4 Pili
Pili är filamentösa, extracellulära strukturer som tillåter bakterier att fästa vid biotiska och abiotiska ytor. En mängd olika pili har identifierats på cellytan av Aeromonas spp. med tidiga studier som ursprungligen beskriver två distinkta pili-typer på grund av deras strukturella skillnader: kort styv (S / R) och långvågig (L / W) pili (Carrello, Silburn, Budden, & Chang, 1988; Ho, Mietzner, Smith, & Schoolnik, 1990). Aeromonas-stammar som samlats in från miljöprover rapporterades företrädesvis uppvisa ett stort antal S / R-pili, medan isolat från kliniska prover var mer benägna att producera ett litet antal L / W-pili (Carrello et al., 1988); föreslår L / W pili att vara inblandad i virulens. I gramnegativa bakterier finns det fyra huvudgrupper av bakteriell pili: pili sammansatt av ’chaperone-usher pathway’, typ IV pili, pili sammanställd av den extracellulära kärnbildningsvägen och pili monterad av den ’alternative chaperone-usher pathway’. Aeromonas spp. har visat sig uttrycka typ I-pili sammansatt av ’chaperone-usher pathway’ och typ IV pili. Ultrastrukturella studier utförda av Ho et al. (1990) på S / R pilus av A. hydrophila AH26 avslöjade pilin (major upprepande enhet hos pilus) att ha homologi med typ I och Pap (pyelonefritassocierad pili) pili från E. coli (Ho et al., 1990), och tillhör gruppen av pili som samlats av chaperone-usher-vägen. Typ I-pili från mesofila Aeromonas-arter har associerats med autoagglutination av celler men inte med patogenicitet. Vidhäftningsstudier från Honma och Nakasone (1990) visade att även om deras A. hydrophila-stam (Ae6) var mycket vidhäftande mot kanin- och humantarmar, blockerade inte antikroppar mot S / R-pili inte vidhäftning till celler och klippte av S / R-pili hade inte heller någon affinitet till värdceller. Generna som kodar för typ I pili har nu lokaliserats i genomet av ett antal Aeromonas-arter inklusive några mesofila arter och den psykrofila aeromonaden, A. salmonicida subsp salmonicida (Reith et al., 2008; Seshadri et al., 2006). Till skillnad från mesofila aeromonader verkar typen I pilus av A. salmonicida ha en roll i koloniseringen av atlantisk lax. Mutationsstudier utförda av Dacanay och kollegor (2010) visade att A. salmonicida som saknar typ I pilus operon har en minskad förmåga att fästa vid mag-tarmkanalen hos atlantisk lax. Men efter att ha följt var mutantförmågan att invadera värden jämförbar med vildtypen, vilket tyder på att typ I-pili endast är involverad i de initiala stadierna av kolonisering (Dacanay et al., 2010).
Betydande mängder arbete som utförts på aeromonadvidhäftning har koncentrerats till L / W-pelaren. Vidhäftningsstudier med en mängd olika mesofila stammar på 1990-talet betonade vikten av dessa bilagor i koloniseringen av värdvävnader. Mekaniskt avlägsnande av L / W-pili från bakteriecellytan, eller förbehandling av bakterieceller med en anti-pilin-antikropp, visade sig blockera bakteriell vidhäftning till en mängd olika djur- och humana cellinjer (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 i allmänhet en molekylvikt mellan 19 och 23 kDa och är antigeniskt olika, med endast den N-terminala aminosyrasekvensen som visar homologi för typ IV-piliner (Kirov & Sanderson, 1996). Vissa typ IV-pilar kan bilda trådnätverk eller buntar (Kirov, Hayward, et al., 1995) och det är i synnerhet dessa buntbildande pili (Bfp) som anses vara viktiga koloniseringsfaktorer i mesofil Aeromonas spp. Den första Bfp som isolerats från en art av Aeromonas var från A. veronii biovar sobria (stam BC88) (Kirov & Sanderson, 1996). Den N-terminala sekvensen för huvudpilinen från denna Bfp visade sekvenshomologi med mannos-känslig hemagglutinin (MSHA) typ IV pilin från Vibrio cholerae (Kirov & Sanderson, 1996) som tillhör till den ’klassiska’ typ IVa-familjen av piliner jämfört med den typ IVb-familj som Bfp vanligtvis tillhör. A. veronii bv. sobria buntbildande pilus visades därefter med genetiska medel att vara medlem i MSHA pilus-familjen (Hadi et al., 2012). Uttryck av MSHA pilus i dessa studier tycktes vara miljöreglerat eftersom A. veronii biovar sobria visade ökat uttryck när det odlades vid 22 ° C i flytande odling, jämfört med 37 ° C på fasta medier (Kirov & Sanderson, 1996). Dessa resultat överensstämde också med tidigare studier från Kirov, Hayward, et al.(1995) där A. veronii bv. sobria-isolat visade optimalt uttryck av trådformade strukturer vid 22 ° C, med några få miljöstammar som visade optimalt uttryck vid 7 ° C. Ytterligare undersökningar av typen IV pili närvarande på A. veronii bv. sobria resulterade i upptäckten av ett nytt typ IV-pilussystem, Tap pilus, som visade sig skilja sig avsevärt från Bfp (Kirov & Sanderson, 1996). Strax efter dess första upptäckt i A. veronii bv. sobria, Tap pili-biogenesgener identifierades i A. hydrophila (Ah65) (tapABCD) och befanns dela homologi med typ IV pilusgener i P. aeruginosa (pilABCD); generna från A. hydrophila kunde komplettera motsvarande mutationer i P. aeruginosa (Pepe, Eklund, & Strom, 1996). Även om Tap pili finns i alla Aeromonas-stammar vars genom hittills har sekvenserats, är mycket lite känt om deras funktion. Radering av Tap pilin-genen (tapA), och därför borttagning av Tap pilus-filamentet, hade ingen effekt på förmågan hos klinisk A. veronii bv. sobria-isolat för att vidhäfta HEp-2-celler, vidhäfta till humana tarmceller eller kolonisera en ung musmodell; liknande resultat rapporterades också med ett fiskisolat av A. hydrophila (Kirov, Barnett, Pepe, Strom, & Albert, 2000). Tap pilus bidrar till patogeniciteten hos den psykrofila aeromonaden A. salmonicida subsp. salmonicida vid infektion av atlantisk lax; även om det inte är viktigt för virulens eftersom tapA-mutanter behåller mycket av sin förmåga att kolonisera värden (Boyd et al., 2008). Genuttrycksanalys i A. salmonicida har visat att Tap pilus är konstitutivt uttryckt och tillsammans med tapABCD är Tap pilus-systemet också kodat på ytterligare 18 gener utspridda i genomet (Boyd et al., 2008), liknande den typ IV pili-gener av Pseudomonas och Neisseria spp. (Mattick, 2002). Medan Tap Pilus-rollen återstår att klargöra har dess biogenes starka konsekvenser för virulens på andra sätt. TapD, ett prepilinpeptidas (Pepe et al., 1996) krävs inte bara för bearbetning av prepilinerna (från flera pilussystem) innan de införlivas i pilusfilamentet utan också för bearbetning av pseudopilinerna i T2SS, är väsentliga för utsöndringen av många virulensfaktorer, såsom proteaser, hemolysin och DNas (Hadi et al., 2012; Kirov et al., 2000).
Tillsammans med MSHA och Tap pilus, en tredje typ IV pilus, som tillhör typen IVb-klassen, har också identifierats i A. salmonicida subsp. salmonicida, namngiven Flp pilus på grund av dess homologi med Flp-systemet för Actinobacillus actinomycetemcomitans (Boyd et al., 2008). I A. salmonicida är generna för denna pilus lokaliserade i en enda operon (flpA-L) och dess uttryck är järnreglerat, med uppreglering av generna som förekommer under låga järnförhållanden (Boyd et al., 2008). Mycket lite är känt om Flp pilus roll i Aeromonas och trots att det är ett reglerat system verkar det inte vara involverat i A. salmonicida virulens eftersom flp-bristande stammar helt behöll sin förmåga att kolonisera och infektera atlantisk lax (Boyd et al. ., 2008). Flp pilus har visat sig vara utbredd bland bakterier och bidrar till bildande av biofilm och autoagglutination (Kachlany et al., 2000; Planet, Kachlany, Fine, DeSalle, & Figurski, 2003) ; det kan därför vara viktigare i interaktioner mellan bakterier och bakterier snarare än interaktioner med värdceller.
Därför har tre distinkta typ IV-pili-system beskrivits i aeromonader, där de flesta arter har minst två av dessa. För mesofila aeromonader föreslog tidiga vidhäftningsstudier på 1990-talet att MSHA-buntbildande pilus är det huvudsakliga filamentösa tillägget som är ansvarigt för vävnadshäftning och kolonisering, men nyligen bestämdes detta genetiskt av Hadi et al. (2012). Ett 22 kb Bfp MSHA-lokus isolerades och karakteriserades från A. veronii bv. sobria som befanns bestå av 17 gener ordnade i två operoner, varav fyra kodade prepiliner (en major och tre minor) underenheterna i pilus-filamentet (Hadi et al., 2012). Man drog slutsatsen att alla fyra prepilinerna är väsentliga för pilusbiogenes med individuella mutationer i varje prepilingen som minskar bakteriell vidhäftning till HEp-2-celler med 90% (Hadi et al., 2012). Mutationernas förmåga att bilda biofilm analyserades också och visade att MSHA pilus-generna från A. veronii bv. sobria är väsentliga för bildandet av biofilm. Dessa studier bekräftade att MSHA pilus är det viktigaste vidhäftningssystemet i A. veronii bv. sobrien och detta kan också vara fallet för andra mesofila Aeromonas-arter. Även om MSHA pilus-operonen är närvarande i A. salmonicida, finns det en radering av åtta gener inom operonen, inklusive genen som kodar för huvudpilinen (Boyd et al., 2008). MSHA pilus i A.salmonicida förväntas därför inte uttryckas och verkar därför bara hjälpa virulensen hos mesofila aeromonader.