4 Pili
Pili er filamentøse, ekstracellulære strukturer som lar bakterier feste seg til biotiske og abiotiske overflater. En rekke pili er blitt identifisert på celleoverflaten til Aeromonas spp. med tidlige studier som opprinnelig beskriver to forskjellige pili-typer på grunn av deres strukturelle forskjeller: kort stiv (S / R) og langbølget (L / W) pili (Carrello, Silburn, Budden, & Chang, 1988; Ho, Mietzner, Smith, & Schoolnik, 1990). Aeromonas-stammer samlet fra miljøprøver ble rapportert å ha fortrinnsvis stort antall S / R pili, mens isolater fra kliniske prøver var mer sannsynlig å produsere lite antall L / W pili (Carrello et al., 1988); foreslår at L / W pili skal være involvert i virulens. I gramnegative bakterier er det fire hovedgrupper av bakteriell pili: pili samlet av ‘chaperone-usher pathway’, type IV pili, pili assembled by the extracellular nucleation pathway and pili assembled by the ‘alternative chaperone-usher pathway’. Aeromonas spp. har blitt funnet å uttrykke type I pili samlet av ‘chaperone-usher pathway’ og type IV pili. Ultrastrukturelle studier utført av Ho et al. (1990) på S / R pilus av A. hydrophila AH26 avslørte pilin (major repeterende enhet av pilus) å ha homologi med type I og Pap (pyelonefritt-assosiert pili) pili fra E. coli (Ho et al., 1990), og tilhører gruppen av pili samlet av veien til chaperone-usher. Type I pili fra mesofile Aeromonas-arter har vært assosiert med autoagglutinering av celler, men ikke med patogenisitet. Overholdelsesstudier fra Honma og Nakasone (1990) viste at selv om deres A. hydrophila-stamme (Ae6) var svært vedheftende mot tarmene fra kanin og mennesker, blokkerte ikke antistoffer mot S / R-pili adherensen til celler og klippet av S / R pili hadde heller ingen tilhørighet til vertsceller. Genene som koder for type I pili har nå blitt lokalisert i genomene til en rekke Aeromonas-arter, inkludert noen mesofile arter og den psykrofile aeromonaden, A. salmonicida subsp salmonicida (Reith et al., 2008; Seshadri et al., 2006). I motsetning til mesofile aeromonader ser typen I pilus av A. salmonicida ut til å ha en rolle i koloniseringen av atlantisk laks. Mutasjonsstudier utført av Dacanay og kollegaer (2010) viste at A. salmonicida mangler type I pilus operon har redusert evne til å feste seg til mage-tarmkanalen til atlantisk laks. Imidlertid var den mutante evnen til å invadere verten, når den var overholdt, sammenlignbar med villtypen, noe som antydet at type I pili bare var involvert i de innledende stadiene av koloniseringen (Dacanay et al., 2010).
Betydelige mengder arbeid utført på aeromonad vedheft har konsentrert seg om L / W pili. Tilslutningsstudier med en rekke mesofile stammer på 1990-tallet fremhevet viktigheten av disse vedhengene i koloniseringen av vertsvev. Mekanisk fjerning av L / W-pili fra bakteriecelleoverflaten, eller forbehandling av bakterieceller med et anti-pilin-antistoff, ble vist å blokkere bakteriell overholdelse av en rekke dyre- og humane cellelinjer (Barnett & Kirov, 1999; Hokama, Honma, & Nakasone, 1990; Honma & Nakasone, 1990; Iwanaga & Hokama, 1992; Kirov, Hayward, & Nerrie, 1995; Nakasone, Iwanaga, Yamashiro, Nakashima, & Albert, 1996). L / W-piliner har generelt en molekylvekt mellom 19 og 23 kDa og er antigenisk forskjellige, med bare den N-terminale aminosyresekvensen som viser homologi til type IV-piliner (Kirov & Sanderson, 1996). Noen type IV-pili er i stand til å danne trådformede nettverk eller bunter (Kirov, Hayward, et al., 1995), og det er spesielt disse bunndannende piliene (Bfp) som regnes som viktige koloniseringsfaktorer i mesofil Aeromonas spp. Den første Bfp isolert fra en art av Aeromonas var fra A. veronii biovar sobria (stamme BC88) (Kirov & Sanderson, 1996). Den N-terminale sekvensen av hovedpilinen fra denne Bfp viste sekvenshomologi med mannosefølsom hemagglutinin (MSHA) type IV pilin fra Vibrio cholerae (Kirov & Sanderson, 1996) som hører hjemme til den ‘klassiske’ type IVa-familien av pilins sammenlignet med typen IVb-familien som Bfp vanligvis hører til. A. veronii bv. sobria bunndannende pilus ble senere vist på genetisk vis å være medlem av MSHA pilus-familien (Hadi et al., 2012). Ekspresjon av MSHA pilus i disse studiene så ut til å være miljøregulert da A. veronii biovar sobria viste økt ekspresjon når den ble dyrket ved 22 ° C i flytende kultur, sammenlignet med 37 ° C på faste medier (Kirov & Sanderson, 1996). Disse resultatene stemte også overens med tidligere studier fra Kirov, Hayward, et al.(1995) hvor A. veronii bv. sobria-isolater viste optimal ekspresjon av trådformede strukturer ved 22 ° C, med noen få miljøstammer som viste optimal ekspresjon ved 7 ° C. Videre undersøkelser av type IV pili til stede på A. veronii bv. sobria resulterte i oppdagelsen av et nytt type IV pilus-system, Tap pilus, som ble funnet å skille seg betydelig fra Bfp (Kirov & Sanderson, 1996). Kort tid etter at den ble oppdaget i A. veronii bv. sobria, Tap pili biogenesegener ble identifisert i A. hydrophila (Ah65) (tapABCD) og funnet å dele homologi med type IV pilusgener i P. aeruginosa (pilABCD); genene fra A. hydrophila var i stand til å utfylle tilsvarende mutasjoner i P. aeruginosa (Pepe, Eklund, & Strom, 1996). Selv om Tap pili er til stede i alle Aeromonas-stammer hvis genom er hittil blitt sekvensert, er det veldig lite kjent om deres funksjon. Sletting av Tap pilin-genet (tapA), og derfor sletting av Tap pilus-filamentet, hadde ingen effekt på evnen til klinisk A. veronii bv. sobria isolater for å feste seg til HEp-2 celler, feste seg til humane tarmceller eller kolonisere en ung musemodell; lignende funn ble også rapportert med et fiskeisolat av A. hydrophila (Kirov, Barnett, Pepe, Strom, & Albert, 2000). Tap pilus bidrar til patogenisiteten til den psykrofile aeromonaden A. salmonicida subsp. salmonicida, men ved infeksjon av atlantisk laks; selv om det ikke er viktig for virulens, da tapA-mutanter beholder mye av sin evne til å kolonisere verten (Boyd et al., 2008). Genekspresjonsanalyse i A. salmonicida har vist at Tap pilus er konstitutivt uttrykt, og sammen med tapABCD er Tap pilus-systemet også kodet på ytterligere 18 gener spredt rundt genomet (Boyd et al., 2008), i likhet med typen IV pili gener av Pseudomonas og Neisseria spp. (Mattick, 2002). Mens Tap Pilus-rollen fortsatt skal belyses, har biogenesen sterke implikasjoner i virulens på andre måter. TapD, en prepilinpeptidase (Pepe et al., 1996) er ikke bare nødvendig for prosessering av prepilinene (fra flere pilus-systemer) før de blir innlemmet i pilusfilamentet, men også for prosessering av pseudopiliner av T2SS, at er essensielle for utskillelsen av mange virulensfaktorer, som proteaser, hemolysin og DNase (Hadi et al., 2012; Kirov et al., 2000).
Sammen med MSHA og Tap pilus, en tredje type IV pilus, som tilhører type IVb-klassen, har også blitt identifisert i A. salmonicida subsp. salmonicida, kalt Flp pilus på grunn av sin homologi med Flp-systemet til Actinobacillus actinomycetemcomitans (Boyd et al., 2008). I A. salmonicida er genene for denne pilusen lokalisert i en enkelt operon (flpA-L) og ekspresjonen er jernregulert, med oppregulering av genene som forekommer under lave jernforhold (Boyd et al., 2008). Svært lite er kjent om rollen til Flp pilus i Aeromonas, og til tross for at det er et regulert system, ser det ikke ut til å være involvert i A. salmonicida virulens, da flp-mangelfulle stammer fullstendig beholdt sin evne til å kolonisere og infisere atlantisk laks (Boyd et al. ., 2008). Flp pilus har vist seg å være utbredt blant bakterier og bidrar til dannelse av biofilm og autoagglutinasjon (Kachlany et al., 2000; Planet, Kachlany, Fine, DeSalle, & Figurski, 2003) ; det kan derfor være viktigere i interaksjoner mellom bakterier og bakterier i stedet for interaksjoner med vertsceller.
Derfor er tre forskjellige type IV-pili-systemer blitt beskrevet i aeromonader, hvor de fleste arter har minst to av disse. For mesofile aeromonader antydet tidlige tilslutningsstudier på 1990-tallet at MSHA-bunndannende pilus er det viktigste filamentøse vedlegget som er ansvarlig for vevsoverholdelse og kolonisering, men først nylig ble dette genetisk bestemt av Hadi et al. (2012). Et 22 kb Bfp MSHA-lokus ble isolert og karakterisert fra A. veronii bv. sobria som ble funnet å bestå av 17 gener ordnet i to operoner, hvorav fire kodet prepiliner (en major og tre minor) underenhetene til pilus-filamentet (Hadi et al., 2012). Det ble konkludert med at alle fire prepilinene er essensielle for pilusbiogenese med individuelle mutasjoner i hvert prepilin-gen som reduserer bakteriell overholdelse av HEp-2-celler med 90% (Hadi et al., 2012). Evnen til mutantene til å danne biofilm ble også analysert og demonstrert at MSHA pilus-gener av A. veronii bv. sobria er viktig for dannelse av biofilm. Disse studiene bekreftet at MSHA pilus er det viktigste etterlevelsessystemet i A. veronii bv. sobria og dette kan også være tilfelle for andre mesofile Aeromonas-arter. Selv om MSHA pilus-operon er til stede i A. salmonicida, er det en sletting av åtte gener i operonet, inkludert genet som koder for hovedpilinen (Boyd et al., 2008). MSHA pilus i A.Det forventes derfor ikke at salmonicida kommer til uttrykk, og det ser ut til at det bare hjelper virulensen til mesofile aeromonader.