Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Легионелла пневмофила
Легионелла пневмофила 01.jpg
ПЭМ- изображение L. pneumophila
Научная классификация
Королевство:
Бактерии
Тип:
Протеобактерии
Учебный класс:
Гаммапротеобактерии
Заказ:
Легионеллалес
Семья:
Legionellaceae
Род:
Легионелла
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 . [1] [2] 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 . [3] Механизм заражения аналогичен в клетках амебы и человека.

Характеристика [ править ]

L. pneumophila - это грамотрицательная неинкапсулированная аэробная палочка с одним полярным жгутиком, часто характеризуемая как коккобацилла . 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; он также требует цистеинаи железо для процветания. Он растет на агаре с дрожжевым экстрактом «опаловидными» колониями.

Структура клеточной мембраны [ править ]

Хотя L. pneumophila классифицируется как грамотрицательный организм, он плохо окрашивается из-за уникального содержания липополисахаридов во внешнем листке наружной клеточной мембраны. [4] 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, подразделенных на ряд сероваров.

Обнаружение [ править ]

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 добавлением железа и цистеина.

Экология и водоемы [ править ]

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 . [5] Было показано, что легионелла размножается на стенках труб в биопленках. [6] Облупившаяся легионелла из биопленок в водопроводных системах может попасть в аэрозоль через краны, душевые, спринклеры и другие приспособления, что может привести к инфицированию после длительного воздействия.

Частота появления [ править ]

В Соединенных Штатах Америки на 100 000 человек в год приходится примерно 3 случая заражения L. pneumophila . [7] Пик заболеваемости приходится на лето. В эндемичных регионах от 4% до 5% случаев пневмонии вызываются L. pneumophila . [8]

Патогенез [ править ]

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 наблюдались для других патогенов. [9] 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 [ править ]

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 [10], 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. [11] [12]

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. [13] Нокаут-исследования эффекторов, транслоцированных Dot / Icm, показывают, что они жизненно важны для внутриклеточного выживания бактерии, но многие отдельные эффекторные белки, как полагают, функционируют избыточно, в том смысле, что 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. [14]

Легионелла- содержащая вакуоль [ править ]

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 образованные эндоплазматическим ретикулумом везикулы и митохондрии в LCV, предотвращая 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. [15] [16]

Получение питательных веществ [ править ]

Легионелла ауксотрофна по семи аминокислотам: цистеину, лейцину, метионину, валину, треонину, изолейцину и аргинину. [17] Попав внутрь клетки-хозяина, Legionella 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 для их использования. 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 для генерации углерода и источников энергии.

Геномика [ править ]

Геномная информация
Идентификатор генома NCBI416
Плоидностьгаплоидный
Размер генома3.44 Мб
Количество хромосом1
Год окончания2004 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. pneumophilaдемонстрирует двухфазный жизненный цикл и определяет трансмиссивные и репликативные черты в соответствии с профилями экспрессии генов. [2]

Генетическая трансформация [ править ]

Трансформация - это бактериальная адаптация, включающая перенос ДНК от одной бактерии к другой через окружающую жидкую среду. Трансформация - это бактериальная форма полового размножения . [18] Чтобы бактерия могла связывать, захватывать и рекомбинировать экзогенную ДНК в свою хромосому, она должна войти в особое физиологическое состояние, называемое « компетентностью ».

Чтобы определить, какие молекулы могут вызывать компетентность у L. pneumophila , было протестировано 64 токсичных молекулы. [19] Только шесть из этих молекул, все агенты, повреждающие ДНК, вызвали сильную индукцию компетентности. Это были митомицин С (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 у L. pneumophilia возникла в ответ наПовреждение ДНК . [19] Возможно, индукция компетентности обеспечивает преимущество в выживании у естественного хозяина, как это происходит с другими патогенными бактериями. [18]

Цели для наркотиков [ править ]

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. [20] Кроме того, cN-II класс IMP / GMP 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. [21]

Лечение [ править ]

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. [22]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Мэдиган М, Мартинко Дж, ред. (2005). Брок Биология микроорганизмов (11-е изд.). Прентис Холл. ISBN 0-13-144329-1.
  2. ^ a b Heuner K, Swanson M, ред. (2008). Легионелла: молекулярная микробиология . Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-26-4.
  3. ^ Rowbotham TJ (декабрь 1980). «Предварительный отчет о патогенности Legionella pneumophila для пресноводных и почвенных амеб» . Журнал клинической патологии . 33 (12): 1179–83. DOI : 10.1136 / jcp.33.12.1179 . PMC 1146371 . PMID 7451664 .  
  4. ^ Райан KJ; Рэй CG, ред. (2004). Шеррис Медицинская микробиология (4-е изд.). Макгроу Хилл. ISBN 0-8385-8529-9.
  5. ^ Greub G, Raoult D (ноябрь 2003). «Морфология Legionella pneumophila в зависимости от их местонахождения в пределах Hartmanella vermiformis». Исследования в области микробиологии . 154 (9): 619–21. DOI : 10.1016 / j.resmic.2003.08.003 . PMID 14596898 . 
  6. ^ «IJMS - бесплатный полнотекстовый» . Биопленки: оплот Legionella pneumophila . Проверено 30 января 2021 .
  7. ^ "Болезнь легионеров, быстрые факты о лихорадке Понтиака - Легионелла - CDC" . www.cdc.gov . 30 апреля 2018.
  8. ^ "RKI RKI-Ratgeber für Ärzte" . 19 июля 2011 года Архивировано из оригинала 19 июля 2011 года.
  9. ^ Rittig MG, Krause A, Häupl T, Schaible UE, Modolell M, Kramer MD, Lütjen-Drecoll E, Simon MM, Burmester GR (октябрь 1992 г.). «Спиральный фагоцитоз является предпочтительным фагоцитарным механизмом для Borrelia burgdorferi» . Инфекция и иммунитет . 60 (10): 4205–12. PMC 257454 . PMID 1398932 .  
  10. ^ Ensminger AW (февраль 2016). «Легионелла пневмофила, вооруженная до упора: оправдание самого большого арсенала эффекторов в бактериальном мире». Текущее мнение в микробиологии . 29 : 74–80. DOI : 10.1016 / j.mib.2015.11.002 . PMID 26709975 . 
  11. ^ Берстеин Д, Amaro Р, Т Зусмана, Лифшиц Z, Коэна О, Гилберт JA, Пупко Т, Шуман HA, Segal G (февраль 2016). «Геномный анализ 38 видов Legionella выявил обширный и разнообразный репертуар эффекторов» . Генетика природы . 48 (2): 167–75. DOI : 10.1038 / ng.3481 . PMC 5050043 . PMID 26752266 .  
  12. ^ Гомес-Валеро л, Rusniok С, Карсоном D, Мондин S, Перес-Cobas А.Е., Роландо М, Pasricha S, Рейтер S, Демиртас Дж, Crumbach Дж, Descorps-Declere S, Хартланд Е.Л., Жарро S, Довганьте G, Шредер Г. Н., Франкель Г., Бухризер С. (февраль 2019 г.). «Геном рода Legionella обеспечивает множественные независимые комбинации для репликации в клетках человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (6): 2265–2273. DOI : 10.1073 / pnas.1808016116 . PMC 6369783 . PMID 30659146 .  
  13. ^ Pan X, Люрманн А, Сато А, Ласковски-Арсе MA, Рой CR (июнь 2008). «Белки с анкириновыми повторами включают разнообразное семейство эффекторов бактерий IV типа» . Наука . 320 (5883): 1651–4. DOI : 10.1126 / science.1158160 . PMC 2514061 . PMID 18566289 .  
  14. ^ Жюль M, Buchrieser C (июнь 2007). «Адаптация Legionella pneumophila к внутриклеточной жизни и ответ хозяина: ключи от геномики и транскриптомики». Письма FEBS . 581 (15): 2829–38. DOI : 10.1016 / j.febslet.2007.05.026 . PMID 17531986 . 
  15. ^ Harding CR, Стоунхем CA, Schuelein R, Newton H, Оутс CV, Хартленд Е.Л., Schroeder Г.Н., Френкель G (июль 2013). «Эффектор Dot / Icm SdhA необходим для вирулентности Legionella pneumophila у мышей Galleria mellonella и A / J» . Инфекция и иммунитет . 81 (7): 2598–605. DOI : 10.1128 / IAI.00296-13 . PMC 3697626 . PMID 23649096 .  
  16. ^ Creasey Е.А., Isberg RR (февраль 2012). «Белок SdhA поддерживает целостность вакуоли, содержащей Legionella» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (9): 3481–6. DOI : 10.1073 / pnas.1121286109 . PMC 3295292 . PMID 22308473 .  
  17. ^ Бест, Эшли; Квайк, Юсеф Абу (9 октября 2018 г.). «Эволюция арсенала эффекторов Legionella pneumophila для модуляции протистских хозяев» . mBio . 9 (5): 1313. DOI : 10,1128 / mBio.01313-18 . PMC 6178616 . PMID 30301851 .  
  18. ^ a b Michod RE, Bernstein H, Nedelcu AM (май 2008 г.). «Адаптивное значение пола у микробных патогенов» (PDF) . Инфекция, генетика и эволюция . 8 (3): 267–85. DOI : 10.1016 / j.meegid.2008.01.002 . PMID 18295550 .  
  19. ^ a b Шарпантье X, Кей Э, Шнайдер Д., Шуман HA (март 2011 г.). «Антибиотики и УФ-излучение способствуют естественной трансформации Legionella pneumophila» . Журнал бактериологии . 193 (5): 1114–21. DOI : 10.1128 / JB.01146-10 . PMC 3067580 . PMID 21169481 .  
  20. ^ Cianciotto Николай P (май 2015). «Обновленная информация о приобретении железа Legionella pneumophila: новые пути поглощения сидерофоров и восстановления трехвалентного железа» . Будущая микробиология . 10 (5): 841–851. DOI : 10.2217 / fmb.15.21 . ISSN 1746-0913 . PMC 4461365 . PMID 26000653 .   
  21. ^ Шринивасан, Бхарат; Фоухар, Фархад; Шукла, Арпит; Сампанги, Четана; Кулькарни, Соня; Абашидзе, Мариам; Ситхараман, Джаяраман; Лью, Скотт; Мао, Лэй (март 2014 г.). «Аллостерическая регуляция и активация субстрата в цитозольной нуклеотидазе II из Legionella pneumophila» . Журнал FEBS . 281 (6): 1613–1628. DOI : 10.1111 / febs.12727 . PMC 3982195 . PMID 24456211 .  
  22. ^ Руководство Сэнфорда по антимикробной терапии 2013

Внешние ссылки [ править ]

  • Основная тема «Legionella pneumophila»: полнотекстовые статьи в PubMed
  • Legionella pneumophila, возбудитель болезни легионеров и лихорадки Понтиак в MetaPathogen
  • Типовой штамм Legionella pneumophila в Bac Dive - база метаданных по бактериальному разнообразию