Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa הוא חיידק גראם-שלילי, שיכול לגרום למחלות בצמחים, בבעלי חיים ובבני אדם. P. aeruginosa הוא פתוגן בעל עמידות רב-תרופתית המזוהה בשל מנגנוני העמידות לאנטיביוטיקה המשוכללים שלו, והמעורב במחלות קשות - הן בזיהומים נוזוקומיים בבתי החולים כדוגמת דלקת ריאות תלוית מנשם (VAP) והן בתסמונות אלח דם שונות. P. aeruginosa נחשב לחיידק אופורטוניסט בזיהומים קשים המתרחשים במהלך מחלות קיימות - המשמעותיים שבהם הם סיסטיק פיברוזיס וכוויות חמורות. הוא נמצא באופן כללי בחולים בעלי כשל חיסוני, אך יכול לתקוף גם אנשים בעלי מערכת חיסון תקינה. הטיפול בזיהומים של P. aeruginosa אינו פשוט בגלל העמידות הגבוהה שלו לאנטיביוטיקה. יכולת האדהזיה (היצמדות) של P. aeruginosa לרקמות המאכסן היא שלב ראשוני חיוני להמשך הזיהום והפתוגניות שלו. קיימות לכל הפחות 3 מערכות אדהזינים שונים ל-P. aeruginosa: פילי מסוג 4, המתווך אדהזיה לרקמות האפיתל של המאכסן; שוטון (פלג'לה), המאפשרת קישור שלו למוצין המצוי בתאים האפיתליאליים; וליבות האוליגוסכרידים (OS) המצויות בתוך הליפופוליסכרידים, המאפשרים קישור שלו לוסת ההולכה הטרנסממברני של סיסטיק פיברוזיס (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator ובקיצור CFTR) בתאים אפיתליאליים. ל-P. aeruginosa מערכת פילי מסוג 4 (type IV pili ובקיצור T4P) על פני השטח שלו, שמורכבת מסיבים הומו-פולימרים גמישים המורכבים מהחלבון פילין ובעלי קוטר של 5.2 ננומטר ואורך של 2.5 מיקרומטר. למערכת הפילי מסוג 4 של P. aeruginosa יש פונקציות רבות, בהן תנועה על משטחים, יצירת ביופילם, טרנספורמציה של דנ"א, התחמקות ממערכת החיסון, מעבר אותות ואדהזיה. פגם במערכת הפילי סוג 4 גורמת לירידה בוירולנטיות של P. aeruginosa. למערכת הפילי מסוג 4 יש תפקיד חשוב בהיצמדות לתאים האפיתליאליים של המאכסן, באופן שכ-90% מיכולת האדהזיה של P. aeruginosa לתאי המאכסן תלויה במערכת זו. ישנן 2 תת-משפחות למערכת הפילי מסוג 4: T4aP (‏type IVa pili) - האדהזין המרכזי בהיצמדות לתאים האפיתליאליים של המאכסן. הוא יוצר אינטראקציה עם הגליקוספינגוליפידים אסיאלו GM1 ואסיאלו GM2, הנמצאים על פני השטח של התאים האפיתליאליים. T4bP (‏type IVb pili) אקסוטוקסין A (‏Exotoxin A ובקיצור ETA) הוא רעלן בעל פעילות של ADP-ריבוליזציה המעכבת את EF2 (פקטור התארכות 2; חיוני בשלב התרגום לסינתזת חלבונים בתא האיקריוטי). הוא למעשה מזרז תגובה כימית בין הקואנזים NAD ובין EF-2, כאשר תוצר התגובה הוא ניקוטינאמיד ו-EF-2 הקשור ל-ADP ולריבוז; EF-2 מנוטרל כתוצאה מהתגובה וסינתזת החלבונים מופסקת. ETA בודד מתרבית של חיידקי P. aeruginosa זמן קצר לאחר שחוקרים קבעו כי לטוקסין הדיפתריה קיימת פעילות של ADP-ריבוליזציה המעכבת את EF2 (פקטור התארכות 2; חיוני בשלב התרגום לסינתזת חלבונים בתא האיקריוטי), ונמצא כי גם לו פעילות דומה על EF2. למרות שלשניהם אתרים פעילים שמורים, קיימים הבדלים משמעותיים ביניהם המתבטאים במיקום האתר הפעיל בחלבון (של ETA בקצה הקרבוקסילי ושל טוקסין הדיפתריה בקצה האמיני) ובכמות נמוכה יחסית של חומצות אמינו הומולוגיות. ETA הוא רעלן מסוג טוקסין AB ומורכב ממספר דומיינים: דומיין A - בעל פעילות ADP-ריבוזילציה, ודומיין B - המורכב מדומיין בעל יכולת קישור לרצפטור (בקצה האמיני) ומדומיין התקה שאחראי על שינוע דומיין A לתוך התא האיקריוטי. הביטוי של ETA מושפע ממספר גורים, בהם ריכוז הברזל בסביבת החיידק וכן מערכת חישת מניין. הטוקסין נקשר לרצפטורי LRP הממוקמים על פני השטח של תאים אאוקריוטיים רגישים. לאחר שדומיין A חודר לתא האאוקריוטי, הוא גורם ל-ADP-ריבוזילציה ל-EF2 וכך חוסם מעבר של mRNA בתוך הריבוזום ומעכב סינתזת חלבונים בתא. ל-P. aeruginosa מערכת הפרשה מסוג 3 (Type III secretion system או T3SS), באמצעותה הוא מסוגל להחדיר ישירות לתא האאוקריוטי 4 אפקטורים שונים: Exos,‏ ExoT,‏ ExoU ו-ExoY. מערכת הפרשה מסוג 3 מעורבת, באופן כללי, בדלקות אקוטיות פולשניות. ברגע שהמערכת אוקטבה על ידי היצמדות לתא האיקריוטי באמצעות פילי או שוטון, היא מפריעה למסלולי מעבר האותות בתא וגורמת ציטוטוקסיות שמתווכת באופן ישיר על ידי האפקטורים של המערכת. Exos ו-ExoT הם שניהם בעלי דומיין GTPase (‏GAP) ודומיין ADP-ריבוזילטרנספראז (ADPRT). פעילות ה-GAP של שניהם מכוונת נגד חלבוני GTPase קטנים החיוניים לארגון שלד התא האקטיני ממשפחת ה-Rho חלבונים בעלי פעילות ADP-ריבוזילציה, שפעילותם תלויה בקופקטור המצוי בתא האאוקריוטי ונקרא FAS (‏factor-activating ExoS). ‏FAS הוא חלבון המשתייך למשפחת החלבונים האוביקוויטיניים 14-3-3, להם פעילויות מגוונות החל מחלבוני פיגום במסלולי העברת אותות בתא וכלה באפופטוזה. החלבון הראשון שהתגלה כי הוא עובר ריבוליזציה על ידי Exos הוא וימנטין, אחד מסיבי הביניים המרכיבים את המזנכימה. הסובסטרטים המועדפים על Exos הם Ras, חלבון חשוב המעורב בתהליכי התמיינות, צמיחה והישרדות בתא, וכן חלבונים נוספים המשתייכים למשפחת ה-Small GTPase (בהם למשל Rap,‏ Rac,‏ Rab ועוד), אותם הוא מעכב באמצעות ADP-ריבוזילציה. בעבר סברו כי ExoT הוא איזופורם מנוון של Exos; הוא חולק במשותף עם Exos כ-76% חומצות אמינו הומולוגיות, אך מסוגל לעשות ריבוזילציה לחלק מהסובסטרטים של Exos בשיעור של 0.2% ביחס ל-Exos. אך בהמשך הצליחו לאפיין את ExoT, ולקבוע כי הוא יודע לבצע ריבוזילציה ביעילות על חלבוני Crk, שהם אדפטורים באתרי אדהזיה פוקלית המעורבים בדינמיקה של שלד התא דרך מסלול האינטגרין; לאחר עירור של רצפטורי האינטגרין, קינאזות מסוג Src מזרחנות את פקסילין ואת BCAR1, שנקשרים לדומיין SH2 של Crk, והדבר מביא לקישור של דומיין SH3 של Crk לשני פקטורים משחלפי גואנין (GEF): הראשון, DOCK180, משחלף גואנין במשפחת חלבוני Rac (בעלי תפקיד בארגון מחדש של שלד התא, בגדילת התא ועוד) ומביא לאיקטובם, והשני C3G, משחלף גואנין במשפחת חלבוני Rap (בעלי תפקיד בנדידה ובאדהזיה תאית) ומביא לאיקטובם. כאשר חלבוני Crk עוברים ADP-ריבוזילציה, הם מאבדים את יכולת הקישור במעלה הזרם לפקסילין ול-BCAR1, או במורד הזרם ל-DOCK180 ול-C3G, וייתכן שזהו מנגנון אנטי-פאגוציטי שמפעיל P. aeruginosa. בנוסף, ExoT מסוגל לחסום גם את הלוקליזציה של החלבון STX2, ובכך לעכב את הציטוקינזה (חלוקת הציטופלזמה) בתא. הזרקה של ExoU על ידי החיידק לתא איקריוטי גורמת לציטוטוקסיות מהירה בתא, ולפתלוגיות שונות ובהן נזק לריאות, דלקת מפושטת ותמותה בחיות מודל. מדיה וקבצים בנושא Pseudomonas aeruginosa בוויקישיתוף Pseudomonas aeruginosa, באתר ITIS (באנגלית) Pseudomonas aeruginosa, באתר NCBI (באנגלית) Pseudomonas aeruginosa, באתר האנציקלופדיה של החיים (באנגלית) Pseudomonas aeruginosa, באתר GBIF (באנגלית)