EINLEITUNG
Mikrobiologische Lehrbücher beschreiben Virulenzfaktoren typischerweise als Strukturen oder Strategien, die zum infektiösen Potenzial einer pathogenen Mikrobe beitragen (5). Diese Strukturen könnten Kapseln, Flagellen, Pili oder Typ-III-Sekretionssysteme sein, während Strategien die Produktion von Exotoxinen, Eisenakquisition, Immunevasion (z. B. antigene Variation oder Phasenvariation) oder Translokation oder Störung von Wirtsmembranen beinhalten könnten. Normalerweise können diese Strukturen und Strategien zwei Hauptkategorien zugeordnet werden, denen, die die Besiedlung und das Überleben fördern, und denen, die den Wirt schädigen. Es kann jedoch der Fall angeführt werden, dass viele der Virulenzfaktoren in der ersteren Kategorie besser als Nischenfaktoren charakterisiert werden sollten, da sie häufig von harmlosen Kommensalorganismen gemeinsam genutzt werden, die dieselbe Körperstelle besetzen.Ein Beispiel für eine Struktur, die verwendet werden könnte, um dieses Phänomen zu veranschaulichen, ist der kürzlich identifizierte Typ IVb Tight Adhärenz (Tad) Pili in Bifidobacterium breve UCC2003 (7). Durch die Verwendung eines eleganten Gen-Knockout-Ansatzes wurde gezeigt, dass diese bifidobakteriellen Pili in Mausmodellen selektiv im Gastrointestinaltrakt (GI) transkribiert werden, wo sie die Besiedlung fördern und den Wettbewerb mit anderen Mitgliedern der Darmmikrobiota unterstützen. Die assoziierten Gene sind auch in vielen anderen Bifidobakterienarten vorhanden. Tad Typ IV (TadIV) Pili sind jedoch gut etablierte Virulenzfaktoren bei Krankheitserregern; Eine aktuelle Studie zu ähnlichen Pili in Yersinia enterocolitica beginnt mit der Aussage „Typ IV Pili sind Virulenzfaktoren in vielen Bakterien“ (9). Sind Tad Pili Virulenzfaktoren oder ist es besser, sie als Nischenfaktoren zu bezeichnen, die die Wettbewerbsfähigkeit im dynamischen Umfeld des GI-Trakts fördern sollen? Dies ist nicht einfach eine pedantische oder semantische Frage, nicht nur, weil Sprache wichtig ist, sondern weil ein Mangel an Präzision zu Verwirrung führen und Fortschritte im wissenschaftlichen Verständnis beeinträchtigen kann. Eine alternative Beschreibung könnte sein, dass „Typ IV Pili Nischenfaktoren sind, die von vielen pathogenen Bakterien besessen werden.“ Dies ist eine ebenso informative, aber vielleicht präzisere Aussage. Das gleiche Phänomen gilt für einen weit verbreiteten probiotischen Stamm, Lactobacillus rhamnosus GG, der proteinhaltige Pili besitzt, die auch in grampositiven Pathogenen, einschließlich Enterococcus faecalis, vorkommen, wo gezeigt wurde, dass sie eine Rolle bei der Pathogenese spielen (4, 6).Diese Nomenklatur ist zum Teil entstanden, weil Mikrobiologen, die an infektiösen Organismen arbeiten, routinemäßig jedes Genprodukt definieren, das zum gesamten Virulenzpotential eines Pathogens beiträgt, als „Virulenzfaktor“.“ So viele Virulenzfaktoren wurden in jahrelanger Forschung charakterisiert. Wir folgten dieser Praxis, als wir in Listeria monocytogenes ein Gallentoleranzsystem namens Galle identifizierten, das eine wichtige Strategie für das gastrointestinale Überleben des Erregers darstellt (10). Zellen, die Galle exprimieren, können Galle ausschließen, vermutlich durch Efflux, obwohl dies in diesem Stadium unbewiesen bleibt. Bei oral infizierten Mäusen hat das Fehlen von Galle einen signifikanten nachteiligen Effekt auf das Virulenzpotential des mutierten Stammes, was bei intraperitoneal infizierten Tieren nicht beobachtet wird. Wir stellten die Hypothese auf, dass Galle ein Virulenzfaktor ist, basierend auf der Tatsache, dass Galle nur im Körper vorkommt, und auch auf der Tatsache, dass die Gallengene unter der Kontrolle des Master-Virulenzregulators in L. monocytogenes, PrfA, stehen. Wir kamen zu dem Schluss, dass Galle ein gastrointestinaler Virulenzfaktor ist, da sie für das gesamte pathogene Potenzial des Organismus eindeutig wichtig ist. Im Nachhinein ist dies jedoch ein gutes Beispiel für einen „Nischenfaktor“, da ähnliche Gallentoleranzmechanismen (ob genotypisch ähnlich oder nicht) in kommensalen Organismen existieren müssen, die in den gallenreichen Regionen des Magen-Darm-Trakts beheimatet sind. Vielleicht sollte es nicht mehr ausreichen, einen Virulenzfaktor durch seine Gesamtwirkung auf die infektiöse Dosis oder das Virulenzpotential eines Erregers zu definieren, sondern es sollte vorgeschrieben werden, dass nachgewiesen werden muss, dass das jeweilige System sowohl eine signifikante Rolle in der Pathogenese spielt als auch nicht in kommensalen Bakterien gefunden wird, die dieselbe Körperstelle oder Nische besetzen. Galle könnte besser als ein Nischenfaktor beschrieben werden, der für das gastrointestinale Überleben von Listerien erforderlich ist und eine wichtige Rolle im infektiösen Lebensstil des Erregers spielt. Ein weiteres verwandtes Beispiel ist das Vorhandensein von Gallensalzhydrolasen in Darmkommensalen und in Krankheitserregern. In einer weiteren Studie wurde eindeutig festgestellt, dass „Listeria monocytogenes Gallensalzhydrolase ein PrfA-regulierter Virulenzfaktor ist“ (3). Wir haben jedoch gezeigt, dass das Löschen von bsh-Genen in L. monocytogenes die Kolonisierungsfähigkeit des Organismus verringert, indem es seine Fähigkeit verringert, mit Galle im Darm fertig zu werden (1), und die Aktivität der Gallensalzhydrolase (BSH) ist auch in vielen als Probiotika vermarkteten Kommensalen vorhanden (2). Dies wäre ein weiteres Beispiel für einen Nischenfaktor anstelle eines Virulenzfaktors. Im Allgemeinen sollten wir vermeiden, den Begriff Virulenzfaktor zu verwenden, um Genprodukte und -strategien zu beschreiben, die in zusammenlebenden kommensalen Mikroben weit verbreitet sind.
Die Notwendigkeit einer präziseren Sprache ist besonders im speziellen Fall von Probiotika relevant. Probiotika sind Mikroben, die, wenn sie in ausreichenden Mengen konsumiert werden, eine positive Wirkung auf den Wirt haben. Probiotika und gastrointestinale Pathogene haben bei der Einnahme ähnliche Herausforderungen (Abb. 1), und so ist es nicht verwunderlich, dass sie ähnliche Strategien zur Bewältigung dieser Herausforderungen teilen. Dies gilt insbesondere angesichts der Tatsache, dass die ursprüngliche Quelle der meisten Probiotika und vieler Krankheitserreger der Magen-Darm-Trakt selbst ist, wo die meisten dieser Herausforderungen kontinuierlich auftreten werden. Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf die Probiotik haben, da die Regulierungsbehörden wahrscheinlich vollständige Genomsequenzen und Beweise dafür verlangen, dass „Virulenzfaktoren“ in keinem neuartigen Kommensal fehlen, das zur Verwendung als Probiotikum vorgeschlagen wird. In den Leitlinien der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) zu Mikroben, die den Status der qualifizierten Sicherheitsvermutung (QPS) erreichen, werden die Begriffe Virulenzfaktor und Virulenzdeterminanten verwendet, jedoch ohne Definition (8). Die regulatorische Absicht ist klar, da wir die Verwendung von Organismen vermeiden sollten, die dem Wirt unter den Umständen ihrer Abgabe in großer Zahl an den GI-Trakt potenziell Schaden zufügen könnten. Die meisten Mikroben, die zur Verwendung als Probiotika vorgeschlagen werden, besitzen jedoch viele der Kolonisierungs- und Überlebensstrategien, die auch von Krankheitserregern verwendet werden, die möglicherweise in der Literatur als echte Virulenzfaktoren etabliert wurden. Dies könnte unbeabsichtigt zu regulatorischer Verwirrung führen, da eine wörtliche Auslegung die Verwendung von Bifidobacterium breve und vielen anderen Bifidobakterien als Probiotika aufgrund des Vorhandenseins von Genen, die für TadIV pili kodieren, verbieten würde, was sicherlich nicht die Absicht der Regulierungsbehörden ist und nicht zum Nutzen des Verbrauchers ist.
Herausforderungen für probiotische und pathogene Organismen.
Um eine Diskussion zu diesem Thema anzuregen, könnte vorgeschlagen werden, dass ein echter Virulenzfaktor definiert wird als ein Produkt, eine Struktur oder eine Strategie, die einer Mikrobe hilft, Zugang zu normalerweise nicht kolonisierten Körperstellen oder Zellkompartimenten (z. B. Internalinen und Invasinen) zu erhalten oder darin zu überleben, Schäden am Körper zu verursachen (z. B. zytolytische oder hämolytische Toxine), eine Dysregulation des Immunsystems bis hin zur Entstehung von Krankheitssymptomen z.B. B. Superantigene) oder eine neurologische Reaktion auslösen, die wiederum zu Krankheitssymptomen führt (z. B. Neurotoxine). Zu den Nischenfaktoren gehören Produkte oder Strategien, die die Motilität, die Gallentoleranz, die Immunumgehung an nicht sterilen Körperstellen, den Erwerb von Makro- und Mikronährstoffen, Bindungsmechanismen und verschiedene andere Kolonisierungs- und Mikroben-Wirt-Kommunikationsstrategien fördern.Es wird Fälle geben, in denen Kolonisationsfaktoren wie Adhäsine, die die Anhaftung an normalerweise nicht kolonisierte Stellen fördern, wie Pap pili in uropathogenen Escherichia coli, ihren Status als Virulenzfaktoren behalten würden, da kommensale Gegenstücke nicht reichlich vorhanden sind und die Kolonisierung einer normalerweise nicht kolonisierten Stelle weitgehend für die Krankheitssymptome verantwortlich ist. Ebenso würden Faktoren zur Umgehung von Komplement- und Serumantikörpern weiterhin als Virulenzfaktoren definiert, während Faktoren, die die Ablösung von Mucin im Darm fördern, zu Nischenfaktoren werden würden. Obwohl dieser Vorschlag kein Versuch ist, präskriptiv oder vollständig zu sein, würde er im Idealfall dazu führen, dass von Fall zu Fall geprüft wird, ob ein bestimmtes System ein Nischen- oder Virulenzfaktor ist. Obwohl nicht alle mit jeder Schlussfolgerung oder jedem Vorschlag einverstanden sind, scheint es einer Standardcharakterisierung jedes Systems vorzuziehen, das die Gesamtvirulenz als Virulenzfaktor beeinflusst.
Wir haben eine komplizierte Beziehung zu den Mikroben, die alle unsere exponierten Körperstellen bewohnen, von Kommensalen, die in kompromittierten Wirten zu opportunistischen Krankheitserregern werden können, bis zu Krankheitserregern, die in einem Trägerzustand als Kommensale bei gesunden Probanden existieren können. Um diese Wechselwirkungen genauer zu beschreiben, benötigen wir eine präzise Sprache, die unser Verständnis eher informiert als erschwert. Der Begriff Nischenfaktoren könnte für den Darm, die Mundhöhle, die Haut und den Urogenitaltrakt gelten — oder für jede Stelle, die normalerweise im menschlichen Superorganismus besiedelt ist. Natürlich könnten Nischenfaktoren auch für andere Umweltstandorte außerhalb des Körpers gelten, und es ist in allen Fällen wichtig, dass der Begriff Nischenfaktor nur im Zusammenhang mit einer angegebenen Umweltnische verwendet wird.