Легионелла пневмофила -Legionella pneumophila

Легионелла пневмофила
Легионелла пневмофила 01.jpg
ПЭМ- изображение L. pneumophila
Научная классификация
Королевство:
Тип:
Класс:
Порядок:
Семья:
Род:
Разновидность:
L. pneumophila
Биномиальное имя
Легионелла пневмофила
Бреннер DJ, Steigerwalt AG, McDade J.E. 1979

Legionella pneumophila - тонкая, аэробная , плеоморфная , жгутиковидная , неспорообразующая грамотрицательная бактерия из рода Legionella . L. pneumophila является основной патогенной бактерией человекав этой группе и возбудителем болезни легионеров , также известной как легионеллез.

В природе L. pneumophila поражает пресноводные и почвенные амебы родов Acanthamoeba и Naegleria . Механизм заражения схож в клетках амеб и человека.

Характеристика

L. pneumophila - это грамотрицательная неинкапсулированная аэробная палочка с одним полярным жгутиком, часто характеризуемая как коккобациллы . Он аэробен и не может гидролизовать желатин или производить уреазу . Кроме того , не- ферментативный . L. pneumophila не пигментирована и не флуоресцирует . Он является оксидазо- и каталазоположительным и продуцирует бета-лактамазу . Морфология колонии L. pneumophila серо-белая, с текстурой, похожей на хрусталь; для процветания также требуются цистеин и железо . Он растет на агаре с дрожжевым экстрактом «опаловидными» колониями.

Структура клеточной мембраны

Хотя L. pneumophila классифицируется как грамотрицательный организм, он плохо окрашивается из-за уникального содержания липополисахаридов во внешнем листке наружной клеточной мембраны. Основы соматической антигенной специфичности этого организма расположены на боковых цепях его клеточной стенки. Химический состав этих боковых цепей как по компонентам, так и по расположению различных сахаров определяет природу соматических или О- антигенных детерминант , которые являются важными средствами серологической классификации многих грамотрицательных бактерий. По крайней мере , 35 различных сероваров из L. pneumophila были описаны, а также несколько других видов, подразделяется на несколько сероваров.

Обнаружение

Сыворотки использовались как для исследований агглютинации на предметных стеклах, так и для прямого обнаружения бактерий в тканях с использованием иммунофлуоресценции с помощью флуоресцентно меченных антител . Специфические антитела у пациентов можно определить с помощью непрямого флуоресцентного теста на антитела. Также успешно применялись тесты ELISA и микроагглютинации.

Легионелла плохо окрашивается красителем по Граму, положительно окрашивается серебром и культивируется на угольном дрожжевом экстракте с железом и цистеином.

Экология и водоемы

Размножение L. pneumophila (красные цепочки) внутри Tetrahymena pyriformis

L. pneumophila - это факультативный внутриклеточный паразит, который может вторгаться и размножаться внутри амеб в окружающей среде, особенно видов родов Acanthamoeba и Naegleria , которые, таким образом, могут служить резервуаром для L. pneumophila. Эти хозяева также обеспечивают защиту от стрессов окружающей среды, таких как хлорирование . Было показано, что легионелла размножается на стенках труб в биопленках. Легионелла, выделившаяся из биопленок в водопроводных системах, может распыляться через краны, душевые, спринклеры и другие приспособления, что может привести к инфицированию после длительного воздействия.

Частота появления

В Соединенных Штатах Америки на 100 000 человек в год приходится примерно 3 случая заражения L. pneumophila . Пик заражения приходится на лето. В эндемичных регионах от 4% до 5% случаев пневмонии вызываются L. pneumophila .

Патогенез

У людей L. pneumophila проникает в макрофаги и размножается внутри них . Интернализация бактерий может быть усилена присутствием антител и комплемента , но это не обязательно. Интернализация бактерий, по-видимому, происходит через фагоцитоз . Однако L. pneumophila также способна инфицировать нефагоцитарные клетки неизвестным механизмом. Редкая форма фагоцитоза, известная как спиральный фагоцитоз, была описана для L. pneumophila , но она не зависит от системы бактериальной секреции Dot / Icm (внутриклеточное размножение / дефект в генах транспортировки органелл) и наблюдалась для других патогенов. После интернализации бактерии окружают себя мембранно-связанной вакуолью , которая не сливается с лизосомами , которые в противном случае разрушили бы бактерии. В этом защищенном отсеке бактерии размножаются.

Система секреции Dot / Icm типа IV и эффекторные белки

Бактерии используют систему секреции типа IVB, известную как Dot / Icm, для инъекции эффекторных белков хозяину. Эти эффекторы участвуют в повышении способности бактерий выживать внутри клетки-хозяина. L. pneumophila кодирует более 330 «эффекторных» белков, которые секретируются системой транслокации Dot / Icm, чтобы вмешиваться в процессы клетки-хозяина и способствовать выживанию бактерий. Было предсказано, что род Legionella кодирует более 10 000 и, возможно, до ~ 18 000 эффекторов, которые с высокой вероятностью секретируются в свои клетки-хозяева.

Одним из ключевых способов использования эффекторных белков L. pneumophila является вмешательство в процесс слияния вакуоли, содержащей Legionella, с эндосомами хозяина и , таким образом, защита от лизиса. Исследования нокаута транслоцированных эффекторов Dot / Icm показывают, что они жизненно важны для внутриклеточного выживания бактерии, но многие отдельные эффекторные белки, как полагают, действуют избыточно, поскольку нокауты одного эффектора редко препятствуют внутриклеточному выживанию. Такое большое количество перемещенных эффекторных белков и их избыточность, вероятно, является результатом того, что бактерия эволюционировала во многих различных простейших- хозяевах.

Легионелла- содержащая вакуоль

ПЭМ-изображение L. pneumophila в фагоцитарной клетке

Чтобы Legionella выжила в макрофагах и простейших, она должна создать специальный отсек, известный как вакуоль, содержащая Legionella (LCV). Благодаря действию системы секреции Dot / Icm бактерии способны предотвращать деградацию нормальным путем эндосомного переноса и вместо этого размножаться. Вскоре после интернализации бактерии специфически рекрутируют происходящие из эндоплазматического ретикулума везикулы и митохондрии в LCV, предотвращая при этом рекрутирование эндосомных маркеров, таких как Rab5a и Rab7a . Формирование и поддержание вакуолей имеют решающее значение для патогенеза; бактерии, лишенные системы секреции Dot / Icm, не являются патогенными и не могут реплицироваться внутри клеток, в то время как удаление эффекторного SdhA Dot / Icm приводит к дестабилизации вакуолярной мембраны и отсутствию репликации бактерий.

Приобретение питательных веществ

Legionella ауксотрофна по семи аминокислотам: цистеину, лейцину, метионину, валину, треонину, изолейцину и аргинину. Попав внутрь клетки-хозяина, легионелла нуждается в питательных веществах для роста и размножения. Внутри вакуоли доступность питательных веществ низкая; высокая потребность в аминокислотах не покрывается транспортом свободных аминокислот, обнаруженных в цитоплазме хозяина . Чтобы улучшить доступность аминокислот, паразит стимулирует механизмы протеасомной деградации хозяина . В результате в цитоплазме инфицированных L. pneumophila клеток образуется избыток свободных аминокислот, который может быть использован для внутривакуолярной пролиферации паразита.

Для получения аминокислот L. pneumophila использует эффектор AnkB F-Box , который фарнезилируется под действием трех ферментов-хозяев, локализованных в мембране LCV: фарнезилтрансферазы , протеазы Ras-конвертирующего фермента-1 и ICMT . Фарнезилирование позволяет AnkB закрепиться на цитоплазматической стороне вакуоли.

Как только AnkB закреплен на мембране LCV, он взаимодействует с комплексом SCF1 убиквитин-лигаза и функционирует как платформа для стыковки K48-связанных полиубиквитинированных белков с LCV.

K48-связанное полиубиквитинирование является маркером протеасомной деградации, которая высвобождает пептиды длиной от двух до 24 аминокислот, которые быстро разлагаются до аминокислот различными олигопептидазами и аминопептидазами, присутствующими в цитоплазме. Аминокислоты импортируются в LCV через различные переносчики аминокислот, такие как переносчик нейтральных аминокислот B (0) .

Аминокислоты являются основным источником углерода и энергии L. pneumophila , у которой есть почти 12 классов переносчиков ABC , пермеаз аминокислот и множество протеаз , которые могут их использовать. Импортированные аминокислоты используются L. pneumophila для выработки энергии в рамках цикла TCA (цикл Кребса) и в качестве источников углерода и азота.

Однако стимулирование протеасомной деградации для получения аминокислот может быть не единственной стратегией вирулентности для получения углерода и источников энергии от хозяина. Деградационные ферменты, секретируемые типом II, могут обеспечить дополнительную стратегию генерации углерода и источников энергии.

Геномика

Геномная информация
Идентификатор генома NCBI 416
Плоидность гаплоидный
Размер генома 3.44 Мб
Количество хромосом 1
Год окончания 2004 г.

Определение и публикация полных последовательностей генома трех клинических изолятов L. pneumophila в 2004 г. проложили путь к пониманию молекулярной биологии L. pneumophila в частности и Legionella в целом. Углубленный сравнительный анализ генома с использованием массивов ДНК для изучения содержания генов 180 штаммов Legionella выявил высокую пластичность генома и частый горизонтальный перенос генов . Дальнейшее понимание жизненного цикла L. pneumophila было получено путем исследования профиля экспрессии генов L. pneumophila в Acanthamoeba castellanii , его естественном хозяине. L. pneumophila демонстрирует двухфазный жизненный цикл и определяет трансмиссивные и репликативные признаки в соответствии с профилями экспрессии генов.

Генетическая трансформация

Трансформация - это бактериальная адаптация, включающая перенос ДНК от одной бактерии к другой через окружающую жидкую среду. Трансформация - это бактериальная форма полового размножения . Чтобы бактерия могла связывать, захватывать и рекомбинировать экзогенную ДНК в свою хромосому, она должна войти в особое физиологическое состояние, называемое « компетенцией ».

Чтобы определить, какие молекулы могут вызывать компетентность у L. pneumophila , было протестировано 64 токсичных молекулы. Только шесть из этих молекул, все агенты, повреждающие ДНК, вызвали сильную индукцию компетентности. Это были митомицин C (который вводит межцепочечные сшивки ДНК), норфлоксацин , офлоксацин и налидиксовая кислота (ингибиторы ДНК-гиразы , вызывающие двухцепочечные разрывы), бицикломицин (вызывает двухцепочечные разрывы) и гидроксимочевину (вызывает окисление ДНК). баз). Эти результаты предполагают, что способность к трансформации L. pneumophilia возникла в ответ на повреждение ДНК . Возможно, индукция компетентности обеспечивает преимущество выживания у естественного хозяина, как это происходит с другими патогенными бактериями.

Цели наркотиков

Несколько ферментов бактерий были предложены в качестве экспериментальных мишеней для лекарств. Например, ферменты в пути захвата железа были предложены в качестве важных мишеней для лекарств. Кроме того, класс cN-II IMP / GMP-специфической 5'-нуклеотидазы, которая была детально охарактеризована кинетически. Тетрамерный фермент демонстрирует аспекты положительной гомотропной кооперативности , активации субстрата и представляет собой уникальный аллостерический сайт, на который можно нацелить создание эффективных лекарств против фермента и, следовательно, организма. Более того, этот фермент отличается от своего человеческого аналога, что делает его привлекательной мишенью для разработки лекарств.

Уход

Макролиды ( азитромицин или кларитромицин ) или фторхинолоны ( левофлоксацин или моксифлоксацин ) являются стандартным лечением легионеллезной пневмонии у людей, при этом левофлоксацин считается препаратом первой линии с повышением устойчивости к азитромицину. Два исследования подтверждают превосходство левофлоксацина над макролидами, хотя и не одобрены FDA.

использованная литература

внешние ссылки