การเคลื่อนที่และการเกาะติด (Motility and Adherence)

A. baumannii จัดเป็นแบคทีเรียที่เคลื่อนที่ไม่ได้ (Non-motile)[11] เพราะตรวจไม่พบยีนสำหรับแฟลกเจลลา (Flagella) แต่สามารถเคลื่อนที่แบบกระตุก (Twitching motility) โดยใช้การยืดหดของพิไลชนิดที่ 4 (Type IV pili assembly system)[12] และการสังเคราะห์พอลิแซ็กคาไรด์ออกนอกเซลล์ด้านหลังของแบคทีเรียซึ่งผลักดันแบคทีเรียให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้.[3] ยิ่งไปกว่านั้น A. baumannii ยังใช้พิไลชนิดที่ 4 สำหรับทรานฟอร์มเมชันตามธรรมชาติ (Natural tranformation) และการเกาะติดพื้นผิววัตถุ (Abiotic surface).[13] พิไลชนิดที่ 4 นี้ในแบคทีเรียอย่าง Pseudomonas aeruginosa ถูกควบคุมการทำงานโดย Two-component sensor-regulator และ Complex chemosensory system [14] และยังสามารถใช้ยึดเกาะกับเซลล์โฮสต์เพื่อการเพิ่มจำนวน (Colonization) ได้.[15]

การก่อไบโอฟิล์ม (Biofilm forming)

ไบโอฟิล์มเป็นสังคมของเซลล์ร่วมกับพอลิเมอร์ต่าง ๆ เช่น คาร์โบไฮเดรต, กรดนิวคลีอิก, โปรตีน ฯลฯ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการยึดเกาะพื้นผิววัตถุ (Abiotic surface) และเซลล์ของสิ่งมีชีวิต (Biotic surface) ช่วยให้ A. baumannii ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ยากต่อการดำรงชีวิต เช่น บนพื้นผิววัตถุที่แห้ง สารอาหารน้อย อย่างสายสวนปัสสาวะหรือเครื่องมือทางการแพทย์อื่น ๆ ที่ปนเปื้อน และ/หรือช่วยป้องกันยาปฏิชีวนะเข้าถึงตัวแบคทีเรีย ก่อให้เกิดการดื้อยา. บางสายพันธุ์ของ A. baumannii สามารถสร้างไบโอฟิล์มได้. ยีนที่เกี่ยวข้องได้แก่ cruE ซึ่งอยู่ในโอเปอรอน CruA/BABCDE chaperone-usher complex ทำหน้าที่ประกอบโครงสร้างของพิไลและเป็นขั้นตอนแรกในการสร้างไบโอฟิล์มเพื่อยึดเกาะพื้นผิววัตถุ. โอเปอรอนนี้ถูกควบคุมการทำงานโดย Two-component regulatory system ที่ชื่อว่า bfmS/bfmR [16] ในขณะที่การยึดเกาะบนผิวเซลล์ของสิ่งมีชีวิต A. baumannii ใช้พิไลอื่นที่เป็นอิสระจากโอเปอรอน CruA/BABCDE. [17] นอกจากนี้ Biofilm-associated protein ของ Staphylococcus sp. เกี่ยวข้องกับการพัฒนาไบโอฟิล์มให้สมบูรณ์ก็พบ Ortholog ใน A. baumannii เช่นกัน. [18]

พอลิแซ็กคาไรด์บนผิวเซลล์ (Surface polysaccharide)

• แคปซูล (capsule) ถูกทดสอบว่าช่วยให้ A. baumannii เจริญเติบโตได้ดีขึ้นในซีรัม (Serum) ของมนุษย์ ช่วยให้ดื้อต่อโปรตีนคอมพลีเมนต์ (Complement) ในเลือด. ยีนที่เกี่ยวข้องได้แก่ ยีน ptk (Protein, tyrosine kinase) ทำหน้าที่ต่อหน่วยย่อยของแคปซูล (Capsule polymerization) และยีน epsA (Polysaccharide export outer membrane protein) ทำหน้าที่ประกอบและส่งแคปซูลสู่ผิวเซลล์.[19]
• Poly-ẞ-(1-6)-N-acetyl glucosamine (PNAG) ช่วยในการเกาะติดกับพื้นผิววัตถุ, ป้องกันการเข้าถึงตัวของแบคทีเรียจาก Innate immunity, และคงความสมบูรณ์ของไบโอฟิล์ม. ยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ PNAG คือ pgaABCD.[20]
• Lipopolysaccharide (LPS) ฝังอยู่ชั้นบนของ Lipid bi-layer ของเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบทั่วไป. LPS ประกอบด้วย 3 ส่วนประกอบกัน ได้แก่ Lipid A, Core, และ O-antigen โดยเรียงตามลำดับจากเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกออกไปนอกเซลล์. LPS มี 2 ชนิดซึ่ง A. baumannii สามารถผลิตได้ทั้ง 2 ชนิด ได้แก่ Rough (R-) type ที่มีส่วนประกอบหลักครบทั้ง 3 ส่วนและ Smooth (S-) type ที่ขาดเฉพาะ O-antigen หรือตั้งแต่บางส่วนของ Core เป็นต้นไป.[21][22] Lipid A ของ A. baumannii สามารถออกฤทธิ์เป็น Endotoxin เหมือนแบคทีเรียแกรมลบอื่น ๆ ได้โดยกระตุ้นวิถีการส่งสัญญาณการอักเสบ (Inflammatory signaling pathway)[23] ให้กำจัดเชื้อและควบคุมการอักเสบที่มากเกินไปผ่านการจับกับเซลล์ภูมิคุ้มกันของมนุษย์ที่มี Toll-like receptor 4-Myeloid differentiation factor 2 complex (TLR 4-MD2 complex) และ CD14 บนผิวเซลล์[24].

โปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก (Outer membrane protein)

OmpA (Outer membrane protein A) เป็นโปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกหลักของ Acinetobacter spp. ซึ่งมาจากยีน ompA.[25] ที่สามารถควบคุมโปรตีนคอมพลีเมนต์ซึ่งยับยั้งกระบวนการจับกินของเซลล์ Phagocyte ของมนุษย์ทำให้ดื้อต่อซีรัม (Serum resistance).[26] OmpA สามารถถูกหลั่งออกนอกเซลล์ได้และสามารถถูกพบในไมโตคอนเดรียซึ่งกระตุ้นวิถีการตายของเซลล์แบบ Apoptosis ทำให้เกิดการตายของเซลล์เยื่อบุ (Epithelial cell) ของมนุษย์ ส่งผลให้เกิดการบุกรุกเข้าสู่เซลล์ (Invasion).[27] นอกจากนี้ OmpA ยังมีส่วนเกี่ยวข้องในการเกาะติดและการสร้างไบโอฟิล์ม.[28]

เวซิเคิลจากเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก (Outer membrane vesicles: OMV)

OMV คือเวซิเคิลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-200 nm ที่ประกอบด้วย LPS, OMP, Lipid, DNA, RNA, หรือโปรตีนอื่น ๆ. [29] A. baumannii สามารถหลั่ง OMV ขนส่งส่วนประกอบดังกล่าวเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้านโดยตรง [30] อีกทั้งเป็นหนทางหนึ่งในการส่งผ่านยีนดื้อยาระหว่างสายพันธุ์.[31]

เอนไซม์ Phospholipase (Phospholipase enzyme)

• Phospholipase D จากยีน pld มีความเกี่ยวข้องกับการบุกรุกเซลล์เยื่อบุและพยาธิกำเนิดเมื่อทดลองในหนู.[32]
• Phospholipase C จากยีน plc1 มีความเป็นพิษโดยสามารถสลายเซลล์เยื่อบุของมนุษย์.[33]

การดูดซึมธาตุเหล็ก (Iron uptake)

A. baumannii สามารถหลั่ง Siderophore ซึ่งเป็นสารคอยจับธาตุเหล็ก (Iron chelator) ที่มีมวลโมเลกุลน้อยแต่ความสามารถในการจับสูง (High affinity) สามารถแย่งชิงธาตุเหล็กจากโปรตีนจับเหล็กของมนุษย์อย่าง Transferrin ในเลือด หรือ Lactoferrin ในสารคัดหลั่งได้. [34] Siderophore แรกที่ถูกพบใน A. baumannii เป็นสารประกอบ Catechol-hydroxamate ชื่อ Acinetobactin แต่พบในบางสายพันธุ์เท่านั้น. [35] ยีนที่เกี่ยวข้องได้แก่ bauA และ basD ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขนส่งและกระบวนการชีวสังเคราะห์ของ Acinetobactin ตามลำดับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่ธาตุเหล็กมีจำกัด. [36] นอกจากนี้ยังพบการดูดซึมธาตุเหล็กที่ไม่ได้ใช้ Siderophore โดยเป็นการเคลื่อนย้าย Heme/Hemoglobin จาก Periplasm สู่ Cytosol ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับ ABC transporter. [36]

การขนย้าย siderophore ที่จับไอออนธาตุเหล็ก (Fe3+) (Ferric-siderophore complex) ถูกควบคุมโดย Iron-regulated outer membrane protein system (IROMP) [37] ซึ่งประกอบด้วยโปรตีนที่จำเพาะคือ ตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก, โปรตีนใน Periplasmic space, และโปรตีนที่เกียวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นใน [34] และยังเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนโปรตอนระหว่างภายในและภายนอกเซลล์ (proton gradient) บนเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นในและอาศัย TonB protein complex ใน periplasmic space ของ TonBExbBD transducing system ก่อนถูกเอนไซม์ Ferric reductase ปลดปล่อย Fe3+ ออกมาภายในเซลล์. [38] นอกจากนี้ ยังพบกลุ่มยีนที่เกี่ยวกับการสังเคราะห์/ขนส่ง Siderophore 2 กลุ่ม จำพวก Hydroxamate โดยสันนิษฐานว่าเป็นเอนไซม์ที่มีคุณสมบัติ Hydroxylase/Acetyltransferase ซึ่งพบเฉพาะกลุ่มยีนใดกลุ่มยีนหนึ่งในแต่ละสายพันธุ์.[38]

Feo system เป็นอีกกลไกหนึ่งที่ดูดซึมธาตุเหล็กโดยตรง ประกอบด้วยโปรตีน FeoA ใน Cytosol, FeoB ซึ่งเป็น Fe(II) permease บนเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นใน, และ FeoC ซึ่งสันนิษฐานว่าเป็น transcriptional repressor และอาจเกี่ยวข้องกับกระบวนการชีวสังเคราะห์ของ Siderophore ที่ขึ้นอยู่กับโปรตีน Fur ซึ่งเป็น Global iron-binding repressor ทำหน้าที่ควบคุมการดูดซึมไอออนธาตุเหล็ก (Fe3+) เนื่องจากพบ Fur box สำหรับให้โปรตีน Fur จับบน Intergenic region ของกลุ่มยีนเหล่านี้.[37][39]

ควอรัมเซนซิง (Quorum sensing)

ควอรัมเซนซิงเป็นความสามารถของแบคทีเรียในการสื่อสารและการปรับตัวระหว่างเซลล์โดยการใช้สัญญาณสารเคมีที่เรียกว่า Autoinducer อาทิ Acyl homoserine lactone (AHL) ซึ่งขึ้นอยู่กับความชุกชุม (Cell density) และระยะการเพิ่มจำนวนของเซลล์ (Growth phase).[40] ควอรัมเซนซิงถูกควบคุมด้วย AHL และ Non-AHL -mediated system ซึ่ง AHL-mediated system ถูกเชื่อมโยงกับกับปัจจัยก่อให้เกิดความรุนแรงในการก่อโรค (Virulence factor), การเคลื่อนที่, การสร้างปมรากในพืช (Nodulation), การผลิตสารปฏิชีวนะ, การผลิต Bioemulsan, การเกิด Bioluminescense, และการก่อไบโอฟิล์ม. [37][40]

AHL-mediated system ใน Acinetobacter baumannii ประกอบด้วยโปรตีน AbaR และโปรตีน AbaI (LuxI family) ซึ่งเป็นเอนไซม์สังเคราะห์ Autoinducer. เมื่อ C12-AHL ซึ่งเป็น autoinducer ส่วนใหญ่ของ A. baumannii ที่ส่งออกนอกเซลล์มีปริมาณมากเพียงพอตามความชุกชุมของเซลล์, โปรตีน AbaR (LuxR family) จะทำหน้าที่เป็นตัวรับ autoinducer ที่เข้ามาในเซลล์ จับกันเป็น Complex แล้วสามารถจับกับ DNA ที่สันนิษฐานว่าเป็น lux-box ซึ่งอยู่ด้านต้นสายของยีน abaI เพื่อควบคุมการแสดงออกของยีนเป้าหมายต่อไปซึ่งเกี่ยวข้องกับความสมบูรณ์ของไบโอฟิล์มและเกี่ยวโยงไปถึงการดื้อยาต้านจุลชีพ.[41][42] การแทรกแซงควอรัมเซนซิงหรือที่เรียกว่า ควอรัมเควนชิง (Quorum quenching) [43] จึงอาจเป็นเป้าหมายการรักษาเพื่อขัดขวางพยาธิกำเนิดเมื่อเกิดการติดเชื้อ.[44]

อื่น ๆ ที่อาจเกี่ยวข้อง

พยาธิกำเนิดที่ถูกเหนี่ยวนำโดยเอทานอล (Ethanol-induced pathogenesis)

เอทานอลที่ความเข้มข้น 1.1% สามารถเพิ่มการแสดงออกของยีน Phospholipase C, ยีนที่เกี่ยวข้องกับ Siderophore สำหรับดูดซึมธาตุเหล็ก,และยีนจำพวก Heat-shock protein ซึ่งมักตอบสนองต่อสภาวะที่ยากต่อการดำรงชีวิตเพื่อการอยู่รอดได้.[33] นอกจากนี้ เอทานอลความเข้มข้นจนถึง ~3% ยังเพิ่มการเจริญของ A. baumannii แม้กระทั่งในน้ำเกลือ (NaCl) ที่ความเข้มข้น 5% เมื่อใช้เอทานอลที่ความเข้มข้น 0.1%.[45]

โปรตีนจับยาในกลุ่มเพนนิซิลลิน (Penicillin binding proteins: PBP)

PBP7/8 จากยีน pbpG ซึ่งมีคุณสมบัติ Hydrolase/endopeptidase (PBP8 เกิดจากกระบวนการสลาย PBP7 ที่ต้องอาศัย OmpT) จัดเป็น PBP กลุ่มที่มีมวลโมเลกุลน้อย (Low-molecular mass PBP) มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ Peptidoglycan ของผนังเซลล์ในส่วนของการแยกกันของเซลล์ (Cell separation) และการจัดเรียงใหม่ของ Peptidoglycan (Remodeling).[46] PBP7/8 อาจมีส่วนช่วยให้ A. baumannii ดื้อต่อซีรัมของมนุษย์และการอยู่รอดของแบคทีเรียเมื่อทดลองในหนู.[47]

เอเลียนไอส์แลนด์ (Alien island)

จากการวิเคราะห์จีโนมของ A. baumannii สายพันธุ์ ATCC17978 เปรียบเทียบกับ A. baylyi สายพันธุ์ CR543861 [48] พบว่า A. baumanni มีเอเลียนไอส์แลนด์หรือชิ้นส่วนสาย DNA ที่สันนิษฐานว่ารับมาจากการส่งผ่านยีนข้ามแบคทีเรีย (Horizontal gene transfer; HGT) ถึง 28 แห่งบนจีโนม. บางแห่งสามารถทำนายหน้าที่ได้จากการเปรียบเทียบความคล้ายของสาย DNA กับฐานข้อมูล เช่น ยีนที่เกี่ยวข้องกับการดื้อต่อโลหะหนัก, เมตาบอลิซึมและการดูดซึมธาตุเหล็ก, การสร้างฟิมบรี (Fimbriae เป็นพหูพจน์ของ Fimbria), กระบวนการที่เกี่ยวกับ autoinducer, และการสร้างผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ (Cell envelope). เอเลียนไอส์แลนด์ 4 แห่งในอย่างน้อย 6 แห่งยังไม่ทราบหน้าที่แต่ได้รับการยืนยันว่าเกี่ยวข้องกับความรุนแรงในการก่อโรคของแบคทีเรียเมื่อทดลองใน Caenorhabditis elegans และ Dictyostelium discoideum.