Virulencija

Bičevi bakterije Bacillus cereus su faktori njene virulencije.

Virulencija ili virulentnost (lat. virulentia, prema: virulentus = otrovan, od virus = otrov) je sposobnost mikroorganizama da izazovu bolest, odnosno stepen njegove patogenosti.

Faktori virulentnosti bakterija obično su bjelančevine koje omogućavaju procese koji se označavaju kao:

adhezija,

kolonizacija, i

invazija bakterija.

Bakterije pritom mogu onemogućiti ili umanjiti imuni odgovor organizma ili lučiti toksine. Činioci virulentnosti virusa određuju hoće li se bolest uopće pojaviti i/ili težinu i trajanje bolesti.

Virulencija virusa zavisi od prisustva/odsustva odgovarajućih receprora u ćelijama domaćina. Za ulaz u ćeliju, virusima je, dakle neophodan receptor i za prodor u pojedine organske sisteme, na osnovu čega svrstavaju u uže kategorije. Tajo se, npr., virusi koji prvenstveno napadaju nervni sistem označavaju kao neurovirulentni.

Stepen patogenosti, odnosno sposobnosti određenog patogena da izazove infekciju i bolest, u vjetovan je snagom invazivnosti, infektivnosti i patogenim potencijalom kojim se može povećati (egzaltacija virulentnosti) ili smanjiti (atenuacija virulentnosti).

Prema MeSH definiciji, stepen patogenosti unutar grupe ili vrste je potencijal stope smrtnosti i/ili sposobnosti organizma da napadne tkiva domaćina. Patogenost organizma - njegova sposobnost da izazove bolesti - određuju faktori virulencije parazita i stopa smrtnosti i/ili sposobnost tog organizma da napadne tkiva u domaćinu. Patogenost organizma - njegove sposobnost da izazove bolesti - određuju njegovi faktori virulencije.

Visoka patogenosta je obilježena visokom virulentnošću, i obrnuto.

Etiologija virulencije

U okvru jedne iste te vrste patogenih mikroorganizama postoje različiti sojevi bakterija, sa različitim stepenom virulencije. Virulencija je mjera njegihvog potencijala da izazovu oštećenje u organizmu domaćina, nakon kompleksne interakcije sa domaćinom. Zavisno od uvjeta djelovanja patogena, virulencija se može se povećati (egzaltacija) ili smanjiti (atenuacija). Atenuirani (umrtvljeni) mikroorganizmi se upotrebljavaju u prevenciji zaraznih bolesti, u živim vakcinama.

Virulentne bakterije

Sposobnost bakterija da uzrokuje bolest je opisana u smislu broja zaraznih bakterija, tnačina ulaska u tijelo, efekata odbrambenih mehanizama domaćina i unutrašnjih obilježja bakterija zvanih faktori virulencije. Mnogi faktori virulencije su tzv. efektorni proteini koji se ubrizgavaju u ćelije domaćina posebnim sekrecijskim mašinama, kao što je sekrecijski sistem tipa 3. Preko domaćina posredovana patogeneza je često važna, jer može agresivno odgovoriti na infekciju, rezultirajući pokretanjem odbrambenih mehaniama domaćina protiv oštećenja tkiva dok se suprotstavlja infekciji.

Faktori virulencije bakterija obično su proteini ili druge molekule koje se sintetiziraju posredovanjem enzima. Ovi proteini su kodirani genima iz hromosomska DNK, DNK bakteriofaga ili plazmida. Određene bakterije imaju mobilne genetičke elementi i horizontalni prijenos gena. Stoga, strategija za borbu protiv određenih bakterijskih infekcija ide na gađanje specifičnih faktore virulencije i mobilnih genetičkih elementa. Bakterije koriste usaglašene modalitete za sinhronizaciju oslobađanja molekula. To su sve neposredni uzroci morbiditeta u domaćina.

Tok infekcije bakterijama opisuje obrazac:

$Tok\ infekcije\ =\left({\frac {Broj\ \ bakterija\times Virulencija:stopa\ \ }{Otpornost\ \ \ organizma:stopa}}\right)$

Putevi izazivanja bakterijskih bolesti

Adhezija

Mnoge bakterije prvo se moraju vezati za površinu ćelije domaćina. Identificirani su mnoge molekule bakterija i domaćina koje su uključene u proces adhezije bakterija za ćelije domaćina. Često su receptori domaćina za bakterije ustvari proteini koji su potrebni za druge ćelijske funkcije. Zbog prisustva mukozne obloge i anti-mikrobne tvari oko nekih ćelija domaćina, teško je određenim patogenima uspostave direktnu kontakt-adheziju.

Kolonizacija

Neke virulentne bakterije proizvode posebne proteine koji im omogućavaju da kolonizuju dijelove tijela domaćina. Helicobacter pylori je u mogućnosti da opstane u kiseloj sredini ljudskog želuca proizvodnjom enzima ureaze. Kolonizacija obloge želuca ovom bakterijom može dovesti do čira na želucu i raka. Virulencija različitih sojeva Helicobacter pylori teži da u korelaciji sa nivoom pH vrijednosti proizvodi ureaze.

Invazija

Neke virulentne bakterije proizvode proteine koje ne remete ćelijske membrane domaćina ili stimuliraju endocitozu ili makro-pinocitozu u ćeliji domaćina. Ovi faktori virulencije omogućavaju bakterijama da uđu ćelija domaćina i olakšati ulazak u tijelo preko slojeva epitelnih tkiva na površini tijela.

Gram negativni patogeni mogu premjestiti proteine i faktore virulencije preko membrane vezikula na kontaktu površinu domaćin-patogen. Predloženi mehanizam je prenos preko vezikulske membrane, translokacijom biohemijskih signalnih molekula gram negativnih patogena na domaćinsku ili životinjsku ćeliju.

• A. Mjehurići se napuhuju u velike periplazmatske organele (PO) zbog stimulirane sekrecije pratećih mikrobnih proteina, po općem sekrecijskom putu. Te organele su ograničene bakterijskom vanjskom membranom (OM) koja sadrži vanjske membranske proteine (OMP), sa kompleksom vezanja (RC) koji zajedno održava vanjsku membranu i njenu unutrašnjost (IM).
• B. RC-ovi, bočnom difuzijom u dvije membrane (OM i IM), usmjereni snagom istežu vanjske membrane, zbog opadanja napona periplazmatske organele, kako bi se uskladile oko četiri kompleksa vezivanja u sklopu sa prividno napuhanom cijevi sa sposobnošću ispuhivanja preko vanjske vezikulske membrane (OMV).
• C. Otpuštena membrana bakterijske vanjske vezikule pristaje na domaćina ili membranu ciljne ćelije na posebnim holesterolom bogatim penosnicima ili receptorakim mjestima, uz pomoć bivalentnih kationa (Ca⁺⁺, Mg⁺⁺).
• D. Bakterijska fuzija proteina, koja je prisutna među porama na vanjskoj membrani vezikule, može posredovati u formiranju afuzijskih pora na priključnom mjestu vanjske membrane vezikule kroz koju, virulencijski i signalni proteini prelaze vanjsku membranu vezikule domaćina ili ciljne ćelije citosola. Međutim,vanjske membrane vezikula se mogu internalizirati i, kao takve, preko ćelijske endocitoze translocirati i LPS-bogati OM i lučiti signale.
• E. Bakterijski signal koji su primljene preko OMV-ova uzrokuju usklađene fiziološke promjene u ćeliji domaćina, što dovodi do reorganizacije odnosa domaćin/ ciljne ćelije i citoskeleta, što uzrokuje ulazak bakterijskih patogena u citoplazmu domaćina ili druge promjene, kao što su uzdignute formacije, itd.

Inhibitori imunog odgovora

Mnoge bakterije proizvode faktori virulencije koji inhibiraju imuni sistem odbrane domaćina. Naprimjer, opća bakterijska strategija je proizvodnja proteina koji se vezuju za antitijela domaćina. Polisaharidna kapsula agensa upale pluća (Streptococcus pneumoniae) inhibira fagocitozu bakterije koju bi mogle obaviti imune ćelije domaćina.

Toksini

Mnogi faktori virulencije su bakterijski proteini koji truju ćelije domaćina i uzrokuju oštećenja tkiva. Naprimjer, mnoga trovanja hranom su izazvana toksinima bakterija koje mogu kontaminirati ljudsku hranu. Neki od njih može ostati u hrani čak i nakon kuhanja i izazvati bolest kada se konzumira. Neki bakterijski toksini se hemijski mijenjaju i inaktiviraju toplotom kuhanja.

Virulencija virusa

Za faktore zaraznosti virusa se utvrđivalo da li se i kako javlja infekcija i kako i koliko su teški rezultirajući simptomi virusne bolesti. Virusima je često neophodan receptor proteina na matičnoj ćeliji za koje se posebno vezuju. Ove ćelije domaćina su tipski proteini na granici endocitoznih mjesta, gdje virus ulazi u ćelije domaćina. Virulentni virusi, kao što je HIV, koji uzrokuje AIDS, imaju mehanizme za izbegavanje odbrane domaćina. HIV inficira T-helper ćelije, što dovodi do smanjenja adaptivnog imunološkog odgovora domaćina i na kraju do imunokompromitiranih stanja. Rezultati je smrtoportunističkih infekcija sekundarnog poremećaja imunog sistema, uzrokuju AIDS.

Neki virusni faktori virulencije daju mogućnost da se ponove u odbrambenim upalnim odgovorima domaćina, kao što su tokom virusno izazvane groznice. Mnogi virusi mogu opstati unutar domaćina za duži vremenski period, u kojem se događa malo štete. Izuzetno virulentni mogu eventualno izazvati mutacije i prirodnom selekcijom održati virus unutar domaćina. Izraz "neurovirulentni" se koristi za viruse kao što su bjesnilo i herpes simplex koji mogu da napadnu nervni sistem i tamo izazvati bolesti.

Modeli intenzivnog proučavanja zaraznih virusa uključuju virus T4 i druge T-bakteriofage koji inficiraju Escherichia coli i niz srodnih bakterija.

Životni ciklus razlaganja virulentnog bakteriofaga je u suprotnosti od umjerenog životog ciklus umjerenih bakteriofaga.

Evolucija

Prema evolucijskoj medicini, optimalna virulencije povećava sa horizontalnim prijenosom (između nesrodnika, a smanjuje sa vertikalnom transmisijom (od roditelja na dijete). To je zato što je fitnes domaćina je vezan za adaptivnu vrijednost u vertikalnoj (međugeneracijskoj) transmisiji, ali nije toliko vezan u horizontalnom (unutargeneracijskom) smislu.

Također pogledajte

• Bakterija
• Bakteriologija
• Mikrobiologija