Adhesina bacteriana
As adhesinas bacterianas son compoñentes da superficie celular ou de apéndices das bacterias que facilitan a adhesión a outras células (eucariotas ou procariotas) ou a superficies. Son un tipo de factor de virulencia.
A adherencia é esencial na patoxenia bacteriana ou infeccións, necesaria para que as bacterias colonicen o novo hóspede[1]
Introdución
[editar | editar a fonte]As bacterias atópanse normalmente adheridas e vivindo en estreita asociación con superficies. Durante a vida dunha bacteria esta está suxeita frecuentemente a forzas de cizalla. As adhesinas serven de áncoras que axudan a que as bacterias resistan esas forzas de cizalla ambientais, e así permanezan no ambiente desexado. Porén, as adhesinas bacterianas non serven como un adhesivo universal para estes microorganismos, senón que actúan máis ben como moléculas de recoñecemento de superficie específicas, xa que permiten que unha determinada bacteria se una a unha determinada superficie, como pode ser un tecido das raíces das plantas, tecidos dos condutos lacrimais de mamíferos ou mesmo ao esmalte dental.[2]
A maioría das fimbrias das bacterias gramnegativas funcionan como adhesinas, pero en moitos casos é unha subunidade menor proteica situada no extremo da fimbria a que funciona como verdadeira adhesina. Nas bacterias grampositivas, unha capa superficial de proteína ou polisacárido serve como adhesina específica. Para conseguir unha adherencia efectiva ás superficies do hóspede, moitas bacterias producen moitos destes factores de adherencia chamados adhesinas.
As adhesinas bacterianas proporcionas un tropismo de especie e de tecido. Expresan adhesinas tanto as bacterias patóxenas coma as saprofíticas. Esta prevalencia márcaas como factores de virulencia microbiana claves, xunto coa capacidade das bacterias de producir toxinas e de resistir ás defensas inmunitarias do hóspede.
Estruturas
[editar | editar a fonte]No decurso da evolución distintas especies de bacterias desenvoloveron diferentes solucións ao problema de unirse a proteínas receptoras específicas da superficie celular. Actualmente coñécense varios tipos e subclases de adhesinas bacterianas.
A estrutura típìca dunha adhesión bacteriana é a dunha fimbria ou pili.[2] A adhesión bacteriana consiste principalmente nunha proteína estrutural intramembranosa que serve de armazón no cal se poden unir varias adhesinas extracelulares.[2] Porén, como ocorre no caso das fimbrias CFA1, a proteína estrutural por si soa pode ás veces actuar como unha adhesión se unha porción da proteína se estende pola matriz extracelular.
Estrutura da adhesina FimH
[editar | editar a fonte]A adhesina bacteriana mellor cracterizada é a adhesina FimH de fimbria de tipo 1. Esta adhesina é responsable da adhesión sensible a D-manosa.[2] A bacteria sintetiza unha proteína precursora que consta de 300 aminoácidos despois procesa a proteína eliminando varios péptidos sinais quedando finalmete unha proteína de 279 aminoácidos.[2] A FimH madura está exposta na superficie bacteriana como un cmpoñente da fimbria de tipo 1.[2]
En 1999, a estrutura de FimH foi resolta por cristalografía de raios X. FimH está pregada en dous dominios. O dominio adhesivo N-terminal é o que desempeña o papel principal no recoñecemento de superficies, mentres que o dominio C-terminal é responsable da integración en orgánulos.[3] Un bucle tetrapéptido une os dous dominios. Ademais, identificouse un peto de unión a carbohidratos no extremo do dominio adhesivo N-terminal.[3] Esta estrutura básica está conservada entre as adhesinas de fimbria de tipo 1, aínda que estudos recentes mostraron que as mutacións inducidas in vitro poden orixinar a adición de especificidade ao dominio C-terminal, o que dá lugar a unha adhesión bacteriana con dous sitios de unión e fenotipos de unión relacionados.[4]
As adhesinas como factores de virulencia
[editar | editar a fonte]A maioría dos patóxenos bacterianos utilizan a súa adhesión específica ás células do hóspede como o seu principal factor de virulencia. “Identificouse un gran número de adhesinas bacterianas con especificidades de receptor individualizadas.”[2] Moitos patóxenos bacterianos poden expresar un conxunto de adhesinas diferentes. A expresión destas adhesinas en diferentes fases durante a infección xoga o papel máis importante na virulencia baseada na adhesión.[2] Numerosos estudos indican que a inhibición dunha soa adhesina neste esforzo coordinado pode a miúdo ser suficiente para facer que unha bacteria patóxena se faga non virulenta. Isto levou a que se empezase a explorar a interrupción da actividade das adhesinas como método de tratamento de infeccións bacterianas.
Vacinas baseadas en adhesinas
[editar | editar a fonte]O estudo das adhesinas pode servir para crear vacinas como indicaban xa os primeiros estudos que demostraron que un importante compoñente de protección inmunitaria contra certas bacterias procede da capacidade de impedir a unión das adhesinas.[5] Ademais, as adhesinas son candidatos atractivos para crear vacinas porque a miúdo son esenciais para a infección e están localizadas na superficie, o que as fai doadamente accesibles aos anticorpos.
A efectividade dos anticorpos antiadhesinas demostrouse en estudos con FimH, a adhesina da Escherichia coli uropatóxena (UPEC). En países subdesenvolvidos é frecuente que os nenos sufran repetidos episodios de diarreas asociadas con E. coli durante os seus primeiros tres anos de vida. Se o neno sobrevive a este período inicial de susceptibilidade, as taxas de infección caen substancialmente, debido a que se crea unha inmunidade adquirida contra as adhesinas bacterianas.[2]
Estudos recentes do Instituto Politécnico de Worchester indican que o consmo de zume de arandos pode inhibir a acción das adhesinas da E. coili uropatóxena, xa que as forzas de adhesión diminúen, como se descubriu utilizando o microscopio de forza atómica.[6] Este tipo de investigacións abren o camiño á creación de vacinas orais contra as adhesinas bacterianas.
Na creación de vacinas antiadhesinas hai que vencer varios problemas. O primeiro é o gran número de adhesinas bacterianas diferentes que teñen como diana os mesmos tecidos humanos. Outros problemas xorden pola capacidade de cada bacteria individual de producir moitos tipos de adhesinas xeralmente en diferentes momentos e lugares, e en resposta a diferentes causantes ambientais.[2] Finalmente, moitas adhesinas presentan diversas variedades inmunoloxicamente diferentes, incluso no mesmo clon (como por exemplo en Neisseria gonorrhoeae).[7]
Malia todos estes problemas, estanse a facer progresos na creación de vacinas antiadhesinas. En modelos animais, a inmunización pasiva con anticorpos anti-FimH e a vacinación coa proteína reduce significativamene a colonización por E. coli uropatóxenas.[8] Ademais, as adhesinas FHA de Bordetella pertussis e a pertactina son compoñentes de 3 das 4 vacinas acelulares contra a pertussis que actualmente foron aprobadas nos Estados Unidos. Adicionalmente, as vacinas antiadhesión están sendo exploradas como solción para infeccións do tracto urinario. O uso de péptidos de adhesión FimH sintéticos impide as infeccións da mucosa uroxenital por E. coli en ratos.[9]
Exemplos
[editar | editar a fonte]Familia Dr
[editar | editar a fonte]| Adhesina bacteriana | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Adhesina drae de Escherichia coli | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Adhesin_Dr | ||||||||
| Pfam | PF04619 | ||||||||
| Pfam clan | CL0204 | ||||||||
| InterPro | IPR006713 | ||||||||
| |||||||||
As adhesinas da familia Dr de adhesinas únense ao antíxeno do grupo sanguíneo humano Dr compoñente do factor acelerador da descomposición (DAF).[10] Estas proteínas conteñen tanto estruturas de adherencia de fimbrias e non de fimbrias e median a adherencia da Escherichia coli uropatóxena ao tracto urinario.[11] Fano inducindo o desenvolvemento de longas extensións celulares que rodean a bacteria.[10] Tamén confiren o fenotipo de hemaglutinación resistente á manosa, que pode ser inhibida polo cloranfenicol. A porción N-terminal da proteína madura crese que é responsable da sensibilidade ao cloranfenicol.[12] Ademais, inducen a activación de varias fervenzas de transdución de sinais, incluíndo a activacion da PI-3 quinase.[10]
A s adhesinas da familia Dr están especialmente asociadas coa cistite e a pielonefrite asociada co embarazo.[10]
Neisseria gonorroheae
[editar | editar a fonte]N. gonorrhoeae afecta case exclusivamente a humanos.[2] “Estableceuse en amplos estudos que as adhesinas de fimbria de tipo 4 dos factores de virulencia de N. gonorrhoeae.”[2] Estes estudos mostraron que só son patóxenas as cepas que poden expresar fimbrias. A alta supervivencia de neutrófilos polimorfonucleares (PMNs) é característica das infeccións por N. gonorrhoeae. Ademais, estudos recentes indican que Neisseria pode adherirse aos PMNs utilizando os seus pili de adhesinas o que os oculta da actividade fagocítica dos neutrófilos. Esta acción facilita o espallamento do patóxeno polas capas de células epiteliais.[13]
Escherichia coli
[editar | editar a fonte]Certas cepas de E. coli que poden causar diarrea poden encontrarse en tecidos intestinais de porcos e humanos, nos que expresan as proteínas K88 e CFA1[14] para adherirse ao revestimento intestinal. Ademais, as cepas de E. coli uropatóxenas causan un 90% das infeccións do tracto urinario.[15] Das E. coli que causan infeccións do tracto urinario, o 95% expresa fimbrias de tipo 1. A FimH en E. coli vence a resposta inmunitaria baseada en anticorpos pola súa conversión natural desde o estado de afinidade alta ao de baixa. Por medio desta conversión, a adhesión FimH pode protexerse dos anticorpos dirixidos contra ela. A FimH de E. coli é un bo exemplo de resposta inmunitaria específica de conformación, que potencia o impacto sobre a proteína.[15] Estudando esta adhesión, os investigadores esperan desenvolver vacinas específicas de adhesión, que poden servir como modelo para a mediación por anticorpo da adhesión do patóxeno.[15]
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Coutte L, Alonso S, Reveneau N, Willery E, Quatannens B, Locht C, Jacob-Dubuisson F (2003). "Role of adhesin release for mucosal colonization by a bacterial pathogen". J Exp Med 197 (6): 735–42. PMC 2193847. PMID 12629063. doi:10.1084/jem.20021153.
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 Klemm P, Schembri MA (March 2000). "Bacterial adhesins: function and structure". Int. J. Med. Microbiol. 290 (1): 27–35. PMID 11043979. doi:10.1016/S1438-4221(00)80102-2.
- ↑ 3,0 3,1 Choudhury D, Thompson A, Stojanoff V; et al. (August 1999). "X-ray structure of the FimC-FimH chaperone-adhesin complex from uropathogenic Escherichia coli". Science 285 (5430): 1061–6. PMID 10446051. doi:10.1126/science.285.5430.1061.
- ↑ Schembri MA, Klemm P (May 1998). "Heterobinary adhesins based on the Escherichia coli FimH fimbrial protein". Appl. Environ. Microbiol. 64 (5): 1628–33. PMC 106206. PMID 9572927.
- ↑ Levine, M. M.; Giron, J. A.; Noriega, E. R. (1994). "Fimbrial vaccines". En Klemm, Per. Fimbriae : adhesion, genetics, biogenesis, and vaccines. Boca Raton: CRC Press. pp. 255–270. ISBN 0849348943.
- ↑ Tao Y, Pinzón-Arango PA, Howell AB, Camesano TA (2011). "Oral consumption of cranberry juice cocktail inhibits molecular-scale adhesion of clinical uropathogenic Escherichia coli". J Med Food 14 (7-8): 739–45. PMC 3133681. PMID 21480803. doi:10.1089/jmf.2010.0154.
- ↑ Davies, J. K.; Koomey, J. M.; Seifert, H. S. (1994). "Pili (fimbriae) of Neisseria gonorrhoeae". En Klemm, Per. Fimbriae : adhesion, genetics, biogenesis, and vaccines. Boca Raton: CRC Press. pp. 147–155. ISBN 0849348943.
- ↑ Langermann S, Möllby R, Burlein J, Palaszynski S, Auguste C, DeFusco A, Strouse R, Schenerman M, Hultgren S, Pinkner J, Winberg J, Guldevall L, Söderhäll M, Ishikawa K, Normark S, Koenig S (2000). "Vaccination with FimH adhesin protects cynomolgus monkeys from colonization and infection by uropathogenic Escherichia coli". J Infect Dis 181 (2): 774–8. PMID 10669375. doi:10.1086/315258.
- ↑ Langermann S, Palaszynski S, Barnhart M; et al. (April 1997). "Prevention of mucosal Escherichia coli infection by FimH-adhesin-based systemic vaccination". Science 276 (5312): 607–11. PMID 9110982. doi:10.1126/science.276.5312.607.
- ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 Identified Virulence Factors of UPEC : Adherence, State Key Laboratory for Moleclular Virology and Genetic Engineering, Beijing. Retrieved July 2011
- ↑ Zhang L, Foxman B, Tallman P, Cladera E, Le Bouguenec C, Marrs CF (June 1997). "Distribution of drb genes coding for Dr binding adhesins among uropathogenic and fecal Escherichia coli isolates and identification of new subtypes". Infection and Immunity 65 (6): 2011–8. PMC 175278. PMID 9169726.
- ↑ Swanson TN, Bilge SS, Nowicki B, Moseley SL (January 1991). "Molecular structure of the Dr adhesin: nucleotide sequence and mapping of receptor-binding domain by use of fusion constructs". Infection and Immunity 59 (1): 261–8. PMC 257736. PMID 1670929.
- ↑ Söderholm N, Vielfort K, Hultenby K, Aro H (2011). "Pathogenic Neisseria hitchhike on the uropod of human neutrophils". PLoS ONE 6 (9): e24353. PMC 3174955. PMID 21949708. doi:10.1371/journal.pone.0024353.
- ↑ Gaastra W, de Graaf FK (June 1982). "Host-specific fimbrial adhesins of noninvasive enterotoxigenic Escherichia coli strains". Microbiol. Rev. 46 (2): 129–61. PMC 281536. PMID 6126799.
- ↑ 15,0 15,1 15,2 Tchesnokova V, Aprikian P, Kisiela D; et al. (October 2011). "Type 1 fimbrial adhesin FimH elicits an immune response that enhances cell adhesion of Escherichia coli". Infect. Immun. 79 (10): 3895–904. PMC 3187269. PMID 21768279. doi:10.1128/IAI.05169-11. Arquivado dende o orixinal o 25 de setembro de 2019. Consultado o 30 de xullo de 2015.
Véxase tamén
[editar | editar a fonte]Outros artigos
[editar | editar a fonte]Adhesina autotransportadora trimérica (TAA)
Ligazóns externas
[editar | editar a fonte]- Bacterial Adhesin Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.
