Shigella flexneri

Shigella flexneri
Shigella flexneri
Clasificación científica
Dominio: Bacteria Filo: Proteobacteria Clase: Gammaproteobacteria Orde: Enterobacteriales Familia: Enterobacteriaceae Xénero: Shigella Especie: Shigella flexneri Castellani & Chalmers 1919

Shigella flexneri é unha especie de bacterias gramnegativas do xénero Shigella, que causa diarrea en humanos. Describíronse varios serogrupos de Shigella; S. flexneri pertence ao grupo B. As infeccións por S. flexneri xeralmente poden tratarse con antibióticos, aínda que algunhas cepas desenvolveron resistencia. Os casos menos graves adoitan non tratarse para evitar que a bacteria se faga máis resistente no futuro.^[1] As Shigella están estreitamente relacionadas con Escherichia coli, mais poden distinguirse de E.coli baseándose na súa patoxenicidade, fisioloxía (non fermentan lactosa nin descarboxilan a lisina) e seroloxía.^[2]

Descubrimento

A especie recibe o seu nome en honra do médico estadounidense Simon Flexner^[3]; o xénero Shigella denomínase así polo médico xaponés Kiyoshi Shiga, que investigou a causa da disentería. Shiga entrou na Escola de Medicina da Universidade Imperial de Tokio en 1892, onde asistiu a unha conferencia do Dr. Shibasaburo Kitasato. Shiga quedou impresionado polo intelecto e confianza en si mesmo do Dr. Kitasato, polo que despois de graduarse foi traballar con el como investigador axudante no Instituto de Doenzas Infecciosas. En 1897, Shiga centrou os seus esforzos no que os xaponeses chamaban gromos de "sekiri" (disentería). Estas epidemias causaban estragos na poboación xaponesa e eran frecuentes a finais do século XIX. A epidemia de 1897 de sekiri afectou a máis de 91.000 persoas, cunha taxa de mortalidade de >20%.^[4] Shiga estudou 32 pacientes de disentería e utilizou os postulados de Koch para conseguir illar e identificar a bacteria causante da doenza. Continuou o seu estudo e caracterizou a bacteria, identificando os seus métodos de produción de toxinas (a toxina Shiga) e traballou sen descanso para crear unha vacina para a doenza.

Caracterización

Morfoloxía

Shigella flexneri é unha bacteria con forma de bacilo, sen flaxelos, que ten unha mobilidade baseada na actina. Produce a proteína actina de maneira rápida e continua para propulsarse cara a adiante dentro ou entre das células hóspede.^[5] Esta bacteria é gramnegativa, non forma esporas e pertence ao serogrupo B de Shigella. Existen 6 serotipos dentro deste serogrupo.^[2]

Serotipo

Shigella flexneri pertence ao grupo B (é dicir, aglutina con antisoros B), que foi despois subclasificado por medio de seis antisoros específicos do tipo de antíxeno e catro antisoros específicos do grupo de antíxenos. Ata agora identificáronse e informouse de polo menos 23 subserotipos.^[6] Agora diponse de técnicas de serrotipificación molecular baseadas na PCR que teñen como diana os xenes wzx1-5 (todos excepto o serotipo 6) e gtr ou wzx6 (só para o serotipo 6).^[7]

Serotipo	Nome designado previamente	Antisoro específico de tipo de antíxeno (MASF)						MASF	Antisoro específico de grupo de antíxenos (MASF)
		I	II	IV-2	V	VI	Ic	B	Y-5	6	7,8	IV-I
S. flexneri 1a	1a	+						+	+
S. flexneri 1b	1b	+						+		+
S. flexneri 1d	1d	+						+			+
S. flexneri 2a	2a		+					+	+
S. flexneri 2b	2b		+					+			+
S. flexneri 3a	3a							+		+	+
S. flexneri 3b	3b							+		+
S. flexneri 4a	4a			+				+	+
S. flexneri 4b	4b			+				+		+
S. flexneri 4c	4c			+				+			+
S. flexneri 4d	tipo 4			+				+				+
S. flexneri 4e	4a, 4av			+				+	+			+
S. flexneri 5a	5a				+			+	+
S. flexneri 5b	5b				+			+			+
S. flexneri 6a	tipo 6					+		+
S. flexneri 6b	tipo 6					+		+				+
S. flexneri 7a	1c						+	+
S. flexneri 7b	1c+6						+	+		+
S. flexneri Xa	X							+			+
S. flexneri Xb	Xv							+			+	+
S. flexneri Ya	Y							+	+
S. flexneri Yb	Yv							+	+			+
S. flexneri Z	4X, 4s							+				+

Invasión

Shigella flexneri é unha bacteria intracelular que infecta o recubrimento epitelial do tracto intestinal de mamíferos. Esta bacteria é tolerante a ácidos e pode sobrevivir en condicións de pH 2. Así, pode entrar pola boca do seu hóspede e sobrevivir ao paso polo estómago e o colon.^[8] Unha vez que está no colon, S. flexneri pode penetrar no epitelio de tres xeitos:

1. A bacteria pode alterar as unións herméticas entre as células epiteliais, o que lle facilitará cruzar á submucosa.
2. Pode penetrar nas células M, moi endocíticas, que están dispersas na capa epitelial e cruzar á submucosa.
3. Despois de chegaren á submucosa, as bacterias poden ser fagocitadas por macrófagos e induciren a apoptose ou morte celular. Isto libera citocinas que recrutan células polimorfonucleares (PMN) na submucosa. As S. flexneri que aínda están no lume do colon atravesan o recubrimento epitelial á vez que os PMNs cruzan cara á área infectada. O influxo de células PMN a través da capa epitelial en resposta á Shigella altera a integridade do epitelio, permitindo que as bacterias do lume crucen á submucosa por un mecanismo independente das células M. ^[9]

S. flexneri usa estes tres métodos para chegar á submucosa para penetrar nas células epiteliais desde o lado basolateral da célula. Coñécense nesta bacteria catro antíxenos de plásmido de invasión: IpaA, IpaB, IpaC e IpaD. Cando S. flexneri toma contacto co lado basolateral dunha célula epitelial, IpaC e IpaB son fusionados para crear un poro na membrana da célula epitelial. Entón, usa un sistema de secreción de tipo III (T3SS) para inserir a outra proteína Ipa no citoplasma da célula epitelial.^[9] S. flexneri pode pasar ás células epiteliais veciñas utilizando ás súas propias proteínas da membrana externa, as IcsA, para activar a maquinaria de ensamblaxe da actina do hóspede. A proteína IcsA localízase primeiro nun polo da bacteria, onde se unirá despois coa proteína do hóspede chamada proteína da síndrome de Wiskott-Aldrich neural (N-WASP). Este complexo IcsA/N-WASP activa entón o complexo da proteína relacionada coa actina (Arp) 2/3. O complexo Arp 2/3 é a proteína responsable da iniciación rápida da polimerización da actina e de impulsar a bacteria cara a adiante.^[9][2][10] Cando S. flexneri chega á membrana próxima, crea unha protrusión no citoplasma da célla veciña. As bacterias quedan rodeadas por dúas capas da membrana celular. Entón usa outro complexo IpaBC para facer un poro e entrar na seguinte célula. Outra proteína que tamén cómpre para que S. flexneri saia da protrusión é VacJ. A súa función exacta aínda se está a estudar mais sábese que sen a presenza desta proteína o espallamento intracelular queda moi dificultado.^[9][11] A replicación bacteriana dentro das células epiteliais é prexudicial para a célula pero propúxose que a morte da célula epitelial débese en gran medida á resposta inflamatoria do propio hóspede.^[9]

Xenética

Os xenomas de S. flexneri e Escherichia coli son case indistinguibles a nivel de especie. S. flexneri ten un cromosoma circular con 4.599.354 pares de bases. É menor que o de E. coli pero os xenes que contén son similares. S. flexneri ten uns 4.084 xenes coñecidos no seu xenoma. Propúxose que a ampla semellanza entre E. coli e S. flexneri se debe a transferencia horizontal de xenes. Todos os xenes necesarios para que S. flexneri invada o recubrimento epitelial do colon encóntranse nun plásmido de virulencia chamado pINV. O xenoma de pINV está moi conservado entre as subespecies de S. flexneri. S. flexneri ten tamén outros dous pequenos plásmidos multicopia, pero algunhas cepas de S. flexneri teñen máis plásmidos que se sospeita que lle outorgan resistencia a antibióticos.^[12] Algunhas cepas de S. flexneri presentan resistencia aos antibióticos estreptomicina, ampicilina ou trimetoprim.^[13] Atopouse que o cloranfenicol, o ácido nalidíxico e a xentamicina son antibióticos aínda efectivos contra algunhas cepas.^[14]

Metabolismo

Shigella flexneri é un organimso heterótrofo. Utiliza as rutas de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), de Entner-Doudoroff (ED) ou da pentosa fosfato (PPP) para metabolizar azucres. Os produtos destas rutas alimentan despois o ciclo do ácido cítrico (TCA). S. flexneri pode metabolizar glicosa e piruvato. O suplemento de piruvato permite o máximo crecemento e crese que é a súa fonte de carbono preferida. O piruvato pode ser subministrado polo propio metabolismo da célula bacteriana ou tomado da célula hóspede. S. flexneri é un organismo anaerobio facultativo que pode realizar a fermentación ácido mixta do piruvato.^[15][2] S. flexneri non pode fermentar a lactosa.^[2] Esta bacteria crece de forma óptima a 37 °C pero pode crecer a temperaturas de só 30 °C.^[14]

ARN pequeno

Os ARNs pequenos exercen importantes funcións en moitos procesos celulares bacterianos. Os ARNs pequenos (sRNA) RnaG e RyhB foron ben estudados en S. flexneri.^[16] O ARN pequeno Ssr1, que podería xogar un papel na resistencia ao estrés ácido e na regulación da virulencia só se sabe que exista en Shigella.^[17]

Ciclo de infección

Shigella flexneri contén un plásmido de virulencia que codifica tres factores de virulencia: un sistema de secreción de tipo III (T3SS), proteínas antixénicas de plásmido de invasión (proteínas IPA), e IcsA (utilizada para o espallamento de célula a célula).^[18]

Durante a infección, S. flexneri inxecta no citoplasma da célula hóspede proteínas ipa utilizando o T3SS, un aparato similar a unha agulla e xiringa común a moitos patóxenos gramnegativos. Estas proteínas ipa inducen o pregamento da membrana na célula hóspede. Este pregamento crea petos na membrana nos que quedan capturadas e englobadas as bacterias. Unha vez dentro, S. flexneri usa a actina da célula hospede para propulsarse e moverse directamente de célula a célula usando un mecanismo chamado paracitofaxia,^[19][20] similar ao utilizado pola bacteria patóxena Listeria monocytogenes.

Shigella flexneri pode inhibir a resposta inflamatoria aguda na fase inicial da infección^[21] utilizando unha proteína efectora, OspI, que está codificada polo ORF169b do plásmido grande de Shigella e é segregada polo sistema de secreción de tipo III. Esta diminúe a resposta inflamatoria durante a invasión bacteriana ao suprimir a vía de sinalización mediada polo factor 6 asociado ao receptor do TNF-α (TRAF6).^[21] OspI ten actividade de glutamina desamidase e pode desaminar selectivamente a glutamina situada na posición 100 da UBC13 a glutamato, e isto ten como resultado o fallo na actividade conxugante da ubiquitina E2, que cómpre para a activación de TRAF6.^[21]

Notas

1. Ryan KJ; Ray CG; Sherris JC, eds. (2004). Sherris Medical Microbiology (4th ed.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-8385-8529-0. LCCN 2003054180. OCLC 52358530. 
2. Hale, Thomas L.; Keusch, Gerald T. (1996). Baron, Samuel, ed. Shigella. Medical Microbiology (4th ed.) (University of Texas Medical Branch at Galveston). ISBN 978-0-9631172-1-2. PMID 21413292. Consultado o 2020-04-23. 
3. WhonamedIt - Simon Flexner
4. Trofa, Andrew F.; Ueno-Olsen, Hannah; Oiwa, Ruiko; Yoshikawa, Masanosuke (1999-11-01). "Dr. Kiyoshi Shiga: Discoverer of the Dysentery Bacillus". Clinical Infectious Diseases (en inglés) 29 (5): 1303–1306. ISSN 1058-4838. PMID 10524979. doi:10.1086/313437. 
5. Goldberg, Marcia B. (decembro de 2001). "Actin-Based Motility of Intracellular Microbial Pathogens". Microbiology and Molecular Biology Reviews 65 (4): 595–626. ISSN 1092-2172. PMC 99042. PMID 11729265. doi:10.1128/MMBR.65.4.595-626.2001. 
6. Shahnaij, Mohammad; Latif, Hasan A.; Azmi, Ishrat J.; Amin, Mohammed Badrul; Luna, Sharmin J.; Islam, Mohammad Aminul; Talukder, Kaisar Ali (2018). "Characterization of a serologically atypical Shigella flexneri Z isolated from diarrheal patients in Bangladesh and a proposed serological scheme for Shigella flexneri". PLOS ONE 13 (8): e0202704. Bibcode:2018PLoSO..1302704S. ISSN 1932-6203. PMC 6108489. PMID 30142163. doi:10.1371/journal.pone.0202704. 
7. Brengi, Silvina P.; Sun, Qiangzheng; Bolaños, Hilda; Duarte, Francisco; Jenkins, Claire; Pichel, Mariana; Shahnaij, Mohammad; Sowers, Evangeline G.; Strockbine, Nancy; Talukder, Kaisar A.; Derado, Gordana; Viñas, María Rosa; Kam, Kai Man; Xu, Jianguo; Onderdonk, Andrew B. (2019). "PCR-Based Method for Shigella flexneri Serotyping: International Multicenter Validation". Journal of Clinical Microbiology 57 (4): e01592–18. ISSN 0095-1137. PMC 6440786. PMID 30700505. doi:10.1128/JCM.01592-18. 
8. Bagamboula, C. F.; Uyttendaele, M.; Debevere, J. (2002). "Acid tolerance of Shigella sonnei and Shigella flexneri". Journal of Applied Microbiology (en inglés) 93 (3): 479–486. ISSN 1365-2672. PMID 12174047. doi:10.1046/j.1365-2672.2002.01714.x. 
9. Jennison, Amy V.; Verma, Naresh K. (2004-02-01). "Shigella flexneri infection: pathogenesis and vaccine development". FEMS Microbiology Reviews (en inglés) 28 (1): 43–58. ISSN 0168-6445. PMID 14975529. doi:10.1016/j.femsre.2003.07.002. 
10. Egile, Coumaran; Loisel, Thomas P.; Laurent, Valérie; Li, Rong; Pantaloni, Dominique; Sansonetti, Philippe J.; Carlier, Marie-France (1999-09-20). "Activation of the Cdc42 Effector N-Wasp by the Shigella flexneri Icsa Protein Promotes Actin Nucleation by Arp2/3 Complex and Bacterial Actin-Based Motility". Journal of Cell Biology (en inglés) 146 (6): 1319–1332. ISSN 0021-9525. PMC 2156126. PMID 10491394. doi:10.1083/jcb.146.6.1319. 
11. Carpenter, Chandra D.; Cooley, Benjamin J.; Needham, Brittany D.; Fisher, Carolyn R.; Trent, M. Stephen; Gordon, Vernita; Payne, Shelley M. (2014-02-01). "The Vps/VacJ ABC Transporter Is Required for Intercellular Spread of Shigella flexneri". Infection and Immunity (en inglés) 82 (2): 660–669. ISSN 0019-9567. PMC 3911398. PMID 24478081. doi:10.1128/IAI.01057-13. 
12. Wei, J.; Goldberg, M. B.; Burland, V.; Venkatesan, M. M.; Deng, W.; Fournier, G.; Mayhew, G. F.; Plunkett, G.; Rose, D. J.; Darling, A.; Mau, B. (2003-05-01). "Complete Genome Sequence and Comparative Genomics of Shigella flexneri Serotype 2a Strain 2457T". Infection and Immunity (en inglés) 71 (5): 2775–2786. ISSN 0019-9567. PMC 153260. PMID 12704152. doi:10.1128/IAI.71.5.2775-2786.2003. 
13. Pan, Jing-Cao; Ye, Rong; Meng, Dong-Mei; Zhang, Wei; Wang, Hao-Qiu; Liu, Ke-Zhou (2006-08-01). "Molecular characteristics of class 1 and class 2 integrons and their relationships to antibiotic resistance in clinical isolates of Shigella sonnei and Shigella flexneri". Journal of Antimicrobial Chemotherapy (en inglés) 58 (2): 288–296. ISSN 0305-7453. PMID 16766536. doi:10.1093/jac/dkl228. 
14. Oaks, E. V.; Wingfield, M. E.; Formal, S. B. (1985-04-01). "Plaque formation by virulent Shigella flexneri.". Infection and Immunity (en inglés) 48 (1): 124–129. ISSN 0019-9567. PMC 261924. PMID 3884506. doi:10.1128/IAI.48.1.124-129.1985. 
15. Waligora, E. A.; Fisher, C. R.; Hanovice, N. J.; Rodou, A.; Wyckoff, E. E.; Payne, S. M. (2014-07-01). "Role of Intracellular Carbon Metabolism Pathways in Shigella flexneri Virulence". Infection and Immunity (en inglés) 82 (7): 2746–2755. ISSN 0019-9567. PMC 4097621. PMID 24733092. doi:10.1128/IAI.01575-13. 
16. Peng, Junping; Yang, Jian; Jin, Qi (2011-04-05). "An Integrated Approach for Finding Overlooked Genes in Shigella". PLOS ONE 6 (4): e18509. Bibcode:2011PLoSO...618509P. ISSN 1932-6203. PMC 3071730. PMID 21483688. doi:10.1371/journal.pone.0018509. 
17. Wang, Ligui; Yang, Guang; Qi, Lihua; Li, Xiang; Jia, Leili; Xie, Jing; Qiu, Shaofu; Li, Peng; Hao, RongZhang (2016-01-01). "A Novel Small RNA Regulates Tolerance and Virulence in Shigella flexneri by Responding to Acidic Environmental Changes". Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 6: 24. ISSN 2235-2988. PMC 4782007. PMID 27014636. doi:10.3389/fcimb.2016.00024. 
18. Stevens J; Galyov EE; Stevens MP (2006). "Actin-dependent movement of bacterial pathogens". Nature Reviews Microbiology 4 (2): 91–101. PMID 16415925. doi:10.1038/nrmicro1320. 
19. Ogawa M; Handa Y; Ashida H; Suzuki M; Sasakawa C (2008). "The versatility of Shigella effectors". Nature Reviews Microbiology 6 (1): 11–16. PMID 18059288. doi:10.1038/nrmicro1814. 
20. Robbins JR; Barth AI; Marquis H; de Hostos EL; Nelson WJ; Theriot JA (1999). "Listeria monocytogenes exploits normal host cell processes to spread from cell to cell". Journal of Cell Biology 146 (6): 1333–1350. PMC 1785326. PMID 10491395. doi:10.1083/jcb.146.6.1333. 
21. Sanada T; Kim M; Mimuro H; Suzuki M; Ogawa M; Oyama A; Ashida H; Kobayashi T; Koyama T; Nagai S; Shibata Y; Gohda J; Inoue J; Mizushima T; Sasakawa C (2012). "The Shigella flexneri effector OspI deamidates UBC13 to dampen the inflammatory response". Nature 483 (7391): 623–6. Bibcode:2012Natur.483..623S. PMID 22407319. doi:10.1038/nature10894. 

Véxase tamén

Ligazóns externas

• "Shigella flexneri". NCBI Taxonomy Browser. 623. 
• Type strain of Shigella flexneri en BacDive - the Bacterial Diversity Metadatabase