��������������������������������������������� ���������������������������������������������
����������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������� �������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� ������� ������������ ������ �� ������������ ���������� ��������� ������������� ����������� ������������������������������������������������������������������������������������� ���������� ����������� ����� ����������� ������ ������������ ����� ������������� ������� ������������ ������ �� ������������ ���������� ��������� ������������� ����������� ������� ��� ���������� �������� ��� ��������� ���������� ��������� ��������� �������� ���������� ����������� ����� ����������� ������ ������������ ����� ������������� ���������������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ���������� �������� ��� ��������� ���������� ��������� ��������� �������� �������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ������������ ������������ ������ ������� �������������� ������� ��������� ���������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������ ��� ������������ ������������ ������ ������� �������������� ������� ��������� ������� ����������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������ �����������������������������������������������������
����������������������������������
��������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������� ��������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������� ������� ������������ ������ �� ������������ ���������� ��������� ������������� ����������� ���������� ����������� ����� ����������� ������ ������������ ����� ������������� ������� ��� ���������� �������� ��� ��������� ���������� ��������� ��������� �������� ���������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������� ������� ��� ������������ ������������ ������ ������� �������������� ������� ��������� ������������������������������������������������������������������������������������ �����������������������������������������������������
����������������������������������
INFEKÈNÍ CHOROBY A INTRACELULÁRNÍ PARAZITISMUS BAKTERIÍ Hlavní autor: Prof. RNDr. Ale Macela, DrSc. Autorský kolektiv: Doc. MUDr. Jiøí Stulík, CSc. RNDr. Ilja Trebichavský, CSc. RNDr. Michal Kroèa, Ph.D. Mgr. Sylva Janovská, Ph.D. Recenzenti: Ing. Peter ebo, CSc. Prof. MVDr. Jiøí Smola, CSc. © Grada Publishing, a.s., 2006 Cover Photo © profimedia.cz/CORBIS Ilustrace dodal hlavní autor. Vydala Grada Publishing, a.s. U Prùhonu 22, Praha 7 jako svou XXXX. publikaci Odpovìdný redaktor Mgr. Boena Bartoová Sazba a zlom Blaena Posekaná Poèet stran 216 1. vydání, Praha 2006 Vytiskly Tiskárny Havlíèkùv Brod, a.s. Husova ulice 1881, Havlíèkùv Brod Názvy produktù, firem apod. pouité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami pøísluných vlastníkù, co není zvlátním zpùsobem vyznaèeno. Postupy a pøíklady v této knize, rovnì tak informace o lécích, jejich formách, dávkování a aplikaci jsou sestaveny s nejlepím vìdomím autorù. Z jejich praktického uplatnìní ale nevyplývají pro autory ani pro nakladatelství ádné právní dùsledky. Vechna práva vyhrazena. Tato kniha ani její èást nesmìjí být ádným zpùsobem reprodukovány, ukládány èi roziøovány bez písemného souhlasu nakladatelství. ISBN 80-247-0664-4 (tištěná verze)
ISBN 978-80-247-6338-5 © Grada Publishing, a.s. 2011
(elektronická verze ve formátu PDF)
Obsah Seznam pouitých zkratek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Pøedmluva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Úvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
OBECNÁ ÈÁST. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1 Vztah mikroorganismù a jejich hostitelù je dán koevolucí obou organismù . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 Adheziny a receptory urèují specifitu vzájemné interakce bakterie a hostitele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3 Bakterie aktivnì pronikají do hostitelských bunìk . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4 Bakterie rozpoznávají prostøedí, ve kterém ijí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5 Sekreèní systémy jsou komunikaèním kanálem mezi bakterií a hostitelskou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 6 Secernované bakteriální molekuly ovlivòují osud interakce mikrobhostitel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 7 Bakterie zabíjejí a opoutìjí vyèerpané hostitelské buòky . . . . . . . . . . . . 65 8 Doslov k obecné èásti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
SPECIÁLNÍ ÈÁST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 1 Intracelulární bakterie øídí svùj osud v hostitelské buòce . . . . . . . . . . . . 89 Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2 Brucella melitensis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.1 Úvod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 2.2 Interakce s hostitelskou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 2.3 Molekulární aspekty interakcí mikrobù Brucella melitensis s eukaryotickou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3 Francisella tularensis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Úvod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Interakce Francisella tularensis s hostitelskou buòkou . . . . . . . . . . . 3.3 Molekulární aspekty interakcí Francisella tularensis s eukaryotickou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
111 111 114
4 Legionella pneumophila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Úvod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Interakce s hostitelskou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Molekulární aspekty interakcí Legionella pneumophila s hostitelskými buòkami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
123 123 125
5 Listeria monocytogenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Úvod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Interakce s hostitelskou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Molekulární aspekty interakcí s eukaryotickou buòkou . . . . . . . . . . . Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
139 139 140 141 148
6 Mykobakterie komplexu Mycobacterium tuberculosis . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Úvod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Interakce Mycobacterium tuberculosis s hostitelským organismem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Interakce s hostitelskou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Znaky mykobakteriální virulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5 Mykobakteriální genom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6 Exprese mykobakteriálního genomu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Mykobakteriální proteiny a virulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7.1 Proteiny sekretované do vnìjího prostøedí . . . . . . . . . . . . . . 6.7.2 Sloky bunìèné stìny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7.3 Enzymy úèastnící se obecného bunìèného metabolismu . . . . 6.7.4 Biosyntéza aminokyselin a purinù . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
155 155
115 120
127 132
157 158 160 161 163 163 164 165 167 168
6.7.5 Pøíjem kovù . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6.7.6 Proteiny anaerobní respirace a oxidativního stresu. . . . . . . . . 169 6.7.7 Transkripèní regulátory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 6.7.8 Dvoukomponentové signální systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.7.9 Dalí regulátory genové exprese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 7 Salmonella enterica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 7.1 Obecná charakteristika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 7.2 Interakce bakterií rodu Salmonella s hostitelem . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 7.3 Interakce s hostitelskými buòkami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 7.4 Molekulární aspekty interakcí mikrobù Salmonella s eukaryotickou buòkou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 7.5 Salmonella a imunitní systém hostitele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Závìr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Rejstøík . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8
Infekèní choroby a intracelulární parazitismus bakterií
Seznam pouitých zkratek ABC protein Acp ActA agr AHL Apaf Asp ATP CARD ccm CD CwhA DISC dot DNA enh FADD FasL GALT Gsp HilA His Hly HTH iap icm IFN igl Inc Inl Ipa kDa LAMP LBP Lcr
ATP binding cassette protein acid phosphatase actin binding protein A accessory gene regulator N-acyl homoserin lakton apoptotic protease activating factor asparagová kyselina, respektive její zbytek v sekvenci proteinu adenozin trifosfát caspase recruitment domain cytochrome c maturation cluster of differentiation povrchové leukocytární znaky cell wall hydrolase A death-inducing signaling complex defect in organelle trafficking deoxyribonukleová kyselina enhanced entry Fas-associated death domain liganda Fas receptoru gut associated lymphatic tissue global stress protein hiperinvasive locus A histidin, resp. jeho zbytek v sekvenci proteinu gen pro lysteriolyzin helix-turn-helix jedna z funkèních domén proteinù invasion-associated protein intracellular multiplication interferon intracellular growth locus inclusion membrane protein internalin invasion plasmid antigen Shigella flexneri kilo Dalton jednotka molekulové hmotnosti lysosomal associated membrane protein lipopolisacharid binding protein low-calcium response jeden z transkripèních regulátorù
Seznam pouitých zkratek
LLO LPS LRR lsp lvh LVS MAC MAPK Mfp mil mip mgl MOMP mRNA NTP Omp ORF Paf pag PAS PI Plc p.o. Prf PTP Rab rcp Rel RNA RNI ROI sar SCID
9
lysteriolyzin O lipopolysacharid leucine rich repeats Legionella secretion pathway Legionella vir homologues live vaccine strain ivý vakcinaèní kmen membrane attacking complex mitogen activated protein kinase mating pair formation macrophage infectivity locus macrophage infectivity potentiator macrophage growth locus major outer membrane protein messenger ribonukleová kyselina nukleosidn-trifosfát outer membrane protein open reading frames otevøený ètecí rámec PrfA-activating factor PhoP-activated gene akronym pro jednu z domén vytvoøenou z názvù jiných proteinù PER, ARNT, SIM pathogenicity island fosfolipáza per os peptide chain releasing factor -1 permeability transition pore small ras-like GTP-binding proteiny rezistance to cationic antimicrobial peptides reticuloendotheliosis onkogen transkripèní faktor ribonukleová kyselina reaktivní dusíkové intermediáty reaktivní intermediáty kyslíku staphylococcal accessory gene regulator severe combined immunodeficiency syndrom syndrom získané kombinované imunodeficience Salmonella-containing vacuole
SCV sec-dependentní nebo sec-závislý závislý na sekreèním signálu (secretory system signal)
10
Sif Sip SOD SPI SRP Srt Ssp Syc TAT TBC TLR TNF TNFR TPS TTSS tzv. VASP VDAC Vir Yop Ysc
Infekèní choroby a intracelulární parazitismus bakterií
Salmonella induced filaments Salmonella invasion protein superoxid dismutáza Salmonella pathogenicity island signal recognition particles sortáza stringent starvation protein specific Yop chaperone twin-arginine translocation systém tuberkulóza Toll like receptor tumor necrosis factor tumor necrosis factor receptor two-partner secretion system type three secretion system sekreèní systém typu III takzvané vasodilator-stimulated phosphoprotein voltage-dependent anion channel virulence proteins pùvodnì sloky promiskuitního transportního systému Agrobacterium tumefaciens Yersinia outer protein Yersinia secretion
Poznámka: V seznamu zkratek jsou uvedeny v publikaci opakovanì pouívané zkratky, ostatní názvy genù èi proteinù jsou uvádìny pouze v textu. U ménì obvyklých zkratek je zvýraznìn pùvod zkratky podtrenou kurzívou.
Pøedmluva
11
Pøedmluva Tato publikace vznikla na základì potøeby studentù Proteomového centra pro studium intracelulárního parazitismu bakterií zamìøených na genomické a proteomické studie, orientovat se ve funkèních charakteristikách jednotlivých komponent mikroorganismù, které podmiòují utváøení vzájemných vztahù mikroorganismushostitel a mají vztah k expresi znaku virulence èi podmiòují vznik patogenetických pochodù v hostitelském organismu. Intracelulární bakteriální patogeny jsou rùznorodou skupinou mikroorganismù vyvolávajících velice závané infekce, proti nim má souèasná medicína pouze omezené monosti obrany. Tento fakt pramení z naeho dosud nedokonalého poznání molekulární podstaty parazitických vztahù èlenù této skupiny bakterií na stranì jedné, na stranì druhé z omezených znalostí spektra indukovaných obranných mechanismù hostitele, regulace a exprese bunìèných funkcí vedoucích k protektivní imunitní odpovìdi. Autoøi této publikace se domnívají, e jednou z moností, jak pøispìt k lepímu pochopení vzájemných vztahù intracelulárních bakteriálních patogenù a jejich hostitelù (vèetnì vektorù), je dokonalé zmapování moností exprese mikrobních genù za podmínek, které odpovídají v koevoluci vytvoøených vztahù prokaryotických a eukaryotických bunìk a poznání bunìèných struktur èi organel, je se dìjù indukovaných vzájemnou interakcí úèastní. Literární prameny týkající se molekulární podstaty vztahù intracelulárních bakterií a jejich hostitelù jsou velice skoupé na informace umoòující pochopit celý vztah v jeho komplexnosti. Proto byli autoøi tohoto textu nuceni v obecné èásti pouít k vysvìtlení nìkterých základních dìjù pøi kontaktu mikroorganismu s bunìènými systémy hostitelù odkazy na informace získané ze studia extracelulárních bakterií, u nich jsou tyto vztahy i jednotlivé bunìèné funkèní systémy popsány lépe. Autoøi se domnívají, e poznatky odvozené z jiných bakteriálních patogenù mohou být, vzhledem ke znaèné konzervativnosti molekul a bakteriálních funkèních systémù, uiteèné i k pochopení vztahu intracelulárních bakteriálních patogenù a jejich hostitelù. Ve speciální èásti jsou pak uvedeny pøíklady nìkolika typù intracelulárních bakteriálních patogenù, které se lií ve strategii parazitického vztahu k hostiteli a mají nìkteré unikátní molekulární èi strukturální sloky, které striktnì definují jejich vztah k bunìèným systémùm hostitelù.
12
Infekèní choroby a intracelulární parazitismus bakterií
Autoøi této publikace vìøí, e zde ètenáøi najdou uiteèné informace umoòující lepí orientaci ve sloité problematice vztahù mikroorganismù a makroorganismù týkající se omezené skupiny bakterií s vyhranìným ivotním stylem a doufají, e tyto informace jim usnadní dalí vìdeckou práci v oblasti mikrobiologie, imunologie, epidemiologie èi molekulární biologie.
Úvod
13
Úvod Vznik bakteriálních infekcí, aè se zdá být z pozice bakterie velice jednoduchý, je sloitý proces, kterého se úèastní jak molekulární struktury bakteriálních bunìk a jejich regulaèní mechanismy, tak strukturní a regulaèní sloky bunìk hostitelských. Tento multifaktorový proces lze rozdìlit na nìkolik postupných krokù, které jsou charakterizovány úèastí vymezených skupin bakteriálních èi hostitelských molekul. V prvé øadì musí bakterie vstoupit do pøímého kontaktu s hostitelskými bunìènými systémy prostøednictvím adhezních molekul nebo ligandù receptorových struktur. Následují reakce obou ivých organismù zprostøedkované systémy pøenosu signálù, je vedou k alteraci jejich genové exprese i zmìnì signálních systémù samotných. Pro úspìného patogena je výsledkem tìchto promìn jeho schopnost mnoit se v preferovaných tkáních èi nitrobunìèných prostorách hostitele. Zvyující se mnoství mikrobù èi jejich sloek v organismu vede k aktivaci obranných reakcí hostitele, které vytváøejí nepøíznivé prostøedí pro dalí setrvání bakterie v hostiteli. Ta se pak brání povrchovou expresí èi sekrecí efektorových molekul, které atak molekulárních a bunìèných hostitelských obranných systémù eliminují. Výsledkem støetu hostitelských a bakteriálních molekulárních systémù obrany je pokození bunìk a tkání hostitelského organismu. Nutno vak podotknout, e toto pokození mùe být výsledkem jak pùsobení bakteriálních molekulárních sloek (napø. toxinù), tak dùsledkem neadekvátní obranné reakce hostitele.
OBECNÁ ÈÁST
Vztah mikroorganismù a jejich hostitelù je dán koevolucí obou organismù
1
17
Vztah mikroorganismù a jejich hostitelù je dán koevolucí obou organismù
K pochopení vztahù prokaryotických a eukaryotických bunìk, jinak øeèeno bakterií a jejich hostitelù, bude uiteèné na poèátku zrekapitulovat evoluèní aspekty tìchto vztahù. Vztahy bakterií a jejich hostitelù lze obecnì rozliit na symbiotické, komenzální a patogenní. Symbiotický vztah byl definován jako vzájemné souití dvou rùzných organismù. Z tohoto vztahu má prospìch alespoò jeden ze zúèastnìných organismù (de Bary, 1879). Komenzální vztah znamená sdílení stejného prostoru dvìma ivými entitami bez zjevného prospìchu èi kodì druhého partnera. Patogenní vztah, na rozdíl od vztahu komenzálního, znamená evidentní prospìch jednoho partnera na úkor partnera druhého. Výsledkem patogenního vztahu je pak pokození èi smrt jednoho z partnerù. Obecnì se pøedpokládá, e ivot na Zemi vznikl pøiblinì pøed 3,6 miliardami let. Zhruba pøed 1,5 miliardou let dolo na základì prvních úspìnì realizovaných symbióz eubakterií a archaebakterií ke vzniku bunìèných organel, jádra, mitochondrií a plastidù (Margulis, 1996, Margulis et al., 2000). Tento symbiotický akt nebyl unikátní; pøedpokládá se, e aktù splynutí dvou nejaderných bezmitochondriálních bunìk byla celá øada, z nich pouze nìkteré vedly k postupnému vzniku eukaryotické buòky tak, jak ji známe dnes. I po vzniku eukaryotické buòky logicky docházelo a stále dochází k dalím interakcím, které snad ji od zaèátku mìly buï symbiotický, komenzální, èi patogenní charakter. Symbiotické vztahy mají významný podíl na evoluci ivých systémù. Pøednì je moné spatøovat význam symbiotického vztahu bakterií a jejich hostitelù v komplementaci moností svých i svých hostitelù ve vyuití nutrièních zdrojù. To následnì umonilo bakteriálním hostitelùm osídlovat nejrùznìjí ekologická prostøedí. Druhý význam symbiotismu bakterií a jejich hostitelù z hlediska evoluce ivých systémù je umonìní diverzifikace hostitelských organismù. Na principu symbiotismu byly vneseny do organismù nìkteré, z hlediska hostitelù nové metabolické dráhy, nové obranné mechanismy èi signální systémy a v krajních pøípadech byly vytvoøeny i nové tkánì nebo umonìna zmìna jejich rozsahu a funkce. Princip symbiotismu tak provází eukaryotické ivé systémy ji od svého vzniku a prakticky vedle genetické variability (na ní se ostatnì symbiotismus také podílí dìji souvisejícími s horizontálním pøenosem DNA jako je transformace, transdukce a konjugace) je druhým systémem, kterému vdìèí organismy za svoji evoluci.
*
18
Obecná èást
Ustálené symbiotické vztahy mezi bakteriemi a jejich hostiteli jsme schopni mapovat na základì pøetrvávajících bunìèných konglomerátù, pøièem se tento vztah nevyhýbá ivoèiným ani rostlinným taxonùm. Lze uvést celou øadu pøíkladù: symbiotický èi komenzální vztah Amoeba proteus a tzv. X-bakterií s nejasným efektem pro oba organismy, èlenovci a Buchnera spp. (bakterie tvoøí esenciální aminokyseliny) èi Wolbachia spp., pøevýkavci a Bacterioides spp., kdy bakterie vytvoøily monost zuitkování celulózy jako nového zdroje ivin do té doby nezuitkovatelného. U rostlin je snad nejznámìjí symbiotický vztah lutìnin s Rhizobium spp., které fixují dusík a pro které hostitelská rostlina vytvoøila nový orgán koøenové hlízky (pøehled viz napø. Steinert et al., 2000). Patogenní vztahy mezi bakteriemi a jejich hostiteli existují rovnì u celé øady taxonù. Nìkteré améby jsou usmrcovány v prùbìhu intracelulární proliferace mikrobù Legionella pneumophila (Gao et al., 1999) èi Francisella tularensis (Abd et al., 2003). Rovnì vztah prvoka Paramecium caudatum a gramnegativní bakterie druhu Holospora je moné oznaèit za patogenní (Kaltz, Koella, 2003). Z pochopitelných dùvodù jsou vak nejznámìjí patogenní vztahy bakterií a obratlovcù, zvlátì èlovìka. Dnes je známo více ne 200 prokaryotických patogenù schopných infikovat a vyvolat onemocnìní èlovìka. Rùzné patogeny se specializovaly na rùzná vnitøní prostøedí èlovìka. Nìkteré osídlují zaívací trakt (enteropatogenní a enterotoxigenní Escherichia coli, Salmonella spp.), jiné urogenitální trakt (Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia trachomatis), jsou schopny mnoit se na povrchu kùe (Staphylococcus aureus) èi na sliznici dutiny ústní (Streptococcus spp.). Skupina prokaryotických mikroorganismù je schopna pronikat a do nitra fagocytujících bunìk hostitelù, pøeít podmínky panující uvnitø jednotlivých intracelulárních prostøedí, cytosolu èi organel hostitelských bunìk, a pomnoit se. Z hlediska ivotního stylu je moné patogenní bakterie zaøadit do tøí skupin: extracelulární bakterie mnoící se na bunìèných povrích èi mimo kontakt s eukaryotickými buòkami, fakultativní intracelulární bakterie schopné proliferace vnì i uvnitø hostitelských bunìk a koneènì striktní èi obligátní intracelulární bakterie, které jsou schopny mnoení výhradnì uvnitø hostitelských bunìk. Pøíklady lidských bakteriálních patogenù schopných vyuívat jednotlivé niky pro pøeití a rozmnoování jsou uvedeny v tabulce 1. Rovnì patogenní vztahy významnou mìrou pøispívají k evoluci selekèním tlakem, který na sebe vzájemnì vyvíjejí oba partneøi. Tyto selekèní tlaky jsou zprostøedkovány komplexem fyzikálních a molekulárních velièin, jimi na sebe oba partneøi pùsobí a kterým se oba pøizpùsobují. Zkuenosti ukazují, e pokud je nové infekèní agens introdukováno do citlivé hostitelské populace, vzniklá infekce má v øadì pøípadù dramatický epidemický prùbìh.
Vztah mikroorganismù a jejich hostitelù je dán koevolucí obou organismù
19
Tab. 1 Pøíklady bakteriálních taxonù vyuívajících pro pøeití a proliferaci rùzná prostøedí Clostridium
Staphylococcus
Legionella
Listeria
Rickettsia
Vnìjí prostøedí
+
+
+
+
+
Vnìjí bunìèný povrch
-
+
+
+
+
Fagozom
-
-
+
+
+
Cytosol
-
-
-
+
+
Jádro
-
-
-
-
+
Prostøedí
Poznámka: Prakticky vechny patogenní bakterie, s výjimkou bakterií produkujících v extracelulárním prostøedí toxiny (viz uvedené Clostridium), kolonizují své hostitele. Vyuívají vìtinu dostupných extracelulárních i intracelulárních kompartmentù. Clostridium patøí ke skupinì bakteriálních patogenù smrtících pomocí toxinù, které se pøenáejí na hostitele potravou, stafylokoky se mnoí na mukózních povrích, legionelly a listerie patøí do skupiny fakultativních intracelulárních patogenù, rickettsie jsou obligátní nebo také striktní intracelulární patogeny.
V pozdìjích fázích, kdy ji patogen v populaci delí dobu persistuje, je patrná tendence ke sniování virulence, a to ze tøí dùvodù. Jednak je to sníení poètu citlivých jedincù v populaci zpùsobené úmrtností v prùbìhu epidemické fáze infekce, jednak vznikem imunity namíøené proti molekulárním cílùm mikroorganismu, které se podílejí na vyvolání infekce a koneèného patogenetického obrazu onemocnìní. Za pøíklad mùe slouit vnesení spalnièkového viru do izolovaných populací jihoamerických indiánù v 16. století uskuteènìné zprvu nevìdomky migrací relativnì rezistentní západoevropské populace do Jiní Ameriky. Zpoèátku byla úmrtnost prakticky stoprocentní, dnes se v nevakcinovaných populacích dìtská úmrtnost pohybuje okolo 30 %. Posledním dùvodem, který se vak spalnièek ji netýká, je spontánní vznik oslabených èi neivotaschopných variant patogenního agens pod tlakem zmìnìných podmínek v hostitelské populaci. Atenuace mùe vést a k ustavení rovnováhy ve vztahu k hostiteli, která vak mùe být kdykoli zmìnìna ve prospìch mikroorganismu buï oslabením individuálního hostitele, èi genetickou zmìnou samotného mikroorganismu navozenou mutací, èi horizontálním pøenosem genù kódujících nové faktory virulence.