Chlamydiae
Mikrobiologi
Chlamydiae har en gramnegativ kuvert uden påviseligt peptidoglykan; nylige genomiske analyser har imidlertid afsløret, at både C. trachomatis og C. pneumoniae koder for proteiner, der danner en næsten komplet vej til syntese af peptidoglykan, herunder penicillinbindende proteiner.10 Chlamydiae deler også et gruppespecifikt lipopolysaccharidantigen og bruger værtens adenosintrifosfat (ATP) til syntese af chlamydialprotein.10 Selv om chlamydiae er auxotrofe for tre af fire nukleosidetrifosfater, koder de for funktionelle glukose-kataboliserende enzymer, som kan bruges til at generere ATP.10 Som med peptidoglykansyntesen er disse gener af en eller anden grund slukket, hvilket kan være relateret til deres tilpasning til det intracellulære miljø. Alle chlamydiae koder også for et rigeligt protein kaldet det store ydre membranprotein (MOMP eller OmpA), som er eksponeret på overfladen hos C. trachomatis og C. psittaci, men tilsyneladende ikke hos C. pneumoniae.10 MOMP er den vigtigste determinant for den serologiske klassifikation af C. trachomatis og C. psittaci-isolater. Chlamydiae er modtagelige over for antibiotika, der griber ind i DNA- og proteinsyntesen, herunder tetracykliner, makrolider og quinoloner. C. pneumoniae mangler en tryptofanindvinding eller biosyntesevej og er resistent over for sulfonamider og trimethoprim.4
Chlamydiae har en unik udviklingscyklus med morfologisk adskilte infektiøse og reproduktive former: elementærlegemet (EB) og retikuleret legeme (RB; Fig. 184-1). Efter infektion hæfter de infektiøse EB’er, som er 200 til 400 nm i diameter, sig til værtscellen ved en elektrostatisk bindingsproces og tages ind i cellen ved endocytose, der ikke er afhængig af mikrotubuli-systemet. EB’er er sporelignende; de er metabolisk inaktive, men stabile i det ekstracellulære miljø. I værtscellen forbliver EB’en i et membranbeklædt fagosom med hæmning af den fagosomale-lysosomale fusion. Inklusionsmembranen er blottet for værtscellemarkører, men lipidmarkører transporteres til inklusionen, hvilket tyder på et funktionelt samspil med Golgi-apparatet. Chlamydiae synes at omgå værtens endocytiske vej, idet de bor i en ikke-syret vakuole, der er adskilt fra sene endosomer og lysosomer. EB’er differentieres derefter til RB’er, der gennemgår binær fission. Efter ca. 36 timer differentieres RB’erne tilbage til EB’er. På trods af ophobningen af 500 til 1000 infektiøse EB’er i inklusionen er værtscellens funktion minimalt forstyrret. Efter ca. 48 timer kan der ske frigivelse via cytolyse eller en proces med exocytose eller ekstusion af hele inklusionen, hvorved værtscellen forbliver intakt. Denne strategi er meget vellykket og gør det muligt for organismen at forårsage en stort set tavs kronisk infektion.
En række in vitro-undersøgelser har udfordret dette bifasiske paradigme. Chlamydiae kan gå ind i en persistent tilstand in vitro efter behandling med visse cytokiner, såsom interferon-γ (IFN-γ); behandling med antibiotika, specielt penicillin; restriktion af visse næringsstoffer, herunder jern, glukose og aminosyrer; infektion i monocytter; og varmechok.4,11 Mens de befinder sig i den persistente tilstand, er den metaboliske aktivitet reduceret, og organismen er ofte refraktær over for antibiotikabehandling. Disse forskellige systemer giver lignende vækstkarakteristika, herunder tab af infektivitet og udvikling af små inklusioner, der indeholder færre EB’er og RB’er og ultrastukturelle fund, specifikt morfologisk unormale RB’er, hvilket tyder på, at de på en eller anden måde er ændret under deres ellers normale udvikling. Disse unormale RB’er kaldes ofte aberrant bodies (AB’er). Begrænsning af visse næringsstoffer har også vist sig at fremkalde persistens hos chlamydiae. Ultrastrukturel analyse af IFN-γ-behandlede C. pneumoniae afslører også atypiske inklusioner, der indeholder store retikulære AB’er uden tegn på redifferentiering til EB’er.
En anden model for persisterende C. pneumoniae-infektion er langvarig kontinuerlig infektion. I modsætning til de tidligere beskrevne modeller bliver kontinuerlige kulturer spontant persistente, når både chlamydiae og værtsceller formerer sig frit i fravær af stress. C. pneumoniae-infektion blev opretholdt i HEp-2 og A549-celler i mere end 4 år uden centrifugering, tilsætning af cycloheximid eller IFN-γ.12 Infektionsniveauet i disse inficerede celler var højt (70 % til 80 %). Ultrastrukturelle undersøgelser afslørede tre typer inklusioner i disse celler. Ca. 90 % var typiske store inklusioner, der varierede ca. fra 5 til 12 µm i diameter. Den anden type (ændrede inklusioner) indeholdt både normale EB’er og RB’er, men i betydeligt lavere antal end de typiske inklusioner, og pleomorfiske AB’er, som var op til fire til fem gange så store som normale RB’er (2,5 µm i diameter); deres cytoplasma var homogent. Den tredje type inklusioner var små afvigende inklusioner med en gennemsnitlig diameter på 4 µm, som indeholdt ca. 60 AB’er, der havde samme størrelse som normale RB’er, men som fremstod elektrontætte og ikke længere havde en glat sfærisk form. Disse tætte AB’er bevarede den karakteristiske chlamydiale ydre membranstruktur med meget lidt periplasmisk rum, og membranerne var tættere bundet til chlamydiallegemet, svarende til normale RB’er. Der blev ikke observeret EB’er i disse inklusioner. Disse resultater viser, at C. pneumoniaes udviklingscyklus kan kombinere de typiske udviklingsformer med den persistente fase i vævskultur.
En anden mulig mekanisme for chlamydialpersistens kunne være gennem en direkte virkning på værtscellen, muligvis gennem en virkning på apoptose, som er en vigtig regulator for cellevækst og vævsudvikling. Apoptose er en genetisk programmeret, nøje kontrolleret proces i modsætning til nekrose, som indebærer uspecifik inflammation og vævsskade og intracellulære enzymer, kondensering af kerne og cytoplasma og fragmentering. Mange mikrobielle patogener, herunder chlamydiae, har vist sig at modulere cellulær apoptose for at overleve og formere sig. Chlamydia spp. har vist sig både at inducere og hæmme værtscellens apoptose, afhængigt af stadiet i den chlamydiale udviklingscyklus.13 Chlamydiae beskytter inficerede celler mod apoptose som følge af eksterne stimuli i de tidlige stadier af infektionen og kan inducere apoptose af værtscellen i senere stadier af livscyklusen. Således kan chlamydiae beskytte inficerede celler mod immunsystemets cytotoksiske mekanismer, og den apoptose, der observeres i slutningen af infektionscyklussen, kan bidrage til den inflammatoriske reaktion, fordi apoptotiske celler udskiller proinflammatoriske cytokiner og letter frigivelsen af organismen fra de inficerede celler. Undersøgelser med IFN-γ-behandlede kulturer har vist, at celler, der er inficeret med C. trachomatis og C. pneumoniae, modstår apoptose som følge af eksterne ligander via hæmning af caspace-aktivering. Data fra undersøgelser med den langtids kontinuerligt inficerede cellemodel viste markante forskelle i effekten af C. pneumoniae på apoptose i akut og kronisk inficerede A549-celler.13 Akut C. pneumoniae-infektion inducerede apoptotiske ændringer i A549-celler inden for de første 24 og 48 timer efter infektion. Induktion af apoptose ved akut infektion kan lette frigørelsen af C. pneumoniae fra værtscellen. Kronisk C. pneumoniae-infektion hæmmer apoptotiske ændringer inden for de første 24 timer og op til 7 dage. Disse resultater tyder på, at hæmning af apoptose kan bidrage til at beskytte organismen, når den befinder sig i den intracellulære, vedvarende tilstand.