Chlamydiae
Mikrobiologi
Chlamydiae har ett gramnegativt hölje utan påvisbar peptidoglykan, men genomisk analys har nyligen visat att både C. trachomatis och C. pneumoniae kodar för proteiner som bildar en nästan komplett väg för syntes av peptidoglykan, inklusive penicillinbindande proteiner.10 Chlamydiae delar också ett gruppspecifikt lipopolysackaridantigen och använder värdets adenosintrifosfat (ATP) för syntesen av klamydiaprotein.10 Även om chlamydiae är auxotrofa för tre av fyra nukleosidtrifosfater kodar de för funktionella glukoskataboliserande enzymer, som kan användas för att generera ATP.10 Liksom för peptidoglykansyntesen är dessa gener av någon anledning avstängda, vilket kan vara relaterat till deras anpassning till den intracellulära miljön. Alla klamydiae kodar också för ett rikligt protein som kallas det stora yttre membranproteinet (MOMP eller OmpA) som är ytexponerat hos C. trachomatis och C. psittaci men uppenbarligen inte hos C. pneumoniae.10 MOMP är den viktigaste bestämningsfaktorn för den serologiska klassificeringen av isolat av C. trachomatis och C. psittaci. Chlamydiae är mottagliga för antibiotika som stör DNA- och proteinsyntesen, inklusive tetracykliner, makrolider och kinoloner. C. pneumoniae saknar en tryptofanåtervinning eller biosyntesväg och är resistent mot sulfonamider och trimetoprim.4
Chlamydiae har en unik utvecklingscykel med morfologiskt distinkta infektiösa och reproduktiva former: elementarkroppen (EB) och nätkroppen (RB; Fig. 184-1). Efter infektion fäster de infektiösa EB:erna, som är 200 till 400 nm i diameter, vid värdcellen genom en elektrostatisk bindningsprocess och tas in i cellen genom endocytos som inte är beroende av mikrotubuli-systemet. EBs är sporelliknande; de är metaboliskt inaktiva men stabila i den extracellulära miljön. I värdcellen stannar EB:n kvar i en membranklädd fagosom, med hämning av fagosomal-lysosomal fusion. Inklusionsmembranet saknar värdcellsmarkörer, men lipidmarkörer transporteras till inklusionen, vilket tyder på en funktionell interaktion med Golgiapparaten. Chlamydiae tycks kringgå värdens endocytiska väg genom att bo i en icke-syrlig vakuole som är åtskild från sena endosomer och lysosomer. EBs differentieras sedan till RBs som genomgår binär fission. Efter cirka 36 timmar differentieras RBs tillbaka till EBs. Trots ackumuleringen av 500-1000 infektiösa EBs i inklusionen störs värdcellens funktion minimalt. Efter cirka 48 timmar kan frigörelsen ske genom cytolys eller en process av exocytos eller extrudering av hela inneslutningen, varvid värdcellen förblir intakt. Denna strategi är mycket framgångsrik och gör det möjligt för organismen att orsaka en i huvudsak tyst kronisk infektion.
Ett antal in vitro-studier har utmanat detta bifasiska paradigm. Chlamydiae kan gå in i ett persistent tillstånd in vitro efter behandling med vissa cytokiner, t.ex. interferon-γ (IFN-γ), behandling med antibiotika, särskilt penicillin, begränsning av vissa näringsämnen, bl.a. järn, glukos och aminosyror, infektion i monocyter och värmeschock.4,11 Medan den befinner sig i det persistenta tillståndet är den metaboliska aktiviteten reducerad och organismen är ofta refraktär mot antibiotikabehandling. Dessa olika system ger liknande tillväxtegenskaper, inklusive förlust av infektionsförmåga och utveckling av små inneslutningar som innehåller färre EBs och RBs och ultrastukturella fynd, närmare bestämt morfologiskt onormala RBs, vilket tyder på att de på något sätt förändras under sin annars normala utveckling. Dessa onormala RBs kallas ofta aberrant bodies (ABs). Begränsning av vissa näringsämnen har också visat sig inducera persistens hos klamydiae. Ultrastrukturell analys av IFN-γ-behandlade C. pneumoniae avslöjar också atypiska inneslutningar som innehåller stora retikulärt liknade ABs utan tecken på redifferentiering till EBs.
En annan modell för persisterande C. pneumoniae-infektion är långvarig kontinuerlig infektion. Till skillnad från de tidigare beskrivna modellerna blir kontinuerliga kulturer spontant persistenta när både klamydia och värdceller förökar sig fritt i avsaknad av stress. C. pneumoniae-infektion upprätthölls i HEp-2- och A549-celler i mer än fyra år utan centrifugering, tillsats av cykloheximid eller IFN-γ.12 Infektionsnivåerna i dessa infekterade celler var höga (70-80 %). Ultrastrukturella studier avslöjade tre typer av inneslutningar i dessa celler. Ungefär 90 % var typiska stora inneslutningar som varierade ungefär från 5 till 12 µm i diameter. Den andra typen (förändrade inneslutningar) innehöll både normala EBs och RBs, men i betydligt lägre antal än de typiska inneslutningarna, och pleomorfa ABs, som var upp till fyra till fem gånger så stora som normala RBs (2,5 µm i diameter); deras cytoplasma var homogen. Den tredje typen av inneslutningar var små avvikande inneslutningar, i genomsnitt 4 µm i diameter, som innehöll cirka 60 AB:er som var lika stora som normala RB:er, men som verkade elektrontäta och inte längre hade en jämn sfärisk form. Dessa täta ABs behöll den karakteristiska strukturen av klamydiens yttre membran, med mycket litet periplasmautrymme, och membranen var mer tätt bundna till klamydiakroppen, vilket liknar normala RBs. Inga EB observerades i dessa inneslutningar. Dessa fynd visar att utvecklingscykeln hos C. pneumoniae kan kombinera de typiska utvecklingsformerna med den persistenta fasen i vävnadskultur.
En annan möjlig mekanism för klamydialpersistens skulle kunna vara genom en direkt effekt på värdcellen, möjligen genom en effekt på apoptos, som är en viktig regulator av celltillväxt och vävnadsutveckling. Apoptos är en genetiskt programmerad, noggrant kontrollerad process, till skillnad från nekros, som inbegriper ospecifik inflammation och vävnadsskada och intracellulära enzymer, kondensering av kärna och cytoplasma samt fragmentering. Många mikrobiella patogener, inklusive klamydiae, har visat sig modulera cellulär apoptos för att överleva och föröka sig. Chlamydia spp. har visat sig både inducera och hämma värdcellens apoptos, beroende på stadiet i klamydiens utvecklingscykel.13 Chlamydiae skyddar infekterade celler mot apoptos till följd av externa stimuli under tidiga infektionsstadier och kan inducera apoptos av värdcellen under senare stadier av livscykeln. Således kan klamydiae skydda infekterade celler mot immunsystemets cytotoxiska mekanismer, och den apoptos som observeras i slutet av infektionscykeln kan bidra till det inflammatoriska svaret eftersom apoptotiska celler utsöndrar proinflammatoriska cytokiner och underlättar frigörandet av organismen från de infekterade cellerna. Studier med IFN-γ-behandlade kulturer har rapporterat att celler som är infekterade med C. trachomatis och C. pneumoniae motstår apoptos som ett resultat av externa ligander, via hämning av caspace-aktivering. Data från studier med den långvarigt kontinuerligt infekterade cellmodellen visade markanta skillnader i effekten av C. pneumoniae på apoptos i akut och kroniskt infekterade A549-celler.13 Akut C. pneumoniae-infektion inducerade apoptotiska förändringar i A549-celler inom de första 24 och 48 timmarna efter infektion. Induktion av apoptos vid akut infektion kan underlätta frigörandet av C. pneumoniae från värdcellen. Kronisk C. pneumoniae-infektion hämmade apoptotiska förändringar inom de första 24 timmarna och upp till 7 dagar. Dessa resultat tyder på att hämning av apoptos kan bidra till att skydda organismen när den befinner sig i det intracellulära, persistenta tillståndet.