Patogenesis bakteri adalah proses dimana bakteri menyebabkan penyakit pada inang. Patogenisitas adalah kemampuan untuk menyebabkan penyakit, sementara virulensi mengacu pada tingkat kerusakan yang ditimbulkan. Faktor virulensi adalah molekul yang diproduksi oleh patogen yang memungkinkan kolonisasi, penghindaran imun, dan penghancuran jaringan.
Postulat Koch
Postulat Koch menetapkan hubungan kausal antara mikroorganisme dan penyakit: mikroorganisme harus ditemukan pada individu yang sakit tetapi tidak pada yang sehat; harus diisolasi dan ditumbuhkan dalam kultur murni; kultur murni harus menyebabkan penyakit yang sama ketika diinokulasi ke inang sehat yang rentan; dan mikroorganisme yang sama harus diisolasi kembali dari inang yang terinfeksi secara eksperimental.
Adhesi dan Kolonisasi
Adhesin adalah struktur permukaan yang memediasi perlekatan ke sel inang. Pili (fimbriae) adalah struktur adhesif yang paling umum, termasuk pili tipe I (E. coli), pili P (terkait pielonefritis), dan serat curli. Adhesin non-pilus meliputi protein permukaan seperti invasin (Yersinia), internalin (Listeria), dan protein pengikat fibronektin (Staphylococcus, Streptococcus). Banyak bakteri membentuk biofilm — komunitas yang menempel pada permukaan yang terbungkus dalam matriks zat polimer ekstraseluler (EPS) dari polisakarida, protein, dan DNA — yang resisten terhadap antibiotik dan pertahanan imun inang.
Invasi
Beberapa patogen menginvasi sel inang untuk menghindari deteksi imun. Mekanismenya bisa seperti ritsleting (Listeria, Yersinia, mengikat reseptor inang) atau seperti pemicu (Salmonella, Shigella, menyuntikkan protein efektor melalui sistem sekresi tipe III). Patogen intraseluler bertahan dan bereplikasi di dalam sel inang — Mycobacterium tuberculosis bertahan dalam makrofag dengan menghambat fusi fagosom-lisosom. Invasi dapat menyebabkan kerusakan jaringan langsung dan memfasilitasi penyebaran ke jaringan yang lebih dalam.
Toksin
Eksotoksin adalah protein yang disekresikan yang menyebabkan kerusakan spesifik, seringkali di lokasi yang jauh dari infeksi; mereka bersifat imunogenik (merangsang antibodi antitoksin) dan dapat diinaktivasi untuk membentuk toksoid untuk vaksinasi. Jenis eksotoksin meliputi toksin A-B (toksin kolera, toksin difteri, toksin tetanus, toksin botulinum), toksin perusak membran (hemolisin, leukosidin), dan superantigen (toksin sindrom syok toksik, enterotoksin stafilokokus). Endotoksin (LPS) adalah komponen lipid A dari membran luar Gram-negatif; dilepaskan selama lisis bakteri, memicu demam, peradangan, dan potensial syok septik melalui aktivasi Toll-like receptor 4 (TLR4).
Strategi Penghindaran Imun
Kapsul polisakarida menghambat fagositosis; patogen yang memiliki kapsul meliputi Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae tipe b, Neisseria meningitidis, dan Klebsiella pneumoniae. Variasi antigenik memungkinkan patogen mengubah antigen permukaan untuk menghindari antibodi — Neisseria gonorrhoeae memvariasikan protein pilin, dan influenza A memvariasikan hemaglutinin dan neuraminidase. Protease IgA memotong IgA sekretori di daerah engsel dan diproduksi oleh Neisseria, Haemophilus, dan Streptococcus pneumoniae. Untuk kelangsungan hidup intraseluler, beberapa patogen (Listeria, Shigella, Rickettsia) melarikan diri dari fagosom dan bereplikasi di sitosol, sementara yang lain (Coxiella, Legionella) bertahan dalam fagosom yang termodifikasi.
Akuisisi Besi
Besi sangat penting untuk pertumbuhan bakteri tetapi disekuestrasi oleh protein inang (transferin, laktoferin, feritin, hemoglobin). Siderofor adalah pengelat besi afinitas tinggi kecil yang disekresikan oleh bakteri — contohnya termasuk enterobaktin (E. coli), pioverdine (Pseudomonas), dan mikobaktin (Mycobacterium). Patogen juga menggunakan sistem akuisisi heme (HemR, HasR) dan protein pengikat heme untuk mengekstrak besi langsung dari hemoprotein inang.
Regulasi Virulensi
Quorum sensing memungkinkan bakteri mengatur ekspresi gen virulensi sebagai respons terhadap kepadatan populasi menggunakan molekul autoinduser (asil homoserin lakton pada Gram-negatif, peptida autoinduser pada Gram-positif). Sistem regulasi dua komponen (misalnya PhoP/PhoQ pada Salmonella, BvgS/BvgA pada Bordetella) merasakan sinyal lingkungan dan mengoordinasikan ekspresi gen virulensi. Banyak faktor virulensi diatur oleh regulator global seperti ToxR (Vibrio cholerae), PrfA (Listeria monocytogenes), dan Agr (Staphylococcus aureus).
