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Nature:蛋白质协作—军团菌存活秘诀

来源:生物谷 2007-10-30 09:38

    军团菌病是由军团菌科细菌所致的肺部感染。在最新的一期《自然》杂志上,来自耶鲁大学医学院的研究人员发表的研究结果显示,导致军团菌病的细菌的蛋白质能够引诱它们自己的分子“coffin”并将其输送到细胞中一个安全的地方,以确保细菌的存活。

   这篇文章的通讯作者、耶鲁微生物病理学教授Craig  Roy表示,这种看似简单的生物能够利用新的诡计来迷惑我们,从而使它能操纵我们身体中抵御细菌感染的细胞。

   军团菌病(Legionnaire’s  disease)在1976年被命名。当时在参加美国退伍军人协会的一个会议的人群中爆发了肺炎。导致这种肺炎的细菌即Legionella  pneumophila能在人体巨噬细胞中自我复制。巨噬细胞能够通过将细菌运送到储存囊泡中来杀死细菌。

    而这种病菌的特殊之处就在于它能够控制巨噬细胞在吞下细菌后形成的空泡的转运。它能劫持这种囊泡并指引其被运送到富含营养的内质网中,在那里,这种细菌开始高速繁殖。Roy和同事鉴定出涉嫌这项“抢劫案”的Legionella蛋白质。

   他们发现一种叫做DrrA的蛋白质能够启动一种叫做Rab1的分子开关,并破坏其功能。这使得军团菌能够融合到内质网和囊泡中,从而形成一根“包厢”以确保细菌能够存活下来。他们还发现第二种蛋白——LepB能够在细菌成功进入内质网时关闭Rab1开关。

    军团菌目前发现已有40多种,60多个型别。它广泛存在于自然界,如湖水、井水、自来水供水系统、中央空调的冷却塔、家用淋浴器以及各种人造水景观、温泉水等。军团菌在外界水环境中存活力强,在30~60℃的环境中可以迅速生长。在污染的蒸馏水和自来水中,可分别存活139天和415天。被污染的水如果形成气溶胶漂浮于空气中,可以通过空气感染人。军团菌肺炎在社区获得性肺炎的病原中排在前三位,而医院内感染的肺炎有四分之一属于此类。其传播方式为:1.吸入气溶胶。2.摄入被污染的水,包括冷却塔、冷凝器、瀑布、温泉水、喷水池、淋浴、自来水、加湿器水中。最主要传播途径为中央空调冷却塔和室内的供水系统,尤其是热水系统。

    真正让人感到忧虑的是军团菌导致的死亡率高达20%。病死率如此之高,是由于它缺乏典型的临床表现。许多病人初期症状多样,一般以高热、腹泻及中枢神经系统紊乱而起病,病情发展迅速,绝大多数抗生素治疗无效,而一旦延误诊治,病人很快就因呼吸衰竭而死亡。军团菌肺炎的潜伏期大约为2~12天,发病初期多无上呼吸道症状,仅有发热(体温可达39℃以上)、畏寒、肌肉酸痛、干咳无痰或少痰,但后期以肺病为主,持续和进行性高热、干咳、寒战、血淋巴细胞减少,胸片显示多为单侧肺炎,经青霉素、头孢菌素等大多数抗生素治疗无效。严重者可出现呼吸衰竭、意识障碍及多器官衰竭。吸烟者和慢性疾病、免疫力低下、尤其是接受激素类药物治疗的病人为高危人群。军团菌肺炎一般多发生在夏季,与其它多种原因引起的肺炎有着明显的季节区别。市民一旦发现自己有上述类似症状要及时就医,早诊断、早治疗。由于军团菌侵入寄居于肺泡之中,使许多非脂溶性抗生素失去用武之地,只有脂溶性抗生素如红霉素、利福平才能渗透到肺泡内杀灭军团菌。  

    军团菌感染与被污染的家用淋浴器和中央空调系统密切相关。它们产生的细小气溶胶可直达人体肺泡,引起感染。故应避免在含气溶胶水雾环境中长期滞留,夏季淋浴喷头开启后,应先放掉部分存水,以避免可能含有的高浓度军团菌带来的危害。需要提醒的是家用空调不具备冷却水系统,因而不适合军团菌生长,不传播军团菌肺炎。目前尚无有效的军团菌疫苗用于预防,只能靠彻底清洗冷却水塔和淋浴器来消除军团菌及提高自我保护意识,增强体质,避免过度疲劳,提高机体的抗病能力。

原始出处:

Nature advance online publication 21 October 2007 | doi:10.1038/nature06336; Received 8 September 2007; Accepted 4 October 2007; Published online 21 October 2007

Legionella pneumophila proteins that regulate Rab1 membrane cycling

Alyssa Ingmundson1, Anna Delprato2, David G. Lambright2 & Craig R. Roy1

  1. Section of Microbial Pathogenesis, Yale University School of Medicine, Boyer Center for Molecular Medicine, 295 Congress Avenue, New Haven, Connecticut 06536, USA
  2. Program in Molecular Medicine and Department of Biochemistry and Molecular Pharmacology, UMASS Medical School Two Biotech, 373 Plantation Street, Worcester, Massachusetts 01605, USA

Correspondence to: Craig R. Roy1 Correspondence and requests for materials should be addressed to C.R.R. (Email: craig.roy@yale.edu).

Rab1 is a GTPase that regulates the transport of endoplasmic-reticulum-derived vesicles in eukaryotic cells. The intracellular pathogen Legionella pneumophila subverts Rab1 function to create a vacuole that supports bacterial replication by a mechanism that is not well understood. Here we describe L. pneumophila proteins that control Rab1 activity directly. We show that a region in the DrrA (defect in Rab1 recruitment A) protein required for recruitment of Rab1 to membranes functions as a guanine nucleotide dissociation inhibitor displacement factor. A second region of the DrrA protein stimulated Rab1 activation by functioning as a guanine nucleotide exchange factor. The LepB protein was found to inactivate Rab1 by stimulating GTP hydrolysis, indicating that LepB has GTPase-activating protein activity that regulates removal of Rab proteins from membranes. Thus, L. pneumophila encodes proteins that regulate three distinct biochemical reactions critical for Rab GTPase membrane cycling to redirect Rab1 to the pathogen-occupied vacuole and to control Rab1 function.

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