Bakteriell patogenes

Question 1

Vad är det för fördelar för en bakterie att infektera en värdorganism?

Answer 1

En relativt konstant temperatur
Värdorganismen är rik på vatten - bakterier behöver vatten för sin tillväxt
Värdorganismen är rik på näring

Alla dessa faktorer medför en möjlighet till snabb reproduktion för bakterien.

Question 2

När blir man sjuk? Vad är det som orsakar virulens?

Answer 2

Det finns en balans mellan virulens, antalet bakterier som orsakar sjukdom och vårt immunsvar och vår normalflora. Virulensen har alltså också att göra med hur vi hanterar bakterier och virus och inte bara mikroorganismerna i sig själva.

Question 3

Infektionsvägar för bakterier?

Answer 3

Mun, näsa, luftvägar
Urinvägar
Anus 
Ögat (vilket kallas konjunktion)
Öron
Sår
Via vektorer, till exempel genom insekter som sprider bakterier till människor

Question 4

Virulensfaktorer?

Answer 4

Typ I, II, III, IV

Question 5

Vad är Typ I-virulensfaktorer?

Answer 5

De faktorer som behövs för att bakterien ska ta sig igenom och överleva en slemhinna är typ I-virulensfaktorer.
I de flesta infektionsvägar stöter en bakterie på en slemhinna och det är det första som bakterien stöter på i de flesta fall. Undantag är om bakterien kommer in genom ett sår. Problemet för bakterien är att våra slemhinnor innehåller defensiner och IgA-antikroppar.

Question 6

Vilka Typ I -virulensfaktorer?

Answer 6

De virulensfaktorer som bakterien behöver ha med sig är därför:

Faktorer som ger resistens mot defensiner. Defensiner är antibakteriella peptider som bildar porer i bakteriemembranet. Resistensen består i proteiner på bakteriens yta som kan binda upp defensiner för att förhindra avdödandet av bakterier som hade skett om bakterierna nådde membranet. Ett exempel är MprF som återfinns hos stafylokocker.

Faktorer som bryter ned IgA-antikroppar. Faktorerna som utför detta är speciella proteaser som bakterien utsöndrar. Ett exempel är ZapA som återfinns på Proteus mirabilis som är vanlig vid urinvägsinfektioner (UVI).

Question 7

Vad är typ II virulensfaktorer?

Answer 7

Faktorer som ger vidhäftning. Om bakterien lyckas ta sig igenom en slemhinna måste den vidhäfta någonstans och använder då adhesiner. Adhesinerna kan sitta direkt på membranet eller på fimbriae/pili. Bakterierna kommer oftast fästa till epitelceller där receptorer för adhesiner gör att bakterien kan vidhäfta. Adhesiner kan även vara närvarande då bakterier tar sig genom slemhinnor.

Question 8

Vilka Typ II virulensfaktorer?

Answer 8

Pili
Fimbriae
Afimbriella adhesiner- Adhesiner kan alltså vara afimbriella och sitter då på bakterieytan eller så kan adhesinerna finnas på pili/fimbriae.

Question 9

Hur bidrar bakteriers vidhäftning till deras virulens?

Answer 9

Hur bidrar bakteriers vidhäftning till deras virulens? Det sker genom att:

• Det motverkar borttransport. Det närvarande vätskeflödet/luftflödet kommer annars föra bort bakterier.
• Det ökar kontakten med näring då det finns mer näring runt cellerna
• Det möjliggör påverkan på värdcellen

Question 10

Vad är typ III virulensfaktorer?

Answer 10

Faktorer som påverkar värdcellen. Bakterien har nu tagit sig igenom slemhinnan genom virulensfaktor typ I och kan vidhäfta genom virulensfaktor typ II

Question 11

Vilka typ III virulensfaktorer?

Answer 11

Då kan bakterien välja en av två strategier:
Bakterien stannar här - bakterien blir en extracellulär patogen
Bakterien tar sig in i en cell - bakterien blir en intracellulär patogen

Question 12

Virulensfaktorer hos extracellulära bakterier?

Answer 12

Beroende på typen av patogen krävs olika virulensfaktorer. För de extracellulära bakterierna behövs:

Resistens mot opsonisering/immunsvar:

• Opsonisering är när antikroppar och komplementfaktorer (C3b) fäster på bakterieytan för att initiera makrofagmedierad fagocytos.
• Faktorer som bekämpar opsonisering gör det genom nedbrytning av antikroppar och komplementfaktorer. Dessa faktorer är proteaser som utsöndras och fibrin/fibronektin. Fibrin och fibronektin gör att bakterien “gömmer sig”. Fördelen för bakterien med detta är att immunsvaret inte svarar på dessa ämnen. Bakterien kan också gömma sig med en kapsel för att undvika immunsvar.

Question 13

Virulensfaktorer hos intracellulära bakterier?

Answer 13

Intracellulära bakterier måste kunna invadera celler. Det finns några olika principiella invasionssätt:

1. Zippermekanismen/blixtlåsmekanismen
2. Triggermekanismen
3. Hitchhiking

Question 14

Vad är Zippermekanismen?

Answer 14

En bakteries adhesiner binder cellers receptorer, t.ex. cadherin på makrofager. Det som sker då är att man får en böjning av cellens membran som följd av interaktionerna och därigenom en aktivering av F-aktin. Dessa filament kommer omsluta bakterien och ta upp denna. Bakterien är då omsluten av cellens membran.

Question 15

Vad är triggermekanismen?

Answer 15

Virulensfaktorerna här är typ III- och typ IV-sekretionssystem. Typ III har evolverat från flagellgener och typ IV från konjugeringsproteiner. Dessa sekretionssystem som finns på bakteriens yta kommer vid vidhäftning av t.ex. en epitelcell injicera epitelcellen med effektormolekyler som påverkar Rho-GTPaser. Rho-GTPaser aktiverar F-aktin, alltså aktinskelettet, vilket i sin tur leder till att aktinskelettet medierar endocytos av bakterien, precis på samma sätt som med zippermekanismen.

Question 16

Vad är hitchhiking?

Answer 16

Hitchhiking är en mekanism där bakterien liftar med matrixproteiner. Dessa matrixproteiner kan vara fibronektin, laminin eller kollagen. Denna mekanism kan utföras av Staphylococcus aureus som har FnBP (fibronectin binding protein) vilket är ett adhesin men även ett invasin. Detta protein binder upp fibronektiner. På vissa fagocyterande celler finns receptorer för fibronektin, nämligen α5β1. När inbindning till cellens receptorer sker med bakteriens upptagna fibronektin aktiveras aktinskelettet och bakterien tas upp intracellulärt.

Question 17

Vad är typ IV-virulensfaktorer?

Answer 17

Toxiner. Toxiner ger på ett eller annat sätt skador på värdorganismen. Det finns direkta och indirekta skador. En patogen kan direkt skada vävnad eller celler men kan även påverka immunförsvaret att ge skador - det kallas indirekta skador.

Question 18

Det finns två principiellt olika toxiner. Vilka?

Answer 18

exotoxiner och endotoxiner

Question 19

Beskriv exotoxiner

Answer 19

Finns hos både grampositiva och gramnegativa bakterier.

AB-toxiner ingår här där A står för “aktiv del”. Den aktiva delen är katalytisk och kan vara t.ex. ett proteas, lipas, DNAs, RNAs. B-delen är står för “bindande delen” och binder en receptor vilket ger toxinet specificitet. B-delen känner igen en speciell typ av cell medan den aktiva delen utför en katalytisk handling. Ett exempel på ett AB-toxin är koleratoxin.

Superantigen är en annan form av exotoxin och ger indirekta skador. Dessa toxiner kommer superaktivera T-celler. Normalt sett aktiveras T-celler genom att deras T-cellsreceptor interagerar med ett antigen som presenteras på MHC-II på en APC. Normalt aktiveras 0,0001-0,001% av den totala populationen av T-cellerna av ett specifikt antigen. Vid aktivering med superantigen sker dock en interaktion mellan T-cellsreceptorn och MHC-II på den antigenpresenterande cellen utan att antigen behöver vara närvarande. Superantigen binder till MHC-II och TCR och de aminosyrasekvenser de binder till är bevarade i alla APC och T-celler och superantigen kan på så sätt aktivera 2-20% av kroppens T-cellspopulation. Denna polyklonala aktiveringen ger en massiv cytokinfrisättning av exempelvis TNF-α vilket ger upphov till TSS (toxic shock syndrome) och sepsis. Exempel på en bakterie som kan använda superantigen är Staphylococcus aureus.

Question 20

Beskriv endotoxiner?

Answer 20

Finns enbart i gramnegativa bakterier.

LPS (lipopolysackarid) är det endotoxin som finns i gramnegativa bakteriers yttermembran. Vid lysering eller membranskada av gramnegativa bakterier kan LPS frisättas. Lipid A-delen av LPS binds upp av LPS-bindande protein (LBP) och Lipid A-LBP-komplexet känns igen av en receptor på makrofager. Bindningen leder till en transkription av cytokingener som oftast leder till kraftig inflammation. Man kan fundera på om man ska kalla LPS för en toxin för att det egentligen inte är en strategi som bakterierna “medvetet” använder sig av för att frambringa toxicitet hos värden.

Question 21

Virulensfaktorer kan ändras under ett infektionsförlopp. Hur? Ge exempel!!

Answer 21

Kontrollerad genexpression
- Regleringen sker oftast på transkriptionsnivå men kan även regleras på translationell nivå. Förändrad reglering innebär förändrad stabilitet hos en virulensfaktor.
Fasvariation

Fasvariation
- är egentligen en specifik genexpressionsmekanism. Man kan exempelvis ha en stam som är avirulent (orsakar inte sjukdom) men denna stammen bär genen för en virulensfaktor, i detta exempel virulensfaktor V1. V1 befinner sig i ett tyst locus som saknar promotor. Det kan dessutom finnas ett expressionslocus på en annan punkt i genomet med en promotor men ingen strukturgen. Detta kan förändras så att den avirulenta stammen blir virulent, vilket sker genom att strukturgenen för V1 genom rekombination hamnar i expressionslocuset där det finns en promotor tillgänglig. Transkription av genen kan då ske. En sådan övergång sker genom att promotorregionen tillåter rekombination.

DNA-upptag
Det finns tre typer av sätt som bakterier kan ta upp DNA:
- Konjugering - när två bakterier möts och DNA överförs via pili. Oftast överförs plasmider men även hela kromosomer eller segment av kromosomer kan överföras.
- Transformering - upptag av fritt DNA som kan vara linjärt eller cirkulärt.
- Transduktion - en bakterie som får DNA via virus. Då bakteriofager interagerar med bakterier kan de av misstag ta med sig bakteriellt DNA och överföra det till en annan bakterie för att där utföra rekombination.

Betydelsen av detta kan exemplifieras på följande vis. Vi tänker oss att vi har en bakterie som är virulent och någonstans i dess genom så finns genen för ett adhesin, adhesin A. Bakterien får därefter en tillförsel av DNA på ett av de tre sätten (konjugering, transfomering eller transduktion). Man kan då få homolog rekombination där man i princip har ändrat adhesin A till adhesin B. Detta ger upphov till antigenvariation. Immunförsvaret har skapat en antikropp mot adhesin A vid tidigare infektion men då bakterien nu istället uttrycker adhesin B kommer inte antikropparna som tidigare känt igen adhesinet att kunna känna igen det. Det blir olika serotyper, alltså en variation inom en bakterieart. Olika antikroppar känner igen olika serotyper.
Gonokocker använder sig mycket av transformering för att ändra serotyper så att immunförsvaret har svårt att anpassa sig.

Question 22

Vad är The Avery-MacLeod McCarty Experiment ?

Answer 22

Tre forskare arbetade med en virulent bakterie som heter Streptococcus pneumoniae (pneumokocker) som ger upphov till pneumoni. Det fanns två typer av den bakterien upptäckte man tidigt - en typ som gav pneumoni och dödade möss och en typ som såg nästan identisk ut men som inte dödade möss.

Man talade då om “rough strain” (R-stammen, som inte hade kapsel) och såg att den var avirulent. Injicerar man möss med R-stammen så orsakas ingen pneumoni. Det fanns dock en stam som hette “smooth strain” (S-stammen, vilken har kapsel) och är virulent. Injicerar man möss med dessa så dör de av pneumoni.

Man försökte döda S-stammen med värme vilket ledde till att mössen inte fick pneumoni. Man gjorde sedan ett genialt experiment, där man blandade värmeavdödad S-stam med en R-stam och såg att mössen dog av pneumoni. Från detta experiment såg man att den tidigare ofarliga R-stammen hade blivit transformerad till en dödlig S-stam. När man tittade på de döda mössen från den blandade lösningen såg man att bakterierna hade kapsel, alltså hade R-stammen transformerats till en kapselutrustad S-stam.

De tog en värmeavdödad S-stam och extraherade bort alla lipider och kolhydrater. Sedan delade man upp lösningen i tre olika bägare. I en tillsatte man proteaser, i en annan RNAser och i den tredje DNAser. Man har nu tre lösningar där antingen protein, RNA eller DNA från den dödliga S-stammen saknades. Man blandade varje lösning med R-stammen och lät R-stammen ta upp det som finns kvar från S-stammen.

Lösningen där DNA:t från S-stammen saknades gjorde att mössen överlevde medan de andra två populationerna dog. Det berodde på att R-stammen inte hade tagit upp DNA:t från S-stammen och därför inte hade blivit lika virulent som S-stammen. Det är självklart för oss att DNA kodar för virulensfaktorer men det visste man inte då och att det är det som överförs vid transformation. Från detta kunde man dra slutsatsen att arvsmassan består av DNA när man tidigare trodde att arvsmassan bestod av proteiner.