Reglering av virulensegenskaperReglering av virulensegenskaper

Johan BylundJohan BylundTel 342 46 85Tel 342 46 85johan.bylund@rheuma.gu.sejohan.bylund@rheuma.gu.se

Virulens?

# ” The capacity of a microorganism to cause disease.” -beror på flera olika faktorer;

virulensfaktorervärdens immunförsvarövriga värdfaktorerantalet infekterande organismeretc.

# Virulenta mikroorganismer kan delas in i:

Patogener: är generellt virulenta i en befolkning

Opportunister: är normalt ej virulenta (t.ex normalflora), men kan orsaka sjukdom i vissa personer och/eller vid vissa förhållanden (t.ex nedsatt immunförsvar).

Reglering av virulensegenskaper

# Oftast reglering av genuttryck-Hur vet bakterien att den håller på och infekterar?

# Enkla signaler, miljöförändringar; tex.-temp-osmolaritet-pH-gaskoncentrationer (CO2, O2)-koncentrationer av olika nutrienter –speciellt järn

# Ibland också mer komplicerade signaler;-immunförvarskomponenter (tex. fria radikaler, komplementfaktorer)-genererade av intilliggande bakterier, sk. quorom sensing

LYTISK INFEKTION--LYSOGENI

INTEGRERING AV TEMPERAT FAG

profag

Många bakteriella virulensgener kommer ursprungligen från bakteriofager, vars DNA inkorporerats i bakteriens DNA. Är dessa plasmidkodade kan de dessutom spridas mellan olika bakterier/arter, sk. horizontal transfer.

PATHOGENICITY ISLANDS

# Virulensgener som är fysiskt närliggande på kromosomen

# Finns i patogena stammar, men inte i avirulenta

# Ofta flankerade av bakteriofag-specifika gener som gör elementet ”lättflyktigt”

# Annat GC-innehåll än övriga genomet

DIFTERITOXIN: Reglering med järn

Järn ackumuleras i bakterien mha. järnsideroforer

DtxR= regleringselement som aktiveras då den binder järn.

DtxR-Fe binder och stänger av produktionen av:

a) järnsideroforerb) toxindessa gener har identiska promotor-regioner

# Då överflöd av järn finns (dvs.utanför värddjur) stängs produktionenav både sideroforer och toxin av.

URINVÄGSINFEKTIONER

# Går nerifrån o upp, ju högre upp desto värre.

# Oftast endogena bakterier (normalflora) som kommit ”fel”tex. E. coli eller enterococcer (från tarmen)

# Adhesion är absolut nödvändig för att infektionen ska få fäste och kunna ”klättra” uppåtFimbrier: P-fimbrie

Typ1-fimbrie

FIMBRIER/PILI HOS E. COLI

Binder till glykolipid

Binder till glykoprotein

PTyp1

FASVARIATION AV PAP (P-fimbrien)

Fasvariation: ON (fimbrie+) eller OFF (fimbrie-), varianter i en mixad population.

Sker här epigenetiskt, dvs UTAN genrearrangemang.

PAP operonet kodar för 9 gener som ger struktur, sammansättning och uttryck av adhesinet

Mkt komplex reglering, involverande bla adenosin-metylering

Dam metylerarLRP inhiberar metyleringUttrycken av dessa styrs av miljöfaktorer

FASVARIATION FÖR TYP 1 FIMBRIEN

Fas “off” Fas “on”inverterbar fimbriepromotor

inverterbar fimbriepromotor

stukturgen för fimbrie

stukturgen för fimbrie

Enklare reglering än PAPStyrs av orienteringen på en 9bp inverterbar promotor.

2 rekombinaser (och övriga co-faktorer) styr inverteringen-dessa regleras av miljöfaktorer.

Adhesinerna är också mkt antigena fas OFF undviker antikroppar (men kan inte fästa)

BAKTERIE-VÄRDCELLS-INTERAKTION

Neisseria gonorrhoeaeNeisseria gonorrhoeae

Värdcell

Pilus: Ansvarar för deninitiala bindningen

Yttre membranprotein: Ger entät kontakt med värdcellen.

Porin i det yttre membranet:Hämmar F-L fusion

PILIN: STRUKTUR OCH ANTIGENVARIATION

Protein nivå

Rekombination på DNA nivå

= variabla delar (>106 varianter)

SlutproduktDen nya varianten kan också transformeras in i andra individer

NESSERIA GONORRHOEAE: REGLERINGAV DET YTTRE MEMBRANPROTEINET P II (opa)

SV=semivariabel

HV=hypervariabel

REGLERING AV VIRULENSGENER HOS LISTERIA MONOCYTOGENES

Regleringen av internalinA (InlA) är inte känd, ligger utanför PAI

Aktin polymerisering =ActA

Fosfolipaser = PI-PLC; plcAPC-PLC; plcB

prfA -- en aktivator som är temperaturreglerad -hela systemet är kromosomalt lokaliserat

Zn beroende metalloproteas =mpl

Hemolysin = hly = Listerolysin = LLO

9kB Pathogenicity island

Internalin; upptag

Listerolysin (LLO);bryter ner vacuolmembran så att bakterien frisätts i cytoplasman

ActA;polymeriserar actin och pressar bakterien genom membran actinsvans

LLOPC-PLC, fosfolipas;hjälper också till att bryta sönder vacuolmembran

L. MONOCYTOGENES

Adhesion via t.ex Fha=filamentös hemagglutinin

Toxisk effekt via t.ex Ptx=pertussistoxinäven andra toxiner förekommer

Bordetella pertussis

REGLERING AV VIRULENSGENER HOS BORDETELLA PERTUSSIS

Fosforyleras vid hög temperatur, Mg och niacin2+

Bvg = Bordetella virulens generVag= virulens activated generVrg = virulens repressed genes

+-

++

Loppa

Hud

INFEKTION MED YERSINIA BAKTERIER

VIRULENSPLASMID HOS YERSINIA

Yad = Yersinia adhesion proteinsYop = Yersinia outer (membrane) proteinsYsc = Yersinia secretion proteinsLcr = Regulatory proteins

YERSINIA PROTEINERS FUNKTION

Måste in i värdcellen

TYPIII SEKRETION HOS YERSINIA

YopB –formar en por i det eukaryota membranet

UTTRYCK AV YOP E I YERSINIA

DIC LUMINESCENCEPSEUDOFÄRGAD

WT YopB mutant

YopE

YopE

YopB (poren) behövs för injektion

UPPTAG AV YERISNIA

Yop H mutant

Yop H vildtyp

YopH: antifagocytos

TEMPERATUR REGLERING

Yop proteiner

Vid 26 C , stor produktion av virR--polymer som är aktiv repressor

Vid 37 C, liten produktion -- monomer som är inaktiv som repressor

Quorum sensing

# Bakterier kan bete sig som multicellulära organismer-intercellulär kommunikation via extracellulära ”feromoner”-koordinerat beteende

# Frisättning av små, lösliga, extracellulära signalmolekyler, som vid en kritisk koncentration aktiverar bakteriell gentranskription

# Ett sätt att känna av populationsstorlek

# Reglerar gener som påverkar bla;-biofilmformation-toxinproduktion-antibiotikasyntes-flagelluttryck

Pseudomonas biofilmer

# Sker ofta i lungan hos tex. CF patienter

# Skyddar bakterierna från;antibiotikaantikropparfagocyter

# Biofilmen är inbäddad i Alginat =slemmig polysaccharid.

Bidrar starkt till nedsättning av lungfunktionen, både andningsmässigtoch vad gäller ciliers rensningsfunktion

# Biofilmer förekommer även på inplantat av olika slag samt vid tandinfektioner