Een pilus is een adhesine die dit toelaat bacteriën om zich aan cellen te hechten, waardoor de gastheer wordt gekoloniseerd. Gram-negatief bacteriën in het bijzonder zijn typisch uitgerust met een pilus of meerdere pili. De aanwezigheid van pili kan de pathogeniteit van een ziekteverwekker aanzienlijk verhogen en wordt beschouwd als een virulentiefactor.
Wat is een pilus?
De pilus, of fimbriae, is een onderdeel van prokaryoten. Het is een filamenteus eiwit dat als celverlenging buiten de cellen ligt en tot de adhesinen behoort. Adhesins zijn oppervlaktecomponenten van bacteriën die het micro-organisme in staat stellen zich te hechten aan biologische structuren van zijn gastheer. Adhesines komen dus overeen met zogenaamde virulentiefactoren, aangezien ze een basisvoorwaarde zijn voor kolonisatie. In engere zin zijn dit bacterieel geproduceerde factoren die de bacterie in staat stellen zich te hechten aan structuren of cellen van de gastheer. Bij aanhechting door adhesinen wordt de bacterie bijvoorbeeld niet zomaar weggespoeld. De expressie van adhesinen varieert bij sommige bacteriesoorten, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden. Er bestaan verschillende soorten pili in de zin van een adhesine. De celaanhangsels verschillen in eiwit, lengte en diameter. Hun functie kan ook onderhevig zijn aan kleine variaties van bacterie tot bacterie. De lengte kan variëren van 0.1 tot 20 micrometer. De diameter van de pili varieert van twee tot ongeveer 20 micrometer. Naast adhesie aan vaste stof-vloeistof- of gas-vloeistofgrensvlakken, laten pili bacteriën ook toe om zich aan andere bacteriën te hechten en zich te hechten aan dierlijke epitheelcellen. Bovendien zijn de aanhangsels soms betrokken bij bacteriële DNA-uitwisseling. In tegenstelling tot bacteriële flagella zijn pili kort en stijf. Ze projecteren intracellulair en extracellulair.
Betekenis en functie
Pili zijn het meest typerend voor bacteriën met gramnegatief kleurgedrag. Deze soorten bacteriën bezitten een tot vier van deze celprocessen, afhankelijk van het individu. Pili staat toe water-koloniserende bacteriën om zich aan vaste stoffen te hechten en op deze manier in vloeibare media op dezelfde plaats te blijven. Het medium spoelt er nieuwe voedingsstoffen langs en spoelt de afbraakproducten van hun metabolisme weg. Bovendien kunnen bacteriën, door zich via hun pilus of pili tussen lucht en vloeistof te hechten, voedingsstoffen uit het vloeibare medium halen en opzuigen. zuurstof tegelijkertijd vanuit de lucht. De hechting van een dichte bacteriële laag aan het oppervlak van vloeibare media wordt ook wel een schuimlaag genoemd. Sommige soorten pili worden gebruikt voor horizontaal gen overdracht. Deze pili worden F-pili of sex pili genoemd. Het zijn relatief dikke en holle aanhangsels met alleen donorbacteriën of donoren. Het ontvangende individu wordt de acceptor of ontvanger genoemd en de pilus wordt afgebroken na contact ermee. Dit verkleint automatisch de celafstand tussen acceptor en donor. Zo kan buiten de pilus op zeer kleine afstand een plasmabrug worden gelegd, die dient voor de overdracht van genetische informatie. Via de plasmabrug worden resistentiefactoren (R) en vruchtbaarheidsfactoren (F) uitgewisseld. Als onderdeel van dit proces wordt de dubbele DNA-streng afgewikkeld tot enkele strengen, waarna delen van de streng migreren van de donor naar de ontvanger. Dit wordt gevolgd door het oplossen van de plasmabrug. De bacteriën maken vervolgens de enkele streng af om de dubbele streng te vormen. Weer andere bacteriën bezitten zogenaamde pili van het type IV, waardoor ze zich op een vast oppervlak kunnen verplaatsen. Hun pili bestaan uit PilA-eiwitkopieën en zijn niet hol. Ze bevinden zich meestal aan beide polen van een bacterie die ermee is uitgerust. Andere soorten pilus zijn de Hrp-pilus, die voornamelijk in planten wordt aangetroffen pathogenen, de type-I-pilus, de type-IV-pilus en de Pap-pilus. De gemeenschappelijkheid van de pili ligt in hun constructie-eiwit, dat overeenkomt met het zogenaamde pilin. Bovendien zijn de meeste pili buisvormig.
Ziekten en aandoeningen
Bij veel bacteriën wordt de pathogeniteit versterkt door te worden uitgerust met pili. Dat wil zeggen, in veel gevallen is een bacterie met pilus zieker dan een bacterie zonder pilus. In dit geval neemt pili niet alleen de rol van een adhesine op zich, maar ook de rol van een virulentiefactor. In deze context zijn virulentiefactoren alle eigenschappen van een micro-organisme die het pathogene effect en dus de virulentie bepaalbaar maken. Naast pili voor aanhechting aan cellen, spelen instrumenten voor penetratie in cellen en mechanismen voor celvernietiging een rol voor de virulentiefactoren van een bepaald micro-organisme. Virulentiefactoren zijn vaak structurele elementen zoals de pili, maar kunnen ook overeenkomen met metabolieten van het micro-organisme. In veel soorten bacteriën zijn de pili het cruciale structurele element voor het koloniseren van een gastheerorganisme. Als een bacterie zich niet aan zijn gastheer kan hechten, is hij over het algemeen minder goed in staat om het gastheerorganisme binnen te dringen. Zolang de bacterie niet binnendringt, kan hij zich niet vermenigvuldigen in de gastheer en kan hij dus geen pathologie veroorzaken voorwaarde in het lichaam van de gastheer. In de meeste gevallen reageren pili op specifieke of niet-specifieke manieren met individuele receptoren binnen het doelwit celmembraan om de bacterie erin te verankeren. Gespecialiseerde pili voor DNA-uitwisseling tussen bacteriën bevorderen ook in grote lijnen de agressiviteit van een pathogeen agens. Hoe sneller een ziekteverwekker zich door het lichaam van de gastheer kan verspreiden, hoe agressiever en sneller de resulterende infectie.
