introduktion
mikrobiologiske lærebøger beskriver typisk virulensfaktorer som strukturer eller strategier, der bidrager til det infektiøse potentiale af en patogen mikrobe (5). Disse strukturer kunne være kapsler, flagella, Pili eller type III sekretionssystemer, mens strategier kunne involvere produktion af eksotoksiner, jernopsamling, immununddragelse (f.eks. antigen variation eller fasevariation) eller translokation af eller forstyrrelse af værtsmembraner. Normalt kan disse strukturer og strategier tildeles to primære kategorier, dem, der fremmer kolonisering og overlevelse, og dem, der forårsager skade på værten. Imidlertid kan der gøres en sag om, at mange af virulensfaktorerne i den tidligere kategori skal karakteriseres mere korrekt som nichefaktorer, idet de ofte deles af ufarlige kommensale organismer, der besætter det samme kropssted.
et eksempel på en struktur, der kunne bruges til at illustrere dette fænomen, er den nyligt identificerede Type IVb tight adhærence (Tad) pili i Bifidobacterium breve UCC2003 (7). Ved at anvende en elegant gen-knockout-tilgang blev disse bifidobakterielle pili vist sig at være selektivt transkriberet i mave-tarmkanalen (GI) i murine modeller, hvor de fremmer kolonisering og hjælper konkurrence med andre medlemmer af tarmmikrobiota. De associerede gener er også til stede i mange andre Bifidobacterium-arter. Imidlertid er Tad type IV (TadIV) pili veletablerede virulensfaktorer i patogener; en nylig undersøgelse af lignende pili i Yersinia enterocolitica starter med udsagnet “Type IV pili er virulensfaktorer i mange bakterier” (9). Er Tad pili virulensfaktorer, eller er det bedre at henvise til dem som nichefaktorer designet til at fremme konkurrenceevnen i GI-traktatens dynamiske miljø? Dette er ikke blot et pedantisk eller semantisk spørgsmål, ikke kun fordi sprog er vigtigt, men fordi manglende præcision kan føre til forvirring og kan påvirke fremskridt inden for videnskabelig forståelse. En alternativ beskrivelse kan være ,at ” Type IV pili er nichefaktorer, som mange patogene bakterier besidder.”Dette er en lige så informativ, men måske mere præcis erklæring. Det samme fænomen gælder for en bredt kommercialiseret probiotisk stamme, Lactobacillus rhamnosus GG, som besidder proteinholdige pili, som også findes i Gram-positive patogener, herunder Enterococcus faecalis, hvor de har vist sig at spille en rolle i patogenesen (4, 6).
denne nomenklatur er delvis opstået, fordi mikrobiologer, der arbejder på infektiøse organismer, rutinemæssigt definerer ethvert genprodukt, der bidrager til det samlede virulenspotentiale for et patogen som en “virulensfaktor.”Dette er, hvor mange virulensfaktorer der er blevet karakteriseret gennem mange års forskning. Vi fulgte denne praksis, da vi identificerede et galdetolerancesystem i Listeria monocytogenes betegnet galde, som er en vigtig strategi for patogenens gastrointestinale overlevelse (10). Celler, der udtrykker galde, kan udelukke galde, formodentlig ved udstrømning, selv om dette forbliver uprøvet på dette stadium. Hos oralt inficerede mus har fraværet af galde en signifikant skadelig virkning på virulenspotentialet for den mutante stamme, hvilket ikke observeres hos intraperitonealt inficerede dyr. Vi antog, at galde var en virulensfaktor baseret på det faktum, at galde kun opstår i kroppen og også på det faktum, at galdegenerne er under kontrol af master virulensregulatoren i L. monocytogenes, PrfA. Vi konkluderede, at galde var en gastrointestinal virulensfaktor, da det klart er vigtigt i organismens overordnede patogene potentiale. Men set i bakspejlet er dette et godt eksempel på en “nichefaktor”, da lignende galdetolerancemekanismer (uanset om de er genotypisk ens eller ej) skal eksistere i kommensale organismer, der gør deres hjem i de galderige regioner i GI-kanalen. Måske bør det ikke længere være tilstrækkeligt at definere en virulensfaktor ved dens samlede indvirkning på den infektiøse dosis eller virulenspotentiale af et patogen, men det skal snarere være mandat, at det skal påvises, at det bestemte system begge spiller en væsentlig rolle i patogenesen og ikke findes i kommensale bakterier, der besætter det samme kropssted eller niche. Galde kunne bedre beskrives som en nichefaktor, der kræves for gastrointestinal overlevelse af Listeria, som spiller en vigtig rolle i patogenens infektiøse livsstil. Et andet relateret eksempel er tilstedeværelsen af galdesalthydrolaser i tarmkommensaler og i patogener. En elegant undersøgelse udtalte klart ,at” Listeria monocytogenes galdesalthydrolase er en PrfA-reguleret virulensfaktor ” (3). Vi har imidlertid vist, at sletning af bsh-gener i L. monocytogenes reducerer organismens evne til at kolonisere ved at reducere dets evne til at klare galde i tarmen (1), og galdesalthydrolase (BSH) aktivitet er også til stede i mange kommensaler, der markedsføres som probiotika (2). Dette ville være et andet eksempel på en nichefaktor snarere end en virulensfaktor. Generelt bør vi undgå at bruge udtrykket virulensfaktor til at beskrive genprodukter og strategier, der er bredt spredt i samboende kommensale mikrober.
behovet for mere præcist sprog er især relevant i det specifikke tilfælde af probiotika. Probiotika er mikrober, der, når de indtages i tilstrækkelige mængder, giver en gavnlig effekt på værten. Probiotika og gastrointestinale patogener deler et lignende sæt udfordringer ved indtagelse (Fig. 1), og det er derfor ikke overraskende, at de deler lignende strategier til at tackle disse udfordringer. Dette gælder især i betragtning af at den oprindelige kilde til de fleste probiotika og mange patogener er selve mave-tarmkanalen, hvor de fleste af disse udfordringer løbende vil blive stødt på. Dette kan have betydelige konsekvenser for probiotisk videnskab, idet reguleringsorganer sandsynligvis vil kræve komplette genomsekvenser og bevis for, at “virulensfaktorer” er fraværende i enhver ny kommensal, der foreslås til brug som probiotikum. Den Europæiske Fødevaresikkerhedsautoritets (EFSA) retningslinjer for mikrober, der opnår status som kvalificeret formodning om sikkerhed, anvender udtrykkene virulensfaktor og virulensdeterminanter, men uden definition (8). Den lovgivningsmæssige hensigt er klar, idet vi bør undgå at bruge organismer, der potentielt kan forårsage skade på værten under omstændighederne ved deres levering i stort antal til GI-kanalen. Imidlertid vil de fleste mikrober, der foreslås til brug som probiotika, have mange af de koloniserings-og overlevelsesstrategier, der også bruges af patogener, hvilket meget vel kan være blevet etableret i litteraturen som bona fide virulensfaktorer. Dette kan utilsigtet føre til lovgivningsmæssig forvirring, da en bogstavelig fortolkning ville forbyde brugen af Bifidobacterium breve og mange andre bifidobakterier som probiotika på grundlag af tilstedeværelsen af gener, der koder for TadIV pili, hvilket bestemt ikke er hensigten med reguleringsorganerne og ikke er til gavn for forbrugeren.
udfordringer, som probiotiske og patogene organismer står overfor.
med det formål at skabe diskussion om dette emne kunne det foreslås, at en ægte virulensfaktor ville blive defineret som et produkt, struktur eller strategi, der hjælper en mikrobe med at få adgang til eller overleve i normalt ikke-koloniserede kropssteder eller cellulære rum (f. eks. internaliner og invasioner), forårsage skade på kroppen (f. eks. cytolytiske eller hæmolytiske toksiner), forårsage dysregulering af immunsystemet i det omfang, der skaber sygdomssymptomer (f. eks. eller forårsage et neurologisk respons, der igen fører til sygdomssymptomer (f.eks. Nichefaktorer vil omfatte produkter eller strategier, der fremmer motilitet, galdetolerance, immununddragelse I ikke – sterile kropssteder, makro-og mikronæringsstofopsamling, vedhæftningsmekanismer og forskellige andre koloniserings-og mikrobe-vært kommunikationsstrategier.
der vil være tilfælde, hvor koloniseringsfaktorer såsom adhæsiner, der fremmer tilknytning til normalt ikke-koloniserede steder, såsom Pap pili i uropatogen Escherichia coli, ville bevare deres status som virulensfaktorer, da kommensale kolleger ikke er rigelige, og kolonisering af et normalt ikke-koloniseret sted er stort set ansvarlig for sygdomssymptomerne. Ligeledes vil faktorer til unddragelse af komplement-og serumantistoffer også fortsat blive defineret som virulensfaktorer, mens faktorer, der fremmer frigørelse fra mucin i tarmen, ville blive nichefaktorer. Selv om dette forslag ikke er et forsøg på at være præskriptivt eller fuldstændigt, ville det ideelt set fremkalde en overvejelse af, om et givet system er en niche eller virulensfaktor fra sag til sag. Selvom alle måske ikke er enige i hver konklusion eller forslag, synes det at foretrække frem for en standardkarakterisering af hvert system, der påvirker den samlede virulens som en virulensfaktor.
Vi har et kompliceret forhold til mikroberne, der beboer alle vores udsatte kropssteder, fra kommensaler, der kan blive opportunistiske patogener i kompromitterede værter til patogener, der kan eksistere i en bærertilstand som kommensaler hos raske forsøgspersoner. For mere præcist at beskrive disse interaktioner kræver vi et præcist sprog, der informerer snarere end komplicerer vores forståelse. Udtrykket nichefaktorer kan gælde for tarmen, mundhulen, huden og urogenitalkanalen—eller ethvert sted, der normalt koloniseres i den menneskelige superorganisme. Naturligvis kan nichefaktorer også gælde for andre miljøsteder uden for kroppen, og det er vigtigt i alle tilfælde, at udtrykket nichefaktor kun bruges i sammenhæng med en angivet miljøniche.