Chlamydiae
Microbiologia
Le clamidie hanno un involucro gram-negativo senza peptidoglicano rilevabile; tuttavia, recenti analisi genomiche hanno rivelato che sia C. trachomatis che C. pneumoniae codificano per proteine che formano un percorso quasi completo per la sintesi del peptidoglicano, comprese le proteine leganti la penicillina.10 Le clamidie condividono anche un antigene lipopolisaccaridico specifico del gruppo e utilizzano l’adenosina trifosfato (ATP) dell’ospite per la sintesi delle proteine clamidiche.10 Sebbene le clamidie siano auxotrofiche per tre dei quattro nucleosidi trifosfati, codificano enzimi funzionali di catabolizzazione del glucosio, che possono essere usati per generare ATP.10 Come per la sintesi dei peptidoglicani, per qualche motivo, questi geni sono spenti, il che può essere legato al loro adattamento all’ambiente intracellulare. Tutte le clamidie codificano anche un’abbondante proteina chiamata proteina maggiore di membrana esterna (MOMP o OmpA) che è esposta in superficie in C. trachomatis e C. psittaci ma apparentemente non in C. pneumoniae.10 La MOMP è il principale determinante della classificazione sierologica degli isolati di C. trachomatis e C. psittaci. Le clamidie sono suscettibili agli antibiotici che interferiscono con la sintesi del DNA e delle proteine, comprese le tetracicline, i macrolidi e i chinoloni. C. pneumoniae manca di una via di recupero o biosintesi del triptofano ed è resistente ai sulfamidici e al trimetoprim.4
Le clamidie hanno un ciclo di sviluppo unico con forme infettive e riproduttive morfologicamente distinte: il corpo elementare (EB) e il corpo reticolato (RB; Fig. 184-1). Dopo l’infezione, gli EB infettivi, che hanno un diametro da 200 a 400 nm, si attaccano alla cellula ospite tramite un processo di legame elettrostatico e vengono portati nella cellula tramite endocitosi che non dipende dal sistema dei microtubuli. Gli EB sono simili a spore; sono metabolicamente inattivi ma stabili nell’ambiente extracellulare. All’interno della cellula ospite, l’EB rimane all’interno di un fagosoma rivestito di membrana, con inibizione della fusione fagosomica-lisosomica. La membrana di inclusione è priva di marcatori della cellula ospite, ma i marcatori lipidici trafficano verso l’inclusione, il che suggerisce un’interazione funzionale con l’apparato di Golgi. Le clamidie sembrano aggirare il percorso endocitico dell’ospite, abitando un vacuolo non acido che è dissociato dagli endosomi tardivi e dai lisosomi. Gli EB poi si differenziano in RB che subiscono la fissione binaria. Dopo circa 36 ore, le RB si differenziano nuovamente in EB. Nonostante l’accumulo di 500-1000 EB infettivi nell’inclusione, la funzione della cellula ospite è minimamente disturbata. A circa 48 ore, il rilascio può avvenire tramite citolisi o un processo di esocitosi o estrusione dell’intera inclusione, lasciando intatta la cellula ospite. Questa strategia ha molto successo e permette all’organismo di causare un’infezione cronica essenzialmente silenziosa.
Un certo numero di studi in vitro ha messo in discussione questo paradigma bifasico. Le Chlamydiae possono entrare in uno stato persistente in vitro dopo il trattamento con alcune citochine, come l’interferone-γ (IFN-γ); il trattamento con antibiotici, in particolare la penicillina; la restrizione di alcuni nutrienti, tra cui ferro, glucosio e aminoacidi; l’infezione nei monociti e lo shock termico.4,11 Mentre nello stato persistente, l’attività metabolica è ridotta e l’organismo è spesso refrattario al trattamento antibiotico. Questi diversi sistemi producono caratteristiche di crescita simili, compresa la perdita di infettività e lo sviluppo di piccole inclusioni che contengono meno EB e RB e risultati ultrastrutturali, in particolare, RB morfologicamente anormali, il che suggerisce che sono in qualche modo alterati durante il loro sviluppo altrimenti normale. Questi RB anormali sono spesso chiamati corpi aberranti (ABs). È stato anche dimostrato che la restrizione di alcuni nutrienti induce la persistenza delle clamidie. L’analisi ultrastrutturale di C. pneumoniae trattata con IFN-γ rivela anche inclusioni atipiche che contengono grandi AB simili a reticoli, senza alcuna prova di ridifferenziazione in EBs.
Un altro modello di infezione persistente di C. pneumoniae è l’infezione continua a lungo termine. In contrasto con i modelli precedentemente descritti, le colture continue diventano spontaneamente persistenti quando sia le clamidie che le cellule ospiti si moltiplicano liberamente in assenza di stress. L’infezione da C. pneumoniae è stata mantenuta in cellule HEp-2 e A549 per più di 4 anni senza centrifugazione, aggiunta di cicloeximide, o IFN-γ.12 I livelli di infezione in queste cellule infette erano alti (dal 70% all’80%). Gli studi ultrastrutturali hanno rivelato tre tipi di inclusioni in queste cellule. Circa il 90% erano tipiche inclusioni di grandi dimensioni che variavano approssimativamente da 5 a 12 µm di diametro. Il secondo tipo (inclusioni alterate) conteneva sia EB normali che RB, ma in numero considerevolmente inferiore rispetto alle inclusioni tipiche, e AB pleomorfe, che erano fino a quattro o cinque volte più grandi delle RB normali (2,5 µm di diametro); il loro citoplasma era omogeneo. Il terzo tipo di inclusione era costituito da piccole inclusioni aberranti, in media 4 µm di diametro, contenenti circa 60 ABs che erano simili per dimensioni ai normali RBs ma apparivano elettronicamente densi e non mantenevano più una forma sferica liscia. Questi AB densi hanno mantenuto la caratteristica struttura della membrana esterna clamidica, con pochissimo spazio periplasmatico, e le membrane più strettamente legate al corpo clamidico, simili ai normali RB. Nessuna EB è stata osservata in queste inclusioni. Questi risultati dimostrano che il ciclo di sviluppo di C. pneumoniae può combinare le forme di sviluppo tipiche con la fase persistente nella coltura dei tessuti.
Un altro possibile meccanismo di persistenza della clamidia potrebbe essere attraverso un effetto diretto sulla cellula ospite, forse attraverso un effetto sull’apoptosi, che è un importante regolatore della crescita cellulare e dello sviluppo dei tessuti. L’apoptosi è un processo geneticamente programmato e strettamente controllato, a differenza della necrosi, che coinvolge l’infiammazione aspecifica e il danno tissutale e gli enzimi intracellulari, la condensazione del nucleo e del citoplasma e la frammentazione. Molti patogeni microbici, comprese le clamidie, sono stati trovati a modulare l’apoptosi cellulare per sopravvivere e moltiplicarsi. È stato dimostrato che le Chlamydia spp. possono sia indurre che inibire l’apoptosi della cellula ospite, a seconda della fase del ciclo di sviluppo delle clamidie.13 Le clamidie proteggono le cellule infettate dall’apoptosi in seguito a stimoli esterni durante le prime fasi dell’infezione e possono indurre l’apoptosi della cellula ospite durante le fasi successive del ciclo vitale. Così, le clamidie possono proteggere le cellule infettate dai meccanismi citotossici del sistema immunitario, e l’apoptosi osservata alla fine del ciclo di infezione può contribuire alla risposta infiammatoria perché le cellule apoptotiche secernono citochine proinfiammatorie e facilitano il rilascio dell’organismo dalle cellule infettate. Studi con colture trattate con IFN-γ hanno riportato che le cellule infettate con C. trachomatis e C. pneumoniae resistono all’apoptosi come risultato di ligandi esterni, attraverso l’inibizione dell’attivazione del caspace. I dati provenienti da studi con il modello di cellule infettate a lungo termine in modo continuo hanno mostrato marcate differenze nell’effetto di C. pneumoniae sull’apoptosi nelle cellule A549 infettate in modo acuto e cronico.13 L’infezione acuta di C. pneumoniae ha indotto cambiamenti apoptotici nelle cellule A549 nelle prime 24 e 48 ore dopo l’infezione. L’induzione dell’apoptosi nell’infezione acuta può facilitare il rilascio di C. pneumoniae dalla cellula ospite. L’infezione cronica di C. pneumoniae ha inibito i cambiamenti apoptotici nelle prime 24 ore e fino a 7 giorni. Questi risultati suggeriscono che l’inibizione dell’apoptosi può aiutare a proteggere l’organismo quando è nello stato intracellulare, persistente.