Las adhesinas son componentes de la superficie celular o apéndices de las bacterias que facilitan la adhesión o la adherencia a otras células o superficies, generalmente en el huésped que están infectando o en el que viven. Las adhesinas son un tipo de factor de virulencia .
La adherencia es un paso esencial en la patogénesis o infección bacteriana , necesaria para colonizar un nuevo huésped . [1] La adhesión y las adhesinas bacterianas también son un objetivo potencial para la profilaxis o el tratamiento de infecciones bacterianas. [2]
Fondo
Las bacterias se encuentran típicamente adheridas y viviendo en estrecha asociación con las superficies. Durante la vida útil de las bacterias, una bacteria está sujeta a frecuentes fuerzas de cizallamiento . En el sentido más crudo, las adhesinas bacterianas sirven como anclajes que permiten a las bacterias vencer estas fuerzas de cizallamiento ambientales, permaneciendo así en su ambiente deseado. Sin embargo, las adhesinas bacterianas no sirven como una especie de velcro bacteriano universal. Más bien, actúan como moléculas de reconocimiento de superficie específicas, lo que permite dirigir una bacteria en particular a una superficie en particular, como el tejido de la raíz en las plantas, los tejidos del conducto lagrimal en los mamíferos o incluso el esmalte de los dientes. [3]
La mayoría de las fimbrias de bacterias gramnegativas funcionan como adhesinas, pero en muchos casos es una proteína de subunidad menor en la punta de las fimbrias que es la adhesina real. En las bacterias grampositivas, una capa superficial de proteína o polisacárido sirve como adhesina específica. Para lograr una adherencia efectiva a las superficies del huésped, muchas bacterias producen múltiples factores de adherencia llamados adhesinas .
Las adhesinas bacterianas proporcionan tropismo de especies y tejidos . Las adhesinas son expresados por ambas bacterias patógenas y bacterias saprofitas . Esta prevalencia los marca como factores clave de virulencia microbiana , además de la capacidad de una bacteria para producir toxinas y resistir las defensas inmunitarias del huésped.
Estructuras
A través de los mecanismos de la evolución, diferentes especies de bacterias han desarrollado diferentes soluciones al problema de unir proteínas específicas del receptor a la superficie de las bacterias. Hoy en día, se pueden observar en la literatura muchos tipos y subclases diferentes de adhesinas bacterianas.
La estructura típica de una adhesión bacteriana es la de una fimbria o pilus . [3] La adhesión bacteriana consiste principalmente en una proteína estructural intramembranosa que proporciona un andamio sobre el cual se pueden unir varias adhesinas extracelulares. [3] Sin embargo, como en el caso de las fimbrias CFA1, la proteína estructural en sí misma a veces puede actuar como una adhesión si una porción de la proteína se extiende hacia el ECM .
Adhesina FimH: estructura
La adhesina bacteriana mejor caracterizada es la adhesina fimbrial FimH tipo 1. Esta adhesina es responsable de la adhesión sensible a la D-manosa . [3] La bacteria sintetiza una proteína precursora que consta de 300 aminoácidos y luego procesa la proteína eliminando varios péptidos señal que finalmente dejan una proteína de 279 aminoácidos. [3] La FimH madura se muestra en la superficie bacteriana como un componente del orgánulo fimbrial de tipo 1. [3]
En 1999, la estructura de FimH se resolvió por medio de cristalografía de rayos x . FimH se divide en dos dominios. El dominio adhesivo del terminal N juega el papel principal en el reconocimiento de la superficie, mientras que el dominio del terminal C es responsable de la integración de los orgánulos. [5] Un bucle tetrapéptido une los dos dominios. Además, se ha identificado una bolsa de unión a carbohidratos en la punta del dominio adhesivo N-terminal. [5] Esta estructura básica se conserva en las adhesinas fimbriales de tipo 1, aunque estudios recientes han demostrado que las mutaciones inducidas in vitro pueden conducir a la adición de especificidad del dominio C-terminal, lo que resulta en una adhesión bacteriana con sitios de doble flexión y fenotipos de unión relacionados. [6]
Como factores de virulencia
La mayoría de los patógenos bacterianos aprovechan la adhesión específica a las células huésped como su principal factor de virulencia . "Se ha identificado una gran cantidad de adhesinas bacterianas con especificidades de receptores individuales". [3] Muchos patógenos bacterianos pueden expresar una variedad de adhesinas diferentes. La expresión de estas adhesinas en diferentes fases durante la infección juega el papel más importante en la virulencia basada en la adhesión. [3] Numerosos estudios han demostrado que inhibir una sola adhesina en este esfuerzo coordinado a menudo puede ser suficiente para hacer que una bacteria patógena no sea virulenta . Esto ha llevado a la exploración de la interrupción de la actividad de la adhesina como método de tratamiento de infecciones bacterianas.
Vacunas a base de adhesinas
El estudio de las adhesinas como punto de explotación de las vacunas proviene de estudios iniciales que indicaron que un componente importante de la inmunidad protectora contra ciertas bacterias provenía de la capacidad de prevenir la unión de adhesinas. [7] Además, las adhesinas son atractivas candidatas a vacunas porque a menudo son esenciales para la infección y están ubicadas en la superficie, lo que las hace fácilmente accesibles a los anticuerpos .
La eficacia de los anticuerpos anti-adhesina se ilustra mediante estudios con FimH, la adhesina de Escherichia coli uropatógena (UPEC). El trabajo con E. coli se deriva de las observaciones de la inmunidad humana adquirida. Los niños de los países del tercer mundo pueden sufrir varios episodios de diarrea asociada a E. coli durante los primeros tres años de vida. Si el niño sobrevive a este período inicial de susceptibilidad, las tasas de infección suelen bajar sustancialmente. Los estudios de campo muestran que esta inmunidad adquirida se dirige principalmente contra adhesinas bacterianas. [3]
Estudios recientes del Instituto Politécnico de Worcester muestran que el consumo de jugo de arándano puede inhibir la acción de las adhesinas UPEC. Usando microscopía de fuerza atómica, los investigadores han demostrado que las fuerzas de adhesión disminuyen con el tiempo después del consumo de jugo de arándano . [8] Esta investigación ha abierto la puerta a una mayor exploración de las vacunas administradas por vía oral que aprovechan las adhesinas bacterianas.
Varios problemas crean desafíos para el investigador que explora el concepto de inmunidad anti-adhesina. Primero, un gran número de adhesinas bacterianas diferentes se dirigen a los mismos tejidos humanos. Además, una bacteria individual puede producir múltiples tipos diferentes de adhesina, en diferentes momentos, en diferentes lugares y en respuesta a diferentes desencadenantes ambientales. [3] Finalmente, muchas adhesinas se presentan como diferentes variedades antigénicas inmunológicamente distintas, incluso dentro del mismo clon (como es el caso de Neisseria gonorrhoeae ). [9]
A pesar de estos desafíos, se está avanzando en la creación de vacunas antiadherentes. En modelos animales, la inmunización pasiva con anticuerpos anti-FimH y la vacunación con la proteína redujeron significativamente la colonización por UPEC. [10] Además, las adhesinas FHA y pertactina de Bordetella pertussis son componentes de tres de las cuatro vacunas acelulares contra la tos ferina actualmente autorizadas para su uso en los EE. UU. Además, se están explorando vacunas antiadherentes como una solución para las infecciones del tracto urinario (ITU). Se demostró que el uso de péptidos de adhesión sintéticos de FimH previene la infección de la mucosa urogenital por E. coli en ratones. [11]
Ejemplos específicos
Dr familia
Adhesin_Dr | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Adhesin_Dr | |||||||
Pfam | PF04619 | |||||||
Clan pfam | CL0204 | |||||||
InterPro | IPR006713 | |||||||
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La familia de adhesinas Dr se une al componente antígeno del grupo sanguíneo Dr del factor acelerador de la descomposición (DAF). [12] Estas proteínas contienen estructuras de adherencia tanto fimbriadas como afimbriadas y median la adherencia de Escherichia coli uropatógena al tracto urinario. [13] Lo hacen induciendo el desarrollo de largas extensiones celulares que envuelven a las bacterias. [12] También confieren el fenotipo de hemaglutinación resistente a manosa, que puede ser inhibido por cloranfenicol . Se cree que la porción N-terminal de la proteína madura es responsable de la sensibilidad al cloranfenicol. [14] Además, inducen la activación de varias cascadas de transducción de señales , incluida la activación de la quinasa PI-3 . [12]
La familia de adhesinas Dr está particularmente asociada con la cistitis y la pielonefritis asociada al embarazo . [12]
Moléculas de adhesión multivalentes
Las moléculas de adhesión multivalente (MAM) son una familia extendida de adhesinas que se encuentran en bacterias Gram negativas, incluidas E. coli , Vibrio , Yersinia y Pseudomonas aeruginosa . [15] Los MAM contienen repeticiones en tándem de dominios de entrada de células de mamíferos (MCE) que se unen específicamente a proteínas de la matriz extracelular y lípidos aniónicos en los tejidos del huésped. Dado que son abundantes en muchos patógenos de importancia clínica, las moléculas de adhesión multivalentes son un objetivo potencial para antiinfecciosos profilácticos o terapéuticos. Se demostró que el uso de un inhibidor de adhesión dirigido a MAM disminuye significativamente la colonización de heridas por quemaduras por Pseudomonas aeruginosa resistente a múltiples fármacos en ratas. [dieciséis]
N. gonorroheae
N. gonorrhoeae es un hospedador restringido casi por completo a los seres humanos. [3] "Estudios extensos han establecido adhesinas fimbriales de tipo 4 defactores de virulenciade N. gonorrhoeae ". [3] Estos estudios han demostrado que solo las cepas capaces de expresar fimbrias son patógenas. La alta supervivencia de los neutrófilos polimorfonucleares (PMN) caracteriza lasinfecciones por Neisseria gonorrhoeae . Además, estudios recientes de Estocolmo han demostrado que Neisseria puede hacer autostop en PMN utilizando sus pili de adhesina, ocultándolos de la actividad fagocítica de los neutrófilos . Esta acción facilita la propagación del patógeno por toda la capa de células epiteliales. [17]
E. coli
Las cepas de Escherichia coli más conocidas por causar diarrea se pueden encontrar en el tejido intestinal de cerdos y humanos, donde expresan K88 y CFA1. [18] para adherirse al revestimiento intestinal. Además, UPEC causa aproximadamente el 90% de las infecciones del tracto urinario . [19] De las E. coli que causan infecciones urinarias , el 95% expresa fimbrias tipo 1. La FimH en E. coli supera la respuesta inmune basada en anticuerpos mediante la conversión natural del estado de alta a baja afinidad. A través de esta conversión, la adhesión de FimH puede eliminar los anticuerpos unidos a ella. Escherichia coli FimH proporciona un ejemplo de respuesta inmune específica de conformación que mejora el impacto en la proteína. [19] Al estudiar esta adhesión en particular, los investigadores esperan desarrollar vacunas específicas de adhesión que puedan servir como modelo para la mediación de anticuerpos en la adhesión de patógenos. [19]
Ver también
- Adhesina fúngica
- Adhesinas autotransportadoras triméricas (TAA)
Referencias
- ^ Coutte L, Alonso S, Reveneau N, Willery E, Quatannens B, Locht C, Jacob-Dubuisson F (2003). "Papel de la liberación de adhesina para la colonización de la mucosa por un patógeno bacteriano" . J Exp Med . 197 (6): 735–42. doi : 10.1084 / jem.20021153 . PMC 2193847 . PMID 12629063 .
- ^ Krachler, AM; Orth, K (2014). "Dirigirse a la interfaz bacteria-huésped: estrategias en la terapia anti-adherencia" . Virulencia . 4 (4): 284–94. doi : 10.4161 / viru.24606 . PMC 3710331 . PMID 23799663 .
- ^ a b c d e f g h yo j k l Klemm P, Schembri MA (marzo de 2000). "Adhesinas bacterianas: función y estructura". En t. J. Med. Microbiol . 290 (1): 27–35. doi : 10.1016 / S1438-4221 (00) 80102-2 . PMID 11043979 .
- ^ Kline, Kimberly A .; Fälker, Stefan; Dahlberg, Sofía; Normark, Staffan; Henriques-Normark, Birgitta (2009). "Adhesinas bacterianas en interacciones huésped-microbio". Anfitrión celular y microbio . 5 (6): 580–592. doi : 10.1016 / j.chom.2009.05.011 . PMID 19527885 .
- ^ a b Choudhury D, Thompson A, Stojanoff V y col. (Agosto de 1999). "Estructura de rayos X del complejo FimC-FimH chaperona-adhesina de Escherichia coli uropatógena ". Ciencia . 285 (5430): 1061–6. doi : 10.1126 / science.285.5430.1061 . PMID 10446051 .
- ^ Schembri MA, Klemm P (mayo de 1998). "Adhesinas heterobinarias basadas en la proteína fimbrial Escherichia coli FimH" . Apl. Reinar. Microbiol . 64 (5): 1628–33. PMC 106206 . PMID 9572927 .
- ^ Levine, MM; Girón, JA; Noriega, ER (1994). "Vacunas fimbriales". En Klemm, Per (ed.). Fimbrias: adhesión, genética, biogénesis y vacunas . Boca Ratón: CRC Press. págs. 255–270. ISBN 978-0849348945.
- ^ Tao Y, Pinzón-Arango PA, Howell AB, Camesano TA (2011). "El consumo oral de cóctel de jugo de arándano inhibe la adhesión a escala molecular de Escherichia coli uropatógena clínica " . J Med Food . 14 (7-8): 739-45. doi : 10.1089 / jmf.2010.0154 . PMC 3133681 . PMID 21480803 .
- ^ Davies, JK; Koomey, JM; Seifert, HS (1994). "Pili (fimbrias) de Neisseria gonorrhoeae ". En Klemm, Per (ed.). Fimbrias: adhesión, genética, biogénesis y vacunas . Boca Ratón: CRC Press. págs. 147-155. ISBN 978-0849348945.
- ^ 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) . "La vacunación con adhesina FimH protege a los monos cynomolgus de la colonización e infección por Escherichia coli uropatógena" . J Infect Dis . 181 (2): 774–8. doi : 10.1086 / 315258 . PMID 10669375 .
- ^ Langermann S, Palaszynski S, Barnhart M y col. (Abril de 1997). "Prevención de la infección de las mucosas por Escherichia coli por vacunación sistémica basada en adhesina FimH". Ciencia . 276 (5312): 607-11. doi : 10.1126 / science.276.5312.607 . PMID 9110982 .
- ^ a b c d Factores de virulencia identificados de la UPEC: adherencia , laboratorio estatal clave para virología molecular e ingeniería genética, Beijing. Consultado en julio de 2011
- ^ Zhang L, Foxman B, Tallman P, Cladera E, Le Bouguenec C, Marrs CF (junio de 1997). "Distribución de genes drb que codifican adhesinas de unión a Dr entre aislamientos de Escherichia coli uropatógenos y fecales e identificación de nuevos subtipos" . Infección e inmunidad . 65 (6): 2011–8. PMC 175278 . PMID 9169726 .
- ^ Swanson TN, Bilge SS, Nowicki B, Moseley SL (enero de 1991). "Estructura molecular de la adhesina Dr: secuencia de nucleótidos y mapeo del dominio de unión al receptor mediante el uso de construcciones de fusión" . Infección e inmunidad . 59 (1): 261–8. PMC 257736 . PMID 1670929 .
- ^ Krachler, Anne Marie; Jamón, Hyeilin; Orth, Kim (12 de julio de 2011). "La molécula de adhesión multivalente 7 del factor de adhesión a la membrana externa inicia la unión de la célula huésped durante la infección por patógenos gramnegativos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 108 (28): 11614-11619. doi : 10.1073 / pnas.1102360108 . ISSN 1091-6490 . PMC 3136308 . PMID 21709226 .
- ^ Huebinger, Ryan M .; Stones, Daniel H .; de Souza Santos, Marcela; Carlson, Deborah L .; Song, Juquan; Vaz, Diana Pereira; Entusiasta, Emma; Wolf, Steven E .; Orth, Kim (20 de diciembre de 2016). "Apuntar a la adherencia bacteriana inhibe la infección por Pseudomonas aeruginosa resistente a múltiples fármacos después de una lesión por quemadura" . Informes científicos . 6 : 39341. doi : 10.1038 / srep39341 . ISSN 2045-2322 . PMC 5171828 . PMID 27996032 .
- ^ Söderholm N, Vielfort K, Hultenby K, Aro H (2011). "Autoestop patógeno de Neisseria en el urópodo de neutrófilos humanos" . PLoS ONE . 6 (9): e24353. doi : 10.1371 / journal.pone.0024353 . PMC 3174955 . PMID 21949708 .
- ^ Gaastra W, de Graaf FK (junio de 1982). "Adhesinas fimbriales específicas del huésped de cepas de Escherichia coli enterotoxigénicas no invasivas " . Microbiol. Rev . 46 (2): 129–61. PMC 281536 . PMID 6126799 .
- ^ a b c Tchesnokova V, Aprikian P, Kisiela D, et al. (Octubre de 2011). "La adhesina fimbrial de tipo 1 FimH provoca una respuesta inmune que mejora la adhesión celular de Escherichia coli " . Infectar. Immun . 79 (10): 3895–904. doi : 10.1128 / IAI.05169-11 . PMC 3187269 . PMID 21768279 .
Las adhesinas también se utilizan en la comunicación celular y se unen a los comunicadores de superficie. También se puede utilizar para unirse a otras bacterias.
enlaces externos
- Bacterial + Adhesin en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .