Czynniki wirulencji w patogenezie zapalenia sutków

Czynniki wirulencji bakterii stanowią kluczowe elementy determinujące przebieg i nasilenie zapalenia sutków. Ciężkość i czas trwania gronkowcowego zapalenia sutków są częściowo spowodowane szerokim zakresem bakteryjnych czynników wirulencji, które są wytwarzane w różnych ilościach w zależności od stadium infekcji i odpowiedzi immunologicznej gospodarza¹. Czynniki wirulencji gronkowców można podzielić na klasy wewnętrzne i nabyte, a wielość czynników przyczynia się do zdolności gronkowców do bakteryjnej zjadliwości i oporności na antybiotyki¹.

Adhezyny i białka powierzchniowe

Białka powierzchniowe odgrywają fundamentalną rolę w patogenezie poprzez umożliwienie bakteriom przyłączenia się do komórek gospodarza i uniknięcie wypłukania z wymienia. Składniki powierzchni komórkowej rozpoznające cząsteczki adhezyjne macierzy (MSCRAMM) są kluczowymi czynnikami wirulencji umożliwiającymi adhezję do białek macierzy zewnątrzkomórkowej². Wśród najważniejszych adhezyn wymienić należy białko A, białka wiążące elastynę, białka wiążące kolagen oraz fibronektin-wiążące białka (FnBP)².

Szczególne znaczenie ma gen fnbA, którego wysoka częstość występowania w izolatach bydlęcych może odzwierciedlać wagę tej adhezyny w patogenezie zapalenia sutków u bydła³. Ekspresja szerokiej gamy białek powierzchniowych o zdolności wiązania z białkami macierzy zewnątrzkomórkowej przez bydlęce S. aureus podkreśla różne strategie, które ewoluowały w celu promowania kolonizacji i patogenezy³.

Białko związane z biofilmem (Bap) stanowi szczególny przykład czynnika wirulencji, który interferuje ze szlakiem internalizacji mediowanym przez FnBP i przyczynia się do tworzenia biofilmu – procesu, który również zależy od locus ica⁴. Tworzenie różnych biofilmów jest związane z dodatkową produkcją śluzu, co zwiększa adhezję bakteryjną i kolonizację¹.

Toksyny i hemolizyny

Toksyny takie jak hemolizyny alfa i beta promują martwicę tkanki gruczołu sutkowego i lizują erytrocyty bydlęce w celu wykorzystania hemoglobiny jako źródła żelaza³. Badania potwierdzają znaczenie Hla i Hlb w bakteryjnej zjadliwości podczas infekcji wewnątrzmammary⁵.

Wśród toksyn szczególną uwagę zwraca leukocydyna LukMF, której wysoką cytotoksyczność może zapewniać wysoka skuteczność LukM względem receptorów komórkowych obecnych na leukocytach, neutrofilach i makrofagach bydlęcych⁵. Badania silnie wspierają funkcjonalne znaczenie LukMF w patogenezie zapalenia sutków u bydła⁵.

Podczas drugiego etapu procesu patogenetycznego, S. aureus wyraża różne czynniki wirulencji w celu ustanowienia infekcji poprzez inwazję komórek i tkanek gospodarza. Proces ten obejmuje penetrację i niszczenie tkanek gruczołów sutkowych przez bakterie i wymaga ekspresji następujących czynników wirulencji: hemolizynów (alfa, beta, gamma, delta), leukocydyny uszkadzającej neutrofile, leukocydyny Panton-Valentine oraz enterotoksyn⁶.

Superantygeny i enterotoksyny

Obecne dowody wskazują na udział superantygenów (SAgs) w patogenezie zapalenia sutków u bydła³. Obecność specyficznych genów enterotoksyn została powiązana z ostrym i klinicznym zapaleniem sutków u bydła⁵. Superantygeny są białkami o wyjątkowej zdolności aktywacji dużej liczby limfocytów T, co prowadzi do masowego uwolnienia cytokin i może skutkować zespołem wstrząsu toksycznego.

Toksyna zespołu wstrząsu toksycznego (TSST-1) powoduje wyciek z komórek śródbłonka i penetrację bariery śluzówkowej, co znacząco wpływa na integralność tkanek gruczołu sutkowego⁶. Te mechanizmy molekularne przyczyniają się do nasilenia procesu zapalnego i uszkodzenia funkcjonalnego wymienia.

Mechanizmy unikania odporności

Końcowy etap procesu patogenetycznego polega na unikaniu odpowiedzi immunologicznej gospodarza. S. aureus ucieka przed odpowiedzią immunologiczną poprzez wytwarzanie różnych czynników wirulencji, które pomagają nie tylko uniknąć, ale także modulować odpowiedź immunologiczną gospodarza na swoją korzyść⁶. Czynniki wirulencji S. aureus celują w główne komórki zaangażowane w odporność wymienia, takie jak neutrofile i makrofagi⁶.

Kluczowym mechanizmem jest zdolność bakterii do przeżywania wewnątrz komórek fagocytujących. Podczas gdy makrofagi pochłaniają bakterie, te przechodzą enkapsulację i pozostają w stanie uśpienia, żyjąc w makrofagach i uwalniając proteazy oraz toksyny alfa i beta, które z jednej strony niszczą przeciwciała, a z drugiej uszkadzają komórki nabłonkowe⁷.

Specyficzne czynniki wirulencji różnych patogenów

Różne gatunki bakterii wywołujących zapalenie sutków charakteryzują się specyficznymi profilami czynników wirulencji. Streptococcus uberis wykorzystuje cząsteczkę adhezyjną S. uberis (SUAM), która prawdopodobnie ma powinowactwo do laktoferryny gospodarza, co wydaje się ułatwiać patogenezę⁸. Internalizacja S. uberis do komórek nabłonkowych gruczołu sutkowego jest ważnym wczesnym wydarzeniem w ustanowieniu zapalenia sutków u krów mlecznych⁸.

Białka M są najważniejszymi czynnikami wirulencji w patogenezie paciorkowcowej, podczas gdy aktywacja plazminogenu stanowi kolejny mechanizm wirulencji rozpowszechniony w rodzaju paciorkowców⁹. Wiązanie z białkami macierzy zewnątrzkomórkowej jest również kluczowym aspektem tworzenia biofilmu, który stanowi jeden z głównych czynników patogennych wielu bakterii, a paciorkowce nie są wyjątkiem⁹.

Zjadliwość S. agalactiae jest zróżnicowana, a niektóre szczepy są bardziej przystosowane do gospodarzy bydlęcych, ponieważ są bardziej zdolne do wzrostu w mleku krowim niż ich odpowiedniki związane z ludźmi czy rybami¹⁰. Różne cechy wirulencji umożliwiają jednak przeżycie paciorkowców pomimo reakcji zapalnych gospodarza¹⁰.