CC BY
302
ОБЗОРЫ
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2012 УДК 616-002.2-022:579.84:579.22
Н. А. Зигангирова, Л. Н. Нестеренко, И. Г. Тиганова, Е. А. Кост РЕГУЛЯТОРНАЯ РОЛь СИСТЕМЫ СЕКРЕЦИИ III ТИпА ГРАМОТРИЦАТЕЛьНЫх
бактерий в развитии хронического инфекционного процесса
ФГБУ НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи Минздравсоцразвития, Москва
Обзор посвящен анализу информации об участии системы секреции третьего типа (ССТТ) грамотрицательных бактерий в развитии хронического инфекционного процесса. Исследованиями последних лет показано, что в основе большинства тяжелых хронических соматических заболеваний лежит хроническое воспаление, индуцированное в первую очередь инфекционными агентами. Обсуждается роль ССТТ различных видов в переходе от острой инфекции к персистирующей. Данные клинических и бактериологических исследований показали, что микроорганизмы персистируют в форме, устойчивой к антибиотикам. Поэтому одной из перспективных мишеней для разработки антибактериальных препаратов нового поколения является ССТТ, осуществляющая транспорт факторов патогенности бактерий непосредственно в эукариотическую клетку. Наличие этой системы абсолютно необходимо для развития острого инфекционного процесса, а хронизация инфекции принципиально зависит от ее функционирования.
Ключевые слова: патогены, ингибиторы, ССТТ, хронические инфекции
Роль бактериальных хронических инфекций в инфекционной патологии человека
На рубеже ХХ-ХХ1 веков медицинское сообщество было вынуждено признать, что инфекционные заболевания по-прежнему занимают 1-е место в мире по числу смертельных исходов (около 18 млн ежегодно). При этом структура инфекционных заболеваний принципиально изменилась в сторону существенного преобладания хронических форм над острыми формами течения инфекционного процесса. Более того, многочисленные клинические и микробиологические данные доказывают, что в основе большинства тяжелых хронических соматических заболеваний лежит хроническое воспаление, индуцированное в первую очередь инфекционными агентами [26], и пусковым механизмом таких широко распространенных и значимых заболеваний, как артрит, атеросклероз, астма, гастрит, язва и рак желудка, бесплодие, неврологические, аутоиммунные и ряд онкологических заболеваний являются хронические инфекции, обусловленные конкретными микроорганизмами.
Такая плохо контролируемая ситуация крайне широкой распространенности хронических инфекций сложилась во многом вследствие того, что современная медицина не имеет эффективных средств для борьбы с ними. Антибиотики и вакцинопрофилактика могут ограничивать развитие только острых форм заболевания и неэффективны для лечения хронических инфекций. Это связано с принципиальной разницей взаимодействия патогена с организмом хозяина при острой и хронической форме инфекции [49].
При острой инфекции основная стратегия микробов - размножение и распространение метаболиче-
ски активного патогена, и эти процессы эффективно блокируются антибиотиками. При хронической инфекции система взаимодействия патогена и хозяина гораздо сложнее; стратегия направлена на адаптацию микроорганизма к условиям обитания внутри макроорганизма, подавление или избегание защитных реакций организма-хозяина и в результате этого длительное выживание или персистенцию (бактерионосительство) микробов в макроорганизме. Известно, что при бактерионосительстве имеет место перестройка механизмов защиты макроорганизма с формированием иммунокомпрометированного статуса (иммунологический дисбаланс, иммунологическая толерантность, дефицит местного иммунитета), т. е. создаются условия для выживания (персистирования) возбудителя, а следовательно, дальнейшего развития бактерионосительства. Снижая вирулентность или изолируясь в очагах локального иммунодефицита, бактерии могут уклоняться от факторов защиты хозяина. Подавление же факторов защиты хозяина идет за счет повышения вирулентных свойств бактерий и в результате диссеминации в иммунокомпрометиро-ванном организме. Многие виды бактерий способны факультативно паразитировать внутриклеточно, формируя внутриклеточные бактериальные сообщества и проявляя тропность к различным клеткам хозяина (например, макрофагам и эпителиальным клеткам). Внутриклеточное паразитирование бактерий основано на способности блокировать внутриклеточные механизмы иммунной защиты хозяина [6]. Перси-стенция как способ резервации возбудителя в организме хозяина является ключевым патогенетическим звеном в формировании хронического течения заболеваний, а также опасна в эпидемическом плане как способ распространения инфекций.
Данные клинических и бактериологических исследований показали, что микроорганизмы перси-стируют в форме, устойчивой к антибиотикам. Среди механизмов, определяющих толерантность перси-стирующих форм микробов к антибиотикам, можно выделить формирование биопленок, переход в не-культивируемое состояние, образование форм с измененной клеточной стенкой и измененным метаболизмом. Сложность лечения хронических инфекций обусловлена также подавлением иммунной системы хозяина под действием длительных курсов антибио-тикотерапии, в результате чего развиваются иммуно-дефицитные состояния, существенно усугубляющие течение хронических болезней [3].
В связи с этим разработка новых антибактериальных препаратов, эффективных в отношении хрони-
ческих форм инфекции, является фундаментальной задачей клинической микробиологии и должна основываться на понимании молекулярных механизмов установления персистенции. Разрабатываемые препараты должны строго селективно действовать на те бактериальные мишени, которые ответственны на молекулярном уровне за базисные механизмы взаимодействия с организмом хозяина и определяют развитие самого инфекционного процесса как при острой, так и при хронической инфекции. Подавление бактериальных мишеней, которые присутствуют только у патогенных бактерий, низкомолекулярными специфическими химическими соединениями будет блокировать эти механизмы, не влияя на жизнеспособность бактерий, фактически "обезоруживая" патоген. В отличие от антибиотиков действие таких специфических ингибиторов не должно приводить к развитию генетически детерминированной устойчивости. Кроме того, специфическое связывание химических соединений с конкретным белком-мишенью даст возможность минимизировать побочные эффекты [2].
Система секреции третьего типа как перспективная мишень для поиска новых антибактериальных препаратов
Одной из перспективных мишеней для разработки антибактериальных препаратов нового поколения является система секреции третьего типа (ССТТ) патогенных грамотрицательных бактерий, с помощью которой факторы патогенности бактерий транспортируются непосредственно в эукариотическую клетку. Наличие этой структуры абсолютно необходимо для развития острого инфекционного процесса, а хрони-зация инфекции принципиально зависит от ее функционирования [4].
Настоящий обзор посвящен анализу современных представлений о роли ССТТ патогенных для человека бактерий в установлении хронических форм инфекции на примере возбудителей иерсиниозов, сальмо-неллезов и хламидиозов.
Секреция в клетку макроорганизма белковых факторов патогенности - бактериальных молекул, ответственных за реализацию бактериями патогенных свойств, является важнейшим механизмом развития инфекционного процесса. Всего к настоящему времени описано 7 систем секреции, характеризующихся различиями в специфичности секретируемых молекул и в структуре секреторного аппарата. У многих грамотрицательных бактерий как для инвазии, так и для выживания внутри клеток хозяина наибольшее значение имеет ССТТ.
Ключевое отличие ССТТ от других систем секреции заключается в том, что перенос белков - факторов патогенности бактериальной клетки осуществляется непосредственно в цитоплазму эукариотической клетки с помощью специальной структуры, так называемого "молекулярного шприца" (инжектисомы). Такой "молекулярный шприц" присутствует только у патогенных бактерий; именно благодаря его функционированию широкий спектр бактерий с различным типом паразитирования (экзо- и эндопаразиты) реализует свои патогенные свойства [9].
ССТТ обнаружена у целого ряда грамотрицатель-ных бактерий - возбудителей социально значимых
и особо опасных инфекций. ССТТ демонстрирует значительное сходство у таксономически далеких родов микроорганизмов, таких как Chlamydia, Salmonella, Shigella, Vibrio, Photorhabdus, Pseudomonas, Escherichia, Yersinia, Burkholderia, Bordetella, Aeromo-nas и др., а также ряда патогенов, поражающих растения (Erwinia, Xanthomonas, Pseudomonas syringae, Ralstonia solancearum, Rhizobium, Pantoea) [19].
Структура ССТТ
Данная система секреции характеризуется наличием более 20 белков, составляющих аппарат ("молекулярный шприц") для транспорта в клетку хозяина факторов патогенности, взаимодействующих с мембраной или проникающих непосредственно в цитоплазму клетки хозяина и изменяющих ее нормальное физиологическое состояние, способствуя инвазии и внутриклеточному размножению патогена [20].
"Молекулярный шприц" состоит из следующих элементов (рис. 1). Во внутренней мембране бактерий расположена кольцевая белковая структура, играющая основную роль в распознавании секре-тируемых молекул, в инициации процесса секреции и его энергетическом обеспечении. Эта белковая структура состоит из базального тела и окружающих
Эукариотический цитозоль
Эффекторные белки
Внутренняя мембрана',. \ \ V— бактерии cüttitüjAix 9 у
t
Эффекторные белки Бактериальная цитоплазма
Рис. 1. ССТТ грамотрицательных бактерий. 1 - базальное тело; кольцевая белковая структура, расположенная во внутренней части клеточной стенки бактерии; 2 - экспортер: комплекс белков внутренней части клеточной стенки бактерии, обеспечивающих активный транспорт факторов патогенности бактерий (эффекторных белков) внутрь белкового канала (иглы); 3 - игла: белковый канал, проходящий через наружную часть клеточной стенки бактерии, служащий для переноса эффекторных белков в инфицируемую клетку; 4 - секретон: кольцевая белковая структура, участвующая в транспорте эффекторных белков через внешнюю часть клеточной стенки бактерии в инфицируемую клетку; 5 - транслокон: белковая структура, формирующая пору в мембране инфицируемой клетки.
его белков-экспортеров, обеспечивающих активный транспорт белков в периплазматическое пространство. Непосредственно к этой базальной структуре присоединен белковый канал, проходящий через пептидогликан и наружную мембрану бактериальной клетки. В наружной мембране канал фиксируется кольцевыми белковыми структурами (секретон). Се-кретон состоит из ряда белков наружной мембраны бактерии, участвующих в транспорте эффекторных белков и компонентов транслокона через внешнюю мембрану бактерии. Над поверхностью микробной клетки выступает белковая структура - игла и транслокон, формирующий пору в мембране эукариотиче-ской клетки [11]. Длина иглы ССТТ около 60-80 нм, диаметр 8 нм. Диаметр отверстия в игле равен примерно 3 нм. Одна бактерия может иметь несколько сотен структур ССТТ.
Бактериальные белки, секретируемые из цитоплазмы бактерии, попадают через иглу "молекулярного шприца" в цитоплазму клетки-хозяина, преодолевая три мембраны: внутреннюю и внешнюю мембраны грамотрицательных бактерий и мембрану эукариоти-ческой клетки.
Большая часть генов, кодирующих белки ССТТ, локализована в хромосомных регионах, называемых островами патогенности. Острова патогенности содержат гены, кодирующие структурные и эффектор-ные белки, шапероны, а также регуляторные элементы ССТТ. Острова патогенности ограничены повторами нуклеотидных последовательностей и снабжены механизмами, позволяющими осуществлять горизонтальный перенос генов.
Эффекторные белки, секретируемые через иглу, должны быть распознаны. Распознавание осуществляется через "сигнал секреции" - небольшую последовательность аминокислот, расположенную на К-конце белка, которая распознается белками-экспортерами. Эта последовательность никогда не отщепляется от белка, как это может происходить в других секреторных системах.
Ключевыми структурными элементами ССТТ являются: мономер иглы, мономер внутреннего стержня, белки базального тела, белок кончика иглы, белок, ответственный за определение длины иглы, АТФаза, которая предоставляет энергию для секреции. Эти элементы содержатся во всех ССТТ различных бактерий, являясь очень консервативными, схожими друг с другом [36].
функционирование ССТТ
Контактирование иглы с клеткой хозяина запускает секрецию. Секреция также может индуцироваться снижением концентрации ионов кальция, добавлением различных специфических веществ или повышением температуры. Секреция белков происходит за счет протон-движущей силы, так же, как движение жгутиков. Большинство секретируемых белков должны проходить через иглу в денатурированном состоянии, которое они приобретают под воздействием АТФазы в базальном теле [22]. Секреция белков требует присутствия специальных шаперонов. Внутри семейства шаперонов ССТТ белки имеют очень небольшую гомологию или не имеют ее вовсе, так же, как они не имеют гомологии с АТФ-зависимыми
шаперонами теплового шока. Каждый шаперон взаимодействует только со своим специфическим белком-эффектором; отсутствие определенных шаперонов приводит к уменьшению или прекращению секреции соответствующих эффекторов. Шапероны и их эффекторы обычно кодируются генами, расположенными рядом. Рентгеноструктурный анализ белков YopE (белок иерсиний) и SptP (белок Salmonella enterica) в комплексе со специфическими шаперонами показал удивительное пространственное сходство, несмотря на отсутствие гомологии, что говорит об универсальном характере взаимодействия между шаперонами ССТТ и эффекторами [10, 45].
Эффекторы ССТТ входят в "молекулярный шприц" в базальном теле и движутся по игле в направлении клетки хозяина. Сначала секретируются особые белки эффекторы - транслокаторы, которые создают пору в мембране клетки хозяина (транслокон), через которую могут пройти другие эффекторы. Мутантная бактерия, у которой нет транслокаторов, может секре-тировать белки, но не может доставить их в клетку хозяина. Некоторые транслокаторы играют двойную роль: после того как они сформировали пору, белки транслоцируются в клетку и выполняют функцию эффекторов.
Взаимодействие эффекторных белков ССТТ с эукариотической клеткой
В единственную эукариотическую клетку могут быть транспортированы до 100 различных эффектор-ных белков. Эффекторные белки иерсиний, сальмонелл и хламидий являются одними из наиболее хорошо изученных (см. таблицу).
Эффекторы часто бывают многофункциональными и могут взаимодействовать друг с другом, вызывая согласованный ответ клетки хозяина. Эффектор-ные белки разных патогенов эволюционно далеки и выполняют различные функции в клетке, воздействуя на основные физиологические процессы эукариоти-ческой клетки.
Для развития инфекции бактерии должны проникнуть в клетку хозяина, чтобы там реплицироваться. Для этого бактериальные эффекторы воздействуют на механизм полимеризации актина, что приводит к перестройке цитоскелета и преобразованию мембраны эукариотической клетки, так называемому рифлению [42]. Внутри клеток хозяина патогены секретируют эффекторы ССТТ, позволяющие им регулировать созревание фагосомы, избегая действия лизосомальных ферментов, контролировать биогенез патогенсодер-жащих фагосом, обеспечивая внутриклеточное выживание и распространение в другие клетки инфицированных тканей.
Эффекторы ССТТ также влияют на клеточный цикл, и некоторые из них способны индуцировать механизм гибели клетки. Это может происходить вследствие активации некоторых проапоптотических белков эукариотической клетки, например, каспаз; инактивации антиапоптотических факторов, таких как NF-кВ и MAP (Mitogen Activating Р10ет)-киназ; индукции лиганд-рецепторной системы [49]. Индукция апоптоза макрофагов защищает бактерии от фагоцитоза, способствуя их выживанию. В том случае, когда макрофаги защищают мукозный слой от про-
Белки, секретируемые иерсиниями, сальмонеллами и хламидиями, и вызываемые этими патогенами заболевания
Вид бактерий Эффекторные белки Заболевания, вызываемые этими патогенами
острые хронические
Yersinia
pseudotuberculosis и enterocolitica
Y. enterocolitica биовар 1B
Salmonella enterica
Chlamydia trachomatis
Chlamydophila pneumoniae
Транслокаторы: YopB, YopD, LcrV Секретируемые белки: YopE, YopH, YopP/J, YopT, YpkA (YopO), YopM
Транслокаторы: YspB, YspC, YspD Секретируемые белки: YspA, YspL, YspP, YspF, YspE, Yspl, YspK, YspM
CCTT-1
Транслокаторы: SipB, SipC, SipD Секретируемые белки: SipA, SopA, SopB, SopE, SopE2, SopD CCTT-2
Секретируемые белки: SspH, SspHl, SifA, SifB, SseF, SseG, SseL, SseJ, SteC, GogB, PipB, SpiC Белки, секретируемые при участии ССТТ-1 и ССТТ-2: AvrA, SptP, SlrP, SteA, SteB
TARP, CADD, CT671, Ines, Pkn5, CT541, CT668, CT694, CT847
Ines, Cpn0572, Cpn0761, Cpn0705, Cpn0703, Cpn0661, Cpn0708, Cpn1004
Энтериты, энтероколиты, острый аппендицит, терминальный илеит, мезенте-риальный лимфаденит
Гастроэнтерит, энтероколит, тиф, тифоподобные инфекции
Урогенитальные инфекции, трахома, слепота, инфекции новорожденных
Пневмония
Фокальные абсцессы, пневмония, менингит, эндокардит, фарингит, иммунопатологические состояния, миалгии, артралгии, неврологические симптомы
Хронические воспаления различных отделов кишечника.
Хронические осложнения генерализованных форм: септический эндокардит, аортит, остеомиелиты, артриты, менингиты, поражение печени по типу мезенхимального гепатита, нефрит, периостит, перихондрит.
Сальмонеллезное и брюшно-тифозное бактерионосительство
Хронические заболевания органов малого таза, бесплодие, патология беременности, артриты
Хронические инфекции респираторного тракта, атеросклероз
никновения бактерий, апоптоз макрофагов создает условия для проникновения возбудителя в подлежащие ткани и даже в кровь и другие органы. Кроме того, гибель клеток путем апоптоза, а не некроза, более благоприятна для бактерий, так как в этом случае не запускаются воспалительные реакции.
Индукция гибели эпителиальных и эндотелиаль-ных клеток нарушает их барьерную функцию, что может привести к проникновению бактерий в суб-мукозные ткани. Так, хорошо известно, что апоптоз макрофагов и М-клеток - начальная и очень важная стадия в патогенезе шигеллезной инфекции, способствующая более массивной инвазии патогена в результате нарушения барьерной функции этих клеток.
Таким образом, ССТТ - это сложный механизм, консервативный для большого числа грамотрица-тельных патогенных бактерий, многие компоненты которого могут явиться мишенями для лекарственного воздействия. Мутации, приводящие к нарушению хотя бы одного из компонентов ССТТ, вызывают снижение или потерю вирулентности.
Роль ССТТ в патогенезе острых и хронических инфекций на примере иерсиниозов, сальмонелле-зов и хламидиозов
Рассмотрим инфекционные заболевания, вызванные грамотрицательными патогенами, течение которых часто приводит к хронизации болезни - иерсиниоз, сальмонеллез и хламидиоз, а также роль ССТТ в патогенезе этих заболеваний и их хронизации. ССТТ была открыта при изучении транспорта факторов вирулентности иерсиний и получила свое название по хронологии обнаружения систем секреции. ССТТ иерсиний хорошо изучена, а ее организация и функционирование являются типичными.
Иерсиниозы
Род Yersinia включает 11 видов, из них 3 вида -Y. pestis, Y. pseudotuberculosis и Y. enterocolitica являются возбудителями инфекционных болезней человека. В данном обзоре мы не будем рассматривать ССТТ Y. pestis - возбудителя чумы. Возбудители кишечных иерсиниозов, Y. pseudotuberculosis и Y. enterocolitica, гра-мотрицательные палочки, факультативные анаэробы, являются психрофилами, т. е. могут расти и размножаться при низких температурах. Иерсинии способны существовать в окружающей среде как сапрофиты и обнаруживаются в почве. Способ инфицирования -попадание в желудочно-кишечный тракт с пищей или непосредственный контакт с больными людьми и животными, которые являются резервуаром возбудителя.
Инфекции, вызываемые Y. pseudotuberculosis и Y. enterocolitica, характеризуются как инвазивные системные болезни. Клинические проявления включают энтериты, энтероколиты, острый аппендицит, терминальный илеит, мезентериальный аденит, фокальные абсцессы, пневмонии, менингиты, эндокардиты, фарингиты. Бактерии Y enterocolitica могут вызывать бактериемию с последующей септицемией. Часто за энтеритами следуют иммунопатологические постинфекционные синдромы: артриты и узловатая эритема.
Диспансерное наблюдение реконвалесцентов в течение 5 лет после острого иерсиниоза показало, что клинико-лабораторное выздоровление наблюдалось только в 55,2% случаев [8]. Остальные больные демонстрировали хронизацию течения и формирование патологических состояний аутоиммунной природы (29,2%), обострение имеющихся и формирование новых заболеваний с преобладанием инфекционно-воспалительного компонента (10,5%) и остаточные явления в виде субфебрильной температуры, миал-гий, артралгий, неврологических симптомов (5,1%).
патогенез иерсиниозов
Попадая с пищей в кишечник, иерсинии адгези-руют к клеткам кишечного эпителия и колонизируют интестинальный слой. Бактерии пересекают интестинальный барьер через М-клетки пейеровых бляшек и затем размножаются в подлежащей лим-фоидной ткани. Действие цитотоксина и энтероток-сина, которые секретируются системой секреции II типа, вызывает воспалительный процесс в стенке кишечника и развитие диареи. В случае преодоления лимфатического барьера наступает бактериемия, следствием которой является развитие генерализованной формы инфекции. Болезнь может протекать хронически до 1,5-2 лет.
Развитие инфекционного процесса, связанное с активным размножением иерсиний внутри тканей, возможно только при наличии у них плазмиды pYV размером 70 т. п. н.) [27]. Так называемый Yop ви-рулон, совокупность генов вирулентности в составе этой плазмиды, придает содержащим ее штаммам устойчивость к действию иммунной системы человека и животных.
Эффекторные функции ССТТ иерсиний
Yop вирулон кодирует компоненты ССТТ - как белки-эффекторы, так и белки, необходимые для доставки их в клетку хозяина. Инкубация при температуре тела хозяина (около 37 °С) даже без контакта с клеткой-мишенью приводит к образованию инжекти-сом, состоящих из 27 белков.
Секреция эффекторов требует присутствия белков-шаперонов, Syc-белков (Specific Yop Chaperones). "Молекулярного шприца" достаточно для секреции белков во внешнюю среду, однако, не достаточно для инъекции их в эукариотическую клетку. Транслокация Yop эффекторов в клетку хозяина начинается с секреции транслокаторов YopB, YopD и LcrV. Эти белки, взаимодействуя с цитоплаз-матической мембраной, формируют небольшую пору (1,6-2,3 нм в диаметре), к которой присоединяется игла ССТТ. Затем следует секреция остальных шести белков - YopH, YopE, YopT, YopO (или YpkA), YорР (или J), а также YopM [16].
Белки YopE, YopT, YopO(YpkA) и YopH придают патогенным иерсиниям устойчивость к фагоцитозу макрофагами и другими фагоцитирующими клетками. Белки YopE и YopT взаимодействуют с ГТФазами семейства Rho, которые играют ключевую роль в реорганизации цитоскелета [43]. YopE является белком, инактивирующим ГТФазы семейства Rho (Rho, Rac и Cdc42), усиливая гидролиз ГТФ. В результате они оказываются связанными с ГДФ и переходят в неактивное состояние. Белок YopT - цистеинпротеаза, которая отщепляет С-концевой пренил, заякоривающий Rho ГТФазы в мембране, и переводит их в цитозоль, где они не активны. Белок YpkA - серин-треонин-протеинкиназа, которая автофосфорилируется при контакте с актином и изменяет динамику цитоскелета. Действуя кооперативно, они разрушают актино-вый цитоскелет и препятствуют фагоцитозу.
Белок YopH - фосфотирозинфосфатаза, которая взаимодействует со многими белками, что ведет к разнообразным эффектам. YopH локализуется в центрах адгезии и нарушает передачу сигнала интегри-
нами, препятствуя фагоцитозу. YopH подавляет кислородный взрыв в макрофагах, а также активацию Т- и В-лимфоцитов и пролиферацию Т-лимфоцитов. Кроме того, YopH подавляет высвобождение макрофагами хемоаттрактанта моноцитов, что является результатом блокирования фосфатидилинозитол-3-киназного пути. Это уменьшает рекрутирование макрофагов к очагу инфекции. Таким образом, YopH не только препятствует фагоцитозу, но и предотвращает включение воспалительного ответа [43].
Белок YopP(J) также блокирует воспалительный ответ. Он препятствует активации киназы IkB, в результате не происходит активации регулятора транскрипции NF-кВ, играющего центральную роль в воспалении, и выключается продукция провоспалитель-ных цитокинов, таких как ФНОа и интерлейкин-8 [43].
Если бактерии все же фагоцитируются, они индуцируют апоптоз макрофагов, что позволяет иерсини-ям избежать гибели и размножиться внеклеточно в лимфоидной ткани. Индукцию апоптоза вызывают белки YpkA и YopP (J у Y. pseudotuberculosis) [37].
Белок YopM после транслокации в клетку хозяина обнаруживается в ядре и уменьшает транскрипцию провоспалительных цитокинов. Механизм его действия неизвестен. Помимо секреции ССТТ, этот белок иерсиний способен сам проникать в клетку путем эндоцитоза и выходить из эндосомы [41].
В экспериментах на мышах была подтверждена роль белков-эффекторов в генерализации инфекции и персистенции иерсиний. Оказалось, что эради-кация иерсиний, мутантных по генам уорЕ и уорО, происходит очень быстро, в течение четырех дней, и такие мутанты не способны колонизировать селезенку. Мутант yopJ демонстрировал сниженную колонизацию селезенки и мезентериальных лимфатических узлов по сравнению с клиническим штаммом Y. pseudotuberculosis [35]. Показана также необходимость белков YopH и YopE для колонизации и пер-систирования иерсиний в кишечнике и лимфоидных тканях мышей [33].
Y. enterocolitica, биовар 1B, распространенный в Северной Америке, обладает повышенной вирулентностью и содержит две ССТТ: одна - Ysc-Yop ССТТ плазмиды pYV, другая кодируется хромосомным локусом и называется Ysa. Ysa ССТТ не только гомологична ССТТ-1 сальмонелл и шигелл, но и сохраняет ту же организацию генов. Три транслокатора и 8 эффекторов секретируются Ysa ССТТ, причем 6 белков-эффекторов не имеют гомологии в других видах. Функции и роль этой системы секреции еще мало изучены [48].
Итак, эффекторы ССТТ иерсиний с помощью различных механизмов препятствуют фагоцитозу, вызывают апоптоз макрофагов, уменьшают продукцию провоспалительных цитокинов и тем самым подавляют иммунный ответ хозяина, что способствует хрони-зации инфекции.
Сальмонеллез
Salmonella sp. - грамотрицательные бактерии с факультативно внутриклеточным паразитированием, вызывающие у человека и животных разнообразные гастроинтестинальные и системные заболевания. До-
минирующими синдромами, связанными с инфекцией сальмонеллами, являются энтероколит и тифозная лихорадка [15].
В настоящее время известно около 2500 серотипов сальмонелл. Использование метода ДНК-ДНК гибридизации показало, что все серотипы можно разделить на два вида: S. bongori и S. enterica, S. bongori редко выделяется от людей или животных.
Некоторые серотипы сальмонелл способны инфицировать широкий спектр организмов, в то время как другие строго ограничены одним видом хозяина. Примером последнего может служить S. enterica серотипа Typhi (S. typhi), вызывающая брюшной тиф у человека, но слабо патогенная для животных. Сальмонелле-зы человека чаще всего вызываются двумя серотипа-ми - S. typhimurium и S. enteritidis, и у большинства взрослых протекают в виде гастроэнтерита с быстрым выздоровлением. Однако в общей популяции имеются группы лиц, более чувствительных к заражению сальмонеллами и развивающих тяжелую системную тифо-подобную инфекцию. Это, прежде всего, дети и лица пожилого возраста, а также пациенты с врожденными или приобретенными дефектами механизмов иммунной защиты [31]. В последние десятилетия отмечены вспышки сальмонеллеза, вызванного S. enteritidis, приводящие к развитию генерализованных форм течения заболевания. Генерализованная форма сальмонеллеза может осложняться пневмонией, нефритом, периоститом, перихондритом, артритом, а также поражением печени по типу мезенхиального гепатита, характеризующегося желтухой и увеличением печени. Субклиническая форма (бактерионосительство) развивается после перенесенной сальмонеллезной инфекции. При этой форме отсутствуют клинические симптомы, и она выявляется при бактериологических и серологических исследованиях. Переход сальмонеллеза в хроническую форму возникает у 0,2-0,6% больных нети-фоподобной и у 1-4% больных тифоподобной формой заболевания [39].
Патогенез сальмонеллеза
Попадая в организм человека с зараженной пищей, бактерии колонизируют кишечник. Достигнув терминального отрезка подвздошной кишки, бактерии прикрепляются к слизистой оболочке, а затем внедряются в нее, вызывая воспаление и диарею. S. typhi, в отличие от других сальмонелл (например S. typhimurium), не вызывает повреждений эпителиальных клеток и ранней воспалительной реакции в кишечнике человека благодаря механизмам, реализующим колонизацию более глубоких тканей организма хозяина [34]. М-клетки пейеровых бляшек являются наиболее вероятным местом интернализации сальмонелл и их проникновения в подлежащую лимфоидную ткань. Проникновение происходит также и внеклеточным путем [30]. Проникшие бактерии поглощаются макрофагами, которые затем подвергаются апоптозу, вызванному действием каспазы-1, фермента, индуцированного сальмонеллами [47]. Далее бактерии проникают в прилежащие лимфоидные фолликулы кишечника, мезентериальные лимфатические узлы и через грудной лимфатический проток - в общий кровоток. Бактериемия приводит к попаданию микробов в печень, селезенку, костный мозг.
ССТТ сальмонелл и ее роль в инфекционном процессе
Сальмонеллы имеют две ССТТ, которые кодируются генами двух островов патогенности, SPI-1 и SPI-2, функции которых различны: SPI-1 обеспечивает, в основном, инвазию, a SPI-2 связан с выживанием бактерий в фагоцитирующих клетках. Вслед за контактом с клеткой-хозяином сальмонеллы начинают экспрес-сировать гены, расположенные в пределах острова патогенности SPI-1. Главным регуляторным белком ССТТ является HilA, экспрессия которого зависит от ряда внешних факторов. SPI-1 содержит структурные гены аппарата ССТТ prgHIJK, spaMNOpQRS и invABCEFGH, а также регуляторные гены, гены эффекторов и шаперонов.
По крайней мере 30 эффекторов переносится посредством ССТТ сальмонелл в эукариотическую клетку. Некоторые из секретируемых белков - SipA, SipB, SipC, SptP и AvrA - кодируются генами острова патогенности SPI-1, другие белки-эффекторы - SopA, SopB, SopD, SopE, SopE2, SlrP и SspHl - кодируются генами, локализованными в различных участках хромосомы. Белки SipB, SipC и SipD формируют пору в эукариотической мембране, которая необходима для транслокации остальных эффекторов [16, 21].
Транслокация белков SipA, SipC, SopB, SopD, SopE2 и SptP приводит к инвазии сальмонелл. Эти белки кооперативно индуцируют деформацию мембраны и подлежащего актинового скелета, что приводит к формированию складок (ruffles) и заканчивается интернализацией бактерий в вакуоли [23]. Главный клинический признак сальмонеллезной инфекции, диарея, вызывается не только энтеротоксином, но и секретированными в эукариотическую клетку белками ССТТ. Так, белок SopB играет важную роль в привлечении нейтрофилов к очагам инфекции и изменении ионного баланса в клетках. Эффекторы, кодируемые генами SPI-1, дополнительно индуцируют острое кишечное воспаление следующим образом: белки SopE, SopE2 и SopB включают каскад реакций, приводящих к активации факторов транскрипции, в частности, NF-кВ, что вызывает высвобождение про-воспалительных цитокинов и приток полиморфно-ядерных лейкоцитов [38]. Инозитолфосфатазная активность белка SopB включает механизмы секреции клеточных ионов хлора и выход электролитов и воды в просвет кишки, внося свой вклад в индукцию диареи [30]. Нарушение тесного контакта эпителиальных клеток, которое обеспечивается белками SopE, SopE2, SopB и SipA, также содействует выходу электролитов и трансмиграции лейкоцитов в просвет кишки [12]. Воспалительный эффект усиливается гибелью макрофагов, которая индуцируется эффекторами. Взаимодействие белка SipB с каспазой-1 приводит к индукции апоптоза и повышению уровня провоспалитель-ных цитокинов [31].
Часть макрофагов после фагоцитирования сальмонелл выживает, и сальмонеллы размножаются в них благодаря функциям, кодируемым SPI-2. Гены ССТТ-2, кодируемые SPI-2, выражаются внутри фа-госомы, а эффекторные белки доставляются в цитоплазму через мембрану фагосомы. Гены sseABCDEFG требуются для функционирования аппарата секреции, sscAB - гены шаперонов, ssrAB - регуляторные гены
[24]. Далеко не для всех эффекторов ССТТ-2 определены их роли, хотя известно, что несколько SPI-2 эффекторов могут регулировать полимеризацию актина, связанного с фагосомой, что препятствует ее слиянию с лизосомой. Это белки SteC, SseI и SspH2. Эффектор SseJ требуется для реализации вирулентности при системной инфекции мышей, он эстерифицирует холе-стерол, входящий в состав мембран фагосом.
Наряду с эффекторными белками ССТТ, способствующими развитию острого инфекционного процесса, существуют эффекторы, кодируемые генами SPI-1 и SPI-2, которые вмешиваются в сигнальные пути иммунного ответа хозяина и снижают его остроту. С точки зрения выживания вида биологическое преимущество патогена обеспечивается длительным существованием возбудителя в организме хозяина. Наличие ряда эффекторов, снижающих остроту иммунного ответа хозяина, способствует персистенции патогена и переходу инфекционного процесса в хроническую форму. Так, белок AvrA ССТТ-1 [29] и белок SseL ССТТ-2 [32] ингибируют активацию транскрипционного фактора NF-кВ, участвующего в регуляции реакций как природного, так и адаптивного иммунитета, что приводит к снижению провоспалительного иммунного ответа. В экспериментах на животных наблюдали повышение вирулентных свойств патогена в результате делеции гена sseL: срок жизни мышей, зараженных делеционным мутантом, был значительно короче, чем мышей, зараженных штаммом дикого типа, а воспалительный ответ - значительно выше при одинаковой микробной нагрузке в органах подопытных животных. Аналогичные эффекторные белки существуют у Shigella flexneri, Yersinia species и Chlamydia trachomatis [39]. Следует добавить, что некоторые эффекторы сальмонелл могут секретиро-ваться обеими ССТТ (см. таблицу) и, по-видимому, играют определенную роль на разных стадиях инфекции [25].
Системная сальмонеллезная инфекция связана с длительным существованием сальмонелл в иммунных клетках, таких как макрофаги и дендритные клетки, в которые сальмонеллы попадают из кишечного тракта [5]. Дендритные клетки мигрируют по всему телу в лимфоидные и нелимфоидные ткани, способствуя распространению сальмонелл в организме. Внутри дендритных клеток сальмонеллы не реплицируются, но сохраняют жизнеспособность. Экспрессия генов, локализованных в пределах SPI-2 ССТТ, подавляет презентацию антигенов дендритными клетками, что ограничивает интенсивность иммунного ответа и вносит вклад в формирование системной инфекции и хронизации процесса [1].
Также сальмонеллы способны проникать в фибро-бласты, при этом они не реплицируются и не оказывают токсического эффекта на клетки, но остаются в персистирующем состоянии. Персистенция в фибро-бластах может быть ключом к пониманию того, почему при хронических сальмонеллезах невозможна эра-дикация возбудителя иммунной системой, поскольку хозяин не может обнаружить бактерии, находящиеся в этих клетках [13].
Таким образом, среди эффекторов двух ССТТ сальмонелл есть как усиливающие иммунный ответ, так и подавляющие его, в результате инфекция может
развиваться как острая или хроническая в зависимости от конкретной ситуации.
хламидиозы
Бактерии семейства Chlamidiaceae - грамотрица-тельные бактерии, облигатные внутриклеточные паразиты. С. trachomatis и С. pneumoniae являются широко распространенными возбудителями заболеваний человека, вызывая целый ряд острых и хронических урогенитальных, глазных и респираторных болезней. В общей структуре заболеваемости инфекциями, передаваемыми половым путем, хламидийная инфекция, вызываемая С. trachomatis, занимает 1-е место, вызывая более 100 млн новых случаев заболевания ежегодно во всем мире. В РФ ежегодно выявляется более 1 млн больных хламидиозом. С каждым годом заболеваемость увеличивается примерно в 2 раза. При этом особую тревогу вызывает особенность современного течения заболевания, характеризующегося преобладанием латентных форм (до 85-90%), которые играют существенную роль в передаче возбудителя с последующим развитием воспалительных заболеваний и тяжелых осложнений, в том числе цервицита и уретрита у 65%, бесплодия - у 57%, невынашивания беременности - у 87% женщин. Перечисленные факторы в сочетании с осложнениями хронической хламидийной инфекции, не поддающимися лечению антибиотиками, крайне негативно сказываются на репродуктивной функции и как следствие ухудшают и без того сложную демографическую ситуацию в стране.
Респираторный хламидиоз, обусловленный С. pneumoniae, составляет до 20% в общей структуре пневмоний, а каждые 4-7 лет в европейских странах наблюдаются эпидемические вспышки этой инфекции. В результате до 80% населения земного шара в течение своей жизни переболевает респираторным хламидиозом. Наибольшую проблему представляют хронические хламидиозы, роль которых в качестве пускового механизма развития таких тяжелых хронических заболеваний, как астма, атеросклероз, артрит, женское и мужское бесплодие, патология беременности [18] доказана.
Биологические особенности хламидий при остром и хроническом инфекционном процессе
Хламидии имеют своеобразный жизненный цикл, состоящий из двух фаз: метаболически неактивных инфекционных элементарных телец (ЭТ) и метаболически активных неинфекционных ретикулярных телец (РТ). ЭТ индуцируют эндоцитоз и захватываются клеткой-мишенью. После поглощения ЭТ оказываются внутри ограниченной мембраной вакуоли, которая называется "включением". Внутри включения ЭТ трансформируются в РТ, которые многократно делятся, затем снова превращаются в ЭТ. Цикл развития хламидий продолжается 24-48 ч и завершается выходом инфекционных ЭТ.
Под влиянием различных стрессовых воздействий, таких как цитокины, антибиотики, недостаток питательных компонентов, может происходить отклонение от типичного жизненного цикла. Эти отклонения проявляются в остановке процесса формирования инфекционных ЭТ и образовании аберрантных, персистиру-
ющих форм хламидий, в течение длительного времени выживающих в эукариотической клетке. Персисти-рующие формы хламидий могут быть определены как жизнеспособные, метаболически активные, но не культивируемые формы, у которых изменена не только морфология, но и экспрессия ключевых хламидий-ных антигенов. Персистирующие формы устойчивы к действию многих антибактериальных препаратов, они способны вызывать иммунопатологические состояния в клетках хозяина и реверсировать в инфекционные формы. Молекулярные механизмы образования пер-систирующих форм и их взаимодействия с эукариоти-ческой клеткой в условиях in vitro за последнее время детально изучены, однако наибольший интерес представляют выявление и характеристика персистирую-щих in vivo хламидий и изучение их роли в формировании хронических патологий.
ССТТ хламидий
Как и другие грамотрицательные бактерии, хлами-дии используют ССТТ для секреции эффекторов, ре-программирующих клеточные процессы и помогающих избегать защитные механизмы хозяина [7].
Гены, кодирующие структурные и эффекторные белки ССТТ, располагаются в 10 оперонах в пределах генома хламидий, что связано с их фазовоспецифиче-ской экспрессией на разных этапах жизненного цикла и обеспечением жизнеспособности патогена. В этом заключается одно из основных отличий в функционировании данной системы секреции у хламидий от большинства других патогенных микроорганизмов. Если у внеклеточных и факультативных внутриклеточных патогенов ССТТ необходима для реализации патогенных свойств, то у хламидий, типичных представителей облигатных внутриклеточных бактерий, функционирование ССТТ отвечает за выживание внутри клетки хозяина.
Белками ССТТ С. trachomatis являются предполагаемые наружные компоненты аппарата транспортной системы CopN, СорВ и CopD, семейство мембранас-социированных белков Inc, белок TARP, вовлеченный в процесс инвазии, Pkn5, серин-треониновая киназа, ген которой расположен в одном кластере с генами, кодирующими белки ССТТ, непосредственно перед геном белка CdsC (Contact-Dependent Secretion С), белок СТ847, взаимодействующий с модулятором клеточного цикла GCIP, а также некоторые другие функционально не охарактеризованные белки - СТ671, СТ652.1, СТ718, СТ848 [9]. Эффекторные белки хла-мидий транслоцируются либо в полость включения (вероятно, воздействуя на клетку через рецепторы на мембране включения), либо встраиваются в мембрану включения, либо транспортируются непосредственно в цитоплазму клетки.
Роль белков ССТТ хламидий в реализации внутриклеточного развития патогена
На первом этапе взаимодействия хламидий с клеткой хозяина и последующей интернализации ключевую роль играет эффекторный белок ССТТ, TARP (Translocated Actin Recruiting Phosphoprotein, CT456). Предполагается, что этот белок, содержащийся в ЭТ, транслоцируется в цитоплазму эукариотической клетки с помощью ССТТ сразу после прикрепления
хламидий к цитоплазматической мембране. В клетке белок подвергается фосфорилированию клеточными киназами, после чего он инициирует каскад белок-белковых взаимодействий. После присоединения элементарных телец происходит локальная активация Rho-ГТФазы Rac1, что приводит к реорганизации ак-тиновых филаментов и интернализации ЭТ. Тем самым, этот секретируемый при участии ССТТ белок играет критическую роль в поглощении бактерии эпителиальными клетками и в инициации инфекционного процесса.
Спустя 1-2 ч после инфицирования клеток хозяина начинается дифференциация хламидий в РТ. Ключевым процессом на данном этапе является формирование полноценной мембраны включения.
Включения хламидий не являются эндосомаль-ными, поскольку на них отсутствуют маркеры плазматической мембраны клетки и маркеры ранних (трансферрин и его рецепторы) и поздних (маннозо-6-фосфатный рецептор) эндосом. Кроме того, отсутствие в мембране включения маркеров для лизосом (кислотной фосфатазы, катепсина D, лизосомальных гликопротеинов или вакуолярной Н+-АТФазы) препятствует ее слиянию с лизосомами и последующему разрушению гидролазами.
Активная перестройка мембраны включения не только защищает от элиминации патогена на стадии интернализации, но и препятствует апоптозу инфицированной клетки. Ведущая роль в обеспечении взаимодействия патогена с клеткой хозяина принадлежит эффекторным белкам ССТТ - Inc. Это достаточно большой класс белков ССТТ, на долю генов которого приходится до 5% от всего генома хламидий. Транслокация их в мембрану включения обеспечивает формирование сигнальных путей и поддерживает процессы подавления защитных механизмов и транспорта веществ, необходимых для жизнеобеспечения патогена.
Хламидии предотвращают апоптоз клетки хозяина, используя различные механизмы, которые действуют последовательно в ходе инфекции [14]. Подавление апоптоза делает возможной репликацию бактерий внутри клетки, а также длительную персистенцию.
Одним из механизмов подавления апоптоза хла-мидиями на первых этапах внутриклеточного размножения является взаимодействие проапоптотиче-ских белков клетки с мембраной включения. Такое включение на поверхности мембраны, обращенной к цитоплазме клетки, содержит хламидийный белок IncG. Экспрессия данного белка начинается через 2 ч после начала инфекции, и через 3-4 ч он транс-лоцируется в мембрану включения, где происходит его активация путем фосфорилирования. С-концевой домен IncG взаимодействует с различными сигнальными системами эукариотической клетки, однако его ведущая роль связана с ингибированием апоптоза при взаимодействии с сигнальным трансдуктором эука-риотической клетки 14-3-3ß. Последний относится к семейству фосфосеринсвязывающих белков, являющихся сигнальными в запуске каскада процессов при стрессе, апоптозе, пролиферации клеток. Известно, что белок 14-3-3ß участвует в регуляции апоптоза, связывая в цитоплазме фосфорилированный про-апоптотический белок BAD, предотвращая его взаимодействие с мембраной митохондрий и индукцию
Рис. 2. Функционирование ССТТ хламидий на разных этапах жизненного цикла в норме и при персистенции. Инвазия. Предсинтезированные белки ССТТ участвуют в инвазии и начале дифференциации ЭТ в РТ.
Модификация мембраны включения и подавление защиты хозяйской клетки. Контакт между образующимися РТ и мембраной включения индуцирует активность ССТТ, что направлено на реорганизацию цитоскелета, предотвращение слияния с лизосомой, подавление апоптоза, внутриклеточное перемещение.
Использование ресурсов хозяйской клетки. Вновь синтезирующиеся "инжектосомы" обеспечивают контактзависимую репликацию РТ. Завершение жизненного цикла. Индукция CopN с последующим ингибированием ССТТ приводит к отсоединению РТ от мембраны включения и дифференциации РТ в ЭТ.
Нарушение жизненного цикла в условиях стресса. Образование аномально увеличенных, метаболически активных телец, у которых сохраняется и функционирует ССТТ.
Персистенция. Образование персистирующих форм, длительно выживающих в клетке, имеющих функциональную ССТТ и не дифференцирующихся в ЭТ.
апоптоза. Фосфорилирование BAD в клетке, в свою очередь, происходит при участии протеинкиназы В (АКТ) и фосфодитилинозитол-3-киназы (PI3K). В работе P. Verbeke и соавт. [46] было показано, что в инфицированных С. trachomatis клетках ингибирование апоптоза происходит в результате активации PI3K и АКТ, что приводит к фосфорилированию BAD и его секвестированию при участии адаптерной молекулы 14-3-3ß на мембране включения.
Другая группа эффекторных белков Inc, в том числе IncB-D, одними из первых встраиваются в мембрану включения и экспрессируют домены для связывания со специфическими компонентами клетки хозяина, транспорта веществ и формирования сигнальных пу-
тей. Так, белок СТ229, относящийся к классу ранних 1пс, связывается с клеточными Rab ГТФазами. Это представители семейства Ras-подобных ферментов, играющих ключевую роль в секреторном и эндоци-тозном путях (формирование транспортных везикул, их перенос, докинг, слияние везикул и их слияние с лизосомами). Связывание Rab ГТФаз способствует перемещению включений внутри клетки и обеспечивает их контакт с аппаратом Гольджи (АГ). Это необходимо для получения и встраивания в мембрану включения из АГ экзоцитозным путем сфингомиели-на и холестерола, которые необходимы для формирования полноценной мембраны включения [40].
Через 6 ч после инфицирования клетки на мем-
бране включения начинает выявляться белок IncA. Данный белок обусловливает гомотипичное слияние отдельных включений внутри клетки в одну общую структуру благодаря своей способности образовывать комплексы с белками клетки Vamp3, Vamp7 и Vamp8, содержащими мотив SNARE (Soluble NSF (N-ethylmaleimide-sensitive factor) Attachment protein REceptors), который имеется во многих эукариоти-ческих белках, опосредующих слияние мембран различных компартментов. Кроме того, IncA обнаружен на фибриллярных структурах мембраны включения, расположенных в цитоплазме и над ядром клетки хозяина. Такое расположение белка способствует фосфорилированию его сериновых и треониновых остатков киназами эукариотической клетки, что свидетельствует об участии данного белка во внутриклеточных сигнальных путях и его способности изменять их для продолжительного выживания патогена в инфицированных клетках. Способность IncA образовывать фибрии также связана с распространением РТ внутри клетки за счет формирования вторичных включений и транспортировки в них образовавшихся РТ.
Помимо эффекторного белка IncA к 12 ч с момента инфицирования отмечена экспрессия генов yscN и yscJ - структурных гомологов ССТТ, IcrD - белка срп0323, локализованного во внутренней мембране и ответственного за формирование проводящего канала ССТТ, sycE - белка срп0325, действующего как шапе-рон, препятствующий транслокации доменов эффек-торных белков на поздней стадии жизненного цикла.
Дальнейшее внутриклеточное развитие патогена (начиная с 16-20 ч) характеризуется дифференциров-кой РТ в ЭТ и определяется как поздняя стадия жизненного цикла. На данном этапе важную роль играет регуляторный (эффекторный) белок ССТТ CopN (шаперон LcrE). Этому белку следует уделить особое внимание, поскольку он определяется на всех стадиях жизненного цикла хламидий.
На стадии внеклеточных ЭТ данный белок присутствует в структуре интактной ССТТ и в отсутствии сигналов со стороны клетки хозяина (первичный контакт) или при снижении концентрации Ca2+ блокирует секреторные функции, закрывая пору «иглы» ССТТ. Наличие одного из этих сигналов активирует функции белка, приводит к открыванию поры и способствует проведению раннего эффектора ССТТ TARP, как упоминалось ранее.
На более поздних этапах (6 ч) вновь отмечается экспрессия гена данного белка и предполагается, что при транслокации в мембрану включения он может связываться с белками Inc, регулируя экспрессию их генов (как правило, CopN считается отрицательным регулятором).
Наиболее выражена экспрессия гена белка CopN на 16 ч с начала инфицирования. Именно данному белку принадлежит ключевая роль в регуляции диффе-ренцировки РТ в ЭТ. Это определяется тем, что процесс пролиферации РТ зависит от непосредственного контакта с мембраной включения и взаимодействия посредством транслоцированных в нее эффекторных белков с цитоплазмой клетки хозяина. С этой точки зрения, CopN снижает экспрессию основных эффекторов на мембране включения (в том числе IncA) и
закрывает канал, препятствуя транслокации эффекторов ССТТ [44].
Роль ССТТ хламидий в развитии хронических инфекций
Как было отмечено выше, развитие хронических форм хламидиозов связано с образованием персисти-рующих форм патогена. Транскриптомный анализ таких форм С. trachomatis, индуцированных действием гамма-ИФН in vitro, показал, что транскрипция генов, кодирующих белки ССТТ, не меняется у персисти-рующих форм, предполагая наличие у них функционального секреторного аппарата. Известно, что количество "инжектисом" на поверхности хламидийной бактериальной клетки пропорционально площади зоны контакта с мембраной включения. Учитывая, что персистирующие формы по размерам значительно больше типичных РТ, было выдвинуто предположение, что в пересчете на клетку они контактируют с мембраной включения в большей степени и, вероятно, в большей мере зависят от наличия ССТТ [28]. На рис. 2 схематически показана связь между ССТТ и жизненным циклом хламидий в норме и при перси-стенции.
Таким образом, хламидии на всех этапах жизненного цикла при острой инфекции, а также и при хронической инфекции абсолютно зависимы от функционирования ССТТ. Этот секреторный аппарат обеспечивает патогену инвазию, блокирование иммунного ответа, предотвращение слияния с лизосомой; регулирует созревание включения и его миграцию в цитоплазме в направлении центра организации микротрубочек; определяет поступление питательных веществ и липидов; позволяет управлять клеточным циклом и сигнальными путями, индуцирующими воспаление, а также обеспечивает выход нового поколения инфекционных частиц после завершения внутриклеточного цикла.
Заключение
Очевидно, что наличие ССТТ у патогенных бактерий является адаптационным механизмом, направленным на эффективную колонизацию и развитие инфекции в организме хозяина. Механизмы действия ССТТ направлены на преодоление защитных барьеров хозяина, эффективное заселение органов и тканей и на подавление иммунного ответа хозяина, что в совокупности обусловливает успешность стратегий вирулентности бактерий. Важно подчеркнуть, что патогены, обладающие ССТТ, могут успешно вмешиваться в механизмы защиты хозяина, воздействуя на различные этапы фагоцитоза и другие звенья иммунитета таким образом, чтобы способствовать острому течению инфекции или длительному выживанию возбудителя в организме хозяина. Развитие инфекции по пути острой формы или хронического процесса в смысле относительного преимущества для хозяина или патогена - вопрос дискуссионный. Однако ясно, что развитие инфекционного процесса и прогноз его клинического исхода в значительной степени ухудшаются для больного в случае патогенов, обладающих ССТТ, в то время как отсутствие ССТТ у возбудителя инфекции снижает тяжесть течения заболевания. Поэтому подавление функционирования ССТТ путем химического или био-
логического ингибирования или вакцинации является потенциально мощным фактором снижения заболеваемости и смертности от инфекций, вызванных ССТТ-положительными бактериями.
Работа выполнена в рамках Государственного контракта № 16.512.11.2248 Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы".
Сведения об авторах:
ФГБУ "НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи" Минздравсоцразвития
Зигангирова Наиля Ахатовна, зав. отделом медицинской микробиологии, e-mail: [email protected];
Нестеренко Людмила Николаевна, ведущий научный сотрудник лаборатории генной инженерии патогенных микроорганизмов, e-mail:nesterenko.milа@gmail.com;
Тиганова Ирина Глебовна - старший научный сотрудник лаборатории генной инженерии патогенных микроорганизмов, e-mail:[email protected];
Кост Елена Андреевна - лаборатория анатомии микроорганизмов, аспирант, e-mail:[email protected]
ЛИТЕРАТУРА
1. Дьяченко А. Г., Демьянова А. А. // Вюн. СумДУ Сер1я: Медицина.
- 2010. - № 1. - С. 5-19.
2. ЗигангироваН. А., Федина Е. Д., Зорина В. В. и др. // Журн. ми-кробиол. - 2009. - № 4. - С. 71-77.
3. ЗигангироваН. А., Гинцбург А. Л. // Журн. микробиол. - 2011. -№ 4. - С. 107-115.
4. Карягина А. С., Зигангирова Н. А., Гришин А. В. и др. // Вестн. РАМН. - 2011. - № 10. - С. 22-28.
5. Кобец Н. В., Нестеренко Л. Н., Балунец Д. В. // Журн. микроби-ол. - 2012. - № 4.
6. Перепанова Т. С. // Рус. мед. журн. - 2009. - № 12. - С. 841-845.
7. ФединаЕ. Д., КолковаН. И., КоролеваЕ. А. и др. // Журн. микро-биол. - 2012. - № 4.
8. ШестаковаИ. В., Ющук Н. Д. // Лечащий врач. - 2010. - № 10. http//www.lvrach.ru
9. Beeckman D. S., Vanrompay D. C. // Curr. Issues Mol. Biol. - 2010.
- Vol. 12. - P. 17-41.
10. Birtalan S. C., Phillips R. M, Ghosh P. // Mol. Cell. - 2002. - Vol. 9. - P. 971-980.
11. Blocker A., Jouihri N., Larquet E. et al. // Mol. Microbiol. - 2001. -Vol. 39. - P. 652-663.
12. Boyle E. C., Brown N. F., Finlay B. B. // Cell. Microbiol. - 2006. -Vol. 8. - P. 1946-1957.
13. Boyle E. C., Bishop J. L., Grassl G. A., Finlay B. B. // J. Bacteriol. -2007. - Vol. 189. - P. 1489-1496.
14. Byrne G. I., OjciusD. M. // Nat. Rev. Microbiol. - 2004. - Vol. 2. - P. 802-808.
15. CoburnB., GrasslG., FinlayB. // Immunol. Cell Biol. - 2007. - Vol. 85. - P. 112-118.
16. Collazo C. M., Galan J. E. // Mol. Microbiol. - 1997. - Vol. 24. - P. 747-756.
17. Cornelis G. R. // J. Cell Biol. - 2002. - Vol. 158. - P. 401-408.
18. Dean D. // Drugs Today (Barc.). - 2009. - Vol. 45 (suppl. B). - P. 25-31.
19. Dean P. // FEMS Microbiol. Rev. - 2011. - Vol. 35. - P. 1100-1125.
20. ErhardtM., Namba K., HughesK. T. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. - 2010. - Vol. 2. - a000299.
21. Fu Y., Galan J. E. // Mol. Microbiol. - 1998. - Vol. 27. - P. 359-368.
22. Galan J. E, Wolf-WatzH. // Nature. - 2006. - Vol. 444. - P. 567-573.
23. Garcia-delPortillo F., Finlay B. B. // Infect. Immun. - 1994. - Vol. 62. - P. 4641-4645.
24. Garmendia J., Beuzon C. R., Ruiz-Albert J., Holden D. W. // Microbiology. - 2003. - Vol. 149. - P. 2385-2396.
25. Geddes K., Worley M., Niemann G., Heffron F. // Infect. Immun. -2005. - Vol. 73. - P. 6260-6271.
26. GettsM. T, MillerS. D. // Clin. Exp. Immunol. - 2010. - Vol. 160. -P. 15-21.
27. Heesemann J., Keller C., MorawaR. et al. // J. Infect. Dis. - 1983. -Vol. 147. - P. 107-115.
28. Hoare A., Timms P., Bavoil P. M., Wilson D. P. // BMC Microbiol. -
2008. - Vol. 8. - P. 5.
29. JonesR. M., WuH, Wentworth C. et al. // Cell Host Microb. - 2008.
- Vol. 3. - P. 233-244.
30. Kops S. K. et al. // Microbiol. Immunol. - 1996. - Vol. 40. - P. 799811.
31. LaytonA., GalyovE. // Expert Rev. Mol. Med. - 2007. - Vol. 9. - P. 1-17.
32. Le Negrate G., Faustin B., Welsh K. // J. Immunol. - 2008. - Vol. 180. - P. 5045-5056.
33. Mecsas J., Logsdon L. K. // Infect. Immun. - 2003. - Vol. 71. - P. 4595-4607.
34. MerrelD. S., Falkow S. // Nature. - 2004. - Vol. 430. - P. 250-256.
35. Monack D. M., Mecsas J., Bouley D., Falkow S. // J. Exp. Med. -1998. - Vol. 188. - P. 2127-2137.
36. Nguyen L., Paulsen I. T., Tchieu J. et al. // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. - 2000. - Vol. 2. - P. 125-144.
37. ParkH., TejaK., O'Shea J. J., SiegelR. M. // J. Immunol. - 2007. -Vol. 178. - P. 6426-6434.
38. Patel G. C., Galan J. E. // Curr. Opin. Microbiol. - 2005. - Vol. 8. -P. 10-15.
39. Peques D. A., Miller S. I. // Mandell, Douglas, and Bennett's principles and practice of infectious disease. - 7-th ed. Elsevier,
2009. Ch. 223.
40. Rejman L. A., Heymann J., Meissner C. et al. // PLoS Pathog. - 2009.
- Vol. 5, N 10. - e1000615.
41. Ruter C., Buss C., Scharnert J. et al. // J. Cell Sci. - 2010. - Vol. 123.
- P. 2190-2198.
42. SatchellK. J. // Toxins. - 2009. - Vol. 1. - P. 123-133.
43. Schotte P., Denecker G., Van Den Broeke A. et al. // J. Bol. Chem. -2004. - Vol. 279. - P. 25134-25142.
44. Silva-Herzog E., Joseph S. S., Avery A. K. et al. // J. Bacteriol. - 2011.
- Vol. 193. - P. 3490-3496.
45. Stebbins C. E, Galan J. E. // Nature. - 2001. - Vol. 414. - P. 77-81.
46. Verbeke P., Welter-Stahl L., Ying S. et al. // PLoS Pathog. - 2006. -Vol. 2, N 5. - e45.
47. Wain J., House D., Parkhill J. et al. // Lancet Inect. Dis. - 2002. -Vol. 2. - P. 163-170.
48. Walker K. A., Miller V. L. // J. Bacteriol. - 2009. - Vol. 191. - P. 1816-1826.
49. ZychlinskyA., Kenny B., MenardR. et al. // Mol. Microbiol. - 1994.
- Vol. 11. - P. 619-627.
Поступила 28.03.12
THE ROLE OF THE TYPE-THREE SECRETION SYSTEM OF THE GRAM-NEGATIVE BACTERIA IN REGULATION OF CHRONIC INFECTIONS
N. A. Zigangirova, L. N. Nesterenko, I. G. Tiganova, and E. А. Kost
Gamaleya Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Ministry of Health and Social Development of the Russian Federation, Moscow, Russia
The role of the type-three secretion system of the gram-negative bacteria in regulation of chronic infections is discussed. Recent research showed that most of severe chronic somatic diseases are derived from chronic infection induced in the first place by infectious agents. The role of the T3SS of different species in transition from an acute infection to persistence is reviewed. Clinical and bacteriological research showed that microorganisms are persistent in the form resistant to antibiotics. That is why one of the promising targets for the development of antibacterial new-generation treatment is T3SS that conducts transport of bacteria pathogenicity factors into eukaryotic cell. The presence of this structure is necessary for the development of an acute infectious process and chronization of an infection is essential for its functioning. Key words: gram-negative bacteria, infectious process
