Chlamydiae
Microbiology
Chlamydiae mają otoczkę gram-ujemną bez wykrywalnego peptydoglikanu; jednakże, ostatnia analiza genomiczna ujawniła, że zarówno C. trachomatis jak i C. pneumoniae kodują białka, które tworzą prawie kompletną ścieżkę syntezy peptydoglikanu, w tym białka wiążące penicylinę.10 Chlamydiae posiadają również specyficzny dla grupy antygen lipopolisacharydowy i wykorzystują adenozynotrójfosforan (ATP) gospodarza do syntezy białek chlamydialnych.10 Chociaż chlamydie są auksotroficzne dla trzech z czterech trójfosforanów nukleozydów, kodują funkcjonalne enzymy katabolizujące glukozę, które mogą być wykorzystane do wytwarzania ATP.10 Podobnie jak w przypadku syntezy peptydoglikanu, z jakiegoś powodu geny te są wyłączone, co może być związane z ich adaptacją do środowiska wewnątrzkomórkowego. Wszystkie chlamydie kodują również obfite białko zwane głównym białkiem błony zewnętrznej (MOMP lub OmpA), które jest widoczne na powierzchni u C. trachomatis i C. psittaci, ale najwyraźniej nie u C. pneumoniae.10 MOMP jest głównym czynnikiem determinującym klasyfikację serologiczną izolatów C. trachomatis i C. psittaci. Chlamydiae są wrażliwe na antybiotyki zaburzające syntezę DNA i białek, w tym tetracykliny, makrolidy i chinolony. C. pneumoniae nie posiada szlaku biosyntezy tryptofanu i jest oporny na sulfonamidy i trimetoprim.4
Chlamydiae mają unikalny cykl rozwojowy z morfologicznie odrębnymi formami zakaźnymi i rozrodczymi: ciałem elementarnym (EB) i ciałem siateczkowatym (RB; ryc. 184-1). Po zakażeniu, zakaźne EB, o średnicy od 200 do 400 nm, przyczepiają się do komórki gospodarza w procesie wiązania elektrostatycznego i są pobierane do wnętrza komórki na drodze endocytozy, która nie zależy od systemu mikrotubul. EB mają postać przetrwalnikową; są nieaktywne metabolicznie, ale stabilne w środowisku zewnątrzkomórkowym. W komórce gospodarza EB pozostaje w wyścielonym błoną fagosomie, z zahamowaniem fuzji fagosomalno-lizosomalnej. Błona inkluzji pozbawiona jest markerów komórki gospodarza, ale markery lipidowe przemieszczają się do inkluzji, co sugeruje funkcjonalną interakcję z aparatem Golgiego. Chlamydie wydają się omijać szlak endocytarny gospodarza, zasiedlając niekwaśną wakuolę, która jest oddzielona od późnych endosomów i lizosomów. EBs następnie różnicują się w RBs, które ulegają rozszczepieniu binarnemu. Po około 36 godzinach, RB różnicują się z powrotem w EB. Pomimo nagromadzenia 500 do 1000 zakaźnych EBs w inkluzji, funkcja komórki gospodarza jest minimalnie zaburzona. Po około 48 godzinach może dojść do uwolnienia poprzez cytolizę lub proces egzocytozy lub ekstruzji całego wtrętu, pozostawiając komórkę gospodarza nienaruszoną. Strategia ta jest bardzo skuteczna i umożliwia organizmowi wywołanie w zasadzie cichego, przewlekłego zakażenia.
Szereg badań in vitro podważyło ten dwufazowy paradygmat. Chlamydiae mogą wejść w stan przetrwalnikowy in vitro po leczeniu niektórymi cytokinami, takimi jak interferon-γ (IFN-γ); leczeniu antybiotykami, szczególnie penicyliną; ograniczeniu niektórych składników odżywczych, w tym żelaza, glukozy i aminokwasów; zakażeniu monocytów; oraz szoku termicznym.4,11 Podczas przebywania w stanie przetrwalnikowym aktywność metaboliczna jest zmniejszona, a organizm jest często oporny na leczenie antybiotykami. Te różne systemy wytwarzają podobne cechy wzrostu, w tym utratę zakaźności i rozwój małych inkluzji, które zawierają mniej EBs i RBs oraz wyniki ultrastukturalne, w szczególności morfologicznie nieprawidłowe RBs, co sugeruje, że są one w jakiś sposób zmienione podczas ich skądinąd normalnego rozwoju. Te nieprawidłowe RB są często nazywane ciałami aberracyjnymi (AB). Wykazano również, że ograniczenie pewnych składników odżywczych może indukować przetrwanie chlamydii. Analiza ultrastrukturalna C. pneumoniae leczonych IFN-γ również ujawnia atypowe inkluzje, które zawierają duże, podobne do siateczki ABs, bez dowodów na rediferencjację w EBs.
Innym modelem przetrwałej infekcji C. pneumoniae jest długotrwała, ciągła infekcja. W przeciwieństwie do wcześniej opisanych modeli, hodowle ciągłe stają się spontanicznie trwałe, gdy zarówno chlamydie jak i komórki gospodarza namnażają się swobodnie przy braku stresu. Infekcja C. pneumoniae była utrzymywana w komórkach HEp-2 i A549 przez ponad 4 lata bez wirowania, dodawania cykloheksymidu lub IFN-γ.12 Poziom infekcji w tych zakażonych komórkach był wysoki (70% do 80%). Badania ultrastrukturalne ujawniły trzy rodzaje inkluzji w tych komórkach. Około 90% stanowiły typowe duże inkluzje, których średnica wynosiła od 5 do 12 µm. Drugi typ (altered inclusions) zawierał zarówno prawidłowe EBs i RBs, ale w znacznie mniejszej liczbie niż typowe inkluzje, jak i pleomorficzne ABs, które były do czterech do pięciu razy większe od prawidłowych RBs (o średnicy 2,5 µm); ich cytoplazma była jednorodna. Trzecim typem inkluzji były małe aberracyjne inkluzje, średnio o średnicy 4 µm, zawierające około 60 AB, które były podobnej wielkości jak prawidłowe RB, ale wydawały się elektronowo gęste i nie zachowywały już gładkiego kulistego kształtu. Te gęste AB zachowały charakterystyczną strukturę chlamydialnej błony zewnętrznej, z bardzo małą przestrzenią peryplazmatyczną, a błony były ściślej związane z ciałem chlamydialnym, podobnie jak normalne RB. W tych inkluzjach nie zaobserwowano EBs. Wyniki te pokazują, że cykl rozwojowy C. pneumoniae może łączyć typowe formy rozwojowe z fazą przetrwałą w hodowli tkankowej.
Innym możliwym mechanizmem przetrwania chlamydiów może być bezpośredni wpływ na komórkę gospodarza, prawdopodobnie poprzez wpływ na apoptozę, która jest ważnym regulatorem wzrostu komórek i rozwoju tkanek. Apoptoza jest genetycznie zaprogramowanym, ściśle kontrolowanym procesem, w przeciwieństwie do nekrozy, która obejmuje nieswoisty stan zapalny i uszkodzenie tkanki oraz enzymy wewnątrzkomórkowe, kondensację jądra, cytoplazmy i fragmentację. Stwierdzono, że wiele patogenów mikrobiologicznych, w tym chlamydie, moduluje apoptozę komórkową w celu przetrwania i namnażania się. Wykazano, że Chlamydia spp. zarówno indukują, jak i hamują apoptozę komórek gospodarza, w zależności od etapu cyklu rozwojowego chlamydiów.13 Chlamydie chronią zakażone komórki przed apoptozą w wyniku działania bodźców zewnętrznych podczas wczesnych etapów zakażenia i mogą indukować apoptozę komórki gospodarza podczas późniejszych etapów cyklu życiowego. Tak więc chlamydie mogą chronić zakażone komórki przed cytotoksycznymi mechanizmami układu odpornościowego, a apoptoza obserwowana pod koniec cyklu zakażenia może przyczyniać się do odpowiedzi zapalnej, ponieważ komórki apoptotyczne wydzielają cytokiny prozapalne i ułatwiają uwolnienie organizmu z zakażonych komórek. Badania z hodowlami traktowanymi IFN-γ wykazały, że komórki zakażone C. trachomatis i C. pneumoniae opierają się apoptozie w wyniku działania zewnętrznych ligandów, poprzez hamowanie aktywacji kaspazy. Dane z badań z użyciem modelu komórek zakażonych długotrwale w sposób ciągły wykazały wyraźne różnice we wpływie C. pneumoniae na apoptozę w ostrych i przewlekle zakażonych komórkach A549.13 Ostre zakażenie C. pneumoniae indukowało zmiany apoptotyczne w komórkach A549 w ciągu pierwszych 24 i 48 godzin po zakażeniu. Indukcja apoptozy w ostrym zakażeniu może ułatwiać uwalnianie C. pneumoniae z komórki gospodarza. Przewlekłe zakażenie C. pneumoniae hamowało zmiany apoptotyczne w ciągu pierwszych 24 godzin i do 7 dni. Wyniki te sugerują, że zahamowanie apoptozy może pomóc w ochronie organizmu, gdy znajduje się on w wewnątrzkomórkowym, przetrwałym stanie.