Virulence Factors in Bacteria: Mechanisms and Examples, Slides of Pharmacology

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Fattori di virulenza

Shigella flexneri, l'agente che causa la dissenteria, mentre entra in contatto con una cellula umana

Componenti cellulari e proteine extracellulari

I batteri patogeni

possiedono diverse componenti cellulari e

producono una serie di proteine extracellulari

che promuovono la patogenesi, ovvero favoriscono lo

stabilirsi e il mantenimento della malattia.

“ fattori di virulenza”

ialuronidasi

 Enzima che promuove la diffusione dei microrganismi nei tessuti

dell’ospite , in quanto capace di degradare l’acido ialuronico , un

polisaccaride che svolge funzione di collante nei tessuti

( Streptococchi, Stafilococchi e Clostridi)

 Gli streptococchi e gli stafilococchi producono, inoltre, un vasto

assortimento di proteasi, nucleasi e lipasi , che servono per

depolimerizzare le macromolecole dell’ospite.

Molti fattori di virulenza sono enzimi che intervengono nella colonizzazione e nella crescita

batterica.

Collagenasi, streptochinasi e coagulasi  (^) I clostridi producono una collagenasi (clostridiopeptidasi) , o tossina k , che degrada la trama di collagene , che sostiene i tessuti, favorendo la diffusione dei microrganismi.  (^) Alcuni microrganismi producono enzimi fibrinolitici che dissolvono i coaguli di fibrina, che si formano in corrispondenza di una lesione tissutale per delimitare l’infezione, favorendo quindi l’invasione. Una di queste sostanze fibrinolitiche , prodotte da Streptococcus pyogenes , è conosciuta come streptochinasi.  (^) Alcuni microrganismi sintetizzano invece enzimi che promuovono la formazione di coaguli di fibrina, che fanno sì che il microrganismo, piuttosto che diffondere, rimanga localizzato e protetto. Il più studiato di questi enzimi è la coagulasi , prodotta da Staphylococcus aureus , che induce la formazione di un deposito di fibrina sui cocchi stessi, proteggendoli, quindi, dall’attacco delle cellule ospiti. (trattamento lipomi, terapia trombolitica,)

LPS=Endotossina Struttura dell’involucro cellulare di un batterio Gram-negativo (es. E. coli). La faccia interna della membrana esterna è composta da fosfolipidi. La superficie esterna della membrana esterna contiene alcuni fosfolipidi, ma principalmente si compone di lipopolisaccaride che ha le qualità anfipatiche di un fosfolipide. Incastonati nella membrana esterna ci sono diverse lipoproteine e porine, che svolgono talvolta un ruolo nella virulenza di un batterio Gram-negativo.

Struttura chimica del LPS

Virulenza del polisaccaride O Virulence, and the property of "smoothness", is associated with an intact O polysaccharide :  (^) O-specific antigens could allow organisms to adhere specifically to certain tissues, especially epithelial tissues.  (^) Smooth antigens probably allow resistance to phagocytes , since rough mutants are more readily engulfed and destroyed by phagocytes.  (^) The hydrophilic O-polysaccharides could act as water- solubilizing carriers for toxic Lipid A. It is known that the exact structure of the polysaccharide can greatly influence water binding capacity at the cell surface.  (^) The O-antigens could provide protection from damaging reactions with antibody and complement  (^) The O-polysaccharide or O-antigen is the basis of antigenic variation among many important Gram-negative pathogens

Lipide A

Struttura completa del lipide A dell'LPS frazione di S. typhimurium, S. minnesota, ed E. coli

lipide A è la componente lipidica della LPS. E’ costituito da un dimero fosforilato di N-

acetilglucosamina (NAG) cui sono legati generalmente 6 acidi grassi (FA). Tutti i lipidi in FA

sono saturi. Alcuni FA sono collegati direttamente al dimero NAG e altri sono esterificati per

gli acidi grassi 3-idrossi che sono caratteristicamente presenti.

LPS-binding protein (LBP) Il complesso LPS-LBP interagisce con il recettore CD14 presente su monociti, macrofagi, cellule endoteliali ed altre cellule ospiti. CD14 è una glicoproteina ancorata alla membrana cellulare attraverso il glicosilfosfatidilinositolo (GPI). Per l’attivazione dei pathway intracellulari di trasmissione del segnale è necessaria l’interazione di CD14 con un co-recettore, tra cui il più importante è il TLR4 ( toll-like receptor 4 ), e con proteine accessorie, come MD-.

Schematic representation of the steps of LPS recognition

by the cascade of LPS-binding extracellular pattern recognition receptors.

1. LBP binds to Gram-negative bacteria or aggregates of LPS, decreasing the binding energy of LPS monomers.
2. The LPS molecule is shuttled to CD (activation pathway), where the acyl chain of lipid A is protected from the solvent in the hydrophobic binding pocket of CD14.
3. Interaction between LBP and CD14 is important for this transfer. CD transfers the LPS to MD-
4. Binding of lipid A to MD-2 causes the rearrangement of TLR4, leading to the productive association of its intracellular TIR domains and allowing the recruitment of adapter proteins

Confronto endotossine ed esotossine batteriche

esotossine

Le esotossine sono proteine rilasciate nell’ambiente circostante

da un microrganismo in crescita, che possono diffondere dal

focolaio d’infezione verso altre parti del corpo e provocare

danni lontano dal sito di produzione.

La maggior parte delle esotossine ricade in una delle tre seguenti

categorie:

 le tossine citolitiche

 le tossine A-B

 le tossine superantigeniche

Classificazione esotossine

Tossine citolitiche: emolisine Formazione di zone di emolisi intorno a colonie di batteri che producono emolisine: A sn: Streptococcus mitis , a-emilitico A dx: Streptocossus pyogenes di gruppo A (GAS), b-emolitico