Chlamydien
Mikrobiologie
Chlamydien haben eine gramnegative Hülle ohne nachweisbares Peptidoglykan; neuere Genomanalysen haben jedoch gezeigt, dass sowohl C. trachomatis als auch C. pneumoniae für Proteine kodieren, die einen nahezu vollständigen Weg zur Synthese von Peptidoglykan bilden, einschließlich Penicillin-bindender Proteine.10 Chlamydien haben auch ein gruppenspezifisches Lipopolysaccharid-Antigen und verwenden Adenosintriphosphat (ATP) des Wirtes für die Synthese von Chlamydienproteinen.10 Obwohl Chlamydien für drei von vier Nukleosidtriphosphaten auxotroph sind, kodieren sie für funktionelle Glukose-abbauende Enzyme, die zur Erzeugung von ATP verwendet werden können.10 Wie bei der Peptidoglykansynthese sind diese Gene aus irgendeinem Grund ausgeschaltet, was mit ihrer Anpassung an die intrazelluläre Umgebung zusammenhängen könnte. Alle Chlamydien kodieren auch für ein reichlich vorhandenes Protein, das Hauptprotein der äußeren Membran (MOMP oder OmpA), das bei C. trachomatis und C. psittaci an der Oberfläche exponiert ist, offenbar aber nicht bei C. pneumoniae.10 Das MOMP ist der wichtigste Faktor für die serologische Klassifizierung von C. trachomatis- und C. psittaci-Isolaten. Chlamydien sind empfindlich gegenüber Antibiotika, die in die DNA- und Proteinsynthese eingreifen, darunter Tetrazykline, Makrolide und Chinolone. C. pneumoniae verfügt nicht über einen Tryptophan-Gewinnungs- oder Biosyntheseweg und ist resistent gegen Sulfonamide und Trimethoprim.4
Chlamydien haben einen einzigartigen Entwicklungszyklus mit morphologisch unterschiedlichen infektiösen und reproduktiven Formen: dem Elementarkörper (EB) und dem Netzkörper (RB; Abb. 184-1). Nach der Infektion heften sich die infektiösen EBs, die einen Durchmesser von 200 bis 400 nm haben, durch elektrostatische Bindung an die Wirtszelle und werden durch Endozytose, die nicht vom Mikrotubulussystem abhängt, in die Zelle aufgenommen. EBs sind sporenförmig; sie sind metabolisch inaktiv, aber in der extrazellulären Umgebung stabil. In der Wirtszelle verbleibt das EB in einem mit einer Membran ausgekleideten Phagosom, wobei die Fusion von Phagosom und Lysosom gehemmt wird. Die Einschlussmembran weist keine Wirtszellmarker auf, aber Lipidmarker wandern zum Einschluss, was auf eine funktionelle Interaktion mit dem Golgi-Apparat schließen lässt. Chlamydien scheinen den endozytischen Weg des Wirts zu umgehen und bewohnen eine nicht-saure Vakuole, die von späten Endosomen und Lysosomen getrennt ist. Die EBs differenzieren sich dann in RBs, die eine binäre Spaltung durchlaufen. Nach etwa 36 Stunden differenzieren sich die RBs wieder in EBs. Trotz der Anhäufung von 500 bis 1000 infektiösen EBs im Einschluss ist die Funktion der Wirtszelle nur minimal gestört. Nach etwa 48 Stunden kann die Freisetzung durch Zytolyse oder einen Prozess der Exozytose oder Extrusion des gesamten Einschlusses erfolgen, wobei die Wirtszelle intakt bleibt. Diese Strategie ist sehr erfolgreich und ermöglicht es dem Organismus, eine im Wesentlichen stille chronische Infektion zu verursachen.
Eine Reihe von In-vitro-Studien haben dieses biphasische Paradigma in Frage gestellt. Chlamydien können in vitro in einen persistenten Zustand übergehen, wenn sie mit bestimmten Zytokinen wie Interferon-γ (IFN-γ), mit Antibiotika, insbesondere Penicillin, mit bestimmten Nährstoffen wie Eisen, Glukose und Aminosäuren, mit Monozyten und mit Hitzeschock behandelt werden.4,11 Während des persistenten Zustands ist die Stoffwechselaktivität reduziert, und der Organismus ist oft unempfindlich gegen eine antibiotische Behandlung. Diese verschiedenen Systeme führen zu ähnlichen Wachstumsmerkmalen, einschließlich des Verlusts der Infektiosität und der Entwicklung kleiner Einschlüsse, die weniger EBs und RBs enthalten, sowie zu ultrastrukturellen Befunden, insbesondere zu morphologisch abnormen RBs, was darauf hindeutet, dass sie während ihrer ansonsten normalen Entwicklung irgendwie verändert werden. Diese abnormalen RB werden häufig als aberrante Körper (AB) bezeichnet. Es hat sich auch gezeigt, dass die Einschränkung bestimmter Nährstoffe die Persistenz von Chlamydien fördert. Die ultrastrukturelle Analyse von IFN-γ-behandelten C. pneumoniae zeigt auch atypische Einschlüsse, die große netzartige ABs enthalten, ohne Anzeichen für eine Redifferenzierung in EBs.
Ein weiteres Modell für eine persistierende C. pneumoniae-Infektion ist eine langfristige Dauerinfektion. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Modellen werden kontinuierliche Kulturen spontan persistent, wenn sich sowohl die Chlamydien als auch die Wirtszellen in Abwesenheit von Stress frei vermehren. Die Infektion mit C. pneumoniae wurde in HEp-2- und A549-Zellen mehr als 4 Jahre lang ohne Zentrifugation, Zugabe von Cycloheximid oder IFN-γ aufrechterhalten.12 Die Infektionsraten in diesen infizierten Zellen waren hoch (70 % bis 80 %). Ultrastrukturelle Untersuchungen ergaben drei Arten von Einschlüssen in diesen Zellen. Bei etwa 90 % handelte es sich um typische große Einschlüsse mit einem Durchmesser von etwa 5 bis 12 µm. Der zweite Typ (veränderte Einschlüsse) enthielt sowohl normale EBs und RBs, jedoch in deutlich geringerer Anzahl als die typischen Einschlüsse, als auch pleomorphe ABs, die bis zu vier- bis fünfmal so groß wie normale RBs waren (2,5 µm Durchmesser); ihr Zytoplasma war homogen. Bei der dritten Art von Einschlüssen handelte es sich um kleine aberrante Einschlüsse mit einem Durchmesser von durchschnittlich 4 µm, die etwa 60 ABs enthielten, die ähnlich groß wie normale RBs waren, aber eine hohe Elektronendichte aufwiesen und keine glatte Kugelform mehr hatten. Diese dichten ABs behielten die charakteristische äußere Membranstruktur der Chlamydien bei, mit sehr wenig periplasmatischem Raum, und die Membranen waren enger an den Chlamydienkörper gebunden, ähnlich wie bei normalen RBs. In diesen Einschlüssen wurden keine EBs beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen, dass der Entwicklungszyklus von C. pneumoniae die typischen Entwicklungsformen mit der persistenten Phase in der Gewebekultur kombinieren kann.
Ein anderer möglicher Mechanismus der Chlamydienpersistenz könnte in einer direkten Wirkung auf die Wirtszelle bestehen, möglicherweise durch eine Wirkung auf die Apoptose, die ein wichtiger Regulator des Zellwachstums und der Gewebeentwicklung ist. Apoptose ist ein genetisch programmierter, streng kontrollierter Prozess, im Gegensatz zur Nekrose, die unspezifische Entzündungen und Gewebeschäden sowie intrazelluläre Enzyme, die Kondensation von Zellkern und Zytoplasma und Fragmentierung beinhaltet. Es wurde festgestellt, dass viele mikrobielle Krankheitserreger, einschließlich Chlamydien, die zelluläre Apoptose modulieren, um zu überleben und sich zu vermehren. Es wurde nachgewiesen, dass Chlamydia spp. die Apoptose von Wirtszellen sowohl auslösen als auch hemmen können, je nach Stadium des Entwicklungszyklus der Chlamydien.13 Chlamydien schützen infizierte Zellen vor Apoptose infolge externer Stimuli in frühen Phasen der Infektion und können die Apoptose der Wirtszelle in späteren Phasen des Lebenszyklus auslösen. Somit können Chlamydien infizierte Zellen vor zytotoxischen Mechanismen des Immunsystems schützen, und die am Ende des Infektionszyklus beobachtete Apoptose kann zur Entzündungsreaktion beitragen, da apoptotische Zellen proinflammatorische Zytokine absondern und die Freisetzung des Organismus aus den infizierten Zellen erleichtern. Studien mit IFN-γ-behandelten Kulturen haben gezeigt, dass Zellen, die mit C. trachomatis und C. pneumoniae infiziert sind, durch Hemmung der Caspace-Aktivierung der Apoptose als Folge externer Liganden widerstehen. Daten aus Studien mit dem Modell langzeitinfizierter, kontinuierlich infizierter Zellen zeigten deutliche Unterschiede in der Wirkung von C. pneumoniae auf die Apoptose in akut und chronisch infizierten A549-Zellen.13 Eine akute C. pneumoniae-Infektion induzierte apoptotische Veränderungen in A549-Zellen innerhalb der ersten 24 und 48 Stunden nach der Infektion. Die Induktion der Apoptose bei einer akuten Infektion könnte die Freisetzung von C. pneumoniae aus der Wirtszelle erleichtern. Eine chronische Infektion mit C. pneumoniae hemmte apoptotische Veränderungen innerhalb der ersten 24 Stunden und bis zu 7 Tagen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Hemmung der Apoptose zum Schutz des Organismus beitragen kann, wenn er sich in einem intrazellulären, persistenten Zustand befindet.