Vloga plazmidov pri virulenčnosti klamidij

Uvod

Chlamydia trachomatis je bakterija, ki povzroča različne okužbe na sluzničnih mestih pri ljudeh, vključno z očesno konjunktivo, genitalnim in prebavnim traktom ter dihalnim traktom novorojenčkov. Okužba očesa lahko povzroči resne posledice, kot so brazgotinjenje in notranje zasukane veke, kar lahko privede do slepote. C. trachomatis serovarji A-C so vodilni povzročitelji infekcijske slepote po svetu, zaradi česar je trachoma pomemben javnozdravstveni problem, ki je prizadel približno 1,9 milijona ljudi.

Okužba reproduktivnega trakta, ki jo povzročajo serovarji D-K in L1-L3, je najpogostejša bakterijska spolno prenosljiva okužba povsod po svetu. Pri ženskah se začne v endocerviksu in se lahko vzpenja po reproduktivnem traktu, kar lahko privede do resnih zapletov, kot je medenično vnetna bolezen, in dolgoročne posledice, kot sta neplodnost ali zunajmaternična nosečnost.

Nedavne študije so pokazale, da se serotip C. trachomatis D-K lahko izolira tudi iz rektuma moških in žensk, kjer lahko deluje kot simbiont s črevesno floro. Čeprav rektalna okužba običajno ne povzroča lokalnih vnetnih simptomov, je bila pri nekaterih novorojenčkih, ki so bili navpično okuženi od matere, opažena spontana resolucija okužbe v enem letu. Kar kaže ,da rektalne okužbe ne vodijo do obolenja.

Bi-fazni razvoj bakterij C. trachomatis

Bakterija C. trachomatis je gram-negativna intracelularna bakterija z bi-faznim razvojnim ciklom, ki vključuje infektivna elementarna telesa (EB) in replikativna retikularna telesa (RB). Bi-fazni razvoj klamidije se začne s prvo fazo, ki vključuje vezavo infektivnih elementarnih teles (EB) na površino gostiteljskih celic, s pomočjo bakterijskih proteinov in gostiteljskih receptorjev .Ta proces se sproži s tvorbo trimolekularnega mostu med bakterijskimi adhezini, gostiteljskimi receptorji in heparan sulfatnimi proteoglikani (HSPG). To omogoča EB-jem, da se pritrdijo na površino celice in se nato endocitozirajo v membransko vezan kompartiment, znan kot inkluzija.

V tej fazi je ključnega pomena prenos pred-sintetiziranih efektorjev, kot so Tarp, TepP, CT694, CT695 in TmeA, v citosol gostiteljske celice preko tip III sekrecijskega sistema (T3SS). Ti efektorji spodbujajo preurejanje citoskeleta, kar olajšuje notranje usmerjanje EB-jev in/ali sproži mitogeni signal, ki vzpostavi antiapoptotično stanje v gostiteljski celici.

Ko so EB-ji v inkluziji, se začne druga faza razvojnega cikla, ki vključuje njihovo diferenciacijo v replikativna retikularna telesa (RB). Med to fazo se retikularna telesa eksponentno razmnožujejo in izločajo dodatne efektorje, ki modulirajo procese v gostiteljski celici. Poleg tega lahko retikularna telesa v primeru stresa preidejo v stanje vztrajnosti, kjer preidejo v povečana nenormalna telesa. Ta adaptacija omogoča bakterijam preživetje pod neprijaznimi pogoji, in ko je stres odstranjen, se lahko retikularna telesa ponovno aktivirajo.

Med pozno fazo okužbe retikularna telesa nadaljujejo z izločanjem efektorjev, ki so značilni za pozno fazo cikla, in sintetizirajo efektorje, specifične za elementarna telesa, preden se diferencirajo nazaj v EB-je. Končna faza razvojnega cikla je, ko se RB asinhrono spreminjajo nazaj v EB-je. V tej fazi so ključni mehanizmi izločanja, kot je liza celice ali ekstruzija, ki omogočajo sproščanje EB-jev iz okužene celice. Sproščeni EB-ji lahko nato ponovno sprožijo razvojni cikel z vezavo na sosednje gostiteljske celice, s čimer se okužba širi na nove celice in olajšuje širjenje klamidije v gostitelju.

Imunski odziv na okužbo s klamidijo

Okužene epitelne celice prepoznajo klamidije preko receptorjev za prepoznavanje vzorcev (PRR-ji) na in v gostiteljski celici. Do sedaj je bilo dokazano, da klamidije aktivirajo cGAS, STING, NOD1, kaspazo-11, TLR2, in TLR4, od teh kaspaza-11 in TLR2 prispevata k imunopatologiji. Klamidije aktivirajo inflamazom kaspaze-11 pri miših, verjetno s lipopolisaharidom. Ljudje izražamo kaspazo-4 in kaspazo-5 namesto kaspaze-11, kar otežuje neposredne primerjave med mišjim modelom in človeško boleznijo.

Klamidije prav tako aktivirajo TLR2, izražen na celični in endosomski membrani več tipov celic, vključno z epitelnimi in imunskimi celicami. Bakterijski lipoproteini in polisaharidi aktivirajo TLR2 v drugih modelih okužb, vendar klamidijski ligand za TLR2 ostaja neidentificiran. TLR2 in njegov adapterski protein MYD88 se lokalizirata v klamidijski inkluziji med okužbo. Ko je aktiviran, TLR2 pridobi MYD88 in sproži signalno kaskado, ki na koncu aktivira transkripcijske faktorje NFκB in/ali AP-1 preko aktivacije MAP-kinaz (MAPK). Aktivacija NFκB in/ali AP-1 vodi v produkcijo in izločanje citokinov, kot so TNF-α, IL-6 in IL-8.

Študije so pokazale, da so nevtrofilci primarne celice, ki povzročajo tkivno škodo med okužbo. Pri miših intenzivno privabljanje in aktivacija nevtrofilcev v jajcevodih povzročata brazgotinjenje in kasnejšo post-obstrukcijsko dilatacijo. Predvidevajo, da je patologija, povezana z nevtrofilci, rezultat več mehanizmov, vključno s fizičnim izpodrivanjem celic iz epitelija in produkcijo proteinov, ki poškodujejo tkivo, kot je metaloproteaza matriksa-9 (MMP-9). Za čiščenje bakterij je potreben prilagodljiv imunski odziv, ki ga zaznamuje sodelovanje med protitelesi, CD4 + T celicami in fagociti. Specifični mehanizmi, ki bi razlikovali med imunskim odzivom na klamidijsko okužbo v prebavnem traktu od odzivov v očesu ali reproduktivnem traktu, trenutno niso znani.

Izguba klamidijskega plazmida je pleiotropna

O pleiotropiji govorimo, ko en gen vpliva na dva navidezno nesorodna fenotipa. Takšen gen je pleiotropen. Številne vrste klamidij, vključno s C. trachomatis in C. muridarum, vsebujejo ohranjen plazmid velikosti 7,5 kbp. Klamidijski plazmid je skoraj povsod prisoten med kliničnimi izolati C. trachomatis, opisani pa so le redki primeri sevov brez plazmida.

Izolacija sevov C. trachomatis, ki so spontano izgubili plazmid in odstranjevanje klamidijskega plazmida z novobiocinom iz C. muridarum sta zagotovila nekaj prvih jasnih dokazov, da je izguba plazmida pri klamidiji pleiotropna. Klamidije brez plazmidov kažejo zmanjšano kužnost, sprožijo zmanjšane ravni vnetja in patologije ter ne kopičijo glikogena v svojih inkluzijah.

Mehanizmi, ki potekajo pri okvari infektivnosti, povezane s plazmidom, ostajajo neznani. Kasneje so izolirali spontane supresorje tega fenotipa. Dokazali so, da eden od teh mutantov, sev CM3.1, ni zaostajal v konkurenci s svojim prednikom (ki vsebuje plazmid) med zaporednimi pasažami celic in se učinkovito dvigal do zgornjega genitalnega trakta miši. Sekvenciranje celotnega genoma mutanta je pokazalo polimorfizem posameznega nukleotida, ki naj bi prehitro prekinil izražanje proteina TC_236, katerega funkcija ni znana.

Fagocitne dendritične celice iz mišjega kostnega mozga, inkubirane z mutanti brez plazmida, proizvajajo manj TNF-α in IL-6 kot celice, inkubirane z divjimi sevi. Podobno človeške epitelne celice, okužene s C. trachomatis brez plazmida s centrifugiranjem, izločajo manj GM-CSF, IL-6 in IL-8 kot okužene celice divjega tipa.

Okužba genitalnega trakta miši z divjim sevom C. muridarum prav tako vodi v okužbo prebavnega trakta, predvsem slepiča in debelega črevesa. Pomembno je, da se C. muridarum sistemsko razširja pri miših, kar zagotavlja dodatno, hematogeno pot širjenja iz genitalnega trakta v prebavni trakt. Nasprotno pa ostanejo genitalni serotipi C. trachomatis pri ljudeh omejeni na sluznico.

Fagocitne dendritične celice iz mišjega kostnega mozga, inkubirane z mutanti brez plazmida, proizvajajo manj TNF-α in IL-6 kot celice, inkubirane z divjimi sevi. Nižje ravni izločanja od TLR2 odvisnih citokinov pri miših, okuženih z CM3.1, so povezane z manjšim privabljanjem nevtrofilcev v jajcevodih, vendar rekrutacija prilagodljivih CD4+ T celic ostaja nespremenjena. Aktivacija HEK-TLR2-poročevalskih celic z živimi in z UV-inaktiviranimi bakterijami divjega tipa (medtem ko mutanti brez plazmida ne aktivirajo) zagotavlja neposredne dokaze za od plazmida odvisno aktivacijo TLR2, neodvisno od klamidijske rasti in replikacije.

Študije okužbe makakov z divjim tipom in mutiranim sevom C. trachomatis niso pokazale nobenih razlik v patologiji. Vpliv na patologijo je imelo izražanje CD4+ T celic. Tiste opice, ki so imele to izražanje povečano, so kazale višjo odpornost, kot tiste z zmanjšanim izražanjem teh celic in povečanimi titri protiteles. Te razlike niso bile povezane s prisotnostjo ali odsotnostjo plazmida in nasprotujejo jasni povezavi med prenašanjem plazmida in podaljšano kužnostjo, ki so jo pokazale študije.

Virulenca in vpliv plazmida na okužbe s C. trachomatis

Chlamydia trachomatis je intracelularni patogen, ki lahko povzroči različne bolezni pri ljudeh. Med najpogostejšimi so okužbe očesa, spolno prenosljive okužbe in vnetne bolezni genitalnega in prebavnega trakta. Pomembno je razumeti virulentne lastnosti te bakterije, še posebej v luči vloge plazmida C. trachomatis pri virulenci in patologiji po okužbi.

Plazmid C. trachomatis je ključen za virulenco in patologijo po okužbi. Študije kažejo, da je prisoten pri večini kliničnih izolatov, kar nakazuje na aktivno izbiro plazmida med evolucijo. Vloga plazmida pri virulenci ostaja tema debate, še posebej v povezavi z različnimi tkivi in specifičnimi vrstami bakterije. Opazili so razlike med tkivi glede vnetnega odziva, ki je odvisen od plazmida, kar kaže na tkivno-specifične učinke interakcij C. trachomatis s gostiteljskimi mehanizmi.

Zaključek

Klamidijski plazmid je ključen za virulenco in patologijo po okužbi ter vzdrževanje kolonij v prebavilih miši. Raziskovalci so opazili tkivno-specifične razlike v vlogi plazmida, kjer pomanjkanje plazmida v spolnem traktu miši zmanjša vnetje, medtem ko klamidije s plazmidom v prebavilih ne povzročijo vnetja. Opazili so tudi različne vloge plazmida med C. trachomatis in C. muridarum, pri čemer plazmidna odvisna aktivacija TLR2 vodi do različnih izidov okužbe v različnih tkivih. Aktivacija TLR2 lahko sproži vnetni odziv, ki prispeva k tkivni poškodbi in patologiji, na primer v genitalnem traktu miši. Razlike v intenzivnosti in naravi vnetnega odziva so bile opažene med različnimi sevi C. trachomatis in C. muridarum. Plazmidna virulenca je povezana s proteinskimi virulentnimi dejavniki, kot so Pgp3, Pgp4 in Pgp5. Te proteine so identificirali kot ključne akterje pri modulaciji infektivnosti in vnetnega odziva gostitelja. Razumevanje mehanizmov, preko katerih ti proteini vplivajo na infektivnost in vnetje, ostaja izzivno, saj noben posamezen mehanizem ne pojasnjuje vseh opazovanih pojavov.