Symbioza drobnoustrojów i odporność

Clostridium difficile z kału przykładowe zdjęcie kredyt: CDC Public Health Image Library

ludzki przewód pokarmowy (przewód pokarmowy) składa się z jamy ustnej, gardła, przełyku, żołądka, jelita cienkiego i jelita grubego i jest ciągłą rurką o długości 9 metrów; największa powierzchnia ciała wystawiona na działanie środowiska zewnętrznego. Jelito oferuje składniki odżywcze i ochronę drobnoustrojów, umożliwiając im rozwój dzięki społeczności drobnoustrojów jelitowych 1014 korzystnych i patogennych bakterii, archeonów, wirusów i eukariotów. W zamian wiele z tych drobnoustrojów pełni ważne funkcje dla gospodarza, w tym rozkład błonnika i produkcję witamin, w których drobnoustroje jelitowe mają co najmniej rolę w produkcji witamin, takich jak A, B2, B3, B5, B12, C, D I K.

w ludzkim jelicie układ odpornościowy wchodzi w kontakt z dużą liczbą obcych drobnoustrojów, zarówno korzystnych, jak i patogennych. Układ odpornościowy jest w stanie chronić gospodarza przed tymi patogennymi drobnoustrojami bez rozpoczynania niepotrzebnych i szkodliwych odpowiedzi immunologicznych na bodźce. Mikrobiota przewodu pokarmowego ma bezpośredni wpływ na odpowiedź immunologiczną organizmu człowieka. oznacza to, że regularna mikrobiota jest niezbędna dla zdrowego układu odpornościowego gospodarza, ponieważ organizm jest bardziej podatny na choroby zakaźne i niezakaźne.

Regulacja odpowiedzi immunologicznejedytuj

bakterie komensalne w przewodzie pokarmowym przeżywają pomimo obfitości lokalnych komórek odpornościowych. Homeostaza w jelicie wymaga stymulacji receptorów tollopodobnych przez drobnoustroje komensalne. Gdy myszy są wychowywane w Warunkach wolnych od zarazków, brakuje im krążących przeciwciał i nie mogą wytwarzać śluzu, białek przeciwbakteryjnych ani komórek T śluzówki. Ponadto myszy hodowane w Warunkach wolnych od zarazków nie mają tolerancji i często cierpią na reakcje nadwrażliwości. Dojrzewanie przewodu pokarmowego jest pośredniczone przez receptory rozpoznawania wzorców (PRRs), które rozpoznają nie-self patogen związane wzory molekularne (PAMPs), w tym składniki ściany komórkowej bakterii i kwasów nukleinowych. Dane te sugerują, że drobnoustroje komensalne pomagają w homeostazie jelit i rozwoju układu odpornościowego.

aby zapobiec ciągłej aktywacji komórek odpornościowych i wynikającemu z tego zapaleniu, gospodarze i bakterie ewoluowały, aby utrzymać homeostazę jelit i rozwój układu odpornościowego. Na przykład ludzki Symbiont Bacteroides fragilis wytwarza polisacharyd a (PSA), który wiąże się z receptorem toll-like 2 (TLR-2) na komórkach T CD4+. Podczas gdy sygnalizacja TLR2 może aktywować klirens peptydów, PSA indukuje odpowiedź przeciwzapalną, gdy wiąże się z TLR2 na komórkach T CD4+. Poprzez wiązanie TLR2, PSA hamuje prozapalne odpowiedzi TH17, promując tolerancję i ustanawiając komensalną kolonizację jelit.

drobnoustroje jelitowe komensalne tworzą różnorodne metabolity, które wiążą receptory węglowodorowe arylu (AHR). AHR jest indukowanym ligandem czynnikiem transkrypcyjnym występującym w komórkach odpornościowych i nabłonkowych, a wiązanie AHR jest wymagane do prawidłowej aktywacji immunologicznej, ponieważ wykazano, że brak wiązania AHR powoduje nadmierną aktywację komórek odpornościowych. Te metabolity drobnoustrojów są kluczowe dla ochrony gospodarza przed niepotrzebnym stanem zapalnym w jelitach.

rozwój izolowanych tkanek limfatycznychedytuj

drobnoustroje wywołują rozwój izolowanych pęcherzyków limfatycznych w jelicie cienkim ludzi i myszy, które są miejscami śluzowej odpowiedzi immunologicznej. Izolowane pęcherzyki limfatyczne (ILFs) zbierają antygeny przez komórki M, rozwijają Ośrodki germinalne i zawierają wiele komórek B. Gram-ujemne bakterie komensalne wywołują rozwój indukowalnych pęcherzyków limfatycznych poprzez uwalnianie peptydogylokanów zawierających kwas diaminopimelowy podczas podziału komórki. Peptydoglikany wiążą się z receptorem NOD1 na komórkach nabłonka jelita. W rezultacie komórki nabłonka jelita ulegają ekspresji ligand chemokiny 20 (CCL20) i Beta defenzyny 3. CCL20 i Beta-defenzyna 3 aktywują komórki, które pośredniczą w rozwoju izolowanych tkanek limfatycznych, w tym komórek indukujących tkankę limfatyczną i komórek organizujących tkankę limfatyczną.

Ponadto istnieją inne mechanizmy, dzięki którym komensale sprzyjają dojrzewaniu izolowanych pęcherzyków limfatycznych. Na przykład, produkty bakterii komensalnych wiążą się z TLR2 i TLR4, co powoduje transkrypcję TNF za pośrednictwem NF-kB, która jest wymagana do dojrzewania dojrzałych izolowanych pęcherzyków limfatycznych.

Ochrona przed patogenamiedytuj

drobnoustroje mogą zapobiegać wzrostowi szkodliwych patogenów poprzez zmianę pH, spożywanie składników odżywczych niezbędnych do przetrwania patogenów oraz wydzielanie toksyn i przeciwciał, które hamują wzrost patogenów.

immunoglobulina AEdit

IgA zapobiega wnikaniu i kolonizacji bakterii chorobotwórczych do jelit. Można go znaleźć jako monomer, dimer lub tetramer, umożliwiając Wiązanie wielu antygenów jednocześnie. IgA pokrywa chorobotwórcze powierzchnie bakteryjne i wirusowe (wykluczenie immunologiczne), zapobiegając kolonizacji poprzez blokowanie ich przywiązania do komórek śluzówki, a także może neutralizować Pampsy. IgA promuje rozwój regulatorowych komórek T TH17 i FOXP3+. Biorąc pod uwagę jego kluczową funkcję w przewodzie pokarmowym, liczba komórek plazmatycznych wydzielających IgA w jelicie czczym jest większa niż całkowita populacja komórek plazmatycznych szpiku kostnego, limfy i śledziony razem wziętych.

sygnały pochodzące od mikrobioty rekrutują komórki plazmatyczne wydzielające IgA do miejsc błon śluzowych. Na przykład, bakterie na powierzchniach wierzchołkowych komórek nabłonkowych są fagocytozowane przez komórki dendrytyczne znajdujące się pod plastrami Peyera i w blaszce proprii, ostatecznie prowadząc do różnicowania się komórek B w komórki plazmatyczne, które wydzielają IgA specyficzne dla bakterii jelitowych. Rola sygnałów pochodzących od mikrobioty w rekrutacji komórek plazmatycznych wydzielających IgA została potwierdzona w doświadczeniach z myszami bez patogenu i MyD88 KO leczonymi antybiotykami, które mają ograniczone wartości komensalne i zmniejszoną zdolność do odpowiedzi na te wartości. Liczba jelitowych komórek plazmatycznych CD11b+ Iga+ została zmniejszona u tych myszy, co sugeruje rolę komensali w rekrutacji komórek plazmatycznych wydzielających IgA. Na podstawie tych dowodów drobnoustroje komensalne mogą chronić gospodarza przed szkodliwymi patogenami poprzez stymulowanie produkcji IgA.

peptydy Przeciwdrobnoustrojoweedytuj

Nizyna struktura aminokwasu Zdjęcie kredyt: Cacattila

członkowie mikrobioty są zdolni do wytwarzania peptydów przeciwdrobnoustrojowych, chroniąc ludzi przed nadmiernym zapaleniem jelit i chorobami związanymi z drobnoustrojami. Różne komensale (głównie bakterie Gram-dodatnie) wydzielają bakteriocyny, peptydy, które wiążą się z receptorami na blisko spokrewnionych komórkach docelowych, tworząc przepuszczalne jonowo kanały i pory w ścianie komórkowej. Wynikowy wypływ metabolitów i zawartości komórek oraz rozpraszanie gradientów jonów powoduje śmierć komórek bakteryjnych. Jednakże bakteriocyny mogą również wywoływać śmierć poprzez translokację do przestrzeni peryplazmatycznej i rozszczepianie DNA niespecyficznie (colicyna E2), inaktywację rybosomu (colicyna E3), hamowanie syntezy peptydoglikanu, głównego składnika ściany komórkowej bakterii (colicyna M).

bakteriocyny mają ogromny potencjał w leczeniu chorób ludzkich. Na przykład biegunka u ludzi może być spowodowana różnymi czynnikami, ale często jest spowodowana przez bakterie, takie jak Clostridium difficile. Szczep Microbispora ATCC PTA – 5024 wydziela bakteriocynę microbisporicin, która zabija Clostridia poprzez ukierunkowanie syntezy prostaglandyn. Ponadto bakteriocyny są szczególnie obiecujące ze względu na różnice w mechanizmach niż antybiotyki, co oznacza, że wiele bakterii opornych na antybiotyki nie jest opornych na te bakteriocyny. Na przykład in vitro wzrost opornych na metycylinę S. aureus (MRSA) hamuje bakteriocyna nizyna a, wytwarzana przez Lactococcus lactis. Nizyna a hamuje oporny na metycylinę S. aureus przez wiązanie się z prekursorem syntezy ściany komórkowej bakterii, lipidem II. utrudnia to zdolność do syntezy ściany komórkowej, powodując zwiększoną przepuszczalność błony, zakłócenie gradientów elektrochemicznych i możliwą śmierć.

nabłonek jelitowy u ludzi jest wzmocniony węglowodanami takimi jak fukoza wyrażona na wierzchołkowej powierzchni komórek nabłonkowych. Bacteroides thetaiotaomicron-gatunek bakterii z jelita krętego i jelita grubego, stymuluje gen kodujący fukozę, Fut2, w komórkach nabłonka jelita. W tej mutualistycznej interakcji bariera nabłonka jelitowego jest ufortyfikowana, a ludzie są chronieni przed inwazją destrukcyjnych drobnoustrojów, podczas gdy korzyści B. thetaiotaomicron z tego powodu mogą wykorzystywać fukozę do produkcji energii i jej roli w regulacji genów bakteryjnych.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.