Секреторные системы

В период пребывания микроорганизмов во внешней среде факторы патогенности не экспрессируются. Экспрессия вирулентности происходит только в адекватных условиях, т. е. при попадании во внутреннюю среду хозяина. Быстрая адаптация к меняющимся условиям обитания требует тонких механизмов регуляции:

– распознавания условий окружающей среды;

– передачи сигнала от рецепторных структур к геному;

– синтеза фактора вирулентности;

– экспорта синтезированного белка.

Распознавание является специфичным процессом. Передача информации к геному осуществляется с помощью универсального механизма — двухкомпонентной системы передачи сигнала. Для микроорганизма сигналом того, что он попал во внутреннюю среду хозяина, может быть изменение температуры, снижение концентрации ионов кальция, контакт с мембраной эпителиальной клетки (лиганд-рецепторное взаимодействие). Связывание бактериального рецептора с соответствующей структурой эпителия служит сигналом для начала ряда процессов, как в клетке микроорганизма, так и в клетке хозяина. Последовательность событий, происходящих в бактериальной клетке, приведена на рис. 81.

Рис. 81.Двухкомпонентная система передачи сигнала

и три основные системы секреции протеинов у микроорганизмов

С бактериальным рецептором непосредственно связана сенсорная киназа (гистидин-протеинкиназа, ГПК). После связывания рецептора с внешним стимулом в нем происходят конформационные изменения. Они служат сигналом для присоединения к сенсорной киназе в результате аутокаталитического процесса молекулы фосфорной кислоты. Так возникает активированная форма ГПК. Объектом воздействия активированной ГПК является белок-регулятор биологического ответа, который состоит из регуляторного домена и ДНК–связывающего домена. Активированная ГПК осуществляет перенос молекулы фосфорной кислоты на регуляторный домен белка-регулятора, в результате чего активируется регуляторная функция ДНК–связывающего домена, начинается транскрипция гена и синтез соответствующего белка. Таким образом, двухкомпонентная система передачи сигнала предполагает последовательную активацию сенсорной киназы и белка-регулятора биологического ответа.

Двухкомпонентная система передачи сигнала не является единственным механизмом адаптации микроорганизмов к условиям окружающей среды, но она входит в состав широкого круга систем вирулентности. Описано более 100 вариантов систем различной специфичности, участвующих в экспрессии факторов вирулентности.

Одним из универсальных регуляторов транскрипции генов вирулентности является механизм чувства кворума: активации транскрипции специфических генов происходит при достижении порогового уровня связывания белка-активатора транскрипции с низкомолекулярным аутоиндуктором. Описанный механизм опосредует давно известный феномен большей скорости роста культур микроорганизмов при больших величинах посевной дозы. Есть данные об участии этого механизма в регуляции экспрессии детерминант вирулентности P. aeruginosa.

У Грам- бактерий наружная мембрана является практически непреодолимым препятствием для пассивной диффузии факторов вирулентности из ЦП бактерии в ЦП клетки хозяина. Транспорт экзогенных веществ из ЦП может осуществляться двумя путями:

– экспортом через ЦПМ в периплазматическое пространство,

– секрецией через внутреннюю и наружную мембраны.

У Грам- бактерий описаны 4 типа секреторных систем, осуществляющих транслокацию молекул факторов патогенности из ЦП через мембрану бактериальной клетки и доставляющих их внутрь эукариотической клетки с участием АТФ–гидролаз (табл. 43).

Таблица 43