4 Pili
Pili zijn filamenteuze, extracellulaire structuren waardoor bacteriën zich kunnen hechten aan biotische en abiotische oppervlakken. Een verscheidenheid aan pili is geïdentificeerd op het celoppervlak van Aeromonas spp. met vroege studies die in eerste instantie twee verschillende pili-typen beschrijven vanwege hun structurele verschillen: korte stijve (S / R) en langgolvige (L / W) pili (Carrello, Silburn, Budden, & Chang, 1988; Ho, Mietzner, Smith, & Schoolnik, 1990). Van aeromonas-stammen verzameld uit omgevingsmonsters werd gerapporteerd dat ze bij voorkeur grote aantallen S / R-pili vertoonden, terwijl isolaten uit klinische monsters eerder kleine aantallen L / W-pili produceerden (Carrello et al., 1988); stelt voor dat L / W pili betrokken is bij virulentie. In gramnegatieve bacteriën zijn er vier hoofdgroepen van bacteriële pili: pili samengesteld door de ‘chaperone-usher pathway’, type IV pili, pili samengesteld door de extracellulaire nucleation pathway en pili samengesteld door de ‘alternatieve chaperone-usher pathway’. Aeromonas spp. bleken pili type I uit te drukken, samengesteld door de ‘chaperone-usher pathway’ en pili type IV. Ultra-structurele studies uitgevoerd door Ho et al. (1990) over de S / R-pilus van A. hydrophila AH26 onthulde dat de piline (belangrijkste herhalende eenheid van de pilus) homologie had met type I en Pap (pyelonefritis-geassocieerde pili) pili van E. coli (Ho et al., 1990), en behoren tot de groep pili die is samengesteld door de chaperonne-bode. Type I pili van mesofiele Aeromonas-soorten zijn in verband gebracht met auto-agglutinatie van cellen, maar niet met pathogeniteit. Adherentiestudies van Honma en Nakasone (1990) toonden aan dat hoewel hun A. hydrophila-stam (Ae6) in hoge mate hecht aan konijnen- en menselijke darmen, antilichamen opgewekt tegen de S / R-pili de hechting aan cellen niet blokkeerden en de S / R-pili had ook geen affiniteit met gastheercellen. De genen die coderen voor pili van type I zijn nu gelokaliseerd in de genomen van een aantal Aeromonas-soorten, waaronder enkele mesofiele soorten en de psychrofiele aeromonad, A. salmonicida subsp salmonicida (Reith et al., 2008; Seshadri et al., 2006). In tegenstelling tot mesofiele aeromonaden lijkt de type I pilus van A. salmonicida wel een rol te spelen bij de kolonisatie van Atlantische zalm. Mutatiestudies uitgevoerd door Dacanay en collega’s (2010) toonden aan dat A. salmonicida zonder het type I pilus operon een verminderd vermogen heeft om zich te hechten aan het maagdarmkanaal van Atlantische zalm. Echter, eenmaal gehandhaafd, was het vermogen van mutanten om de gastheer binnen te vallen vergelijkbaar met het wildtype, wat suggereert dat type I pili alleen betrokken is in de eerste stadia van kolonisatie (Dacanay et al., 2010).
Aanzienlijke hoeveelheden van het werk dat is uitgevoerd op de hechting van aeromonad heeft zich geconcentreerd op de L / W pili. Therapietrouwstudies met een verscheidenheid aan mesofiele stammen in de jaren negentig benadrukten het belang van deze aanhangsels bij de kolonisatie van gastheerweefsels. Mechanische verwijdering van L / W-pili van het bacteriële celoppervlak, of voorbehandeling van bacteriële cellen met een antipiline-antilichaam, bleek de bacteriële hechting aan een verscheidenheid aan dierlijke en menselijke cellijnen te blokkeren (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-pilins hebben over het algemeen een molecuulgewicht tussen 19 en 23 kDa en zijn antigeen divers, waarbij alleen de N-terminale aminozuursequentie homologie vertoont met type IV-pilins (Kirov & Sanderson, 1996). Sommige type IV pili zijn in staat om filamenteuze netwerken of bundels te vormen (Kirov, Hayward, et al., 1995) en het zijn in het bijzonder deze bundelvormende pili (Bfp) die als belangrijke kolonisatiefactoren worden beschouwd in mesofiele Aeromonas spp. De eerste Bfp die uit een soort van Aeromonas werd geïsoleerd, was van A. veronii biovar sobria (stam BC88) (Kirov & Sanderson, 1996). De N-terminale sequentie van de belangrijkste piline van deze Bfp vertoonde sequentiehomologie met de mannose-gevoelige hemagglutinine (MSHA) type IV piline van Vibrio cholerae (Kirov & Sanderson, 1996) tot de ‘klassieke’ type IVa-familie van pilins vergeleken met de type IVb-familie waartoe Bfp gewoonlijk behoort. De A. veronii bv. Vervolgens werd met genetische middelen aangetoond dat sobria-bundelvormende pilus lid is van de MSHA-pilusfamilie (Hadi et al., 2012). Expressie van de MSHA-pilus in deze onderzoeken leek ecologisch gereguleerd, aangezien A. veronii biovar sobria verhoogde expressie vertoonde bij kweek bij 22 ° C in vloeibare cultuur, vergeleken met 37 ° C op vaste media (Kirov & Sanderson, 1996). Deze resultaten kwamen ook overeen met eerdere onderzoeken van Kirov, Hayward, et al.(1995) waar A. veronii bv. sobria-isolaten vertoonden optimale expressie van filamenteuze structuren bij 22 ° C, waarbij enkele omgevingsstammen optimale expressie vertoonden bij 7 ° C. Nader onderzoek van de type IV pili aanwezig op A. veronii bv. sobria resulteerde in de ontdekking van een nieuw type IV pilussysteem, de Tap pilus, dat significant bleek te verschillen van de Bfp (Kirov & Sanderson, 1996). Kort na de eerste detectie bij A. veronii bv. sobria, Tap pili biogenese genen werden geïdentificeerd in A. hydrophila (Ah65) (tapABCD) en bleken homologie te delen met type IV pilus genen in P. aeruginosa (pilABCD); de genen van A. hydrophila waren in staat om overeenkomstige mutaties in P. aeruginosa te complementeren (Pepe, Eklund, & Strom, 1996). Hoewel Tap-pili aanwezig zijn in alle Aeromonas-stammen waarvan de genomen tot dusverre zijn gesequenced, is er zeer weinig bekend over hun functie. Het verwijderen van het Tap-pilin-gen (tapA), en dus het verwijderen van het Tap-pilus-filament, had geen effect op het vermogen van klinische A. veronii bv. sobria-isolaten om zich te hechten aan HEp-2-cellen, zich te hechten aan menselijke darmcellen of een jong muismodel te koloniseren; soortgelijke bevindingen werden ook gerapporteerd met een visisolaat van A. hydrophila (Kirov, Barnett, Pepe, Strom, & Albert, 2000). De Tap pilus draagt bij aan de pathogeniteit van de psychrofiele aeromonad A. salmonicida subsp. salmonicida echter bij het infecteren van Atlantische zalm; hoewel het niet essentieel is voor virulentie, aangezien tapA-mutanten veel van hun vermogen behouden om de gastheer te koloniseren (Boyd et al., 2008). Genexpressieanalyse bij A. salmonicida heeft aangetoond dat de Tap-pilus constitutief tot expressie wordt gebracht en samen met tapABCD wordt het Tap-pilussysteem ook gecodeerd op nog eens 18 genen verspreid over het genoom (Boyd et al., 2008), vergelijkbaar met het type IV pili-genen van Pseudomonas en Neisseria spp. (Mattick, 2002). Hoewel de rol van de Tap-pilus nog moet worden opgehelderd, heeft de biogenese op andere manieren sterke implicaties voor virulentie. TapD, een prepilin-peptidase (Pepe et al., 1996) is niet alleen nodig voor de verwerking van de prepilins (van meerdere pilussystemen) voordat ze in het pilusfilament worden opgenomen, maar ook voor de verwerking van de pseudopilines van de T2SS, dat zijn essentieel voor de uitscheiding van vele virulentiefactoren, zoals proteasen, hemolysine en DNase (Hadi et al., 2012; Kirov et al., 2000).
Samen met de MSHA en Tap pilus, een derde type IV pilus, behorende tot de type IVb klasse, is ook geïdentificeerd in de A. salmonicida subsp. salmonicida, de Flp-pilus genoemd vanwege zijn homologie met het Flp-systeem van Actinobacillus actinomycetemcomitans (Boyd et al., 2008). Bij A. salmonicida bevinden de genen voor deze pilus zich in een enkel operon (flpA-L) en is de expressie ervan door ijzer gereguleerd, waarbij opregulatie van de genen plaatsvindt onder omstandigheden met weinig ijzer (Boyd et al., 2008). Er is zeer weinig bekend over de rol van de Flp-pilus in Aeromonas en ondanks dat het een gereguleerd systeem is, lijkt het niet betrokken te zijn bij A. salmonicida-virulentie aangezien flp-deficiënte stammen hun vermogen om Atlantische zalm te koloniseren en infecteren volledig behielden (Boyd et al. ., 2008). De Flp-pilus is wijdverspreid onder bacteriën en draagt bij aan biofilmvorming en auto-agglutinatie (Kachlany et al., 2000; Planet, Kachlany, Fine, DeSalle, & Figurski, 2003) ; het kan daarom belangrijker zijn bij de interacties tussen bacteriën en bacteriën in plaats van bij de interactie tussen de gastheercellen.
Daarom zijn er drie verschillende type IV pilisystemen beschreven in aeromonads, waarbij de meeste soorten er ten minste twee van hebben. Voor mesofiele aeromonaden suggereerden vroege therapietrouwstudies in de jaren negentig dat de MSHA-bundelvormende pilus het belangrijkste filamenteuze aanhangsel is dat verantwoordelijk is voor weefseladhesie en kolonisatie, maar pas recentelijk werd dit genetisch bepaald door Hadi et al. (2012). Een Bfp MSHA-locus van 22 kb werd geïsoleerd en gekarakteriseerd uit A. veronii bv. sobria die bleek te bestaan uit 17 genen gerangschikt in twee operons, waarvan er vier codeerden voor prepilins (één grote en drie kleine) de subeenheden van het pilusfilament (Hadi et al., 2012). Er werd geconcludeerd dat alle vier de prepilines essentieel zijn voor pilusbiogenese met individuele mutaties in elk prepilin-gen, waardoor de bacteriële hechting aan HEp-2-cellen met 90% wordt verminderd (Hadi et al., 2012). Het vermogen van de mutanten om biofilms te vormen werd ook onderzocht en er werd aangetoond dat de MSHA pilusgenen van A. veronii bv. sobria zijn essentieel voor de vorming van biofilm. Deze onderzoeken bevestigden dat de MSHA-pilus het belangrijkste therapietrouwsysteem is bij A. veronii bv. sobria en dit zou ook het geval kunnen zijn voor andere mesofiele Aeromonas-soorten. Hoewel het MSHA-pilusoperon aanwezig is in A. salmonicida, is er een deletie van acht genen binnen het operon, inclusief het gen dat codeert voor de belangrijkste piline (Boyd et al., 2008). De MSHA-pilus in A.salmonicida wordt daarom naar verwachting niet tot expressie gebracht en lijkt dus alleen de virulentie van mesofiele aeromonaden te helpen.