Language
Country/Area
No result found
Vi khuẩn tồn tại bên trong vật chủ như thế nào? Khám phá bí ẩn về quá trình nội bào và bài tiết!
Trong thế giới vi mô, sự tương tác giữa vi khuẩn và vật chủ rất phức tạp và đầy thách thức. Để tồn tại trong vật chủ, vi khuẩn gây bệnh tiết ra một loạt protein gọi là "protein hiệu ứng", chủ yếu thông qua ba hệ thống tiết khác nhau: hệ thống tiết loại III (T3SS), hệ thống tiết loại IV (T4SS) và hệ thống tiết loại VI ( (T6SS). Các protein hiệu ứng này không chỉ giúp vi khuẩn xâm nhập vào mô vật chủ mà còn ức chế phản ứng miễn dịch của vật chủ, cung cấp sự hỗ trợ cần thiết cho sự sống còn của vi khuẩn.
Một số vi khuẩn chỉ tiêm một vài protein hiệu ứng, trong khi những vi khuẩn khác có thể tiêm hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm protein.
Ví dụ, nếu vi khuẩn gây bệnh dịch hạch, chẳng hạn như Yersinia pestis, mất T3SS, khả năng gây bệnh của nó sẽ bị loại bỏ hoàn toàn, ngay cả khi nó xâm nhập trực tiếp vào máu. Trong quá trình này, các vi sinh vật Gram âm cũng có thể sử dụng các túi màng ngoài của vi khuẩn để vận chuyển các protein hiệu ứng và các yếu tố gây bệnh thông qua các con đường vận chuyển túi màng để thay đổi môi trường hoặc tấn công các tế bào đích, chẳng hạn như tại giao diện vật chủ-bệnh nguyên.
Sự đa dạng của protein tác động
Nhiều vi khuẩn gây bệnh được biết là có chứa protein hiệu ứng tiết ra, nhưng ở hầu hết các loài, số lượng chính xác vẫn chưa được biết. Khi bộ gen của tác nhân gây bệnh được giải trình tự, các protein tác động có thể được dự đoán dựa trên sự giống nhau về trình tự protein, nhưng những dự đoán như vậy không phải lúc nào cũng chính xác. Ngoài ra, rất khó để chứng minh bằng thực nghiệm xem các protein hiệu ứng được dự đoán có thực sự được tiết vào tế bào chủ hay không, vì hàm lượng của mỗi protein hiệu ứng thường rất nhỏ.
Ví dụ, Tobe et al. (2006) đã dự đoán hơn 60 protein hiệu ứng đối với vi khuẩn E. coli gây bệnh nhưng có thể chứng minh rằng chỉ có 39 trong số chúng có thể được tiết vào tế bào Caco-2 của con người.
Ngay cả trong cùng một loài vi khuẩn, các chủng khác nhau thường có các loại protein hiệu ứng khác nhau. Ví dụ, vi khuẩn gây bệnh thực vật Pseudomonas syringae có 14 protein hiệu ứng được tìm thấy trong một chủng, nhưng hơn 150 protein hiệu ứng được tìm thấy trong nhiều chủng khác nhau.
Cơ chế hoạt động
Do sự đa dạng của các protein tác động, chúng có tác động khác nhau đến nhiều quá trình khác nhau bên trong tế bào. Protein tác nhân T3SS của một số vi khuẩn gây bệnh E. coli, Shigella, Salmonella và Yersinia có thể điều chỉnh động lực học của bộ khung tế bào, hỗ trợ vi khuẩn bám dính hoặc xâm nhập, ngăn ngừa thực bào, điều chỉnh các con đường chết theo chương trình và tác động đến phản ứng miễn dịch của vật chủ.
Ví dụ, các tế bào thực bào nhận biết và "ăn" vi khuẩn, nhưng Yersinia ức chế quá trình thực bào bằng cách vận chuyển các protein hiệu ứng ức chế sự sắp xếp của bộ khung tế bào.
Trong quá trình nội bào, một số vi khuẩn như Salmonella và Shigella xâm nhập và tồn tại trong tế bào vật chủ. Salmonella điều khiển con đường nội thể-lysosome để tạo ra một khoang không bào gọi là không bào chứa Salmonella (SCV), rất cần thiết cho sự sống còn của nó bên trong. Khi SCV trưởng thành, chúng di chuyển đến trung tâm tổ chức vi ống (MTOC) và tạo ra các sợi khởi đầu từ Salmonella (Sif) phụ thuộc vào các protein hiệu ứng T3SS là SseF và SseG. Ngược lại, Shigella nhanh chóng hòa tan các không bào của nó thông qua hoạt động của các protein hiệu ứng T3SS IpaB và C.
Trốn thoát miễn dịch
Nhiều vi khuẩn gây bệnh cũng đã phát triển cơ chế để tránh phản ứng miễn dịch của vật chủ. Lấy EPEC/EHEC làm ví dụ, protein tác động EspG có thể làm giảm tiết interleukin-8 (IL-8), do đó ảnh hưởng đến hệ thống miễn dịch của vật chủ. EspG hoạt động như một protein kích hoạt Rab GTPase (Rab-GAP), khiến Rab-GTPase chuyển sang trạng thái liên kết GDP không hoạt động, do đó làm giảm quá trình vận chuyển ER-homoglia.
Ngoài ra, vi khuẩn gây bệnh còn có khả năng ngăn chặn quá trình apoptosis của tế bào vật chủ, do đó duy trì được môi trường sống của chúng.
Ví dụ, các protein tác động EPEC/EHEC NleH và NleF ngăn ngừa apoptosis, và các protein tác động Shigella IpgD và OspG ngăn ngừa apoptosis bằng cách phosphoryl hóa và ổn định protein MDM2. Salmonella ức chế quá trình apoptosis của tế bào vật chủ và kích hoạt các tín hiệu sinh tồn bằng cách dựa vào các protein hiệu ứng AvrA và SopB.
Tác động của phản ứng miễn dịch
Tế bào người có khả năng nhận biết các mô hình phân tử liên quan đến mầm bệnh (PAMP). Khi vi khuẩn liên kết với các thụ thể này, các con đường truyền tín hiệu như con đường NF-kB và MAPK được kích hoạt, dẫn đến giải phóng các cytokine và protein điều chỉnh yếu tố phản ứng miễn dịch. Nhiều protein tác động của vi khuẩn ảnh hưởng đến tín hiệu NF-kB. Ví dụ, các protein tác động EPEC/EHEC là NleE, NleB, NleC, NleH và Tir là các protein tác động ức chế miễn dịch chủ yếu nhắm vào các protein trong con đường truyền tín hiệu NF-kB.
NleC đã được chứng minh là có khả năng phân cắt cặp NF-kB p65, do đó ức chế sản xuất IL-8.
Với việc nghiên cứu sâu hơn về protein hiệu ứng của vi khuẩn, các nhà khoa học cũng đã đề xuất nhiều cơ sở dữ liệu và tài nguyên trực tuyến có liên quan để hỗ trợ dự đoán và phân tích chức năng của protein hiệu ứng của vi khuẩn.
Khi những quá trình vi mô này dần dần được khám phá, chúng ta không khỏi thắc mắc: Trong trò chơi dài hạn giữa vật chủ và tác nhân gây bệnh, con người có thể tiếp tục cải thiện cơ chế phòng vệ như thế nào để đối phó với những thách thức gây bệnh có thể xảy ra trong tương lai?
