wprowadzenie
podręczniki Mikrobiologii zazwyczaj opisują czynniki zjadliwości jako struktury lub strategie, które przyczyniają się do zakaźnego potencjału patogennego drobnoustroju (5). Struktury te mogą być kapsułkami, wici, pili lub systemami wydzielania typu III, podczas gdy strategie mogą obejmować produkcję egzotoksyn, pozyskiwanie żelaza, uchylanie się od odporności (np. zmiana antygenowa lub zmiana fazy) lub translokację lub zakłócenie błon gospodarza. Zazwyczaj te struktury i strategie można przypisać do dwóch podstawowych kategorii, tych, które promują kolonizację i przetrwanie oraz tych, które powodują szkody dla gospodarza. Można jednak stwierdzić, że wiele czynników zjadliwości w tej pierwszej kategorii powinno być właściwie scharakteryzowanych jako czynniki niszowe, ponieważ są one często dzielone przez nieszkodliwe organizmy komensalne zajmujące to samo miejsce ciała.
jednym z przykładów struktury, która może być wykorzystana do zilustrowania tego zjawiska jest niedawno zidentyfikowany Typ IVB tight adherence (Tad) pili w Bifidobacterium breve ucc2003 (7). Dzięki zastosowaniu eleganckiego podejścia do nokautowania genów, wykazano, że te bifidobakteryjne pili są selektywnie transkrybowane w przewodzie pokarmowym (GI) w modelach mysich, gdzie promują kolonizację i pomagają konkurować z innymi członkami mikroflory jelitowej. Powiązane geny są również obecne w wielu innych gatunkach Bifidobacterium. Jednak tad typu IV (TadIV) pili są dobrze ugruntowanymi czynnikami zjadliwości u patogenów; ostatnie badania nad podobnymi pili u Yersinia enterocolitica zaczynają się od stwierdzenia „pili typu IV są czynnikami zjadliwości u wielu bakterii” (9). Czy czynniki zjadliwości Tad pili, czy lepiej jest określać je jako czynniki niszowe mające na celu promowanie konkurencyjności w dynamicznym środowisku przewodu pokarmowego? Nie jest to po prostu kwestia pedantyczna lub semantyczna, nie tylko dlatego, że język jest ważny, ale dlatego, że brak precyzji może prowadzić do zamieszania i może wpływać na postęp w naukowym zrozumieniu. Alternatywnym opisem może być stwierdzenie, że „pili typu IV są niszowymi czynnikami posiadanymi przez wiele patogennych bakterii.”Jest to równie pouczające, ale być może bardziej precyzyjne stwierdzenie. To samo zjawisko dotyczy szeroko skomercjalizowanego szczepu probiotycznego, Lactobacillus rhamnosus GG, który posiada białkowe pili, które znajdują się również w patogenach Gram-dodatnich, w tym Enterococcus faecalis, gdzie wykazano, że odgrywają rolę w patogenezie (4, 6).
nomenklatura ta powstała częściowo dlatego, że mikrobiolodzy pracujący nad organizmami zakaźnymi rutynowo definiują każdy produkt genowy, który przyczynia się do ogólnego potencjału zjadliwości patogenu jako „czynnik zjadliwości.”Tak wiele czynników zjadliwości zostało scharakteryzowanych przez lata badań. Zastosowaliśmy się do tej praktyki, gdy zidentyfikowaliśmy system tolerancji żółci w Listeria monocytogenes, zwany żółcią, który jest ważną strategią dla przetrwania patogenu w przewodzie pokarmowym (10). Komórki wykazujące ekspresję żółci mogą wykluczyć żółć, prawdopodobnie poprzez wypływ, chociaż na tym etapie nie jest to udowodnione. U myszy zakażonych doustnie brak żółci ma znaczący szkodliwy wpływ na potencjał zjadliwości zmutowanego szczepu, czego nie obserwuje się u zwierząt zakażonych dootrzewnowo. Postawiliśmy hipotezę, że żółć jest czynnikiem zjadliwości, opierając się na fakcie, że żółć występuje tylko w organizmie, a także na fakcie, że geny żółci są pod kontrolą głównego regulatora zjadliwości w L. monocytogenes, PrfA. Doszliśmy do wniosku, że żółć jest czynnikiem zjadliwości przewodu pokarmowego, ponieważ jest wyraźnie ważna w ogólnym potencjale chorobotwórczym organizmu. Jednak z perspektywy czasu jest to dobry przykład „czynnika niszowego”, ponieważ podobne mechanizmy tolerancji żółci (niezależnie od tego, czy są genotypowo podobne, czy nie) muszą istnieć w organizmach komensalnych, które tworzą swój dom w bogatych w żółć regionach przewodu pokarmowego. Być może nie powinno już być wystarczające do zdefiniowania czynnika zjadliwości przez jego ogólny wpływ na dawkę zakaźną lub potencjał zjadliwości patogenu, ale raczej powinno być nakazane, aby wykazać, że dany system zarówno odgrywa znaczącą rolę w patogenezie, jak i nie występuje u bakterii komensalnych zajmujących to samo miejsce lub niszę ciała. Żółć może być lepiej opisana jako czynnik niszowy wymagany do przeżycia żołądkowo-jelitowego Listerii, która odgrywa ważną rolę w zakaźnym stylu życia patogenu. Innym pokrewnym przykładem jest obecność hydrolaz soli żółciowej w komensalach jelitowych i patogenach. Jedno z eleganckich badań wyraźnie stwierdziło, że” Hydrolaza soli żółciowej Listeria monocytogenes jest czynnikiem zjadliwości regulowanym przez PrfA ” (3). Wykazaliśmy jednak, że usunięcie genów bsh w L. monocytogenes zmniejsza zdolność organizmu do kolonizacji poprzez zmniejszenie jego zdolności do radzenia sobie z żółcią w jelitach (1), a aktywność hydrolazy soli żółciowej (BSh) jest również obecna w wielu komensalach sprzedawanych jako probiotyki (2). Byłby to kolejny przykład czynnika niszowego, a nie czynnika zjadliwości. Ogólnie rzecz biorąc, powinniśmy unikać używania terminu czynnik zjadliwości do opisu produktów genowych i strategii, które są szeroko rozpowszechnione w współżyjących mikrobach komensalnych.
potrzeba bardziej precyzyjnego języka jest szczególnie istotna w konkretnym przypadku probiotyków. Probiotyki są drobnoustroje, które po spożyciu w odpowiednich ilościach nadają korzystny wpływ na gospodarza. Probiotyki i patogeny żołądkowo-jelitowe mają podobny zestaw wyzwań po spożyciu (rys. 1), a zatem nie dziwi fakt, że dzielą podobne strategie radzenia sobie z tymi wyzwaniami. Jest to szczególnie prawdziwe, biorąc pod uwagę, że pierwotnym źródłem większości probiotyków i wielu patogenów jest sam przewód pokarmowy, gdzie większość z tych wyzwań będzie stale napotykana. Może to mieć znaczące implikacje dla nauki probiotycznej, ponieważ agencje regulacyjne mogą wymagać pełnych sekwencji genomu i dowodów na to, że” czynniki zjadliwości ” nie występują w żadnym nowym komensalu proponowanym do stosowania jako probiotyk. W wytycznych Europejskiego Urzędu ds. bezpieczeństwa żywności (EFSA) w sprawie drobnoustrojów, które osiągają Status kwalifikowanego domniemania bezpieczeństwa (QPS), używa się terminów czynnik zjadliwości i determinanty zjadliwości, ale bez definicji (8). Cel regulacji jest jasny, ponieważ powinniśmy unikać używania organizmów, które mogłyby potencjalnie spowodować uszkodzenie gospodarza w warunkach ich dostarczania w dużej liczbie do przewodu pokarmowego. Jednak większość mikrobów proponowanych do stosowania jako probiotyki będzie posiadać wiele strategii kolonizacji i przetrwania stosowanych również przez patogeny, które mogły zostać ustalone w literaturze jako czynniki wirulencji w dobrej wierze. Może to nieumyślnie prowadzić do zamieszania regulacyjnego, ponieważ dosłowna interpretacja zakazałaby stosowania Bifidobacterium breve i wielu innych bifidobakterii jako probiotyków na podstawie obecności genów kodujących TadIV pili, co z pewnością nie jest intencją agencji regulacyjnych i nie jest z korzyścią dla konsumenta.
wyzwania stojące przed organizmami probiotycznymi i patogennymi.
w celu wywołania dyskusji na ten temat, można zaproponować, że prawdziwy czynnik zjadliwości byłby zdefiniowany jako produkt, struktura lub strategia, która pomaga drobnoustroje uzyskać dostęp do lub przetrwać w normalnie niekolonizowanych miejscach ciała lub przedziałach komórkowych (np. internalins i invasins), spowodować uszkodzenie ciała (np. cytolityczne lub hemolityczne toksyny), spowodować rozregulację układu odpornościowego w stopniu wywołującym chorobę. objawy (np., superantygeny) lub powodować reakcję neurologiczną, która ponownie prowadzi do objawów choroby (np. neurotoksyny). Czynniki niszowe obejmowałyby produkty lub strategie, które promują ruchliwość, tolerancję żółci, uchylanie się od odporności w niesterylnych miejscach ciała, pozyskiwanie makro – i mikroelementów, mechanizmy przywiązywania i różne inne strategie kolonizacji i komunikacji mikroorganizmów z gospodarzem.
pojawią się przypadki, w których czynniki kolonizacyjne, takie jak adhezyny, które promują przywiązanie do normalnie niekolonizowanych miejsc, takich jak Pap pili w uropatogennych Escherichia coli, zachowają swój status jako czynniki zjadliwości, ponieważ odpowiedniki komensalne nie są obfite, a kolonizacja normalnie nieolonizowanego miejsca jest w dużej mierze odpowiedzialna za objawy choroby. Podobnie, czynniki unikania przeciwciał dopełniacza i surowicy nadal będą definiowane jako czynniki zjadliwości, podczas gdy czynniki sprzyjające oderwaniu się od mucyny w jelitach staną się czynnikami niszowymi. Chociaż niniejszy wniosek nie jest próbą normatywną lub kompletną, w idealnym przypadku sprowokowałby do rozważenia, czy dany system jest czynnikiem niszowym, czy zjadliwym w poszczególnych przypadkach. Chociaż wszyscy mogą nie zgadzać się z każdym wnioskiem lub propozycją, wydaje się to lepsze od domyślnej charakterystyki każdego systemu, który wpływa na ogólną zjadliwość jako czynnik zjadliwości.
mamy skomplikowany związek z drobnoustrojami, które zamieszkują wszystkie nasze narażone miejsca ciała, od komensali, które mogą stać się oportunistycznymi patogenami u skompromitowanych gospodarzy, do patogenów, które mogą istnieć w stanie nośnika jako komensale u zdrowych osób. Aby dokładniej opisać te interakcje, potrzebujemy precyzyjnego języka, który raczej informuje niż komplikuje nasze zrozumienie. Termin czynniki niszowe może dotyczyć jelit, jamy ustnej, skóry i układu moczowo—płciowego-lub dowolnego miejsca, które jest normalnie skolonizowane w ludzkim superorganizmie. Oczywiście czynniki niszowe mogą mieć również zastosowanie do innych miejsc środowiskowych poza ciałem, i ważne jest, aby termin czynnik niszowy był używany tylko w kontekście określonej niszy środowiskowej.