Выраженная патогенность Pseudomonas aeruginosa связана с наличием у этого микроорганизма ряда факторов вирулентности, способствующих колонизации и инфицированию тканей организма человека. К детерминантам вирулентности относятся факторы, способствующие адгезии, инвазии, цитотоксичности.
Локальное и системное действие на организм млекопитающих оказывают и секретируемые ферменты. Фосфолипаза С разрушает цитоплазматические мембраны эукариотических клеток, инактивирует опсонины, гидролизует сурфактант легких. Цитотоксическим действием (в том числе и в отношении макрофагов), а также способностью подавлять биосинтез белка обладает экзотоксин А. Биосинтез белка ингибируется экзоэнзимом S. Эластаза разрушает иммуноглобулины и компоненты комплемента, ингибирует активность нейтрофилов. Функцию нейтрофилов и лимфоцитов подавляет токсин - лейкоцидин. Цитотоксическим эффектом обладает и пигмент пиоцианин.
Мощным индуктором системной воспалительной реакции является липополисахарид Pseudomonas aeruginosa. Часть штаммов Pseudomonas aeruginosa продуцируют капсульный полисахарид альгинат. Штаммы, продуцирующие альгинат, обычно выявляются у пациентов с хроническими инфекциями, например, на фоне муковисцидоза. Альгинат способствует формированию на поверхности эпителия пленки, которая обеспечивает защиту патогена от воздействия факторов резистентности макроорганизма и антибиотиков.
Для Pseudomonas aeruginosa характерно разнообразие весьма тонких механизмов регуляции экспрессии факторов вирулентности. Активность механизмов регуляции направлена на быструю адаптацию микроорганизма к меняющимся условиям обитания и обеспечение максимальной экономичности с энергетической точки зрения. При пребывании микроорганизма во внешней среде факторы вирулентности не синтезируются, при попадании же во внутреннюю среду организма млекопитающих начинается интенсивный синтез этих белков, способствующих развитию инфекционного процесса. Сигналами для микроорганизма о попадании во внутреннюю среду могут быть изменения температуры, рН среды, контакт с мембраной эукариотических клеток. Распознавание таких сигналов осуществляют специфические рецепторы, локализованные в клеточной стенке микроорганизма. Передачу сигнала, обеспечивающего начало синтеза фактора вирулентности, от рецептора к гену, кодирующему белок, осуществляют двухкомпонентные системы передачи сигнала. Такие системы действуют по принципу последовательной активации ферментов в реакции фосфорилирования и являются универсальными в регуляции вирулентности микроорганизмов У Pseudomonas aeruginosa описаны двухкомпонентные системы, регулирующие образование ворсинок и синтез экзоэнзимов . Кроме регуляции синтеза факторов вирулентности на уровне отдельных микробных клеток, у Pseudomonas aeruginosa регуляция происходит и на уровне популяции. Речь идет о феномене "кооперативной чувствительности" или "чувства кворума" (quorum sensing), заключающемся в накоплении в микробной популяции низкомолекулярных соединений (гомосеринлактонов), осуществляющих при достижении определенной концентрации дерепрессию синтеза большинства факторов вирулентности. Таким образом, экспрессия генов вирулентности оказывается зависящей от плотности микробной популяции . Биологический смысл феномена, вероятно, связан с координированным началом синтеза факторов вирулентности только после достижения микробной популяцией определенного уровня плотности. Регуляции на уровне кооперативной чувствительности у Pseudomonas aeruginosa подвержена экспрессия большинства факторов вирулентности и вторичных метаболитов. Под контролем данной системы находится синтез всех экзотоксинов, а также образование биопленки. Блокада механизмов реализации феномена кооперативной чувствительности у Pseudomonas aeruginosa приводит к выраженному снижению вирулентности.
Первая межклеточная система, описанная у Pseudomonas aeruginosa, контролирует экспрессию гена las B, кодирующего эластазу, и названа las системой. Эта система состоит из lasI гена синтазы аутоиндуктора, которая ответственна за синтез N-[3-оксододеканоил]-L-гомосерин-лактона, и гена lasR, кодируюещего белок, который является активатором транкрипции. Установлено, что данная система регулирует экспрессию эластазы lasB и необходима для оптимальной продукции других факторов вирулентности Pseudomonas aeruginosa, таких как протеаза и экзотоксин А.
Помимо las системы, Pseudomonas aeruginosa имеет вторую межклеточную сигнальную систему, названную rhl системой в связи с тем, что она способна контролировать продукцию рамнолипида (Rhl). Эта система также состоит из аутоиндуктора - гомосерин-лактона, но имеющего другое строение, а именно: N- бутирил-гомосерин-лактон, из гена синтазы аутоиндуктора и гена rhlR, кодирующего белок, который является активатором транскрипции. Данная система регулирует экспрессию rhl АВ оперона, кодирующего рамнозилтрансферазу, необходимую для продукции рамнолипида. Кроме того, эта система необходима для оптимальной продукции эластазы lasB, протеазы lasA, пиоцианина, цианида и щелочной протеазы. Следовательно, подобно las системе, межклеточная сигнальная rhl система регулирует экспрессию различных факторов вирулентности Pseudomonas aeruginosa.
Установлено, что обе системы взаимодействуют друг с другом. Так, las система способна активировать rhl систему, контролируя ее как на уровне транскрипции, так и напосттрансляционном уровне, что свидетельствует о том, что las иерархически выше rhl системы.
Факторами, непосредственно влияющими на формирование локального и системного воспаления, являются липополисахарид, экзотоксин S, флагеллин, нитратредуктаза, пиоцианин, фосфолипаза С. Большинство из них инициирует секрецию ключевого провоспалительного медиатора фактора некроза опухоли (TNF), а фосфолипаза наряду с этим способствует либерации IL-1, IL-6, гаммаинтерферона из моноцитов, полиморфно-ядерных нейтрофилов и Т-лимфоцитов.