Reglering av virulensegenskaper Johan Bylund Tel 342 46 85 johan.bylund@rheuma.gu.se

1. Reglering av virulensegenskaper Johan Bylund Tel 342 46 85 johan.bylund@rheuma.gu.se

2. Virulens? # ” The capacity of a microorganism to cause disease.” -beror på flera olika faktorer; virulensfaktorer värdens immunförsvar övriga värdfaktorer antalet infekterande organismer etc. # Virulenta mikroorganismer kan delas in i: Patogener: är generellt virulenta i en befolkning Opportunister: är normalt ej virulenta (t.ex normalflora), men kan orsaka sjukdom i vissa personer och/eller vid vissa förhållanden (t.ex nedsatt immunförsvar).

3. Reglering av virulensegenskaper # Oftast reglering av genuttryck -Hur vet bakterien att den håller på och infekterar? # Enkla signaler, miljöförändringar; tex. -temp -osmolaritet -pH -gaskoncentrationer (CO2, O2) -koncentrationer av olika nutrienter –speciellt järn # Ibland också mer komplicerade signaler; -immunförvarskomponenter (tex. fria radikaler, komplementfaktorer) -genererade av intilliggande bakterier, sk. quorom sensing

4. LYTISK INFEKTION--LYSOGENI

5. profag INTEGRERING AV TEMPERAT FAG Många bakteriella virulensgener kommer ursprungligen från bakteriofager, vars DNA inkorporerats i bakteriens DNA. Är dessa plasmidkodade kan de dessutom spridas mellan olika bakterier/arter, sk. horizontal transfer.

6. PATHOGENICITY ISLANDS # Virulensgener som är fysiskt närliggande på kromosomen # Finns i patogena stammar, men inte i avirulenta # Ofta flankerade av bakteriofag-specifika gener som gör elementet ”lättflyktigt” # Annat GC-innehåll än övriga genomet

7. DIFTERITOXIN: Reglering med järn • Järn ackumuleras i bakterien mha. • järnsideroforer • DtxR= regleringselement som aktiveras då den binder järn. • DtxR-Fe binder och stänger av produktionen av: • järnsideroforer • toxin • dessa gener har identiska promotor- • regioner • # Då överflöd av järn finns (dvs. • utanför värddjur) stängs produktionen • av både sideroforer och toxin av.

8. URINVÄGSINFEKTIONER # Går nerifrån o upp, ju högre upp desto värre. # Oftast endogena bakterier (normalflora) som kommit ”fel” tex. E. coli eller enterococcer (från tarmen) # Adhesion är absolut nödvändig för att infektionen ska få fäste och kunna ”klättra” uppåt Fimbrier: P-fimbrie Typ1-fimbrie

9. FIMBRIER/PILI HOS E. COLI Typ1 P Binder till glykoprotein Binder till glykolipid

10. FASVARIATION AV PAP (P-fimbrien) Fasvariation: ON (fimbrie+) eller OFF (fimbrie-), varianter i en mixad population. Sker här epigenetiskt, dvs UTAN genrearrangemang. PAP operonet kodar för 9 gener som ger struktur, sammansättning och uttryck av adhesinet Mkt komplex reglering, involverande bla adenosin-metylering Dam metylerar LRP inhiberar metylering Uttrycken av dessa styrs av miljöfaktorer

11. FASVARIATION FÖR TYP 1 FIMBRIEN Fas “off” Fas “on” inverterbar fimbrie promotor inverterbar fimbrie promotor stukturgen för fimbrie stukturgen för fimbrie Enklare reglering än PAP Styrs av orienteringen på en 9bp inverterbar promotor. 2 rekombinaser (och övriga co-faktorer) styr inverteringen -dessa regleras av miljöfaktorer. Adhesinerna är också mkt antigena  fas OFF undviker antikroppar (men kan inte fästa)

12. BAKTERIE-VÄRDCELLS-INTERAKTION Neisseria gonorrhoeae Pilus: Ansvarar för den initiala bindningen Yttre membranprotein: Ger en tät kontakt med värdcellen. Porin i det yttre membranet: Hämmar F-L fusion Värdcell

13. PILIN: STRUKTUR OCH ANTIGEN VARIATION Protein nivå = variabla delar (>106 varianter) Rekombination på DNA nivå Slutprodukt Den nya varianten kan också transformeras in i andra individer

14. NESSERIA GONORRHOEAE: REGLERING AV DET YTTRE MEMBRANPROTEINET P II (opa) SV=semivariabel HV=hypervariabel

15. REGLERING AV VIRULENSGENER HOS LISTERIA MONOCYTOGENES prfA -- en aktivator som är temperaturreglerad - hela systemet är kromosomalt lokaliserat Fosfolipaser = PI-PLC; plcA PC-PLC; plcB Aktin polymerisering =ActA 9kB Pathogenicity island Zn beroende metalloproteas =mpl Hemolysin = hly = Listerolysin = LLO Regleringen av internalinA (InlA) är inte känd, ligger utanför PAI

16. L. MONOCYTOGENES LLO PC-PLC, fosfolipas; hjälper också till att bryta sönder vacuolmembran Internalin; upptag Listerolysin (LLO); bryter ner vacuolmembran så att bakterien frisätts i cytoplasman ActA; polymeriserar actin och pressar bakterien genom membran actinsvans

17. Bordetella pertussis Adhesion via t.ex Fha= filamentös hemagglutinin Toxisk effekt via t.ex Ptx= pertussistoxin även andra toxiner förekommer

18. REGLERING AV VIRULENSGENER HOS BORDETELLA PERTUSSIS 2+ Fosforyleras vid hög temperatur, Mg och niacin + - + + Bvg = Bordetella virulens gener Vag= virulens activated gener Vrg = virulens repressed genes

19. INFEKTION MED YERSINIA BAKTERIER Loppa Hud

20. VIRULENSPLASMID HOS YERSINIA Yad = Yersinia adhesion proteins Yop = Yersinia outer (membrane) proteins Ysc = Yersinia secretion proteins Lcr = Regulatory proteins

21. YERSINIA PROTEINERS FUNKTION Måste in i värdcellen

22. TYPIII SEKRETION HOS YERSINIA YopB –formar en por i det eukaryota membranet

23. DIC PSEUDOFÄRGAD LUMINESCENCE UTTRYCK AV YOP E I YERSINIA YopE WT YopB mutant YopE YopB (poren) behövs för injektion

24. Yop H mutant Yop H vildtyp UPPTAG AV YERISNIA YopH: antifagocytos

25. TEMPERATUR REGLERING Yop proteiner Vid 26 C , stor produktion av virR--polymer som är aktiv repressor Vid 37 C, liten produktion -- monomer som är inaktiv som repressor

26. Quorum sensing # Bakterier kan bete sig som multicellulära organismer -intercellulär kommunikation via extracellulära ”feromoner” -koordinerat beteende # Frisättning av små, lösliga, extracellulära signalmolekyler, som vid en kritisk koncentration aktiverar bakteriell gentranskription # Ett sätt att känna av populationsstorlek # Reglerar gener som påverkar bla; -biofilmformation -toxinproduktion -antibiotikasyntes -flagelluttryck

27. Pseudomonas biofilmer # Sker ofta i lungan hos tex. CF patienter # Skyddar bakterierna från; antibiotika antikroppar fagocyter # Biofilmen är inbäddad i Alginat =slemmig polysaccharid. Bidrar starkt till nedsättning av lungfunktionen, både andningsmässigt och vad gäller ciliers rensningsfunktion # Biofilmer förekommer även på inplantat av olika slag samt vid tandinfektioner