Selvom nogle patogener, kan forårsage skader på overfladen af væv, skal de fleste trænge ind i vævet for at forårsage sygdom. Her vil vi kigge på en række faktorer, der bidrager til bakteriers evne til at invadere en vært.
13.2.1 Kapsler
Husk fra del 3, at nogle bakterier fremstiller glycocalyx, der danner en kapsel omkring deres cellevægge; denne egenskab øger virulensen af arterne. Kapslen modstår værtens forsvar, ved at forringe fagocytosen, den proces hvorved visse celler i kroppen opsluger og ødelægger mikroorganismer. Den kemiske beskaffenhed af kapslen, forhindrer tilsyneladende den fagocytiske celle i at klæbe til bakterien. Imidlertid kan det menneskelige legeme, danne antistoffer mod kapslen og når disse antistoffer er til stede på kapslens overflade, kan de indkapslede bakterier let ødelægges af fagocytose.
En bakterie, hvis virulens skyldes tilstedeværelsen af en polysaccharidkapsel, er Streptococcus pneumoniae, den agens der forårsager pneumokok lungebetændelse. Stammer af denne bakterier, med kapsler er virulente, men stammer uden denne kapsel er ikke-virulente, fordi de er modtagelige overfor fagocytose. Andre bakterier der danner kapsler relateret til virulens, er Klebsiella pneumoniae, en forårsagende agens til bakteriel lungebetændelse; Haemophilus influenzae, der er årsag til lungebetændelse og meningitis hos børn; Bacillus anthracis, der forårsager miltbrand og Yersenia pestis, der forårsager byldepest. Husk, at kapsler dog ikke er den eneste årsag til virulens. Mange ikke-patogene bakterier danner kapsler og virulensen af visse patogener, er ikke relateret til tilstedeværelsen af en kapsel.
13.2.2 Komponenter i cellevæggen
Cellevæggene i visse bakterier, indeholder kemiske stoffer der bidrager til virulensen. For eksempel producerer Streptococcus pyogenes et varmebestandigt, syrefast protein, kaldet M-protein. Dette protein findes på både celleoverfladen og fimbrierne. Det medierer binding for bakterien til epitelceller i værten og hjælper bakterien med at modstå fagocytose fra hvide blodlegemer. M-proteinet forøger derved virulensen af mikroorganismen. Immunitet over for S. pyogenes, afhænger af kroppens produktion af et antistof, specifikt mod M-protein. Neisseria gonorrhoeae vokser inde i epitelceller og leukocytter. Disse bakterier anvender fimbrier og en ydre membran, kaldet Opa, for at vedhæfte sig til værtscellen. Efter fastgørelse af både Opa og fimbrier, optager værtscellen bakterierne (bakterier der producerer Opa, danner uigennemsigtige kolonier på dyrkningsmedier). Den voksagtige lipid (mykolsyre), der udgør cellevæggen i Mycobacterium tuberculosis, øger også virulensen ved at kunne modstå fagocytters fordøjelse og bakterierne kan endda formere sig inde i fagocytterne.
13.2.3 Enzymer
Mikrobiologer mener, at virulensen hos nogle bakterier, bliver hjulpet af produktionen af ekstracellulære enzymer (exoenzymer) og andre beslægtede stoffer. Disse kemikalier, kan nedbryde materialer mellem celler og danne eller nedbryde blodpropper, blandt nogle funktioner.
Koagulaser, er bakterielle enzymer, der koagulerer (størkner blod) fibrinogenet i blodet. Fibrinogen, et plasmaprotein der produceres af leveren, omdannes af koagulaserne til fibrin, der er de tråde der danner en blodprop. Fibrinkoagelet, kan beskytte bakterien mod fagocytose og isolere den fra andre forsvar fra værten. Koagulaser produceres af nogle medlemmer af slægten Staphylococcus; det kan være involveret i nogle bylder forårsaget af stafylokokker. Men nogle stafylokokker, der ikke producerer koagulaser, er stadig virulente. I disse tilfælde kan kapslerne være vigtige for deres virulens.
Bakterielle kinaser, er bakterielle enzymer, der nedbryder fibrin og således nedbryder blodpropper dannet af kroppen for at isolere infektionen. Et af de bedre kendte kinaser er fibrinolysin (streptokinase), der produceres af blandt andet Streptococcus pyogenes. En anden kinase, er staphylokinase, der produceres af Staphylococcus aureus.
Hyaluronidase, er et andet enzym der sekreteres af visse bakterier, som for eksempel streptokokker. Det hydrolyserer hyaluronsyre, en type polysaccharid der binder visse celler i kroppen, især celler i bindevæv. Denne nedbrydning, menes at være involveret i vævets sortfarvning af inficerede sår og hjælper mikroorganismen med at sprede sig fra det oprindelige infektionssted. Hyaluronidase produceres også af mange clostridier, der forårsager koldbrand. Til terapeutisk anvendelse, kan hyaluronidase blandes med et lægemiddel, for at fremme lægemidlets udbredelse gennem et kropsvæv.
Et andet enzym, collagenase, der produceres af flere arter af Clostridium, letter spredningen af koldbrand. Collagenase nedbryder proteinet kollagen, der danner bindevæv af muskler og andre af kroppens organer og væv.
Som et forsvar mod vedhæftelse af patogener til slimhindeoverflader, producerer kroppen en klasse af antistoffer, kaldet IgA antistoffer. Der er nogle patogener med evnen til at producere enzymer, kaldet IgA proteaser, som kan ødelægge disse antistoffer. N. gonorrhoeae har denne evne, ligeledes gør N. meningitidis, der forårsager meningokok meningitis og andre mikroorganismer, der inficere centralnervesystemet.
13.2.4 Antigen variation
Adaptiv immunitet henviser til en specifik defensiv reaktion fra kroppen mod en infektion eller mod antigener. I nærvær af antigener, producerer kroppen proteiner, kaldet antistoffer, der binder sig til antigenerne og inaktiverer eller ødelægger dem. Dog kan nogle patogener ændre deres overfladeantigener, ved en proces kaldet antigen variation. Således, når kroppen har aktiveret en immunreaktion mod et patogen, har patogenet allerede ændret dets antigener og påvirkes ikke af antistofferne. Nogle mikroorganismer kan aktivere alternative gener, hvilket resulterer i antigenændringer. For eksempel har N. gonorrhoeae flere kopier af Opa-kodede gener, hvilket resulterer i celler med forskellige antigener og i celler der udtrykker forskellige antigener over tid.
En bred vifte af mikroorganismer kan antigenvariere. Eksempler omfatter influenzavirus, der forårsager influenza, Neisseria gonorrhoeae, der forårsager gonorré og Trypanosoma brucei gambiense, der forårsager afrikansk trypanosomiasis (afrikansk sovesyge).
13.2.5 Indtrængen ind i værtscellen cytoskelet
Som tidligere beskrevet, vedhæfter mikroorganismer sig til værtscellerne ved brug af adhæsiner. Samspillet udløser signaler i værtscellen, der aktiverer faktorer der kan resulterer i indtrængen fra nogle bakterier. Den faktiske mekanisme, tilvejebringes af værtscellens cytoskelet. Eukaryot cytoplasma har en kompleks indre struktur (cytoskelettet), bestående af proteinfilamenter kaldet mikrofilamenter, intermediære filamenter og mikrotubuli (se del 3). En vigtig bestanddel af cytoskelettet, er et protein kaldet actin, der bruges af nogle mikroorganismer til at trænge ind i værtsceller og af andre til at bevæge sig gennem og mellem værtsceller.
Salmonella-stammer og E. coli danner kontakt med værtscellens plasmamembran. Dette fører til dramatiske ændringer i membranen ved kontaktpunktet. Mikroorganismerne producerer overfladeproteiner, kaldet invasiner, der omarrangerer de omkringliggende actinfilamenter i cytoskelettet. For eksempel når S. typhimurium får kontakt til en værtscelle, får mikroorganismens invasiner, plasmamembranen på værtscellen til at ligne en dråbe vand der rammer en hård overflade. Denne effekt, kaldet membranrynkning, er resultatet af forstyrrelser i cytoskelettet hos værtscellen (se figur 13.2.5.1). Mikroorganismen synker ned i flæserne og opsluges af værtscellen.
Inde i værtscellen kan nogle bakterier, som for eksempel Shigella og Listeria arter, faktisk bruge actin til at drive sig selv gennem værtscellecytoplasmaet og fra en værtscelle til en anden. Kondensationen af actin på den ene ende af bakterierne, slynger dem gennem cytoplasmaet. Bakterierne kommer også i kontakt med membransammenføjninger mellem celler og disse sammenføjninger indgår i et transportnet mellem værtscellerne.
Studiet af de talrige interaktioner mellem mikroorganismer og værtscellernes cytoskelet, bliver undersøgt meget intenst i forhold til virulensmekanismer.