Adhezja i inwazja bakterii Shigella do nabłonka jelitowego

Proces adhezji i inwazji bakterii Shigella do nabłonka jelitowego stanowi kluczowy etap w patogenezie czerwonki. Ten złożony mechanizm molekularny umożliwia bakteriom przenikanie przez naturalną barierę ochronną jelita i rozpoczęcie infekcji wewnątrzkomórkowej¹.

Selektywna adhezja do komórek M

Bakterie Shigella wykazują wysoką selektywność w procesie adhezji, preferując komórki M znajdujące się w grudkach Peyera jelita grubego¹. Komórki M są wyspecjalizowanymi komórkami nabłonka jelitowego, które charakteryzują się brakiem wysoko zorganizowanej warstwy absorpcyjnej enterocytów¹. Ta właściwość czyni je idealnymi „bramami wejściowymi” dla bakterii inwazyjnych.

Adhezja bakterii do komórek M jest procesem aktywnym, który wykorzystuje specyficzne receptory powierzchniowe. Bakterie S. dysenteriae typu 1 adherują do ludzkiej mucyny okrężniczej i przyłączają się do komórek nabłonkowych, wykorzystując te same mechanizmy i geny czynników wirulencji, które są używane przez inne gatunki². Ten proces adhezji jest pierwszym krokiem w kaskadzie wydarzeń prowadzących do inwazji komórkowej.

System sekrecji typu III jako narzędzie inwazji

Najważniejszym mechanizmem patogenności bakterii Shigella jest system sekrecji typu III (T3SS), który jest niezbędny dla wirulencji i patogenezy wszystkich szczepów³. Ten wyrafinowany system molekularny działa jak „strzykawka molekularna”, która pozwala bakteriom wstrzykiwać białka efektorowe bezpośrednio do cytoplazmy komórek gospodarza.

Po adhezji do komórek M bakterie aktywują swój system T3SS i rozpoczynają wstrzykiwanie białek efektorowych. S. dysenteriae typu 1 wykorzystuje także system sekrecji typu II (T2SS) jako dodatkowy system dostarczania efektorów do komórki gospodarza⁴. Ta redundancja systemów sekrecyjnych podkreśla znaczenie skutecznej dostawy czynników wirulencji dla powodzenia infekcji.

Białka inwazyjne plazmidu (Ipa)

Kluczową rolę w procesie inwazji odgrywają białka inwazyjne plazmidu (Ipa), szczególnie IpaA, IpaB i IpaC, które są kodowane przez duży plazmid wirulencji⁵. Te białka działają w skoordynowany sposób, umożliwiając bakteriom nie tylko przyłączenie się do komórek, ale także ich penetrację i rozpoczęcie namnażania wewnątrzkomórkowego.

Białko IpaB odgrywa szczególnie ważną rolę w procesie wstrzykiwania innych efektorów do komórki gospodarza, podczas gdy IpaC jest odpowiedzialne za tworzenie porów w błonie komórkowej. IpaA z kolei uczestniczy w reorganizacji cytoszkieletu komórki gospodarza, co ułatwia proces inwazji⁶. Bakterie produkują białka Ipa nie tylko w celu ucieczki z endosomów, ale także na wczesnym etapie infekcji, aby zainicjować kaskadę sygnalizacji komórkowej, która internalizuje bakterie wraz z endosomami⁶.

Mechanizm internalizacji i ucieczki z endosomów

Po adhezji bakterie są internalizowane przez komórki nabłonkowe w procesie podobnym do fagocytozy⁶. Jednak w przeciwieństwie do typowej fagocytozy, bakterie Shigella mają zdolność do lizy wakuoli fagocytarnych komórek makrofagowych i namnażania się w ich cytoplazmie⁶. Ten proces jest kluczowy dla dalszego rozwoju infekcji, ponieważ pozwala bakteriom uniknąć degradacji w lizosomach.

Ucieczka z endosomów jest możliwa dzięki działaniu białek Ipa, które powodują destabilizację błony endosomalnej. Po wydostaniu się do cytoplazmy bakterie wykorzystują mechanizmy komórki gospodarza do własnego namnażania i rozprzestrzeniania się. Ten proces wymaga ścisłej koordynacji między różnymi czynnikami wirulencji bakteryjnej.

Modulacja sygnalizacji komórkowej

Bakterie Shigella nie tylko pasywnie wykorzystują komórki gospodarza, ale także aktywnie modulują ich funkcje poprzez wpływ na szlaki sygnalizacyjne. Badania wykazały, że S. flexneri wykorzystuje mechanizm zależny od wapnia i kalpainy do powodowania inhibicji sumoilacji, umożliwiając w ten sposób wnikanie bakterii patogennych⁷.

Regulacja ekspresji genów wirulencji jest kontrolowana przez czynnik transkrypcyjny zależny od CTP⁸. Mechanizm ładowania i przesuwania zależny od CTP umożliwia białku VirB działanie jako przełącznik molekularny do zdalnego kontrolowania ekspresji genów podczas patogenezy bakteryjnej⁸. Mutacje, które zapobiegają wiązaniu CTP, hamują ładowanie VirB na DNA in vitro i supresują tworzenie kompleksów VirB-DNA oraz ekspresję genów wirulencji w komórkach Shigella⁸.

Transcytoza przez komórki M

Po selektywnej adhezji do komórek M bakterie są transportowane przez te komórki w procesie zwanym transcytozą¹. Transcytoza to proces aktywnego transportu przez komórkę, który pozwala bakteriom przedostać się z powierzchni luminalnej na stronę bazolateralną nabłonka jelitowego. Ten proces jest kluczowy, ponieważ umożliwia bakteriom dotarcie do leżących poniżej komórek fagocytarnych.

W wyniku transcytozy bakterie docierają do makrofagów znajdujących się w tkance limfoidalnej pod komórkami M. Kontakt z makrofagami prowadzi do apoptozy tych komórek, w wyniku której uwalniana jest interleukina-1 (IL-1)¹. Uwolnienie IL-1 przyciąga wielojądrzaste leukocyty neutrofilowe do zakażonych tkanek, co inicjuje proces zapalny charakterystyczny dla czerwonki.

Destabilizacja integralności nabłonka

Infiltracja leukocytów wywołana przez IL-1 ma daleko idące konsekwencje dla integralności nabłonka jelitowego. Proces ten destabilizuje integralność ściany jelitowej, co pozwala bakteriom dotrzeć do głębszych komórek nabłonkowych⁵. Ta destabilizacja jest kluczowym elementem strategii bakteryjnej, ponieważ otwiera dostęp do większej liczby komórek docelowych.

Po uwolnieniu z komórek M bakterie nawiązują kontakt z bazolateralną stroną enterocytów i ponownie rozpoczynają wieloetapowy proces inwazji mediowany przez białka Ipa⁵. Ten cykliczny proces inwazji, namnażania i rozprzestrzeniania się pozwala bakteriom na stopniowe zajmowanie coraz większych obszarów nabłonka jelitowego, co prowadzi do rozwoju charakterystycznych zmian patologicznych w czerwonce.