Legionella pneumophila

Legionella pneumophila
Imaxe de microscopio electrónico de transmisión de L. pneumophila
Clasificación científica
Dominio: Bacteria Filo: Proteobacteria Clase: Gamma Proteobacteria Orde: Legionellales Familia: Legionellaceae Xénero: Legionella Especie: L. pneumophila
Nome binomial
'Legionella pneumophila' Brenner DJ, Steigerwalt AG, McDade JE 1979

Legionella pneumophila é unha especie de bacterias gramnegativas, aerobias, pleomórficas, flaxeladas, non formadoras de esporas, do xénero Legionella.^[1][2] L. pneumophila é o principal axente causante en humanos da lexionelose ou enfermidade do lexionario.

Caracterización

L. pneumophila é un bacilo ou cocobacilo gramnegativo, non encapsulado cun só flaxelo polar. É aerobio e incapaz de hidrolizar a xelatina ou producir urease. Non é fermentativo. L. pneumophila non ten pigmentación nin autofluorescencia. É oxidase e catalase positiva, e produce beta-lactamase. As colonias de L. pneumophila son cincentas claras cunha aparencia de vidros talaldos con textura. Require cisteína e ferro para crecer. Crece en extracto de lévedo formando colonias "tipo ópalo".

Estrutura da membrana celular

Aínda que L. pneumophila está categorizada como bacteria gramnegativa, tínguese pouco debido ao seu contido sigular de lipopolisacárido da capa externa da membrana externa da súa parede (que é unha bicapa como é típico nas membranas).^[3] A base da especificidade dos antíxenos somáticos deste organismo está localizada nas adeas laterais da parede celular. A composición química destas cadeas laterais con respecto aos seus compoñentes e á disposición dos distintos azucres, determina a natureza dos determinantes dos antíxenos somáticos ou do antíxeno O, que son importantes para a clasificación serolóxica de moitas bacterias gramnegativas. Describíronse polo menos 35 serovares de L. pneumophila.

Detección

Utilizouse soro para estudos de aglutinación e para a detección directa da bacteria en tecidos utilizando anticorpos etiquetados fluorescentemente. Poden determinarse anticorpos específicos en pacientes polo test de anticorpo fluorescente indirecto. As probas ELISA e de microaglutinación tamén foron aplicadas con éxito.

A lexionela tínguese mal coa tinguidura de Gram, ten tinguidura positiva coa prata, e cultívase en extracto de lévedo carbón vexetal con adición de ferro e cisteína.

Reservorio

L. pneumophila é unha bacteria intracelular facultativa, xa que pode invadir e multiplicarse dentro de amebas no seu medio ambiente, as cales poden así servir de reservorio para L. pneumophila, e proporcionarlle protección ante os estreses ambientais, como a cloración da auga.^[4]

Frequencia de aparición

Nas rexións endémicas, dun 4% a 5% das pneumonías son causadas por L. pneumophila. As infeccións aumentan no verán. En países como EEUU hai unhas 30 infeccións por L. pneumophila por cada 100.000 residentes e ano.^[5]

Patoxénese

Nos humanos, L. pneumophila invade e replícase dentro dos macrófagos. A internalización da bacteria nesa célula pode ser potenciada pola presenza de anticorpos e elementos do sistema do complemento, pero isto non é imprescindible. A internalización da bacteria parece ocorrer por medio de fagocitose, pero L. pneumophila pode tamén infectar células non fagocíticas por medio de mecanismos descoñecidos. Describiuse en L. pneumophila unha rara forma de fagocitose coñecida como fagocitose enroscada (coiling phagocytosis), pero esta non depende do sistema de secreción Dot/Icm e foi observada tamén noutros patóxenos.^[6] Unha vez no interior da célula, as bacterias quedan rodeadas por un vacúolo membranoso, que non se fusiona cos lisosomas, que doutro modo degradarían a bacteria. Neste compartimento protexido, a bacteria multiplícase.

Sistema de secreción de tipo IV Dot/Icm

A bacteira usa un sistema de secreción de tipo IVB coñecido como Dot/Icm para inxectar proteínas efectoras dentro do hóspede. Estes efectores incrementan a capacidade da bacteria de sobrevivir dentro da célula hóspede. L. pneumophila codifica unhas 200 proteínas "efectoras",^[7] que son segregadas polo sistema de translocación Dot/Icm para interferir con procesos da célula hóspede e axudar á supervivencia da bacteria. Unha vía fundamental na cal L. pneumophila utiliza estas proteínas efectoras é interferir coa fusión dos "vacúolos que conteñen lexionela" (LCV) cos endosomas do hóspede, e así protexerse da lise.^[8] Os estudos de knockout de xenes dos efectores translocados por Dot/Icm indican que son vitais para a supervivencia intracelular da bacteria, aínda que moitas proteínas efectoras se pensa que funcionan redundantemente, porque os knockouts dun só efector raramente impiden a supervivencia intracelular. Este gran número de proteínas efectoras translocadas e a súa redundancia é probablemente resultado de que a bacteria evolucionou en moitos hóspedes protozoos diferentes.^[9]

Vacúolos que conteñen Legionella

Imaxe de microscopio electrónico de transmisión de Legionella pneumophila dentro dunha célula fagocítica.

Para que Legionella sobreviva dentro dos macrófagos e protozoos debe crear un compartimento especializado chamado "vacúolo que contén lexionela" (LCV). Por medio da acción do sistema de secreción Dot/Icm, a bacteria pode impedir a súa degradación pola vía endosómica normal e pode así replicarse. Pouco despois da súa internalización, a bacteria recruta especificamente vesículas derivadas do retículo endoplasmático e mitocondrias no LCV á vez que impide o recrutamento de marcadores endosómicos como Rab5 e Rab7. A formación e mantemento dos vacúolos é crucial para a patoxénese, e as bacterias que carecen do sistema de secreción Dot/Icm non son patóxenas e non poden replicarse dentro das células, e a eliminación do efector do Dot/Icm SdhA orixina a desestabilización da membrana vacuolar e non hai replicación bacteriana.^[10][11]

Obtención de nutrientes

Unha vez que está dentro da célula hóspede, Legionella precisa nutrientes para crecer e reproducirse. Dentro dos vacúolos a dispoñibilidade de nutrientes é baixa, e a grande demanda de aminoácidos da bacteria non está cuberta co transporte dos aminoácidos libres que se encontran no citoplasma do hóspede. Para mellorar a dispoñibilidade de aminoácidos, o parasito promove o mecanismo de degradación proteasómica propio do hóspede. Isto xera un exceso de aminoácidos libres no citoplasma das células infectadas por L. pneumophila, que pode utilizarse para a proliferación intravacuolar do microorganismo.

Para obter aminoácidos L. pneumophila utiliza o efector F-Box AnkB, o cal é farnesilado pola actividade de tres encimas do hóspede localizados na membrana dos "vacúolos que conteñen lexionela" (LCV), que son: farnesiltransferase (FTase), encima protease 1 convertedora de Ras (RCE1), e a isoprenil cisteína carboxil metil transferase (IcmT). A farnesilación permite que AnkB se ancore no lado citoplásmico do vacúolo.

Unha vez que AnkB está ancorado na membrana do vacúolo, este interacciona co complexo SCF1 ubiquitina ligase e funciona como unha plataforma para o atraque no vacúolo de proteínas poliubiquitinadas ligadas a K48. A poliubiquitinación ligada a K48 é unha marca para a degradación proteasomal que libera péptidos de 2 a 24 aminoácidos de longo, que son rapidamente degradados a aminoácidos por varias oligopeptidases e aminopeptidases presentes no citoplasma. Os aminoácidos impórtanse ao interior dos "vacúolos que conteñen lexionela" por medio de varios transportadores de aminoácidos como o SLC1A5 (transportador de aminoácidos neutro). Os aminoácidos son a fonte primaria de carbono e enerxía para L. pneumophila, a cal para aproveitalos ten unhas 12 clases de transportadores ABC, aminoácido permeases, e moitas proteases. Os aminoácidos importados utilízaos L. pneumophila para xerar enerxía a través do ciclo do ácido cítrico e como fontes de carbono e nitróxeno.

Porén, a promoción da degradación proteasomal para a obtención de aminoácidos pode non ser a única estratexia de virulencia para obter fontes de carbono e enerxía do hóspede. Os encimas degradativos segregados polo sistema de tipo II poden proporcionar unha estratexia adicional para xerar fontes de carbono e enerxía.

Xenómica

A determinación e publicación da secuencia xenómica completa de tres illados clínicos de L. pneumophila en 2004 serviu para unha mellor comprensión da bioloxía molecular de L. pneumophila en particular e do xénero Legionella en xeral. Nunha análise xenómica comparativa profunda utilizando matrices de ADN para estudar o contido xénico de 180 cepas de Legionella atopouse que había unha grande plasticidade xenómica e unha frecuente transferencia horizontal de xenes. Un maior coñecemento do ciclo de vida de L. pneumophila obtívose ao investigar o perfil de expresión xénica de L. pneumophila en Acanthamoeba, concretamente en A. castellanii, o seu hóspede natural. L. pneumophila mostra un ciclo de vida bifásico e presenta trazos transmisivos ou replicativos segundo os seus perfís de expresión xénica.^[2]

Transformación xenética

A transformación xenética é unha adaptación bacteriana que consiste na transferencia de ADN dunha bacteria a outra a través do medio líquido que as rodea. A transformación é un proceso bacteriano parecido ao sexo.^[12] Para que unha bacteria se una a ADN exóxeno, o capte e o recombine co seu cromosoma, esta debe estar nun estado fisiolóxico especial denominado “competencia” (ver competencia natural).

Para determinar que moléculas poden inducir competencia en Legionella pneumophila, probáronse 64 moléculas tóxicas,^[13] e só 6 delas, que eran todas axentes que danaban o ADN, causaban unha forte indución da competencia. Tratábase da mitomicina C (que introduce enlaces cruzados entre as fibras do ADN), a norfloxacina, a ofloxacina e o ácido nalidíxico (inhibidores da ADN xirase que causan roturas na dobre hélice), a biciclomicina (causa roturas da dobre hélice) e a hidroxiurea (causa a oxidación de bases do ADN). Estes resultados suxiren que a competencia para a transformación en Legionella pneumophilia evolucionou como resposta aos danos no ADN.^[13] Quizais a indución da competencia proporciona unha vantaxe de supervivencia no hóspede natural, como ocorre con outras bacterias patóxenas.^[12]

Tratamento

Os macrólidos (azitromicina) ou fluoroquinolonas (moxifloxacina) son o tratamento estándar para as infeccións por Legionella pneumophila en humanos.

Notas

1. Madigan M; Martinko J (editors). (2005). Brock Biology of Microorganisms (11th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-144329-1. 
2. Heuner K; Swanson M (editors). (2008). Legionella: Molecular Microbiology. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-26-4. 
3. Ryan KJ; Ray CG (editors) (2004). Sherris Medical Microbiology (4th ed.). McGraw Hill. ISBN 0-8385-8529-9. 
4. Greub G, Raoult D (2003). "Morphology of Legionella pneumophila according to their location within Hartmanella vermiformis". Res Microbiol. 154 (9): 619–21. PMID 14596898. doi:10.1016/j.resmic.2003.08.003. 
5. L. pneumophila Arquivado 19 de xullo de 2011 en Wayback Machine., Robert-Koch-Institut
6. [1]
7. "Copia arquivada". Arquivado dende o orixinal o 26 de xuño de 2010. Consultado o 28 de xuño de 2013. 
8. Pan X, Lührmann A, Satoh A, Laskowski-Arce MA, Roy CR (2008). "Ankyrin repeat proteins comprise a diverse family of bacterial type IV effectors". Science 320 (5883): 1651–4. PMC 2514061. PMID 18566289. doi:10.1126/science.1158160. 
9. Jules M & Buchrieser c (2007). "Legionella pneumophila adaptation to intracellular life and the host response: Clues from genomics and transcriptomics and the host response: Clues from genomics and transcriptomics". FEBS Letters 581: 2829–2838. 
10. [2]
11. [3]
12. Michod, RE; Bernstein, H; Nedelcu, AM (2008). "Adaptive value of sex in microbial pathogens" (PDF). Infection, genetics and evolution : journal of molecular epidemiology and evolutionary genetics in infectious diseases 8 (3): 267–85. PMID 18295550. doi:10.1016/j.meegid.2008.01.002. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 11 de maio de 2020. Consultado o 28 de xuño de 2013. 
13. Charpentier X, Kay E, Schneider D, Shuman HA (2011). "Antibiotics and UV radiation induce competence for natural transformation in Legionella pneumophila". J. Bacteriol. 193 (5): 1114–21. PMC 3067580. PMID 21169481. doi:10.1128/JB.01146-10. 

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Major topic "Legionella pneumophila": free-full text articles in PubMed
• Legionella pneumophila, causative agent of Legionnaire's disease and Pontiac fever at MetaPathogen
• A good list of known translocated effectors, with links to references