Chlamydiae
Microbiology
Chlamydiae:lla on gramnegatiivinen kuori, jossa ei ole havaittavaa peptidoglykaania; viimeaikaiset genomianalyysit ovat kuitenkin paljastaneet, että sekä C. trachomatis että C. pneumoniae koodaavat proteiineja, jotka muodostavat melkein täydellisen reitin peptidoglykaanin synteesiin, mukaan luettuna penisilliiniä sitovat proteiinit.10 Klamydioideilla on myös yhteinen ryhmäspesifinen lipopolysakkaridiantigeeni, ja ne käyttävät isännän adenosiinitrifosfaattia (ATP) klamydiaproteiinin synteesiin.10 Vaikka klamydiat ovat auxotrofisia kolmelle neljästä nukleosiditrifosfaatista, ne koodaavat toimivia glukoosia kataboloivia entsyymejä, joita voidaan käyttää ATP:n tuottamiseen.10 Kuten peptidoglykaanisynteesin kohdalla, nämä geenit ovat jostain syystä pois päältä, mikä saattaa liittyä niiden sopeutumiseen solunsisäiseen ympäristöön. Kaikki klamydiat koodaavat myös runsasta proteiinia, jota kutsutaan tärkeimmäksi ulkokalvoproteiiniksi (MOMP tai OmpA) ja joka on pinnalla C. trachomatis ja C. psittaci -bakteereissa, mutta ei ilmeisesti C. pneumoniae -bakteereissa.10 MOMP on tärkein C. trachomatis- ja C. psittaci -isolaattien serologisen luokittelun määräävä tekijä. Klamydiat ovat herkkiä antibiooteille, jotka häiritsevät DNA- ja proteiinisynteesiä, mukaan lukien tetrasykliinit, makrolidit ja kinolonit. C. pneumoniae:lta puuttuu tryptofaanin talteenotto- tai biosynteesireitti, ja se on vastustuskykyinen sulfonamideille ja trimetopriimille.4
Klamydioosilla on ainutlaatuinen kehityskierto, jossa on morfologisesti erilaiset infektiiviset ja lisääntymismuodot: alkeisrunko (EB) ja verkkomuotoinen runko (RB; kuva 184-1). Tartunnan jälkeen infektiiviset EB:t, jotka ovat halkaisijaltaan 200-400 nm, kiinnittyvät isäntäsoluun sähköstaattisen sitoutumisprosessin avulla ja kulkeutuvat soluun endosytoosin avulla, joka ei ole riippuvainen mikrotubulijärjestelmästä. EB:t ovat itiömäisiä; ne ovat metabolisesti inaktiivisia mutta solunulkoisessa ympäristössä stabiileja. Isäntäsolussa EB pysyy kalvopeitteisen fagosomin sisällä, jolloin fagosomaalinen ja lysosomaalinen fuusio estyy. Sulkeumakalvolla ei ole isäntäsolun merkkiaineita, mutta lipidimerkkiaineet kulkeutuvat sulkeumaan, mikä viittaa toiminnalliseen vuorovaikutukseen Golgin laitteiston kanssa. Klamydiat näyttävät kiertävän isännän endosyyttistä reittiä asuttamalla ei-happoisen vakuolin, joka on erillään myöhäisistä endosomeista ja lysosomeista. Tämän jälkeen EB:t erilaistuvat RB:iksi, jotka käyvät läpi binäärisen jakautumisen. Noin 36 tunnin kuluttua RB:t erilaistuvat takaisin EB:ksi. Huolimatta 500-1000 tartuntavaarallisen EB:n kertymisestä sulkeumaan, isäntäsolun toiminta häiriintyy vain vähän. Noin 48 tunnin kuluttua vapautuminen voi tapahtua sytolyysin tai eksosytoosin prosessin tai koko inkluusion ekstruusion kautta, jolloin isäntäsolu jää ehjäksi. Tämä strategia on hyvin menestyksekäs, ja sen avulla organismi voi aiheuttaa käytännössä hiljaisen kroonisen infektion.
Useat in vitro -tutkimukset ovat kyseenalaistaneet tämän kaksivaiheisen paradigman. Klamydiat voivat siirtyä pysyvään tilaan in vitro tiettyjen sytokiinien, kuten interferoni-γ:n (IFN-γ), hoidon jälkeen; antibioottikäsittelyn, erityisesti penisilliinikäsittelyn jälkeen; tiettyjen ravintoaineiden, kuten raudan, glukoosin ja aminohappojen, rajoittamisen jälkeen; infektion jälkeen monosyyteissä; ja lämpöshokkitilanteen jälkeen.4,11 Pysyvässä tilassa aineenvaihdunta-aktiivisuus on vähentynyt, ja organismi on usein vastustuskykyinen antibioottihoidolle. Nämä eri järjestelmät tuottavat samankaltaisia kasvuominaisuuksia, mukaan lukien infektiivisyyden menetys ja sellaisten pienten sulkeumien kehittyminen, jotka sisältävät vähemmän EB:tä ja RB:tä, sekä ultrastrukturaaliset löydökset, erityisesti morfologisesti epänormaalit RB:t, mikä viittaa siihen, että ne ovat jollakin tavalla muuttuneet niiden muuten normaalin kehityksen aikana. Näitä epänormaaleja RB:itä kutsutaan usein poikkeaviksi elimiksi (AB:t). Tiettyjen ravintoaineiden rajoittamisen on myös osoitettu aiheuttavan klamydioiden pysyvyyttä. IFN-γ-käsiteltyjen C. pneumoniae -bakteerien ultrastruktuurianalyysi paljastaa myös epätyypillisiä sulkeumia, jotka sisältävät suuria verkkomaisia AB:itä, joissa ei ole merkkejä redifferentioitumisesta EB:ksi.
Toinen C. pneumoniae -infektion pysyvyyden malli on pitkäaikainen jatkuva infektio. Toisin kuin aiemmin kuvatuissa malleissa, jatkuvista viljelmistä tulee spontaanisti pysyviä, kun sekä klamydiat että isäntäsolut lisääntyvät vapaasti ilman stressiä. C. pneumoniae -infektio säilyi HEp-2- ja A549-soluissa yli neljä vuotta ilman sentrifugointia, sykloheksimidilisäystä tai IFN-γ:tä.12 Infektiotasot näissä infektoituneissa soluissa olivat korkeat (70-80 %). Ultrastruktuuritutkimukset paljastivat näissä soluissa kolmenlaisia sulkeumia. Noin 90 prosenttia oli tyypillisiä suuria sulkeumia, joiden halkaisija oli noin 5-12 µm. Toinen tyyppi (muuttuneet sulkeumat) sisälsi sekä normaaleja EB- ja RB-soluja, mutta huomattavasti pienempinä määrinä kuin tyypilliset sulkeumat, että pleomorfisia AB-soluja, jotka olivat jopa neljä-viisi kertaa normaaleja RB-soluja suurempia (halkaisijaltaan 2,5 µm); niiden sytoplasma oli homogeenista. Kolmas sulkeumatyyppi oli pienet poikkeavat sulkeumat, joiden läpimitta oli keskimäärin 4 µm ja jotka sisälsivät noin 60 AB:tä, jotka olivat kooltaan samankokoisia kuin normaalit RB:t, mutta näyttivät elektronitiheiltä eivätkä enää säilyttäneet sileää pallomaista muotoa. Näissä tiheissä AB:issä säilyi klamydialle tyypillinen ulkokalvorakenne, jossa oli hyvin vähän periplasmista tilaa, ja kalvot olivat tiiviimmin kiinni klamydiarungossa, kuten normaaleissa RB:issä. Näissä sulkeumissa ei havaittu EB:tä. Nämä havainnot osoittavat, että C. pneumoniae -bakteerin kehityskierrossa voi yhdistyä tyypilliset kehitysmuodot ja persistenssivaihe kudosviljelyssä.
Toinen mahdollinen mekanismi klamydian persistenssille voisi olla suora vaikutus isäntäsoluun, mahdollisesti vaikuttamalla apoptoosiin, joka on tärkeä solujen kasvun ja kudoskehityksen säätelijä. Apoptoosi on geneettisesti ohjelmoitu, tiukasti kontrolloitu prosessi, toisin kuin nekroosi, johon liittyy epäspesifinen tulehdus ja kudosvaurio sekä solunsisäisiä entsyymejä, tuman ja sytoplasman tiivistymistä ja pirstoutumista. Monien mikrobipatogeenien, kuten klamydioiden, on todettu muokkaavan solujen apoptoosia selviytyäkseen ja lisääntyäkseen. Chlamydia spp. on osoitettu sekä indusoivan että estävän isäntäsolujen apoptoosia riippuen klamydian kehityssyklin vaiheesta.13 Klamydiat suojaavat infektoituneita soluja ulkoisten ärsykkeiden aiheuttamalta apoptoosilta infektion varhaisvaiheissa ja saattavat indusoida isäntäsolujen apoptoosia elinkaaren myöhemmissä vaiheissa. Näin ollen klamydiat voivat suojata infektoituneita soluja immuunijärjestelmän sytotoksisilta mekanismeilta, ja infektiosyklin lopussa havaittu apoptoosi voi edistää tulehdusreaktiota, koska apoptoottiset solut erittävät proinflammatorisia sytokiineja ja helpottavat organismin vapautumista infektoituneista soluista. IFN-γ-käsitellyillä viljelmillä tehdyissä tutkimuksissa on raportoitu, että C. trachomatis ja C. pneumoniae -bakteerin infektoimat solut vastustavat apoptoosia ulkoisten ligandien vaikutuksesta caspace-aktivoitumisen estämisen kautta. Pitkäaikaisella, jatkuvasti infektoituneella solumallilla tehdyistä tutkimuksista saadut tiedot osoittivat huomattavia eroja C. pneumoniaen vaikutuksessa apoptoosiin akuuteissa ja kroonisesti infektoituneissa A549-soluissa.13 Akuutti C. pneumoniae -infektio indusoi apoptoottisia muutoksia A549-soluissa ensimmäisten 24 ja 48 tunnin aikana infektion jälkeen. Apoptoosin indusoituminen akuutissa infektiossa saattaa helpottaa C. pneumoniaen vapautumista isäntäsolusta. Krooninen C. pneumoniae -infektio esti apoptoottisia muutoksia ensimmäisten 24 tunnin ja jopa 7 päivän aikana. Nämä tulokset viittaavat siihen, että apoptoosin estäminen voi auttaa suojaamaan organismia, kun se on solunsisäisessä, pysyvässä tilassa.