Infection and Immunity

Sự biểu hiện của hầu hết các yếu tố virulence của Staphylococcus aureus được kiểm soát bởi locus agr, mà mã hóa một con đường tín hiệu hai thành phần có ligand kích hoạt là peptide tự cảm ứng (AIP) được mã hóa bởi agr. Một kiểu biến dị trong chuỗi axit amin của AIP và thụ thể tương ứng của nó chia các dòng S. aureus thành bốn nhóm chính. Trong một nhóm nhất định, mỗi dòng sản xuất một peptide có thể kích hoạt phản ứng agr ở các dòng thành viên khác, trong khi các AIP thuộc về các nhóm khác nhau thường có tác dụng ức chế lẫn nhau. Chúng tôi đã nghiên cứu một mối quan hệ có thể có giữa các nhóm agr và bệnh S. aureus ở người bằng cách nghiên cứu 198 dòng S. aureus được phân lập từ 14 người mang mầm bệnh không triệu chứng, 66 bệnh nhân nhiễm trùng mủ, và 114 bệnh nhân bị nhiễm độc cấp tính. Nhóm agr và sự phân bố của 24 gen độc tố đã được phân tích bằng PCR, và nền tảng di truyền đã được xác định bằng cách phân tích đa hình chiều dài đoạn khuếch đại (AFLP). Các mẫu được phân bố tương đối đồng đều giữa bốn nhóm agr, với 61 dòng thuộc nhóm agr I, 49 thuộc nhóm II, 43 thuộc nhóm III, và 45 thuộc nhóm IV. Phân tích tọa độ chính được thực hiện trên ma trận khoảng cách AFLP đã chia 198 dòng thành ba nhóm hệ sinh thái chính, AF1 tương ứng với các dòng thuộc nhóm agr IV, AF2 tương ứng với các dòng thuộc nhóm agr I và II, và AF3 tương ứng với các dòng thuộc nhóm agr III. Điều này cho thấy kiểu agr liên quan đến nền tảng di truyền. Một mối quan hệ giữa nền tảng di truyền, nhóm agr, và loại bệnh đã được quan sát cho một số bệnh có liên quan đến độc tố: chẳng hạn như, các dòng agr nhóm IV có liên quan đến hội chứng bong tróc toàn thân, và các dòng nhóm hệ sinh thái AF1 liên quan đến bệnh thương hàn bọng nước. Trong số các nhiễm trùng mủ, các dòng viêm nội tâm mạch chủ yếu thuộc về nhóm hệ sinh thái AF2 và các nhóm agr I và II. Mặc dù các kết quả này không cho thấy một vai trò trực tiếp của kiểu agr trong loại bệnh ở người do S. aureus gây ra, nhóm agr có thể phản ánh một sự phân chia tiến hóa cổ xưa của S. aureus về mặt sinh học cơ bản của loài này.

Không có vi khuẩn sống nào được nuôi cấy từ các hạch bạch huyết mạc treo, lách hoặc gan của chuột không có tác nhân gây bệnh cụ thể (SPF). Vi khuẩn ruột sống, chủ yếu là Escherichia coli và lactobacilli, có mặt trong các hạch bạch huyết mạc treo của chuột gnotobiotic được tiêm nội soi với toàn bộ hệ vi sinh vật từ chuột SPF, nhưng không có trong các hạch của chuột SPF kiểm soát được tiêm tương tự. Những E. coli bản địa này cũng được nuôi cấy từ các hạch bạch huyết mạc treo của 96% chuột gnotobiotic đơn dòng với E. coli, nhưng không có trong các hạch bạch huyết mạc treo của chuột SPF được tiêm E. coli. Hơn nữa, E. coli sống đã được phát hiện trong các hạch bạch huyết mạc treo của những chuột gnotobiotic đơn dòng này kéo dài đến 112 ngày sau khi tiêm. Lactobacillus acidophilus bản địa cũng đã di chuyển đến các hạch bạch huyết mạc treo của chuột gnotobiotic đơn dòng với L. acidophilus. Rõ ràng, có những cơ chế hoạt động trong chuột SPF để ngăn chặn sự di chuyển của vi khuẩn bản địa từ đường tiêu hóa đến các hạch bạch huyết mạc treo, lách và gan, trong khi những cơ chế này vắng mặt hoặc bị giảm ở chuột gnotobiotic. Vi khuẩn E. coli bản địa duy trì mức độ dân số cao hơn trong đường tiêu hóa của gnotobiotes so với mức độ dân số của chúng ở chuột SPF, cho thấy rằng mức độ dân số vi khuẩn cao có thể thúc đẩy sự di chuyển của một số vi khuẩn từ khoang đường tiêu hóa đến các hạch bạch huyết mạc treo. Do đó, chuột gnotobiotic và chuột SPF cung cấp các mô hình thí nghiệm để xác định bản chất của các cơ chế hoạt động nhằm giữ vi khuẩn bản địa trong đường tiêu hóa của các động vật bình thường, khỏe mạnh.

Một chủng Escherichia coli sản xuất enterotoxin được phân lập từ một trường hợp tiêu chảy giống như tả (chủng E. coli H-10407) đã được phát hiện có yếu tố thuộc địa liên kết với bề mặt. Khả năng thuộc địa được thể hiện qua khả năng của các mầm bệnh nhỏ (10(5) vi khuẩn) phát triển thành quần thể lớn (10(9)) trong ruột thỏ con kèm theo phản ứng tiêu chảy. Một biến thể đã được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm của E. coli H-10407, được gọi là H-10407-P, không có khả năng tăng dân số trong thỏ con và cũng không gây ra tiêu chảy. Dịch lọc nuôi cấy không có tế bào từ E. coli H-10407 và H-10407-P tạo ra phản ứng gây độc tương đương ở thỏ con và thỏ trưởng thành. Serum kháng thể đặc hiệu chống yếu tố thuộc địa đã được sản xuất bằng cách hấp phụ serum kháng thể đối với H-10407 từ người siêu miễn dịch với cả tế bào sống và tế bào bị giết chết bằng nhiệt của E. coli H-10407-P. Serum hấp phụ đặc hiệu này đã bảo vệ thỏ con khỏi thách thức với E. coli H-10407 sống, mặc dù serum này không có hoạt tính diệt khuẩn. Serum kháng thể chống yếu tố thuộc địa không làm ngưng tập một chủng E. coli K-12 mang yếu tố thuộc địa K88 đặc thù cho E. coli enterotoxigenic ở lợn. Qua điện tử quang học, đã được chứng minh rằng E. coli H-10407, nhưng không phải H10407-, có các cấu trúc bề mặt giống như pilus mà đã ngưng tập với serum hấp phụ đặc hiệu (kháng thể chống yếu tố thuộc địa). E. coli H-10407 có ba loại plasmid DNA, khoảng 60 X 10(6), 42 X 10(6), và 3.7 X 10(6) dalton, tương ứng. E. coli H-10407-P chỉ có hai loại plasmid là 42 X 10(6) và 3.7 X 10(6) dalton. Sự mất đi tự phát của kháng nguyên bề mặt cụ thể H-10407 đi kèm với sự mất đi loại plasmid DNA 60 X 10(6) dalton và sự mất khả năng thuộc địa. Do đó, có thể kết luận rằng yếu tố thuộc địa E. coli được mô tả ở đây là một yếu tố độc lực có thể đóng một vai trò quan trọng và có thể thiết yếu trong trường hợp tiêu chảy E. coli enterotoxigen tự nhiên ở người.

Sự xâm nhập và tái tạo của Listeria monocytogenes trong các tế bào biểu mô ruột đã được nghiên cứu bằng cách nhiễm các dòng tế bào giống như tế bào ruột người Caco-2. Sự xâm nhập là do hiện tượng thực bào có định hướng, điều này được gợi ý bởi tác động ức chế của cytochalasin D lên sự xâm nhập của vi khuẩn và từ hình ảnh vi điện tử cho thấy vi khuẩn bên trong các không bào giới hạn bởi màng ở giai đoạn đầu của sự nhiễm trùng. Chỉ có vi khuẩn từ các loài gây bệnh (L. monocytogenes và Listeria ivanovii) mới có khả năng tự thực bào bởi các tế bào Caco-2, khác với Listeria seeligeri, Listeria welshimeri, và Listeria innocua. L. monocytogenes dễ dàng nhân lên trong các tế bào Caco-2, với thời gian thế hệ rõ ràng khoảng 90 phút. Listeriolysin O được phát hiện là một yếu tố chính thúc đẩy sự tăng trưởng nội bào của L. monocytogenes. Sau khi được nội hóa với tỷ lệ giống như chủng tái tổ hợp hemolytic của nó, một đột biến không hemolytic từ L. monocytogenes không thể nhân lên một cách đáng kể trong các tế bào Caco-2. Nghiên cứu bằng vi điện tử cho thấy rằng vi khuẩn từ đột biến không hemolytic vẫn nằm bên trong các phagozome trong suốt quá trình nhiễm tế bào, trong khi vi khuẩn hemolytic từ L. monocytogenes được phóng thích tự do trong bào tương. Điều này chỉ ra rằng việc phá hủy các màng không bào bởi các chủng sản sinh listeriolysin O của L. monocytogenes có thể là một cơ chế chính cho phép vi khuẩn thoát khỏi phagozome và sinh sôi không bị hạn chế trong bào tương tế bào.

Lipopolysaccharid (LPS) có nguồn gốc từ mầm bệnh periodontale Porphyromonas gingivalis đã được báo cáo là có cấu trúc và chức năng khác biệt so với LPS của vi khuẩn đường ruột. Các nghiên cứu này cho thấy, trái ngược với LPS không chứa protein của vi khuẩn đường ruột, một chế phẩm tinh khiết tương tự của LPS P. gingivalis đã thể hiện hoạt tính kích thích thụ thể Toll-like 2 (TLR2) mạnh mẽ, thay vì TLR4, để kích thích biểu hiện gen và tiết cytokine trong các đại thực bào chuột và các dòng tế bào chuyển gen. Quan trọng hơn, sự kích thích TLR2 bởi chế phẩm LPS P. gingivalis này đã dẫn đến sự biểu hiện khác biệt của một loạt gen mà thường được kích thích trong đại thực bào chuột bởi LPS Escherichia coli. Những dữ liệu này gợi ý rằng (i) LPS P. gingivalis không kích thích qua TLR4 và (ii) tín hiệu qua TLR2 và TLR4 khác biệt về mặt số lượng và chất lượng. Dữ liệu của chúng tôi hỗ trợ giả thuyết rằng các con đường tín hiệu chung được tạo ra bởi các tác nhân kích thích TLR2 và TLR4 cần phải phân kỳ để giải thích cho những mô hình khác biệt trong biểu hiện gen gây viêm.

Các mẫu Yersinia enterocolitica mang một loài plasmid deoxyribonucleic acid nhất định cho thấy khả năng gây chết rất cao đối với loài chuột đất và gây ra sự tách rời của các lớp tế bào mô HEp-2. Các chủng đã được loại bỏ plasmid deoxyribonucleic acid của chúng đã mất đi những đặc tính này. Tuy nhiên, tính xâm lấn của tế bào HEp-2 không phải là thuộc tính trung gian bởi plasmid. Sự biểu hiện của các đặc tính liên quan đến plasmid, bao gồm ít nhất ba polypeptide màng ngoài chính, xảy ra trong quá trình phát triển ở nhiệt độ 37 nhưng không xảy ra ở 25 độ C và có liên quan đến nồng độ canxi trong môi trường nuôi cấy. Loại plasmid liên quan đến những đặc tính này có khối lượng phân tử dao động từ 40 x 10(6) đến 48 x 10(6) dalton và bao gồm một gia đình plasmid có liên quan.

Hầu hết các trường hợp bệnh nặng do Staphylococcus aureus không thể được giải thích chỉ bằng tác động của một yếu tố độc lực đơn lẻ, và có khả năng rằng một số yếu tố hoạt động kết hợp trong quá trình nhiễm trùng. Nghiên cứu này đã khảo sát mối quan hệ giữa bệnh ở người và một số lượng lớn các yếu tố độc lực được cho là, cả riêng lẻ và kết hợp. Các mẫu phân lập S. aureus ( n = 334) từ những người hiến máu khỏe mạnh và từ bệnh nhân mắc bệnh xâm lấn đã được so sánh về sự biến đổi trong sự hiện diện của 33 yếu tố độc lực được cho là. Sau khi điều chỉnh cho tác động của tính đồng nhất, bảy yếu tố ( fnbA, cna, sdrE, sej, eta, hlg, và ica ) đã phổ biến hơn nhiều trong các mẫu phân lập xâm lấn. Tất cả bảy yếu tố đều góp phần độc lập vào độc lực. Không có yếu tố đơn lẻ nào chiếm ưu thế như là dự đoán chính của độc lực, các tác động của chúng dường như có tính cộng dồn. Không có sự kết hợp nào của bảy gen này mang lại khả năng gây bệnh cao hơn hoặc thấp hơn so với những mẫu có cùng số lượng gen liên quan đến độc lực. Có bằng chứng về sự chuyển giao gen đáng kể trên một nền tảng đồng nhất. Phát hiện của chúng tôi cũng gợi ý rằng các biến thể alen của một locus đa hình có thể đóng góp khác nhau vào quá trình bệnh, việc nghiên cứu thêm lĩnh vực này có khả năng mở rộng hiểu biết của chúng tôi về cơ chế bệnh sinh của bệnh do tụ cầu khuẩn.

Strain Escherichia coli O157:H7 933 chứa hai phage chuyển đổi độc tố khác nhau (933J và 933W). Nghiên cứu này đã xem xét các hoạt động sinh học và mối quan hệ kháng nguyên giữa các độc tố do các lysogen 933J và 933W của E. coli K-12 sản xuất, cũng như sự đồng nhất của các gen mã hóa hai độc tố này. Các độc tố 933J và 933W, giống như độc tố Shiga được sản xuất bởi Shigella dysenteriae type 1, có hoạt tính gây độc tế bào đối với cùng một dòng tế bào, gây liệt và tử vong ở chuột, và gây tích tụ dịch trong các đoạn ruột ileal của thỏ. Hoạt tính gây độc tế bào của độc tố 933J đối với tế bào HeLa đã bị trung hòa bởi kháng thể chống độc tố Shiga, trong khi hoạt tính của độc tố 933W không bị trung hòa bởi huyết thanh kháng thể này. Ngược lại, một huyết thanh được chuẩn bị chống lại E. coli K-12(933W) đã trung hòa độc tố 933W nhưng không trung hòa độc tố 933J hoặc độc tố Shiga. Đối với E. coli 933, phần lớn độc tố gây độc tế bào liên kết với tế bào đã bị trung hòa bởi kháng thể chống độc tố Shiga, trong khi phần lớn độc tố gây độc tế bào ngoại bào bị trung hòa bởi kháng thể chống độc tố 933W. Tuy nhiên, một hỗn hợp của các huyết thanh này cho thấy sự hiện diện của cả hai độc tố trong lysate tế bào và dịch nuôi cấy. Trong số 50 dòng E. coli có khả năng sản xuất độc tố gây độc tế bào cao, chúng tôi đã xác định được 11 dòng được thu thập từ các trường hợp tiêu chảy, viêm đại tràng xuất huyết hoặc hội chứng urê huyết tán mà sản xuất các độc tố gây độc tế bào liên kết với tế bào có thể bị trung hòa bởi kháng thể chống 933W. Các nghiên cứu lai Southern cho thấy rằng các gen cấu trúc độc tố đã được nhân bản từ phage 933J đã lai với DNA từ phage 933W trong các điều kiện ước lượng cho phép không quá 26% sai lệch cơ sở. Những phát hiện này chỉ ra rằng E. coli sản xuất hai loại độc tố gây độc tế bào khác nhau về kháng nguyên nhưng có liên quan về mặt di truyền, có hoạt động sinh học tương tự mà chúng tôi đề xuất đặt tên là độc tố giống Shiga I và II. Các dòng E. coli sản xuất nồng độ cao độc tố giống Shiga I hoặc độc tố giống Shiga II, hoặc cả hai, đã được liên kết với các hội chứng lâm sàng của tiêu chảy, viêm đại tràng xuất huyết, và hội chứng urê huyết tán.

Viêm bể thận cấp tính, một biến chứng của hiện tượng E. coli trong nước tiểu, phải thể hiện sự xâm nhập của vi khuẩn qua biểu mô thận. Để nghiên cứu quá trình này, chúng tôi đã phủ các huyền phù vi khuẩn lên lớp tế bào biểu mô ống thận gần của người đã được nuôi cấy và đo lường tính chất độc tế bào thông qua việc giải phóng lactate dehydrogenase (LDH). Ba mươi bốn chủng vi khuẩn được nuôi cấy từ bệnh nhân mắc viêm bể thận cấp tính đã được sàng lọc để đánh giá khả năng gây viêm bể thận trên chuột CBA thông qua thách thức qua niệu đạo. Tám chủng có độ độc cao nhất (có hơn hoặc bằng 70% chuột bị thách thức phát triển hơn hoặc bằng 10(3) CFU/g thận sau 48 giờ) đã được chọn để nghiên cứu. Mỗi chủng thể hiện hiện tượng ngưng kết hồng cầu nhờ mannose khi tiếp xúc với tế bào hồng cầu người nhóm O; ba chủng trong số đó có tính chất và gen hemolytic. Các chủng viêm bể thận có độ độc tế bào cao hơn đáng kể (30.1 +/- 9.5% giải phóng LDH sau 18 giờ) so với tám chủng đối chứng phân (13.5 +/- 11.5% giải phóng LDH; P = 0.0068). Chúng tôi đã chọn chủng có tính độc tế bào cao nhất, CFT073, để nghiên cứu tiếp theo. Dịch lọc vô trùng từ chủng hemolytic này có độc tính cao hơn rõ rệt so với dịch lọc từ chủng đối chứng phân, FN414. Sự đột biến qua transposon của CFT073 với TnphoA đã xóa bỏ hoạt tính hemolytic và độc tính của cả tế bào nguyên vẹn và dịch lọc vô trùng. Phân tích Southern blot cho thấy vị trí chèn của TnphoA nằm trong determinant hly trên nhiễm sắc thể của E. coli trong một đoạn hạn chế SalI dài 12 kilobase. Việc chuyển gen vào một chủng không hemolytic, CPZ005 với plasmid pSF4000, chứa determinant hemolysin đã tạo ra độc tính cao hơn nhiều. Hình ảnh vi mô ánh sáng của các văn hóa tế bào biểu bì ống thận gần cho thấy tổn thương tế bào do các chủng viêm bể thận gây ra không được gây ra bởi một chủng phân hoặc đột biến thiếu hemolysin. Kết quả cho thấy rằng các chủng E. coli gây viêm bể thận có khả năng gây độc tế bào cho một mục tiêu khả thi, đó là, biểu mô ống thận người, cao hơn so với các chủng phân. Hemolysin, ở một số chủng, rõ ràng đóng vai trò trong tính độc tế bào này.

Escherichia coli gây độc tố đường ruột (ETEC) thuộc nhiều serotype khác nhau được phân lập từ người lớn bị tiêu chảy và được biết là sở hữu yếu tố định cư (CFA), đã gây ra hiện tượng ngưng tụ hồng cầu (HA) kháng mannose của hồng cầu A nhóm người. Các chủng E. coli không có CFA được phân lập trong cùng một nghiên cứu không có hemagglutinin kháng mannose, mặc dù một số chủng không thuộc ETEC và không có CFA lại thể hiện hoạt động HA nhạy cảm với mannose. Hemagglutinin kháng mannose của ETEC được cho là có nhiều đặc điểm đã được liên kết trước đây với CFA, là một kháng nguyên fimbriate nhạy cảm với nhiệt độ bề mặt. Hemagglutinin này cũng có sự tương đồng về chức năng và hình thái với các kháng nguyên K88 và K99 của ETEC đặc hiệu với động vật. Tỷ lệ HA kháng mannose và CFA đạt tối đa khi các tế bào ETEC được nuôi trên môi trường thạch (thạch CFA) chủ yếu được tạo thành từ 1% Axit Casamino và 0.15% chiết xuất men, pH 7.4. Cả CFA lẫn HA đều không được sản xuất ở nhiệt độ nuôi cấy 18°C; HA bị ức chế hoàn toàn khi các tế bào dương tính với CFA được tiền xử lý bằng huyết thanh phản CFA. Hemagglutinin kháng mannose bị mất một cách tự phát và đồng thời với CFA khi các chủng ETEC lâm sàng được nuôi cấy trên môi trường nhân tạo trong phòng thí nghiệm, cho thấy sự kiểm soát của plasmid đối với cả hai thực thể. Hemagglutinin kháng mannose của ETEC được chứng minh là nhạy cảm với nhiệt, tức là nhạy cảm với nhiệt độ 65°C, như với CFA. Ngoài ra, có sự tương quan giữa việc sở hữu CFA, được phát hiện bằng các phương pháp miễn dịch học và bằng cách chứng minh hoạt động sinh học (sự bám dính trong ruột non của thỏ con), sự hiện diện của các vi nhung mao loại CFA, và khả năng của các chủng E. coli khác nhau để gây ra hiện tượng HA kháng mannose của hồng cầu nhóm A của con người. Những kết quả này chỉ ra rằng hiện tượng HA kháng mannose của ETEC là một biểu hiện khác của CFA.