6SS). 이러한 효과 단백질은 박테리아가 숙주 조직을 침입하는 것을 도울 뿐만 아니라, 숙주의 면역 반응을 억제하여 박테리아의 생존에 필요한 지원을 제공합니다.
일부 박테리아는 단 몇 개의 효과 단백질만 주입하지만, 다른 박테리아는 수십 개, 심지어 수백 개를 주입할 수도 있습니다.
예를 들어, 페스트를 일으키는 박테리아인 예르시니아 페스티스(Yersinia pestis)가 T3SS를 잃으면 혈류로 직접 유입되더라도 병원성이 완전히 없어집니다. 이 과정에서 그람 음성 미생물은 박테리아 외막 소포를 사용하여 효과 단백질과 병원성 인자를 막 소포 이동 경로를 통해 운반하여 환경을 바꾸거나 숙주-병원체 계면과 같은 표적 세포를 공격할 수도 있습니다.
효과 단백질의 다양성
많은 병원성 박테리아가 분비형 효과 단백질을 가지고 있는 것으로 알려져 있지만, 대부분 종의 경우 정확한 숫자는 알려지지 않았습니다. 병원체 유전체의 시퀀싱이 이루어지면 단백질 서열 유사성을 토대로 효과기 단백질을 예측할 수 있지만 이러한 예측이 항상 정확한 것은 아닙니다. 또한 예측된 효과 단백질이 실제로 숙주 세포로 분비되는지 실험적으로 증명하는 것은 매우 어렵습니다. 왜냐하면 각 효과 단백질의 함량이 일반적으로 매우 적기 때문입니다.
예를 들어, Tobe et al. (2006)은 병원성 E. coli에 대해 60개 이상의 효과 단백질을 예측했지만 그 중 39개만이 인간 Caco-2 세포로 분비될 수 있다는 것을 보여줄 수 있었습니다.
같은 박테리아 종 내에서도, 서로 다른 균주는 효과 단백질 레퍼토리가 다른 경우가 많습니다. 예를 들어, 식물 병원성 박테리아인 Pseudomonas syringae는 한 균주에서 14개의 효과기 단백질을 발견했지만, 다양한 균주에서는 150개 이상의 효과기 단백질이 발견되었습니다.
작용 기전
효과 단백질의 다양성으로 인해 세포 내의 다양한 과정에 각기 다른 효과를 미칩니다. 일부 병원성 대장균, 시겔라균, 살모넬라균 및 예르시니아균의 T3SS 효과기 단백질은 세포골격 역학을 조절하고, 박테리아의 부착이나 침입을 돕고, 식세포작용을 방지하고, 세포사멸 경로를 조절하고, 숙주의 면역 반응을 조작할 수 있습니다.
예를 들어, 식세포는 박테리아를 인식하고 "먹지만", 예르시니아는 세포골격의 배열을 억제하는 효과 단백질을 운반함으로써 식세포작용을 억제합니다.
내포작용 과정에서 살모넬라균과 시겔라균 등 일부 박테리아는 숙주 세포에 침입해 생존합니다. 살모넬라는 엔도솜-리소솜 경로를 조작하여 살모넬라 함유 액포(SCV)라고 불리는 액포 공간을 생성하는데, 이는 살모넬라가 내부에서 생존하는 데 필수적입니다. SCV가 성숙하면 미세소관 조직화 센터(MTOC)로 이동하여 T3SS 효과기 단백질인 SseF와 SseG에 의존하여 살모넬라 개시 필라멘트(Sif)를 생성합니다. 이와 대조적으로, 시겔라는 T3SS 효과 단백질인 IpaB와 C의 작용을 통해 빠르게 액포를 용해합니다.
면역 회피
많은 병원성 박테리아는 숙주의 면역 반응을 피하기 위한 메커니즘을 개발했습니다. 예를 들어 EPEC/EHEC의 경우, 이 단백질의 효과 단백질인 EspG는 인터루킨-8(IL-8)의 분비를 감소시켜 숙주의 면역 체계에 영향을 미칠 수 있습니다. EspG는 Rab GTPase 활성화 단백질(Rab-GAP)로 작용하여 Rab-GTPase가 불활성화된 GDP 결합 상태로 전환되도록 하고, 그로 인해 ER 동족체 수송 과정을 감소시킵니다.
또한 병원성 박테리아는 숙주 세포의 세포사멸을 방지하여 자신의 생활 환경을 유지하는 능력도 가지고 있습니다.
예를 들어, EPEC/EHEC 효과기 단백질인 NleH와 NleF는 세포사멸을 방지하고, 시겔라 효과기 단백질인 IpgD와 OspG는 MDM2 단백질을 인산화하고 안정화시켜 세포사멸을 방지합니다. 살모넬라는 효과 단백질인 AvrA와 SopB를 통해 숙주 세포의 세포사멸을 억제하고 생존 신호를 활성화합니다.
면역 반응 효과
인간 세포는 병원체 관련 분자 패턴(PAMP)을 인식할 수 있습니다. 박테리아가 이러한 수용체에 결합하면 NF-kB 및 MAPK 경로와 같은 신호 전달 경로가 활성화되어 사이토카인과 단백질이 방출되어 조절됩니다. 면역 반응 요인. 많은 박테리아 효과 단백질이 NF-kB 신호전달에 영향을 미칩니다. 예를 들어, EPEC/EHEC 효과기 단백질인 NleE, NleB, NleC, NleH 및 Tir은 주로 NF-kB 신호 전달 경로의 단백질을 표적으로 삼는 면역 억제 효과기 단백질입니다.
NleC는 NF-kB p65 쌍을 절단하여 IL-8 생성을 억제하는 것으로 나타났습니다.
박테리아 효과 단백질에 대한 연구가 심화되면서 과학자들은 박테리아 효과 단백질의 예측과 기능 분석을 돕기 위해 많은 관련 데이터베이스와 온라인 리소스를 제안했습니다.
이러한 미시적 과정들이 점차 드러나면서 우리는 궁금해지지 않을 수 없습니다. 숙주와 병원체 간의 이 장기적 게임에서 인간은 미래에 발생할 수 있는 병원체적 도전에 대처하기 위해 어떻게 방어 메커니즘을 지속적으로 개선할 수 있을까요?
