TRƯỜng đẠi học khoa học tự nhiêN

1.1.2. Một số yếu tố độc lực chính của vi khuẩn liên quan đến chẩn đoán

Gen sly có mặt ở hầu hết các typ. Nghiên cứu của Takamatsu và cs (2002) cho rằng gen sly có thể có nguồn gốc ngoại lai. Suilysin có khả năng gây tổn thương tế bào và làm tăng khả năng xâm nhập của vi khuẩn (thí nghiệm được tiến hành in vitro sử dụng các tế bào biểu mô và các tế bào miễn dịch). Ngoài ra, suilysin còn có thể "khởi động" cho quá trình sản xuất và tác động của các cytokine. Thí nghiệm sử dụng các dạng đột biến của sly cho thấy mức độ ảnh hưởng khác nhau của suilysin tùy thuộc vào vật chủ, loại tế bào và loại đột biến.

Tuy kháng thể chống suilysin có tác dụng bảo vệ nhất định, các thử nghiệm gây nhiễm trên động vật với các chủng mang suilysin cho rằng suilysin không phải là yếu tố thiết yếu cho độc lực của liên cầu khuẩn.

*Hệ thống Arginine deminase

Năm 2002 Winterhoff và các cộng sự đã xác định được 2 protein bề mặt vi khuẩn có kích thước 47 kDa và 53 kDa. Hai protein này có mức độ tương đồng cao với hệ thống arginine deminase (ADS) của S. pyogenes. Protein 47 kDa tương đồng với ornithine carbamoyl transferase còn 53 kDa tương đồng với streptococcal acid glycoprotein (SAGP).

ADS là hệ thống enzym cung cấp ATP từ quá trình biến đổi arginine thành ornithine. Hoạt động của ADS có thể xảy ra ở độ pH thấp. Hệ thống ADS có mặt trong tất cả các chủng vi khuẩn S. suis

*Protein được giải phóng do muramidase (muramidase-released protein; mrp) và yếu tố ngoại bào (extracellular factor- ef)

Hai yếu tố mrp và ef hiện diện ở hầu hết các chủng vi khuẩn phân lập từ động vật bị bệnh nhưng tần số xuất hiện của chúng không cao ở các động vật truyền bệnh. Ở các chủng gây bệnh trên người, một số nghiên cứu cho thấy tỷ lệ 69, 6% số chủng phân lập được mang gen mrp.

Chúng ta đã biết rằng rất nhiều yếu tố có liên quan và chịu ảnh hưởng ở những giai đoạn khác nhau của quá trình bệnh lý. Cũng như vậy, đối với vi khuẩn S. suis, gần 40 gen khác nhau đã được tìm thấy (theo Smith và cs, 2001). Các gen này mã hóa cho các protein có chức năng như: yếu tố điều hòa, vận chuyển, đảm nhận chức năng đối với quá trình sinh lý của bản thân vi khuẩn và cả các nhóm chưa xác định được chức năng. Một nghiên cứu gây nhiễm bằng chủng S. suis có độc lực yếu và bổ sung thêm các gen từ các chủng gây bệnh đã tìm thấy chuỗi nucleotide có kích thước 3kb mang thông tin quan trọng liên quan đến độc lực của vi khuẩn.

Năm 2004, Allen và cs. đã xác định yếu tố làm tan có khả năng hỗ trợ cho sự xâm nhập của vi khuẩn qua tác động đến acid hyaluronic (tương tự như tác động của nhiều loại vi khuẩn khác).

1.1.3. Cơ chế gây bệnh của S.suis

Cơ chế xâm nhập của S. suis vào vật chủ ít được biết đến. Các tác nhân gây bệnh có thể tồn tại trong amidan lợn trong thời gian dài. Mô lympho của amidan được bao phủ bởi các biểu mô niêm mạc. Đặc biệt ở lợn, diện tích bề mặt vòm miệng tăng đáng kể do biểu mô lõm sâu trong các mô bạch huyết hình thành rất nhiều phân nhánh [49]. Có thể là sau khi bám dính và xâm nhập vào các tế bào biểu mô amidan, vi khuẩn vẫn chưa bị phát hiện bởi hệ thống miễn dịch. Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu nào giải thích việc làm thế nào S. suis có thể vượt qua hàng rào bảo vệ đầu tiên của vật chủ để gây bệnh. Giả thuyết được chấp nhận nhất hiện nay là các tác nhân gây bệnh làm thủng biểu mô niêm mạc trong đường hô hấp trên của lợn [21]. Tương tự như vậy, đối với con người, S. suis có thể tương tác với các tế bào biểu mô ở bề mặt biểu bì hoặc trong ruột [22, 31]. Có rất ít nghiên cứu về cơ chế tương tác giữa S. suis và các tế bào biểu mô, ngoại trừ tế bào biểu mô của đám rối màng mạch. Nó đã được báo cáo rằng các chủng độc lực của S. suis có thể bám vào các tế bào biểu mô đường hô hấp của người (hình 1) [6, 32, 44]. Các chất bám dính trên bề mặt của S. suis có thể bị cản trở bởi vỏ polysaccharide (CPS) của chúng. Sự bám dính và sự xâm nhập của S.suis vào tế bào biểu mô HEP-2 ở người diễn ra mạnh mẽ hơn ở những chủng không có vỏ đã được báo cáo bởi Benga et al [6]. Vì vậy, điều đó có thể được đưa ra giả thuyết rằng S. suis giảm sự biểu hiện của CPS trong các bước đầu của quá trình lây nhiễm. Giả thuyết này cần được nghiên cứu sâu hơn.

Nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng sự bám dính của vi khuẩn vào tế bào biểu mô như là một mô hình để đánh giá các yếu tố độc lực. Một loại enzyme với hoạt tính 6-phosphogluconate-dehydrogenase, amylopullulanase, tất cả đều góp phần vào sự bám dính của S. suis vào tế bào biểu mô [17]. Đột biến mất các yếu tố điều hòa 2 thành phần CiaRH hoặc điều hòa phiên mã RevSC21 và CovR cũng làm cho sự bám dính của S.suis vào tế bào biểu mô bị suy giảm đáng kể [46, 57]. Tuy nhiên, cơ chế của hiện tượng này vẫn chưa được biết đến.

Ngoài các chất bám dính như trên thì suilysin rất độc hại cho tế bào [21]. Suilysin là một hemolysin 54-kDa, là một chất độc có hoạt tính thiol tác dụng vào cholesterol trong màng của các tế bào có nhân điển hình [20]. Tuy nhiên, các chủng không sản xuất suilysin cũng có thể để đi đên các mạch máu và khuếch tán trong cơ thể vật chủ.

IgA đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo vệ chống lại các tác nhân gây bệnh ở niêm mạc. Vi khuẩn có khả năng sản xuất IgA protease để hạn chế số lượng của IgA chức năng. Chúng cũng có thể tận dụng lợi thế của các mảnh Fab sinh ra để tăng cường sự kị nước bề mặt (và do đó bám dính vào tế bào vật chủ) và ngăn sự xâm nhập của các kháng thể còn nguyên vẹn (hình 1) [42]. Gần đây, một báo cáo đã cho thấy S. suis sản xuất IgA1protease có khả năng hiệu quả trong việc phá hủy IgA1 của người [59].

Như đã đề cập ở trên, sự xâm nhập của vi khuẩn hoặc làm tổn thương tế bào có thể được coi là bước đầu tiên của sự phát triển bệnh. Giả thuyết cho rằng S. suis có thể xâm nhập vào hệ thống tuần hoàn chủ yếu qua các amiđan vòm miệng, sau khi bám dính và xâm nhập vào các tế bào biểu mô và tương tác với các tế bào tủy [42]. Khi S. suis xâm nhập vào các mô bên trong và máu, đó là nguyên nhân chính để kích hoạt sự hoạt động của các tế bào thực bào của hệ thống miễn dịch bẩm sinh. Tuy nhiên, khi kháng thể đặc hiệu không có mặt, S. suis có thể chống lại thực bào và tồn tại trong máu ở nồng độ cao và gây viêm. Vi khuẩn tồn tại chủ yếu phụ thuộc vào việc sản xuất các CPS. CPS bảo vệ S. suis khỏi bạch cầu trung tính và thực bào đơn nhân/đại thực bào [19]. Nghiên cứu về cấu trúc CPS của S. suis týp huyết thanh 2 gần đây cho thấy sự có mặt của galactose (Gal), Gal liên kết 6, Gal liên kết 3, 4, N-acetyl-glucosamine (GlcNAc4) liên kết 4, và rhamnose liên kết 3, 4. CPS của S. suis tương tự như liên cầu khuẩn nhóm B (GBS), cũng có chứa N-acetyl-neuraminic acid (sialic acid) liên kết với phía cuối của chuỗi CPS. Tuy nhiên, trong khi axit sialic của GBS là liên kết 2-3 Gal, S. suis là 2-6 Gal [42]. Acid sialic đã được chứng minh là quan trọng trong việc ngăn ngừa sự bám dính của protein C3 trên bề mặt của GBS và cho phép cho GBS kháng lại sự tiêu giệt trong tế bào phụ thuộc opsonin [42]. Một vai trò như vậy vẫn chưa được chứng minh đối với axit sialic của S. suis. Một thí nghiệm tạo ra chủng đột biến mất gen neuC đã được thực hiện (neuC mã hóa epimerase UDP GlcNAc cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp acid sialic), kết quả là ngăn cản toàn bộ quá trình lắp ráp, biểu hiện của CPS. Điều đó đã chứng minh rằng axit sialic đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình gây bệnh của S.suis [42].Các chủng type huyết thanh khác mà lớp vỏ capsit cũng chứa axít sialic như các type huyết thanh 1 và 16, đôi khi cũng gây bệnh ở người [42]. Axít sialic cũng đã được chứng minh liên quan đến việc bám dính của S. suis với bạch cầu đơn nhân, vì thế giả thuyết được đặt ra là các tác nhân gây bệnh sẽ di chuyển trong máu mà không liên kết với các tế bào thực bào này [21] . Cuối cùng, một giả thuyết về sự bắt chước cấu trúc phân tử đã được đề xuất [19], dựa trên thực tế là axit sialic liên kết 2-6 được tìm thấy trong vỏ capsit của type huyết thanh 2 và 14 [42] tương tự như đường epitope trên bề mặt của tất cả các tế bào động vật có vú [22]. Điều này có thể dẫn đến việc nhận biết kháng nguyên của vật chủ bị ảnh hưởng. Trong thực tế, S. suis kiểu huyết thanh 2 đã được báo cáo là khi nhiễm vào vật chủ gây đáp ứng miễn dịch kém ở cả lợn và ngựa. [42].

Superoxide dismutase (Sod) là một yếu tố độc lực của vi khuẩn gây bệnh bằng cách làm giảm quá trình oxy hóa của tế bào thực bào. Khung đọc mở SSU1356 của một chủng SS2 lâm sàng ZJ081101 mã hóa một loại protein trên 201 axit amin khác 81 – 88% so với các Streptococcus spp. Thí nghiệm đột biến làm mất gen sod (Δsod) từ chủng lâm sàng được thực hiện. Kết quả cho thấy, các chủng bị đột biến mất gen sod dễ bị oxy hóa hơn các chủng hoang dại. Một thí nghiệm khác cũng chứng minh độc lực của chủng SS2 bị suy giảm đáng kể ở chuột khi bị đột biến mất gen sod [42].

Hoạt động của hệ thống miễn dịch trong khi vật chủ bị lây nhiễm vi sinh vật nói chung là bảo vệ, sốc nhiễm trùng như là một hệ quả của phản ứng miễn dịch quá mức hoặc quá yếu của vật chủ. Một phản ứng không cân bằng có thể gây tổn hại cho vật chủ do quá trình tiết các hợp chất tạo viêm nội sinh không được kiểm soát. Bằng chứng là hội chứng sốc độc cũng như các trường hợp sốc nhiễm trùng ở châu Âu và châu Á gây ra do S. suis (với thời gian ủ bệnh ngắn, tiến triển bệnh nhanh chóng và tỷ lệ tử vong cao), một chất trung gian quan trọng trong giai đoạn tiền viêm được sản xuất khi toàn bộ hệ thống bị nhiễm S. suis [22]. Như vậy, khả năng sản xuất cytokine của S. suis có thể đóng vai trò quan trọng. Trước đây chủng độc lực S.suis týp huyết thanh đã được chứng minh có khả năng sản xuất các cytokine tiền viêm ở lợn, chuột và người. Điều này được chứng minh trong cơ thể sống trên mô hình chuột bị nhiễm S. suis với giai đoạn sớm là sốc nhiễm trùng và giai đoạn muộn là viêm màng não / viêm não [42]. Các mức độ cao của cytokine hệ thống TNF-α, IL-6 và IL-12, IFN-γ và chemoattractants CCL2/MCP-1, CXCL1/KC, và CCL5/RANTES quan sát thấy trong cơ thể trong vòng 24 giờ sau khi nhiễm được cho là chịu trách nhiệm về cái chết ban đầu của động vật. Sự tăng cường điều chỉnh Cytokine IL-10 được thực hiện sau sự sản xuất mạnh mẽ của hầu hết các cytokine tiền viêm, chỉ ra một cơ chế liên hệ ngược âm tính để kiểm soát mức độ của phản ứng viêm.

Hầu hết các yếu tố của S.suis liên quan đến hiện tượng viêm ở vật chủ vẫn chưa được biết. Nhiều nghiên cứu với các đột biến làm mất vỏ capsit chỉ ra các thành phần thành tế bào vi khuẩn là các yếu tố chính cảm ứng sản xuất cytokine nhưng cơ chế vẫn chưa được nghiên cứu. Lipoprotein có mặt trong thành tế bào có thể một phần chịu trách nhiệm về sự nhận dạng của thụ thể trên tế bào [42]. Rất gần đây, nó đã được chỉ ra rằng một prolipoprotein giả định diacylglyceryl transferas có mặt trong thành tế bào S. suis là cần thiết để kích hoạt hệ thống miễn dịch bẩm sinh [42]. Tuy nhiên, các yếu tố khác cũng có thể đóng góp vào quá trình gây viêm. Suilysin kích hoạt các đại thực bào và gây ra việc sản xuất các cytokine tiền viêm [42]. Ngoài ra, suilysin có thể tạo ra hemoglobin từ các tế bào hồng cầu, góp phần nâng cao mức độ của các yếu tố trung gian tiền viêm bằng cách hoạt hóa các thành phần của thành tế bào S. suis. Một subtilisin protease (SspA) gần đây đã được chứng minh liên quan đến việc kích thích việc tiết ra các cytokine tiền viêm và chemokines khác nhau bởi các đại thực bào. Nồng độ thấp của SspA làm cho CCL5 được tiết ra với hàm lượng cao, trong khi việc sử dụng các protein tương tự ở nồng độ cao thì hàm lượng CCL5 thấp. S. suis có thể là tăng khả năng tiết các chất trung gian gây viêm dẫn đến việc thu hút số lượng lớn bạch cầu và tiết các chất trung gian khác gây viêm nhiễm. Tuy nhiên, S. suis có thể điều chỉnh phản ứng này để phục vụ cho sự tồn tại của nó bằng cách tích cực làm giảm các chemokines do đó trì hoãn sự thu hút bạch cầu trung tính vào vị trí bị viêm nhiễm.

Sự xâm nhập hệ thần kinh trung ương và viêm màng não

Nếu bệnh nhân không bị tử vong do nhiễm trùng huyết hoặc hội chứng sốc độc, nhưng mức độ nhiễm trùng huyết vẫn còn cao, S. suis có thể gây ra bệnh viêm màng não [7, 8]. Đáng chú ý, trong một số trường hợp nhiễm trùng có thể không xuất hiện và viêm màng não có thể xảy ra bất ngờ. Giống như các tác nhân gây bệnh khác, S. suis phải vượt qua hàng rào máu não (BBB) và / hoặc chất dịch máu - não tủy (CSF) để gây ra nhiễm trùng hệ thần kinh trung ương. BBB là một rào cản duy nhất về giải phẫu và chức năng ngăn cách giữa não và nội mạch bằng cách duy trì sự cân bằng nội môi của môi trường hệ thần kinh trung ương [42]. Các loại tế bào chính của hàng rào máu não là tế bào nội mô vi mạch của não(BMEC). S.suis bám dính nhưng không xâm nhập vào các tế bào BMEC của người. Các yếu tố vi khuẩn liên quan đến sự bám dính không được làm sáng tỏ và không có sự tham gia của CPS vào quá trình này. S. suis có thể tồn tại 7 h trong tế bào BMEC của lợn. Các thành phần huyết thanh cũng có thể tham gia vào sự tương tác giữa S. suis và các tế bào BMECs của lợn. Trong số đó, fibronectin đóng một vai trò quan trọng trong sự tương tác này; Ngoài ra, các kháng thể chống lại enolase (protein liên kết fibronectin quan trọng của S. suis) làm giảm đáng kể sự bám dính và sự xâm nhập của S.suis vào tế bào BMEC của lợn [42]. Các chủng có Suilysin cũng có thể phá vỡ hàng rào máu não thông qua các hiệu ứng độc tế bào, với hàm lượng cao của các chủng có Suilysin gây độc cho các tế bào BMEC của lợn. Tuy nhiên, suilysin không phải là yếu tố quyết định vì các chủng đột biến mất suilysin vẫn có thể xâm nhập vào các tế bào này.

Một cách khác để S. suis có thể xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương cho có thể là các tế bào biểu mô đám rối thần kinh màng mạch của hàng rào máu-dịch não tủy. Thật vậy, mặc dù hàng rào máu-dịch não tủy có một diện tích bề mặt nhỏ hơn so với hàng rào máu não, nó có thể đóng một vai trò quan trọng trong sự di chuyển của vi khuẩn cũng như trong luân bạch cầu. Gần đây, một thử nghiệm về sự xâm nhập và di chuyển của S. suis qua hàng rào máu-dịch não tủy đã được thực hiện. Sự di chuyển của S.suis qua hàng rào máu-dịch não tủy đã kích hoạt bạch cầu trung tính. S. suis gây ra hoại tử tế bào CPEC, mặc dù apoptosis cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình làm chết tế bào. Suilysin đó đóng một vai trò quan trọng như là một chất độc ảnh hưởng đến chức năng hàng rào máu-dịch não tủy, tuy nhiên, các yếu tố hòa tan khác cũng có thể tham gia vào quá trình này.

Viêm màng não, chấn thương não và chết tế bào thần kinh là triệu chứng liên quan đến phản ứng của vật chủ với các yếu tố của vi khuẩn. Một thí nghiệm thực hiện trên cơ thể sống cho thấy rằng những con chuột bị nhiễm bệnh sống sót sau giai đoạn nhiễm trùng máu có thể phát triển các dấu hiệu nghiêm trọng của tình trạng viêm ở hệ thần kinh trung ương. S. suis có thể kích thích các tế bào BMEC tiết acid arachidonic, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương [135]. Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng S. suis có thể kích thích tế bào BMEC của người và lợn tiết ra các cytokine tiền viêm và chemokines, tiểu thần kinh đệm và các tế bào hình sao ở chuột [42].