Когда бактерии воспринимают сигналы из окружающей среды хозяина, активируются стрессовые реакции.
Бактерии имеют очень тонко настроенную сеть регуляторов, которые становятся критически важными во время борьбы с хозяином. Для того чтобы успешно колонизировать и вызвать длительную инфекцию, бактерии должны очень точно регулировать экспрессию различных иммуномодулирующих/вирулентных факторов, которые подавляют иммунный ответ хозяина различными способами. Понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе этой тонкой регуляции, может открыть новые пути для разработки вакцин.
Респираторные инфекции, вызванные бактериальными патогенами, приводят к изменениям в структуре дыхательных путей и в конечном итоге могут ограничить дыхательную функцию. Хотя вирусы и некоторые бактерии, такие как Bordetella pertussis, вызывают острый "бронхит" у здоровых людей, огромное количество пациентов с нарушенным иммунитетом легких или просветом слизистой оболочки страдают от инфекций, которые обычно не проходят при лечении антибиотиками.
Haemophilus influenzae и Pseudomonas aeruginosa являются наиболее распространенными патогенами, обнаруживаемыми в мокроте пациентов с бронхоэктазами без кистозного фиброза. P. aeruginosa также является наиболее частым оппортунистическим патогеном, ассоциированным с тяжелым исходом и высокой смертностью у пациентов, находящихся на вентиляции легких и больных муковисцидозом. Многие клоны P. aeruginosa, вызывающие тяжелые хронические инфекции легких, хорошо адаптированы к своей нише и часто не способны расти в стандартных условиях культуры in vitro.
Генотипическое и фенотипическое разнообразие может влиять на микробиом дыхательных путей и уровень резистентности к противомикробным препаратам, что затрудняет искоренение инфекции. При хронических легочных заболеваниях наблюдается инфекция типа биопленки P. aeruginosa, которая сопровождается регулярным выделением планктонных бактерий, возможно, под воздействием факторов хозяина и/или специфических сигналов окружающей среды, что позволяет биопленке распространяться и расти.
В 1993 году Мюллер и Хильдебрандт провели филогенетический анализ трех классических видов Bordetella spp. с использованием анализа 23S рРНК. Их результаты показали >99% гомологии между тремя классическими видами Bordetella. Интересно, что результаты также показали определенную степень гомологии между этими видами Bordetella и Pseudomonas aeruginosa. Обе бактерии относятся к филуму Pseudomonadota, от которого они разделяются на гаммапротеобактерии (Pseudomonas spp.) или бетапротеобактерии (Bordetella spp.).
Виды Bordetella наиболее тесно связаны с бактериями, относящимися к родам Alcaligenes и Achromobacter. В свою очередь, Pseudomonas spp. наиболее схожи с Acinetobacter spp. или Moraxella spp. Хотя Bordetella spp. относится к семейству Alcaligeneaceae, Alcaligenes spp. также имеет генетическое и метаболическое сходство с Pseudomonas spp.. Оба вида произошли из окружающей среды, и оба развили разнообразные механизмы вирулентности, что позволяет им быть адаптированными к различным стрессовым факторам окружающей среды, включая иммунные реакции хозяина.
B. pertussis является возбудителем коклюша и обладает высокой степенью трансмиссивности, ее R0 достигает 17, а смертность была значительной до появления вакцины. В отличие от других респираторных патогенов, коклюш не всегда проявляет признаки воспалительного ответа из-за способности бактерии модулировать иммунные реакции хозяина или уклоняться от них с помощью биопленок. Несмотря на традиционный взгляд на инфекцию Bordetella как на педиатрическое заболевание, число подростков и взрослых пациентов с основными заболеваниями, инфицированных Bordetella bronchiseptica или неклассических Bordetella spp. растет, смещая классическое представление об этих возбудителях как об исключительных для детской популяции.
Важно отметить, что инфекции, вызванные Bordetella spp., имеют три различные стадии: катаральную стадию, которая характеризуется слизистыми выделениями; пароксизмальную стадию, которая связана с сильным и постоянным кашлем; и, наконец, пневмоническую стадию, которая у младенцев может привести к летальному исходу. Хотя инфекция Bordetella spp. может не на 100% соответствовать классическому описанию хронической инфекции, это длительное заболевание, которое после перенесения оставляет у пациентов ряд последствий.
Pseudomonas aeruginosa и Bordetella spp. являются респираторными патогенами, для удаления которых из легких инфицированных пациентов требуется мукозальная реакция. Последние интересные результаты свидетельствуют о том, что P. aeruginosa и Bordetella spp. взаимодействуют и даже имеют общую нишу в легких пациентов с хроническими инфекциями; однако взаимодействие между этими двумя организмами остается неизученным. Оба вида обладают весьма сложными механизмами манипулирования иммунными реакциями хозяина и колонизируют дыхательные пути сходным образом. Поэтому взаимодополняющие исследования, использующие сильные стороны каждой модели, позволят лучше понять сложную регуляцию бактериальных иммуномодулирующих путей.
В данном обзоре мы рассматриваем молекулярные маркеры, которые в последнее время связывают с инфекционным процессом P. aeruginosa и Bordetella spp. в респираторном тракте. Мы выбрали эти два патогена, потому что P. aeruginosa является одной из моделей для изучения кворум сенсинга (QS) и межцарственной коммуникации, а Bordetella spp. является золотым стандартом для изучения взаимодействия хозяина и патогена.
Двухкомпонентные системы, сигма-факторы, малые РНК, механизмы строгого ответа ppGpp и шапероны начинают координировать экспрессию факторов вирулентности или иммуномодуляторов, чтобы позволить бактериям реагировать. Хотя некоторые из них хорошо изучены, например, двухкомпонентные системы, вклад других регуляторов, таких как сигма-факторы или ppGpp, привлекает все больше внимания. Pseudomonas aeruginosa является золотым стандартом патогена для изучения молекулярных механизмов восприятия и ответа на сигналы окружающей среды. Bordetella spp., с другой стороны, является микробной моделью для изучения взаимодействия хозяина и патогена на молекулярном уровне. Эти два патогена способны колонизировать легкие пациентов с хроническими заболеваниями, что позволяет предположить, что у них есть потенциал для совместного использования ниши и взаимодействия. Однако молекулярные сети, способствующие адаптации Bordetella spp. к сигналам, неясны.
Понимание сигнальных механизмов Bordetella spp. и Pseudomonas spp., формирования биопленок, их патогенеза у пациентов с хроническими заболеваниями легких и их взаимодействия с другими микроорганизмами имеет решающее значение, поскольку инфекции, вызываемые этими бактериями, становятся все более распространенными.
Объединив молекулярные данные, доступные в отношении P. aeruginosa и животной модели Bordetella spp., мы можем исследовать молекулярные механизмы, с помощью которых патогены подавляют иммунный ответ хозяина. Эти интересные и новые области прольют свет на патогенез бактериальных сообществ в легких и предоставят знания для разработки эффективных терапевтических мишеней.
В данном обзоре мы предлагаем сравнительный анализ того, что известно об этих разнообразных молекулярных механизмах, которые бактерии используют для противодействия иммунным реакциям хозяина, и подчеркиваем относительно неизученные взаимодействия между ними.
