Zachovat buňky - Persister cells
Zachovat buňky jsou subpopulace buněk, které odolávají léčbě a stávají se antimikrobiální tolerantní změnou do stavu klidu nebo klid.[1][2] Buňky perzistence se v klidu nerozdělí.[3] Tolerance uvedená v persistentních buňkách se liší od antimikrobiální rezistence v tom, že tolerance není zděděna a je reverzibilní.[4] Po ukončení léčby lze stav klidu zvrátit a buňky se mohou znovu aktivovat a množit. Většina přetrvávajících buněk je bakteriálních a existují také houbové přetrvávající buňky,[5] kvasinkové přetrvávající buňky a rakovinové přetrvávající buňky, které vykazují toleranci vůči léky proti rakovině.[6]
Dějiny
Uznání bakteriálních persistujících buněk sahá až do roku 1944, kdy Joseph Bigger, irský lékař pracující v Anglii, experimentoval s nedávno objevenými penicilin. Větší použitý penicilin lyžovat suspenzi bakterií a poté naočkovat a kultivační médium s kapalinou ošetřenou penicilinem. Kolonie bakterií bylo schopno růst po expozici antibiotikům. Důležité pozorování, které provedl Bigger, bylo, že tato nová populace může být opět téměř vyloučena použitím penicilinu, s výjimkou malé zbytkové populace. Zbylé organismy tedy nebyly mutanty rezistentními na antibiotika, ale spíše subpopulací toho, co nazval „persisters“.[7] Nyní je známo, že tvorba bakteriálních persistencí je běžným jevem, který může nastat při tvorbě persistujících buněk před léčbou antibiotiky.[8] nebo v reakci na různé antibiotika.[9]
Význam pro chronické infekce
Antimikrobiální tolerance je dosažena malou subpopulací mikrobiálních buněk nazývaných perzistující.[7] Persistory nejsou mutanti, ale spíše spící buňky, které mohou přežít antimikrobiální látky, které účinně eliminují jejich mnohem větší počet. Přetrvávající buňky vstoupily do nerostoucího nebo extrémně pomalu rostoucího fyziologického stavu, což je činí tolerantními (necitlivými nebo odolnými) vůči působení antimikrobiálních látek. Když takové přetrvávají patogenní mikroby nelze imunitním systémem eliminovat, stávají se zásobárnou, ze které se opakuje infekce se bude vyvíjet.[10] Bylo pozorováno, že takové nerostoucí bakterie přetrvávají během infekcí z Salmonella.[11] Přetrvávající buňky jsou hlavní příčinou recidivující a chronické infekce.[2][5]
Druhy bakterií Listeria monocytogenes hlavní původce listerióza Bylo prokázáno, že vykazuje perzistenci během infekce v hepatocytů a trofoblast buňky. Obvyklý aktivní životní styl se může změnit a bakterie mohou zůstat v intracelulárních vakuolách a vstupovat do pomalého nerostoucího stavu perzistence, což podporuje jejich přežití z antibiotik.[12]
Plísňové perzistující buňky jsou běžnou příčinou opakujících se infekcí způsobených Candida albicans běžná infekce implantátů biofilmem.[5]
Lékařský význam
Antibiotická tolerance představuje lékařsky důležité výzvy. Je do značné míry zodpovědný za neschopnost vymýtit bakteriální infekce antibiotickou léčbou. Buňky Persister jsou vysoce obohacené biofilmy, a to ztěžuje léčbu nemocí souvisejících s biofilmem. Příkladem jsou chronické infekce implantován zdravotnické prostředky jako např katétry a umělé klouby, infekce močového ústrojí, infekce středního ucha a smrtelné plicní onemocnění.
Odpor vs tolerance
Na rozdíl od rezistence na více léků a antimikrobiální rezistence, antimikrobiální tolerance je přechodná a není dědičná.[2][7][10] Antibiotické tolerantní persistentní buňky nejsou odolný vůči antibiotikům mutanti. Rezistence je způsobena nově získanými genetickými vlastnostmi (mutací nebo horizontální přenos genů ) které jsou dědičný a uděluje schopnost růstu při zvýšených koncentracích antibiotik. Naproti tomu tolerantní bakterie mají totéž minimální inhibiční koncentrace (MIC) jako citlivé bakterie,[3] a liší se v délce léčby, kterou mohou přežít. Antibiotická tolerance může být způsobena reverzibilním fyziologickým stavem v malé subpopulaci geneticky identických buněk,[2][7][10] podobný diferencovanému typu buňky.[13] Umožňuje této malé subpopulaci bakterií přežít jejich úplnou eliminaci užíváním antibiotik. Přetrvávající buňky obnoví růst, když je odstraněno antibiotikum, a jejich potomstvo je citlivý na antibiotika.[2][7][10]
Molekulární mechanismy
Molekulární mechanismy, které jsou základem přetrvávání tvorby buněk, a antimikrobiální tolerance jsou do značné míry neznámé.[2][10] Předpokládá se, že persistující buňky vznikají spontánně v rostoucí mikrobiální populaci a stochastický genetický přepínač,[10][4] ačkoli byly popsány indukovatelné mechanismy tvorby buněčných buněk.[10][14] Například, toxin-antitoxinové systémy,[15] a řada různých stresové reakce tak jako SOS odpověď,[14] the stresová odezva obálky,[16] a reakce na hladovění byly také spojeny s tvorbou buněk v biofilmech.[17] Vzhledem k jejich přechodné povaze a relativně nízké četnosti je obtížné izolovat perzistentní buňky v dostatečném počtu pro experimentální charakterizaci a dosud bylo identifikováno jen několik relevantních genů.[2][10] Nejrozumnějším faktorem vytrvalosti je E-coli Ahojgh pgen persistence, obvykle zkráceně hipA.[18]
Přestože je tolerance obecně považována za pasivní stav, existují důkazy naznačující, že může jít o energeticky závislý proces.[19] Zachovat buňky v E-coli může transportovat intracelulární akumulaci antibiotika pomocí energie vyžadující efluxní pumpu zvanou TolC.[20]
Trvalá subpopulace byla také prokázána u začínajících kvasinek Saccharomyces cerevisiae. Kvasinkové perzistence jsou spouštěny v malé podskupině nerušených exponenciálně rostoucích buněk spontánně se vyskytujícím poškozením DNA, což vede k aktivaci obecné stresové reakce a ochraně proti řadě drsných drogových a stresových prostředí. V důsledku poškození DNA jsou kvasinkové perzistence také obohaceny o náhodné genetické mutace, ke kterým došlo před stresem, a nesouvisí s přežitím stresu.[21]
V reakci na antimykotika aktivují fungální buňky houbové dráhy reakce na stres a dvě molekuly chránící před stresem - glykogen, a trehalóza hromadit ve velkém množství.[5]
Potenciální léčba
Studie ukázala, že přidání jisté metabolity na aminoglykosidy mohl umožnit eliminaci bakteriálních persistérů. Tato studie byla provedena na řadě bakteriálních druhů včetně E-coli a S. aureus.[22]
Fágová terapie, kde je to vhodné, zcela obchází toleranci vůči antibiotikům.
Viz také
Reference
- ^ Van den Bergh, B; Fauvart, M; Michiels, J (1. května 2017). „Vznik, fyziologie, ekologie, evoluce a klinický význam bakteriálních persistencí“. Recenze mikrobiologie FEMS. 41 (3): 219–251. doi:10.1093 / femsre / fux001. PMID 28333307.
- ^ A b C d E F G Lewis K (2007). "Přetrvávat buňky, období klidu a infekční onemocnění". Příroda Recenze Mikrobiologie. 5 (1): 48–56. doi:10.1038 / nrmicro1557. PMID 17143318. S2CID 6670040.
- ^ A b Brauner, A (2017). "Rozlišování mezi rezistencí, tolerancí a perzistencí vůči antibiotické léčbě". Příroda Recenze Mikrobiologie. 14 (5): 320–30. doi:10.1038 / nrmicro.2016.34. PMID 27080241. S2CID 8308100.
- ^ A b Jayaraman, R (prosinec 2008). "Bakteriální vytrvalost: některé nové pohledy na starý fenomén". Journal of Biosciences. 33 (5): 795–805. doi:10.1007 / s12038-008-0099-3. PMID 19179767. S2CID 31912576.
- ^ A b C d Wuyts, J; Van Dijck, P; Holtappels, M (říjen 2018). „Plísňové perzistující buňky: základ pro vzpurné infekce?“. PLOS patogeny. 14 (10): e1007301. doi:10.1371 / journal.ppat.1007301. PMC 6193731. PMID 30335865.
- ^ Vallette, FM (duben 2019). „Spící, klidové, tolerantní a přetrvávající buňky: Čtyři synonyma pro stejný cíl u rakoviny“ (PDF). Biochemická farmakologie. 162: 169–176. doi:10.1016 / j.bcp.2018.11.004. PMID 30414937. S2CID 53285399.
- ^ A b C d E Větší JW (14. října 1944). „Léčba stafylokokových infekcí penicilinem přerušovanou sterilizací“. Lanceta. 244 (6320): 497–500. doi:10.1016 / S0140-6736 (00) 74210-3.
- ^ Balaban, NQ (2004). "Bakteriální perzistence jako fenotypový přepínač". Věda. 305 (5690): 1622–5. Bibcode:2004Sci ... 305.1622B. doi:10.1126 / science.1099390. PMID 15308767. S2CID 39698842.
- ^ Lewis, K (2010). "Zachovat buňky". Výroční přehled mikrobiologie. 64: 357–72. doi:10.1146 / annurev.micro.112408.134306. PMID 20528688.
- ^ A b C d E F G h Gefen O, Balaban NQ (červenec 2009). „Důležitost perzistence: heterogenita bakteriálních populací pod antibiotickým stresem“ (PDF). FEMS Microbiol. Rev. 33 (4): 704–17. doi:10.1111 / j.1574-6976.2008.00156.x. PMID 19207742. Archivovány od originál (PDF) dne 22.07.2011.
- ^ Helaine, Sophie (2014). „Internalizace salmonely makrofágy indukuje tvorbu nereplikujících persistencí“. Věda. 343 (6167): 204–8. Bibcode:2014Sci ... 343..204H. doi:10.1126 / science.1244705. PMC 6485627. PMID 24408438.
- ^ Kortebi, M; Milohanic, E; Mitchell, G (listopad 2017). „Listeria monocytogenes přechází z diseminace na perzistenci přijetím vakuolárního životního stylu v epitelových buňkách“. PLOS patogeny. 13 (11): e1006734. doi:10.1371 / journal.ppat.1006734. PMC 5708623. PMID 29190284.
- ^ Lopez D, Vlamakis H, Kolter R (leden 2009). "Generování více typů buněk v systému Windows Bacillus subtilis". FEMS Microbiol Rev. 33 (1): 152–63. doi:10.1111 / j.1574-6976.2008.00148.x. PMID 19054118.
- ^ A b Dörr T, Lewis K, Vulic M (2009). Rosenberg SM (ed.). „Odpověď SOS indukuje perzistenci na fluorochinolony v Escherichia coli“. PLOS Genet. 5 (12): e1000760. doi:10.1371 / journal.pgen.1000760. PMC 2780357. PMID 20011100.
- ^ Wang, Xiaoxue; Wood, Thomas K. (2011-08-15). „Systémy toxin-antitoxin ovlivňují biofilm a trvají na tvorbě buněk a na obecnou stresovou reakci“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 77 (16): 5577–5583. doi:10.1128 / AEM.05068-11. ISSN 0099-2240. PMC 3165247. PMID 21685157.
- ^ Kan, Tanaka; Hideo, Takahashi (prosinec 1994). "Klonování, analýza a exprese rpoS homologního genu z Pseudomonas aeruginosa PAO1". Gen. 150 (1): 81–85. doi:10.1016/0378-1119(94)90862-1. ISSN 0378-1119. PMID 7959068.
- ^ Fux, C.A.; Costerton, J.W .; Stewart, P.S .; Stoodley, P. (leden 2005). "Strategie přežití infekčních biofilmů". Trendy v mikrobiologii. 13 (1): 34–40. doi:10.1016 / j.tim.2004.11.010. PMID 15639630.
- ^ Moyed HS, Bertrand KP (1983). „hipA, nově rozpoznaný gen Escherichia coli K-12, který ovlivňuje frekvenci perzistence po inhibici syntézy mureinu“. J. Bacteriol. 155 (2): 768–75. doi:10.1128 / JB.155.2.768-775.1983. PMC 217749. PMID 6348026.
- ^ Harms, Alexander; Maisonneuve, Etienne; Gerdes, Kenn (2016). "Mechanismy bakteriální perzistence během stresu a expozice antibiotikům". Věda. 354 (6318): aaf4268. doi:10.1126 / science.aaf4268. PMID 27980159. S2CID 39255372.
- ^ Pu, Y .; et al. (2016). „Vylepšená efluxní aktivita usnadňuje toleranci vůči drogám u spících bakteriálních buněk“. Mol Cell. 62 (2): 284–294. doi:10.1016 / j.molcel.2016.03.035. PMC 4850422. PMID 27105118.
- ^ Yaakov, G .; Lerner, D .; Bentele, K .; Steinberger, J .; Barkai, N. (2017). „Spojení fenotypové perzistence s poškozením DNA zvyšuje genetickou rozmanitost při silném stresu“. Ekologie a evoluce přírody. 1: 16. doi:10.1038 / s41559-016-0016. PMID 28812556. S2CID 15812250.
- ^ Allison KR, poslankyně Brynildsen, Collins JJ (2011). „Eradikace bakteriálních perzistencí aminoglykosidy podporovaná metabolity“. Příroda. 473 (7346): 216–220. Bibcode:2011Natur.473..216A. doi:10.1038 / příroda10069. PMC 3145328. PMID 21562562.
externí odkazy
- "Zachovat buňky a způsob působení HipA". Archivovány od originál 28. března 2010.