QS-Регуляция у Pseudomonas aeruginosa и Burkholderia cepacia
Из патогенных бактерий лучше всего изучены QS-системы Pseudomonas aeruginosa и Burkholderia cepacia . В клетках Pseudomonas aeruginosa, оппортунистического патогена человека, вызывающего тяжелые инфекции дыхательных путей, большое количество генов, включая гены, ответственные за синтез факторов вирулентности , активируются двумя QS- системами типа LuxI-LuxR: LasI-LasR и RhlI-RhlR ( рис. 2 ). Белок LasI отвечает за продукцию аутоиндуктора N-(3оксододеканоил)-гомосеринлактона (3OC12-HSL) . Белок RhlI - это синтаза N-бутирил-гомосеринлактона (C4-HSL) . Система LasI-LasR регулирует синтез секретируемых факторов вирулентности , ответственных за деструкцию тканей организма-хозяина при инициировании инфекционного процесса: эластазы, протеазы, экзотоксина и щелочной фосфатазы, кодируемых генами lasB , lasA , toxA , lasA и aprA . QS-система LasR-LasI активирует также экспрессию генов второй QS-системы P. aeruginosa, RhlI- RhlR, приводя к ее индукции. Комплекс белка RhlR с аутоиндуктором C4-HSL индуцирует экспрессию двух генов, регулируемых QS-системой первого типа, - lasB-гена и aprA-гена . Этот комплекс участвует также в регуляции экспрессии еще нескольких генов, важных для вирулентности бактерий и их выживания в природных условиях: гена rpoS , который кодирует сигмаS-субъединицу РНК-полимеразы , ключевой фактор транскрипции большинства генов, экспрессирующихся при переходе клеток в стационарную фазу роста; генов, участвующих в синтезе антибиотика пиоцианина ; рамнолипидов ; гена lecA , кодирующего цитотоксический лектин. Экспрессия более 600 генов P. aeruginosa контролируется QS [ De Kievit and Iglevski, 2000 ; Suga and Smith, 2003 ; Schuster et al. 2003 ; Wagner et al. 2003 ].
Чрезвычайно интересно, что 3OC12-HSL может оказывать непосредственное действие на организм. Молекулы 3OC12-HSL взаимодействуют с компонентами иммунной системы, такими, как интерлейкины , модулируя иммунный ответ организма на P. aeruginosa ; подавляют пролиферацию лимфоцитов , дифференцировку T-клеток , продукцию цитокинов , уменьшают продукцию факторов некроза опухолей альфа и IL-12 ; инъекции этого соединения индуцировали у мышей воспалительный процесс [ Telford et al. 1998 ; Ritchie et al. 2005 ; Smith et al. 2002 ].
У P. aeruginosa был обнаружен аутоиндуктор иной природы - 2-гептил-3-гидроокси-4-хинолон (PQS) . PQS частично регулирует экспрессию гена эластазы lasB вместе с двумя описанными выше QS-системами. Для синтеза PQS необходим белок LasR , а PQS, в свою очередь, активирует транскрипцию гена rhlI [ Pesci et al. 1999 ; Deziel et al. 2004 ; Wade et al 2005 ]. Таким образом, QS системы принимают участие в контроле вирулентности P. aeruginosa в сложной, иерархической сети регуляции. Активировать QS-системы, содержащие белки LuxR-типа , могут также дикетопиперазины - циклические дипептиды, продуцируемые P. aeruginosa и некоторыми другими грамотрицательными бактериями [ Holden et al. 1999 ; Degrassi et al. 2002 ].
Микроскопическое исследование легких у больных кистозным фиброзом показало, что P. aeruginosa обитает там преимущественно в составе биопленок . Оказалось, что клетки P. aeruginosa, несущие мутацию lasI , не формируют зрелых биопленок, их образование останавливается на стадии микроколоний. Эти мутации могли быть комплементированы добавлением экзогенным 3OC12-HSL [ Davies et al. 1998 ]. Образование биопленок может быть важнейшим фактором колонизации легких этим патогеном [ Costerton et al. 1999 ; Singh et al. 2000 ; Ильина и др. 2004 ].
Другая патогенная бактерия, роль QS в регуляции вирулентности которой активно изучается - Burkholderia cepacia - содержит CepI-CepR QS-систему, участвующую в регуляции факторов патогенности (экзопротеаза, сидерофоры). Синтез аутоиндукторов QS-регуляции - N-октаноил-гомосеринлактона (C8-HSL) и N-гексаноил-гомосеринлактона (C6-HSL) - у этой бактерии очень слабый.
Показано, что при легочных инфекциях у большинства больных кистозным фиброзом выявляются одновременно B. cepacia и P. aeruginosa . При этом межвидовая коммуникация между этими бактериями могла усиливать патогенность B. cepacia. Так, добавление культуральной жидкости P. aeruginosa к культурам B. cepacia приводило к существенному увеличению экзопротеазной активности и продукции сидерофоров [ De Kievit and Iglevski, 2000 ; McKenney et al. 1995 ; Riedel et al. 2001 ; Lewenza et al. 2002 ]. Это был первый пример, когда бактерия могла регулировать продукцию своих факторов патогенности за счет аутоиндуктора , синтезируемого другой бактерией. Изучение подобных особенностей поведения бактерий в природных условиях открывает новые аспекты, важные для эпидемиологии. Действительно, в настоящее время в эпидемиологии не учитываются такие вполне возможные ситуации, когда взаимодействие непатогенных бактерий - продуцентов AHL и слабо патогенных бактерий (или практически непатогенных в данных условиях) может привести к развитию инфекции. Существующие данные настоятельно ставят вопрос о необходимости серьезного изучения коммуникации различных бактерий в природных условиях и молекулярных механизмов подобной коммуникации.
