Helicobacter pylori.pdf

Tom 54 2005

Numer 4 (269)

Strony 307–319

E lżbiEta K atarzyna J agusztyn -K rynicKa *, r Enata g odlEwsKa *,

P awEł ł aniEwsKi

Uniwerytet Warszawski

Instytut Mikrobiologii

Zakład Genetyki Bakterii

Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa

e-mail: kjkryn@biol.uw.edu.pl

renatag@biol.uw.edu.pl

pablolania@o2.pl

HelIcoBacter pylorI — patogen roku 2005

też zastrzeżeń twierdzenie, że chroniczne za-

każenia drobnoustrojami patogennymi, jak

np. Salmonella enterica sv typhi czy niektó-

rymi chorobotwórczymi szczepami e. coli ,

są czynnikiem rozwoju chorób nowotworo-

wych.

robin Warren, urodził się w 1937 r.

w adelajdzie (południowa australia). po

ukończeniu uniwersytetu w adelajdzie

(1961), pracował jako patolog w szpitalu

królowej elżbiety w Woodville, w Instytucie

Medycyny i Weterynarii w adelajdzie, kró-

lewskim Szpitalu w Melbourne, a od 1968 r.

— w królewskim Szpitalu w perth. W latach

70. XX w. zaczyna interesować się spiralny-

mi bakteriami obecnymi w wycinkach błony

śluzowej żołądka pacjentów z objawami sta-

nu zapalnego.

Barry Marshall urodził się w 1951 r.

w kalgoorie (Zachodnia australia). W 1958 r.

rodzina B. Marshalla przeprowadziła się do

perth, gdzie ukończył on uniwersytet Zachod-

niej australii (1974), a następnie pracował

w królewskim Szpitalu w perth. W 1981 r.

B. Marshall rozpoczyna współpracę z r. War-

renem. prowadzone przez nich eksperymen-

ty doprowadzają do odkrycia, które po wielu

latach zostaje uhonorowane nagrodą nobla.

Dalsze zawodowe życie B. Marshalla poświę-

cone jest przekonaniu środowiska lekarskie-

*Dwie pierwsze autorki mają taki sam wkład w powstanie tekstu

1 eradykacja, czyli eliminacja Helicobacter pylori poprzez zastosowanie kilkudniowego leczenia antybiotykami.

nagrodą nobla w roku 2005 z dziedzi-

ny fizjologii i medycyny zostali uhonorowa-

ni dwaj naukowcy z australii: robin Warren

i Barry Marshall, za odkrycie Helicobacter py-

lori i wyjaśnienie jego roli w indukcji stanu

zapalnego błony śluzowej żołądka oraz cho-

roby wrzodowej. Wyniki zapoczątkowanych

przez nich eksperymentów udowodniły, że

choroby przewodu pokarmowego, uznawa-

ne za skutek niewłaściwej diety i stresu, są

chorobami zakaźnymi, podobnie jak np. dur

brzuszny czy czerwonka. Wykazanie powiąza-

nia pomiędzy infekcją bakteryjną a chorobą

wrzodową doprowadziło do zrewolucjonizo-

wania stosowanych terapii; zastąpienia tera-

pii objawowych (zaleczanie wrzodów żołąd-

ka) przez terapię przyczynową (terapia anty-

biotykowa doprowadzająca do eradykacji pa-

togenu 1 ). Dodatkowo, odkrycie uhonorowa-

ne tegoroczną nagrodą nobla zainspirowało

badania naukowe mające na celu wyjaśnienie

przyczyn innych chronicznych stanów zapal-

nych, jak np. choroba Leśniowskiego-Croh-

na (przewlekły stan zapalny ścian przewodu

pokarmowego) czy miażdżyca naczyń krwio-

nośnych. Coraz więcej danych doświadczal-

nych wskazuje na powiązanie występowania

arteriosklerozy z chroniczną infekcją obliga-

toryjnym wewnątrzkomórkowym patogenem

chlamydia pneumoniae. aktualnie nie budzi

308

e lżbiEta k. J agusztyn -k rynicKa i współaut.

go, że nieżyt żołądka, choroba wrzodowa

dwunastnicy i żołądka oraz choroba nowo-

tworowa żołądka są skutkiem infekcji H.

pylori. ponad 10 lat, od 1986 r., B. Marshall

prowadzi badania na uniwersytecie Stanu

Wirginia w uSa. W 1997 r. wraca do austra-

lii, gdzie do dziś jest zatrudniony jako pro-

fesor na uniwersytecie Zachodniej austra-

lii w perth, jako gastroenterolog w szpitalu

w perth oraz kieruje laboratorium H. pylori

w Centrum Medycznym królowej elżbiety II.

HIStorIa oDkrYCIa HelIcoBacter pylorI

Historia odkrycia Helicobacter sięga koń-

ca XIX w. W 1875 r. niemiecki bakteriolog

g. Botcher we współpracy z francuskim na-

ukowcem M. Letulle zademonstrowali obec-

ność spiralnych bakterii w śluzówce żołąd-

ka ssaków i sugerowali powiązanie choroby

wrzodowej z obecnością bakterii. W 1889 r.

Walery Jaworski, polski lekarz, profesor me-

dycyny uniwersytetu Jagiellońskiego, opisał

występowanie spiralnych bakterii w treści

żołądkowej uzyskanej od chorego człowieka.

Izolowane, spiralne mikroorganizmy nazwał

Vibrio rugula i również postulował, że in-

fekcje bakteryjne mogą odgrywać rolę w pa-

togenezie chorób żołądka. W 1893 r. włoski

lekarz g. Bizzozero wyizolował z żołądka psa

spiralne bakterie — prawdopodobnie był to

Helicobacter heilmanni . trzy lata później H.

Salomon udokumentował możliwość prze-

niesienia infekcji na inne gatunki ssaków.

próbkami śluzówki od psów udało mu się

zainfekować myszy, u których w kilka dni

po doustnym podaniu zakaźnego materiału

zaobserwowano silną kolonizację błony ślu-

zowej żołądka. W następnych latach jeszcze

kilkakrotnie pojawiały się doniesienia o od-

kryciu obecności bakterii w żołądkach ssa-

ków. W większości przypadków uznawano je

za przedstawicieli krętków. Spiralne mikro-

organizmy z ludzkiego żołądka wyizolowało

i wyhodowało, po raz pierwszy, in vitro, na

sztucznych podłożach, dwóch australijskich

lekarzy — robin Warren i Barry Marshall,

dopiero w 1982 r. r. Warren, w przebada-

nym w okresie trzech lat materiale (135 pró-

bek tkanek pobranych od osób chorych),

stwierdził wyraźną korelacje pomiędzy ob-

serwowanymi zmianami histopatologicznymi,

a występowaniem spiralnych bakterii. próba

otrzymania czystej kultury mikroorganizmów

zakończyła się powodzeniem, ponieważ au-

stralijczycy zaklasyfikowali izolowane bak-

terie do rodzaju campylobacter , a nie jak

poprzednio sugerowano do krętków, i jako

pierwsi zastosowali odpowiednie warunki

hodowli (odpowiednie podłoże, mikroaero-

filne warunki oraz stosunkowo długi czas

hodowli — 6 dni). Dziesięć lat przed nimi, H.

W. Steer też wyizolował od pacjenta z obja-

wami stanu zapalnego żołądka spiralne bak-

terie i, jak można sadzić z opublikowanego

zdjęcia z mikroskopu elektronowego, był to

H. pylori, ale z pobranych prób udało mu

się w warunkach tlenowych wyhodować je-

dynie pseudomonas aeruginosa. W 1985 r.

Barry Marshall, aby udowodnić, że wyizolo-

wane drobnoustroje są u ludzi czynnikiem

etiologicznym nieżytu żołądka, wypił zawie-

sinę bakterii, co po 14 dniach spowodowa-

ło u niego silny stan zapalny błony śluzowej

żołądka. objawy chorobowe ustąpiły po za-

stosowaniu odpowiedniej kuracji antybioty-

kowej (K idd i M odlin 1998). tym samym

wykazał, że badane mikroorganizmy, począt-

kowo zaklasyfikowane do rodzaju campylo-

bacter , spełniają tzw. postulaty kocha 2 i po-

winny być uznane za czynnik etiologiczny

chorób górnych odcinków przewodu pokar-

mowego. Dalsze analizy biochemiczne, gene-

tyczne oraz mikrobiologiczne, spowodowały

wyodrębnienie nowego rodzaju — Helicobac-

ter , a bakterię izolowaną od ludzi nazwano

Helicobacter pylori. H. pylori charakteryzuje

się silnym tropizmem gatunkowym, jest pato-

genem ludzkim. Do rodzaju Helicobacter na-

leżą jeszcze inne gatunki izolowane z układu

pokarmowego zwierząt (np. psów, kotów,

fretek): H. canis, H. felis, H. mustelae. Zaka-

żającym ludzi patogenem tego rodzaju jest

też H. hepaticus, a infekcje tym mikroorgani-

zmem uznawane są za czynnik ryzyka rozwo-

ju chorób nowotworowych wątroby.

2 „postulaty kocha”, pozwalają określić czy dany mikroorganizm rzeczywiście jest czynnikiem etiologicznym kon-

kretnej choroby: (i) organizm musi być znaleziony u wszystkich chorych osobników i nie występować naturalnie

u zdrowych osobników, (ii) organizm powinien dać się wyizolować z chorych osobników i hodować w czystych

kulturach w warunkach laboratoryjnych, (iii) wyizolowany organizm powinien powodować pojawienie się ob-

jawów choroby u zarażonych zwierząt, identycznych do obserwowanych uprzednio, (iv) powinna być możliwa

ponowna izolalacja mikroorganizmów z zarażonych zwierząt.

Helicobacter pylori — patogen roku 2005

309

epIDeMIoLogIa I oBJaWY CHoroBoWe

Częstość występowania zakażenia H. py-

lori związana jest z sytuacją ekonomiczną.

Dane epidemiologiczne wskazują, że oko-

ło 50% ludzkiej populacji jest zakażona tym

patogenem, ale odsetek w krajach rozwijają-

cych się jest znacznie wyższy (70–90%) niż

w krajach rozwiniętych (25–50%). W polsce

zakażonych jest 40–60 % ludzi (d ziEniszEwsKi

i współaut. 2004). podatność na infekcję jest

większa u osób starszych, choć do zakażenia

dochodzi najczęściej we wczesnym dzieciń-

stwie, najprawdopodobniej drogą kropelko-

wą. Infekcja utrzymuje się przez całe życie

człowieka i często jest bezobjawowa. tylko

u około 10% zakażonych osób dochodzi do

zmian morfologicznych w błonie śluzowej

żołądka: choroby wrzodowej, rzadziej raka

żołądka, chłoniaka typu MaLt lub choroby

Ménétriera. Dlatego też, w 1994 r., WHo

zaliczyła H. pylori do I klasy karcinogenów.

rodzaj występujących zmian chorobowych

zależy przede wszystkim od szczepu bakte-

ryjnego (jego czynników wirulencji) oraz od

cech gospodarza (predyspozycji genetycznej,

intensywności odpowiedzi ze strony układu

immunologicznego na infekcję, diety, warun-

ków życia) (ryc.1).

ryc. 1. Zmiany chorobowe wywołane zakaże-

niem Helicobacter pylori.

poDStaWoWe CZYnnIkI WIruLenCJI.

pomimo, że coraz więcej wiadomo na

temat czynników wirulencji H. pylori i ich

oddziaływania z układem immunologicznym

człowieka, wciąż jesteśmy dalecy od pełnego

zrozumienia mechanizmów patogenności tej

bakterii. Do głównych czynników wirulencji

tego patogenu zalicza się obecnie: enzymy

ułatwiające kolonizację — ureazę, katalazę,

lipazy, fosfolipazy, proteazy; adhezyny; cy-

totoksynę wakuolizującą Vaca, białko Caga,

białka budujące aparat sekrecyjny typu IV

(transportujący m.in. Caga do komórek eu-

kariotycznych); białko aktywujące neutrofile

napa i wiele innych. przeprowadzone ostat-

nio eksperymenty (ang. signature tagged mu-

tagenesis, mutageneza StM) zidentyfikowały

47 genów H. pylori, których produkty od-

grywają znaczącą rolę w procesie koloniza-

cji śluzówki żołądka (K avErMann i współaut.

2003).

ograniczone rozmiary niniejszego artyku-

łu uniemożliwiają szczegółowe opisanie roli

wszystkich wymienionych białek.

ureaZa

ureaza jest głównym czynnikiem warun-

kującym kolonizację błony śluzowej żołądka

przez H. pylori . enzym, katalizujący reakcję

rozkładu mocznika do amoniaku i dwutlen-

ku węgla, wytwarzany jest przez wszystkie

opisane dotychczas szczepy i stanowi 6–10%

białek bakterii. nagromadzony amoniak, alka-

lizując środowisko, powoduje neutralizację

soku żołądkowego, co w konsekwencji po-

zwala komórkom H. pylori bezpiecznie sfor-

sować warstwę śluzu i dotrzeć do nabłonka.

amoniak, powstający w reakcji hydrolizy

mocznika przez ureazę, indukuje, zarówno

bezpośrednio jak i pośrednio, powstawanie

uszkodzeń komórek tkanki nabłonkowej.

amoniak, w środowisku wodnym, dysocjuje

uwalniając jon amonowy i jony oH – , te dru-

gie mają toksyczny wpływ na komórki euka-

riotyczne (s Moot i współaut. 1990). aktyw-

ność ureazy może być także odpowiedzialna

za uszkodzenia nabłonka żołądka, poprzez

310

e lżbiEta k. J agusztyn -k rynicKa i współaut.

interakcje z układem immunologicznym go-

spodarza. kontakt komórek bakteryjnych

z komórkami układu immunologicznego

(np. z neutofilami) powoduje uruchomienie

tlenowych mechanizmów zabijania drobno-

ustrojów. Sugeruje się, że nadtlenek wodoru

utlenia jony chlorowe, które następnie re-

agują z amoniakiem, uwalnianym po hydro-

lizie mocznika przez ureazę, i powstaje sil-

nie cytotoksyczna monochloramina (s uzuKi

i współaut. 1992). Monochloramina, wywiera

mutagenny efekt na Dna komórek eukario-

tycznych, tak więc może być istotnym czyn-

nikiem doprowadzającym do powstawania

nowotworów u osób z chroniczną infekcją .

ponadto, sama ureaza może powodować ak-

tywację monocytów, uruchamianie odpo-

wiedzi przeciwzapalnej, której efektem jest

uszkodzenie nabłonka śluzówki żołądka (M ai

i współaut. 1992).

W produkcję ureazy zaangażowanych

jest co najmniej siedem genów, skupionych

w dwóch obszarach genomu. geny: ureaB

kodują dwie podjednostki enzymu, a ure-

IeFGH — białka pomocnicze, konieczne do

wbudowywania jonów niklu do centrum

aktywnego i białko związane z transportem

mocznika (ureI). ureI funkcjonuje jako kanał

błony wewnętrznej, transportujący mocznik

do komórki, a jego aktywność stymulowana

jest spadkiem pH środowiska zewnętrznego.

kanał zostaje otwarty, gdy pH w otoczeniu

bakterii spada poniżej 6,5.

mu), w wyniku którego powstaje 37/33 kDa

n-terminalny fragment (p37) i 58/55 kDa

fragment C-terminalny (p58). uważa się, że

58 kDa podjednostka jest odpowiedzialna za

wiązanie z receptorem, a 37 kDa warunkuje

wytworzenie kanału w błonie komórki euka-

riotycznej. Do wywołania efektu wakuolizacji

konieczna jest obecność kompleksu białko-

wego utworzonego z obu domen Vaca (p37

i p58). W eksperymentach in vitro , podda-

nie komórek eukariotycznych niezależnemu

działaniu rekombinowanych białek p37 lub

p58 nie wywoływało tego efektu (t orrEs

i współaut. 2005). Większość cytotoksyny od-

najdywana jest w supernatancie hodowli H.

pylori , choć część cząsteczek dojrzałej Vaca

pozostaje związana z powierzchnią komór-

ki bakteryjnej. receptorami dla cytotoksyny

na powierzchni komórek eukariotycznych

są: 140 kDa białko p140 zidentyfikowane

jako rptpα (ang. receptor-like protein tyro-

sine phosphatase α) i 250 kDa białko p250

— rptpα, w zależności od rodzaju komórek

(y ahiro i współaut. 1997, 1999). Dodatko-

wo Vaca rozpoznawana jest, w procesie za-

leżnym od obecności cholesterolu, w błonie

komórki docelowej, przez oporne na działa-

nie detergentów mikrodomeny błony, tzw.

lipid rafs (s chraw i współaut. 2002, r iEdEr

i współaut. 2005).

poddanie cytotoksyny krótkiemu dzia-

łaniu kwaśnego pH powoduje dysocjację

oligomeru Vaca i powstanie monomerów.

podjednostka p58 wiąże się z receptorem na

powierzchni komórki eukariotycznej, wraz

z podjednostką p37 wbudowuje się w błonę

tej komórki i tworzy kanał selektywnie prze-

puszczający aniony. następnie, cytotoksyna

na drodze endocytozy dostaje się do endoso-

mu, co powoduje wzrost przepuszczalności

jego ścian i akumulację jonów. proces inter-

nalizacji Vaca przebiega w strukturach przy-

pominających kaweole i jest uzależniony od

przemian aktynowego cytoszkieletu komórek

(r icci i współaut. 2000). W wyniku tych zja-

wisk, do wnętrza endosomu napływa woda

powiększając go i w efekcie powstaje wa-

kuola (r Eyrat i współaut. 1999). W proces

powstawania wakuoli, oprócz białka Vaca,

zaangażowanych jest kilka innych białek,

m.in. markery tzw. późnych endosomów i li-

zosomów — rab7 i białko błonowe Lgp110;

raC1, dynamina; V-atpaza. Wykazano, że cy-

totoksyna (jak również ureaza, białko Caga

i inne białka kodowane przez geny wyspy

patogenności) może wpływać na wzmożoną

apoptozę jelitowych komórek nabłonkowych.

CYtotokSYna WakuoLIZuJąCa VaCa

gen kodujący białko Vaca jest obecny

w genomach wszystkich izolowanych szcze-

pów H. pylori , choć około 50% szczepów

nie ma właściwości cytotoksycznych. udoku-

mentowano, że w szczepach tox – , które nie

indukują wakuolizacji w komórkach eukario-

tycznych transkrypcja genu vaca zachodzi na

dużo niższym poziomie niż w szczepach fe-

notypowo tox + (F orsyth i współaut. 1998).

Białko Vaca, należące do klasy autotrans-

porterów (V typ sekrecji), ma oligomeryczną

budowę. natywna proteina składa się z sze-

ściu lub siedmiu podjednostek, a jej struk-

tura przypomina kształtem kwiat z sześcio-

ma lub siedmioma płatkami (l anzavEcchia

i współaut. 1998). prekursor cytotoksyny

Vaca składa się z trzech domen: 33 amino-

kwasowej sekwencji sygnalnej, właściwej cy-

totoksyny wydzielanej z komórki ( ~ 90 kDa)

i C-terminalnej domeny związanej z komórką

( ~ 50 kDa). Vaca jest poddawana specyficz-

nemu procesowaniu (cięciu proteolityczne-

Helicobacter pylori — patogen roku 2005

311

poza opisaną funkcją wakuolizacji i stymula-

cji apoptozy, cytotoksyna indukuje rozluźnie-

nie ścisłych powiązań pomiędzy komórkami

nabłonka oraz funkcjonuje jako permeaza

ureazowa. Dodatkowo, białko Vaca bezpo-

średnio moduluje aktywność komórek układu

immunologicznego: blokuje proces dojrzewa-

nia fagosomów, hamuje proces prezentacji

antygenów i proliferacji limfocytów t oraz

obniża poziom odpowiedzi immunologicz-

nej th1. Wszystkie te procesy niewątpliwie

ułatwiają ustanowienie chronicznej infekcji

(b lasEr i a thErton 2004, r iEdEr i współaut.

2005).

H. pylori uznawany jest za patogen ze-

wnątrzkomórkowy, tylko niewielki procent

komórek mikrorganizmu odnajdywanych

jest, w doświadczeniach in vitro , wewnątrz

komórek eukariotycznych (zarówno linii na-

błonkowych, jak i pochodnych makrofagów)

zamkniętych w wakuoli. W stanie żywym

i ruchliwym mogą w tej niszy przetrwać kil-

ka dni, po czym uwalniane są do środowiska.

W procesie blokowania utworzenia fagolizo-

somu, indukowanym prawdopodobnie przez

Vaca, wykorzystywane jest jedno z białek eu-

kariotycznych określane skrótem taCo (ang.

tryptofan-aspartate-containing coat protein).

Białko to gromadzone w błonie komórko-

wej, z błony fagosomu jest uwalniane bez-

pośrednio po pobraniu przez makrofaga ob-

cego materiału. Zatrzymywanie taCo w bło-

nie fagosomu, zjawisko, w którym aktywnie

uczestniczą komórki patogenu, upodabnia ją

do błony otaczającej komórkę, co jest praw-

dopodobnie bodźcem blokującym uwalnianie

zawartości lizosomalnej do wnętrza fagoso-

mu (r adosz -k oMoniEwsKa i współaut. 2005,

r iEdEr i współaut. 2005)

gen kodujący cytotoksynę wakuolizującą

H. pylori charakteryzuje się mozaikowatową

budową (ryc. 2). obszary o silnie konserwo-

wanej sekwencji nukleotydowej przeplatają

się z fragmentami o sekwencji wysoce zmien-

nej. odcinek Dna kodujący C-terminalną do-

menę protoksyny oraz segment genu kodu-

jący fragment n dojrzałego białka jest silnie

konserwowany we wszystkich szczepach.

Zmienność wykazuje środkowy region genu,

kodujący fragment Vaca odpowiedzialny za

wiązanie z komórką docelową (tzw. region

m., ang. middle-region) oraz fragment kodu-

jący sekwencję sygnalną białka (tzw. region

s, ang. signal sequence). Znane są przynajm-

niej trzy typy sekwencji sygnalnej, oznaczone

s1a, s1b i s2 oraz cztery allele regionu m. —

m1, m2, m1* (m1-like), m1*-m2. Wśród bada-

nych, pod tym względem, szczepów H. pylori

odnaleziono wszystkie możliwe kombinacje

genotypu genu vaca , oprócz s2/m1. Szczepy

z genotypem vaca s1a odpowiedzialne są za

najsilniejsze reakcje ze strony układu immu-

nologicznego człowieka. od pacjentów ze

zmianami nowotworowymi najczęściej izolo-

wane są szczepy z allelem vaca s1/m1. Biał-

ko produkowane przez szczepy o genotypie

vaca s2/m2 nie wykazuje aktywności cyto-

toksycznej (y aMaoKa i współaut. 1998).

BIałko Caga I WYSpa patogennośCI

gen caga (ang. cytotoxin-associated ge-

ne a), kodujący silnie immonogenne 120-

–145kDa białko Caga, znajduje się w ob-

szarze wyspy patogenności paI ( ~ 40 kb),

ryc. 2. Mozaikowa budowa

genu vaca.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: