Растения как резервуар и источник возбудителей пищевых инфекций

04.04.2012

Некоторые молекулярно-генетические механизмы полипатогенности грамотрицательных бактерий - возбудителей пищевых инфекций

Ряд авторов [28, 33, 34, 42, 50] связывают факторы патогенности, общие для многих энтеробакте-рий, псевдомонад, других бактерий (жгутики, пили, фимбрии), а также секреторную систему III типа (ССТТ) с полипатогенностью - способностью вызывать повреждения клеток организма человека, животных и даже растений.

На моделях Yersinia spp., Pseudomonas aeruginosa, Salmonella spp., Escherichia coli, Xanthomonas campestris, Erwinia carotovora была установлена аналогия молекулярных механизмов, используемых фитопатогенными бактериями и возбудителями заболеваний человека и млекопитающих животных.

Известно, что началу инфекционного процесса предшествует адгезия бактериального патогена к клеткам-мишеням организма хозяина. Для грамотрицательных бактерий характерно наличие фибриллярных структур: пилей и фимбрий, которые оканчиваются адгезивными молекулами. К числу таких структур, широко распространенных среди Enterobacteriaceae, относятся так называемые curli, впервые описанные у энтеропатогенного штамма E. coli [27]. Curli связывают белки межклеточного матрикса фибронектин и ламинин и необходимы для адгезии на эукариотических клетках и формирования биопленок. Недавно была доказана роль этих структур в колонизации ростков люцерны патогенными E. coli и Salmonella enterica [23, 44].

Другой поверхностной структурой, играющей принципиальную роль в патогенности грамотри-цательных бактерий, является система секреции III типа, способная переносить бактериальные белки из клетки непосредственно в цитоплазму эукариотической клетки-мишени [2, 33, 34]. Иногда ССТТ называют «молекулярным шприцем», так как эта система секреции состоит из полой «иглы» (пиля), закрепленной на так называемом базаль-ном теле, пронзающем цитоплазматическую и наружную мембраны бактериальной клетки, и транс-локаторного комплекса, находящегося на другом конце иглы и встраиваемого в цитоплазматиче-скую мембрану клетки-мишени. Лучше всего ССТТ изучена у Yersinia и Salmonella, для которых не только детально описаны компоненты ССТТ, но и известны так называемые эффекторные белки, то есть те белки, которые «впрыскиваются» в клетку-мишень. Мутанты с нарушениями в функционировании ССТТ аттенуированы либо авирулентны, что указывает на важнейшую роль системы секреции в вирулентности [46].

Доказано, что ССТТ необходима для сохранения вирулентности грамотрицательных фитопатогенных бактерий, в частности Xanthomonas campestris и Erwinia carotovora, при этом структура ССТТ у фи-топатогенных бактерий и возбудителей заболеваний человека и млекопитающих очень схожа [42]. Основной разницей в структуре ССТТ патогенов растений и животных является длина «иглы»-пиля: если для взаимодействия с клетками млекопитающих достаточно длины 40 - 80 нм, то для преодоления клеточной стенки растительной клетки необходима игла порядка 1 мкм [34]. Однако эта разница не является абсолютной: некоторые мутации у Salmonella, Shigella или Yersinia приводят к 20-кратному удлинению пиля [45]. Не только общая структура, но и основные структурные белки ССТТ фитопатогенов и возбудителей заболеваний человека гомологичны. Особенно высококонсервативны трансмембранные белки внутренней и внеш- ней мембраны, формирующие базальное тело. Несколько большую вариабельность демонстрируют белки пиля и транслокона, определяющие специфичность взаимодействия ССТТ с определенным типом клеток.

Гомология наблюдается также у некоторых эф-фекторных молекул, которые транслоцируются через ССТТ в клетку-мишень, влияя на внутриклеточные процессы. Наиболее ярким является сходство фактора патогенности Yersinia - белка YopJ/YopP и факторов патогенности фитопатогенных бактерий, относящихся к семейству так называемых белков авирулентности Avr. YopJ/YopP - это аце-тилтрансфераза, мишенью которой служат белки семейства митоген-активируемых протеинкиназ. Впрыскивание YopJ/YopP через ССТТ в цитоплазму клеток-мишеней приводит к развитию клеточного апоптоза [47]. Белки авирулентности фитопатоген-ных бактерий необходимы для развития болезни у чувствительных растений, а у устойчивых - эти белки индуцируют локальный некроз клетки-мишени, тормозящий дальнейшее развитие инфекционного процесса [57, 58]. Степень схожести YopJ/ YopP и Avr столь высока, что карбоксильный домен YopJ/YopP, отвечающий за ацетилтрансфераз-ную активность, может заменить соответствующий домен белка авирулентности X. campestris AvrRxv, вызывая развитие некроза клеток растения [58]. В целом эффекторные и структурные белки ССТТ дают поразительный пример сходства молекулярных основ патогенности у возбудителей болезней человека, животных и растений.