Bordetella

B. bronchiseptica a B. pertussis využívají T3SS injektizom k transportu efektorového proteinu BteA do hostitelských buněk. V této studii jsme zobrazili T3SS jehlicový filament rodu Bordetella, který je tvořen proteinem Bsp22. Prokázali jsme, že při kultivaci v médiu Stainer–Scholte jsou filamenty Bsp22 hojně přítomné a mohou se dynamicky. Naopak během infekce lidských nosních epiteliálních buněk (hNECs) kultivovaných na rozhraní vzduch–tekutina docházi k utlumení tvorby Bsp22 filamnet. Tyto výsledky poukazují na vysokou přizpůsobivost injektizomu T3SS u rodu Bordetella a odhalují, jak se struktura jeho apikálního filamenta mění v závislosti na podmínkách prostředí.

Nosní epitel představuje první místo kontaktu mezi B. pertussis a hostitelem během infekce dýchacích cest. V této studii jsme využili lidské nosní epiteliální buňky (hNECs) kultivované na rozhraní vzduch–tekutina jako in vitro model pro zkoumání raných fází infekce B. pertussis. Naše výsledky ukazují, že klinický izolát B. pertussis B1917 se v počáteční fázi kolonizace nachází převážně v hlenové vrstvě, aniž by narušoval integritu epiteliální bariéry. Infekce vyvolává mírné transkriptomické a proteomické změny, které se vyznačují zvýšenou produkcí hlenu a minimální aktivací zánětlivých signálních drah. Tato zjištění naznačují, že B. pertussis B1917 se může v počátku infekce vyhýbat rozpoznání imunitním systémem tím, že setrvává v hlenu a omezuje přímý kontakt s epiteliálními buňkami. Výsledky zároveň zdůrazňují důležitost dalších složek slizniční imunity, jako jsou rezidentní imunitní buňky, pro zahájení účinné obranné reakce.

Respirační patogeny B. pertussis a B. bronchiseptica vykazují cytotoxicitu vůči různým typům savčích buněk, přičemž tato toxicita závisí na efektorovém proteinu BteA, dopravovaném pomocí T3SS injektizomu. Molekulární mechanismus, kterým BteA tuto cytotoxicitu způsobuje, však dosud zůstával nejasný. V této studii jsme provedli CRISPR-Cas9 screening, který odhalil, že buněčná smrt indukovaná BteA závisí na základních nebo redundantních procesech hostitelské buňky. Dále jsme prokázali, že BteA narušuje homeostázu vápníku, což vede k dysfunkci mitochondrií a následné buněčné smrti.

Mnoho Gram-negativních bakterií využívá T3SS injektizom k cílenému a regulovanému transportu efektorových proteinů z bakteriálního cytosolu přímo do cytoplazmy infikovaných hostitelských buněk. Patogenní zástupci rodu Bordetella používají T3SS k dopravě proteinů BteA a BopN do infikovaných buněk a zároveň zvyšují produkci protizánětlivého cytokinu interleukinu-10 (IL-10), čímž se vyhýbají imunitní odpovědi hostitele. Dřívější studie naznačovaly, že BopN funguje jako efektorový protein uvnitř hostitelských buněk. V této studii však ukazujeme, že BopN působí jako regulační protein, tzv. „gatekeeper“, který kontroluje sekreci a translokační aktivitu T3SS u rodu Bordetella.

Efektorový protein BteA T3SS se skládá ze dvou funkčních domén: N-terminální domény pro cílení na lipidové rafty (LRT) a cytotoxické C-terminální domény. V této studii jsme charakterizovali lipidovou vazebnou specificitu N-terminální LRT domény, která lokalizuje do plazmatické membrány prostřednictvím interakce se záporně nabitými fosfolipidy, mezi něž patří PIP2, PS a PA. Dále jsme identifikovali bazický hydrofobní motiv, jenž je nezbytný pro membránové cílení a vykazuje homologii s motivy nalezenými v nepříbuzných bakteriálních toxinech. Naše data také ukazují, že cytotoxicita proteinu BteA je nezávislá na membránové lokalizaci zprostředkované LRT doménou.

Pertuse zůstává nejméně kontrolovaným onemocněním, kterému lze předcházet očkováním, a mechanismy, jimiž B. pertussis narušuje obranné systémy lidské dýchací sliznice, stále nejsou dobře objasněny. V této studii jsme zjistili, že cytotoxická aktivita efektoru BteA, dopravovaného prostřednictvím T3SS, je u B. pertussis výrazně oslabena vložením alaninového zbytku na pozici 503 ve srovnání s homologem BteA u B. bronchiseptica. Tato funkční adaptace snižuje schopnost B. pertussis potlačovat zánětlivou odpověď hostitele a může přispívat k akutnímu průběhu plicní formy pertuse u kojenců.