Chlamydiae
Microbiology
Chlamydiae hebben een gramnegatieve envelop zonder detecteerbaar peptidoglycaan; recente genomische analyse heeft echter aangetoond dat zowel C. trachomatis als C. pneumoniae coderen voor eiwitten die een bijna volledige route vormen voor de synthese van peptidoglycaan, inclusief penicillinebindende eiwitten.10 Chlamydiae delen ook een groepsspecifiek lipopolysaccharide-antigeen en gebruiken gastheer-adenosinetrifosfaat (ATP) voor de synthese van chlamydia-eiwitten.10 Hoewel chlamydiae auxotroof zijn voor drie van de vier nucleosidetrifosfaten, coderen ze wel voor functionele glucosekataboliserende enzymen, die kunnen worden gebruikt voor het genereren van ATP.10 Net als bij de synthese van peptidoglycanen zijn deze genen om een of andere reden uitgeschakeld, wat te maken kan hebben met hun aanpassing aan het intracellulaire milieu. Alle chlamydiae coderen ook voor een overvloedig eiwit, het belangrijkste buitenmembraaneiwit (MOMP of OmpA), dat aan het oppervlak zichtbaar is bij C. trachomatis en C. psittaci, maar blijkbaar niet bij C. pneumoniae.10 Het MOMP is de belangrijkste determinant van de serologische classificatie van C. trachomatis en C. psittaci isolaten. Chlamydiae zijn gevoelig voor antibiotica die interfereren met de DNA- en eiwitsynthese, waaronder tetracyclinen, macroliden en chinolonen. C. pneumoniae mist een tryptofaanterugwinnings- of biosyntheseweg en is resistent tegen sulfonamiden en trimethoprim.4
Chlamydiae hebben een unieke ontwikkelingscyclus met morfologisch verschillende infectieuze en reproductieve vormen: het elementaire lichaam (EB) en het reticulaire lichaam (RB; Fig. 184-1). Na infectie hechten de infectieuze EB’s, die 200 tot 400 nm in diameter zijn, zich aan de gastheercel door een elektrostatisch bindingsproces en worden ze in de cel opgenomen door endocytose die niet afhankelijk is van het microtubuli systeem. EB’s zijn sporelachtig; zij zijn metabolisch inactief maar stabiel in het extracellulaire milieu. Binnen de gastheercel blijft het EB binnen een met een membraan bekleed fagosoom, met remming van de fagosomale-lysosomale fusie. Het inclusiemembraan is verstoken van gastcelmerkers, maar lipidemerkers verplaatsen zich naar de inclusie, wat wijst op een functionele interactie met het Golgi-apparaat. Chlamydiae blijken de endocytische route van de gastheer te omzeilen door een niet-zure vacuole te bewonen die losgekoppeld is van late endosomen en lysosomen. EB’s differentiëren zich vervolgens in RB’s die een binaire splijting ondergaan. Na ongeveer 36 uur differentiëren de RB’s zich weer in EB’s. Ondanks de accumulatie van 500 tot 1000 infectieuze EB’s in de insluiting wordt de functie van de gastheercel minimaal verstoord. Na ongeveer 48 uur kan de insluiting worden losgemaakt via cytolyse of een proces van exocytose of extrusie van de hele insluiting, waarbij de gastheercel intact blijft. Deze strategie is zeer succesvol en stelt het organisme in staat een in wezen geruisloze chronische infectie te veroorzaken.
Een aantal in vitro studies heeft dit bifasische paradigma in twijfel getrokken. Chlamydiae kunnen in vitro in een persistente toestand komen na behandeling met bepaalde cytokines, zoals interferon-γ (IFN-γ); behandeling met antibiotica, met name penicilline; beperking van bepaalde voedingsstoffen, waaronder ijzer, glucose en aminozuren; infectie in monocyten; en hitteschok.4,11 In de persistente toestand is de metabolische activiteit verminderd en is het organisme vaak ongevoelig voor behandeling met antibiotica. Deze verschillende systemen leiden tot vergelijkbare groeikarakteristieken, waaronder verlies van infectiviteit en ontwikkeling van kleine insluitsels die minder EB’s en RB’s bevatten en ultrastucturele bevindingen, met name morfologisch abnormale RB’s, wat suggereert dat deze op de een of andere manier zijn veranderd tijdens hun anders normale ontwikkeling. Deze abnormale RB’s worden vaak aberrant bodies (AB’s) genoemd. Beperking van bepaalde voedingsstoffen blijkt ook persistentie bij chlamydiae te induceren. Ultrastructurele analyse van met IFN-γ behandelde C. pneumoniae onthult ook atypische insluitsels die grote reticulaatachtige AB’s bevatten zonder aanwijzingen voor redifferentiatie in EB’s.
Een ander model van persistente C. pneumoniae-infectie is langdurige continue infectie. In tegenstelling tot de eerder beschreven modellen worden continue culturen spontaan persistent wanneer zowel chlamydiae als gastheercellen zich vrij vermenigvuldigen in afwezigheid van stress. C. pneumoniae infectie werd gehandhaafd in HEp-2 en A549 cellen gedurende meer dan 4 jaar zonder centrifugatie, toevoeging van cycloheximide, of IFN-γ.12 Infectie niveaus in deze geïnfecteerde cellen waren hoog (70% tot 80%). Ultrastructurele studies toonden drie soorten insluitsels aan in deze cellen. Ongeveer 90% waren typische grote insluitsels die varieerden van ongeveer 5 tot 12 µm in diameter. Het tweede type (gewijzigde insluitsels) bevatte zowel normale EB’s als RB’s, maar in aanzienlijk kleinere aantallen dan de typische insluitsels, en pleomorfe AB’s, die tot vier à vijf maal zo groot waren als normale RB’s (2,5 µm in diameter); hun cytoplasma was homogeen. Het derde type insluitsels bestond uit kleine afwijkende insluitsels met een diameter van gemiddeld 4 µm, die ongeveer 60 AB’s bevatten die qua grootte vergelijkbaar waren met normale RB’s, maar die elektronendicht leken en niet langer een gladde bolvorm hadden. Deze dichte AB’s behielden de karakteristieke chlamydiale buitenmembraanstructuur, met zeer weinig periplasmische ruimte, en de membranen waren nauwer aan het chlamydiale lichaam gebonden, vergelijkbaar met normale RB’s. In deze insluitsels werden geen EB’s waargenomen. Deze bevindingen tonen aan dat de ontwikkelingscyclus van C. pneumoniae de typische ontwikkelingsvormen kan combineren met de persistente fase in weefselcultuur.
Een ander mogelijk mechanisme van chlamydiale persistentie zou kunnen zijn door een direct effect op de gastheercel, mogelijk door een effect op apoptose, dat een belangrijke regulator is van celgroei en weefselontwikkeling. Apoptose is een genetisch geprogrammeerd, strak gecontroleerd proces, in tegenstelling tot necrose, waarbij sprake is van niet-specifieke ontsteking en weefselschade en intracellulaire enzymen, condensatie van kern en cytoplasma en fragmentatie. Vele microbiële pathogenen, waaronder chlamydiae, blijken cellulaire apoptose te moduleren om te overleven en zich te vermenigvuldigen. Van Chlamydia spp. is aangetoond dat zij apoptose van de gastheercel zowel induceren als remmen, afhankelijk van het stadium van de ontwikkelingscyclus van de chlamydia.13 Chlamydiae beschermen geïnfecteerde cellen tegen apoptose als gevolg van externe stimuli tijdens de vroege stadia van infectie en kunnen apoptose van de gastheercel induceren tijdens latere stadia van de levenscyclus. Zo kunnen chlamydiae geïnfecteerde cellen beschermen tegen cytotoxische mechanismen van het immuunsysteem, en de apoptose die aan het eind van de infectiecyclus wordt waargenomen kan bijdragen tot de ontstekingsreactie omdat apoptotische cellen pro-inflammatoire cytokines afscheiden en het vrijkomen van het organisme uit de geïnfecteerde cellen vergemakkelijken. Studies met IFN-γ-behandelde culturen hebben gerapporteerd dat cellen geïnfecteerd met C. trachomatis en C. pneumoniae weerstand bieden tegen apoptose ten gevolge van externe liganden, via inhibitie van caspace-activatie. Gegevens uit studies met het lange-termijn continu geïnfecteerde celmodel lieten duidelijke verschillen zien in het effect van C. pneumoniae op apoptose in acute en chronisch geïnfecteerde A549-cellen.13 Acute C. pneumoniae-infectie induceerde apoptotische veranderingen in A549-cellen binnen de eerste 24 en 48 uur na infectie. Inductie van apoptose bij acute infectie kan het vrijkomen van C. pneumoniae uit de gastheercel vergemakkelijken. Chronische C. pneumoniae infectie remde apoptotische veranderingen binnen de eerste 24 uur en tot 7 dagen. Deze resultaten suggereren dat remming van apoptose kan helpen om het organisme te beschermen wanneer het zich in de intracellulaire, persistente toestand bevindt.