Legionella pneumophila es una bacteria Gram-negativa , delgada, aeróbica , pleomórfica , flagelada , no formadora de esporas,del género Legionella . [1] [2] L. pneumophila es la principal bacteria patógena humanaen este grupo y es el agente causante de la enfermedad del legionario , también conocida como legionelosis.
Legionella pneumophila | |
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Imagen TEM de L. pneumophila | |
clasificación cientifica | |
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Género: | |
Especies: | L. pneumophila |
Nombre binomial | |
Legionella pneumophila Brenner DJ, Steigerwalt AG, McDade JE 1979 |
En la naturaleza, L. pneumophila infecta amebas de agua dulce y del suelo de los géneros Acanthamoeba y Naegleria . [3] El mecanismo de infección es similar en las células amebas y humanas.
Caracterización
L. pneumophila es un bacilo aerobio gramnegativo, no encapsulado, con un solo flagelo polar que a menudo se caracteriza por ser un cocobacilo . Es aeróbico e incapaz de hidrolizar la gelatina o producir ureasa . Tampoco es fermentativo . L. pneumophila no es pigmentada ni autofluorescente . Es oxidasa y catalasa positiva y produce beta-lactamasa . La morfología de la colonia de L. pneumophila es de color blanco grisáceo con una apariencia texturizada de vidrio tallado; también requiere cisteína y hierro para prosperar. Crece en agar de extracto de levadura en colonias "parecidas a ópalos".
Estructura de la membrana celular
Si bien L. pneumophila se clasifica como un organismo gramnegativo, se tiñe mal debido a su contenido único de lipopolisacáridos en la valva externa de la membrana celular externa. [4] Las bases de la especificidad del antígeno somático de este organismo se encuentran en las cadenas laterales de su pared celular. La composición química de estas cadenas laterales, tanto con respecto a los componentes como a la disposición de los diferentes azúcares, determina la naturaleza de los determinantes somáticos u O- antigénicos , que son medios importantes para clasificar serológicamente muchas bacterias Gram-negativas. Se han descrito al menos 35 serovares diferentes de L. pneumophila , así como varias otras especies subdivididas en varios serovares.
Detección
Los sueros se han utilizado tanto para estudios de aglutinación en portaobjetos como para la detección directa de bacterias en tejidos mediante inmunofluorescencia a través de anticuerpos marcados con fluorescencia . Los anticuerpos específicos en pacientes pueden determinarse mediante la prueba de anticuerpos fluorescentes indirectos. También se han aplicado con éxito pruebas de ELISA y microaglutinación.
Legionella se tiñe mal con la tinción de Gram, se tiñe positivamente con plata y se cultiva en extracto de levadura de carbón con hierro y cisteína.
Ecología y embalses
L. pneumophila es un parásito intracelular facultativo que puede invadir y replicarse en el interior de las amebas en el medio ambiente, especialmente especies de los géneros Acanthamoeba y Naegleria , que pueden así servir como reservorio de L. pneumophila. Estos anfitriones también brindan protección contra el estrés ambiental, como la cloración . [5] Se ha demostrado que Legionella prolifera en las paredes de las tuberías en biopelículas. [6] La legionella desprendida de las biopelículas en los sistemas de plomería puede aerosolizarse a través de grifos, duchas, rociadores y otros accesorios que pueden provocar una infección después de una exposición prolongada.
Frecuencia de ocurrencia
En los Estados Unidos, aparecen aproximadamente 3 infecciones por L. pneumophila por cada 100.000 personas por año. [7] Las infecciones alcanzan su punto máximo en el verano. Dentro de las regiones endémicas, alrededor del 4% al 5% de los casos de neumonía son causados por L. pneumophila . [8]
Patogénesis
En los seres humanos, L. pneumophila invade y se replica dentro de los macrófagos . La internalización de las bacterias puede potenciarse mediante la presencia de anticuerpos y complemento , pero no es absolutamente necesario. La internalización de la bacteria parece ocurrir a través de la fagocitosis . Sin embargo, L. pneumophila también es capaz de infectar células no fagocíticas a través de un mecanismo desconocido. Se ha descrito una forma rara de fagocitosis conocida como fagocitosis en espiral para L. pneumophila , pero esto no depende del sistema de secreción bacteriana Dot / Icm (multiplicación intracelular / defecto en los genes de tráfico de orgánulos) y se ha observado para otros patógenos. [9] Una vez internalizadas, las bacterias se rodean a sí mismas en una vacuola unida a la membrana que no se fusiona con los lisosomas que de otra manera degradarían las bacterias. En este compartimento protegido, las bacterias se multiplican.
Sistema de secreción Dot / Icm tipo IV y proteínas efectoras
Las bacterias utilizan un sistema de secreción de tipo IVB conocido como Dot / Icm para inyectar proteínas efectoras en el huésped. Estos efectores participan en el aumento de la capacidad de las bacterias para sobrevivir dentro de la célula huésped. L. pneumophila codifica más de 330 proteínas "efectoras", [10] que son secretadas por el sistema de translocación Dot / Icm para interferir con los procesos de la célula huésped para ayudar a la supervivencia bacteriana. Se ha predicho que el género Legionella codifica más de 10,000 y posiblemente hasta ~ 18,000 efectores que tienen una alta probabilidad de ser secretados en sus células hospedadoras. [11] [12]
Una forma clave en la que L. pneumophila usa sus proteínas efectoras es interferir con la fusión de la vacuola que contiene Legionella con los endosomas del huésped y, por lo tanto, proteger contra la lisis. [13] Los estudios de knock-out de efectores translocados Dot / Icm indican que son vitales para la supervivencia intracelular de la bacteria, pero se cree que muchas proteínas efectoras individuales funcionan de forma redundante, ya que los knock-outs de un solo efector rara vez impiden la supervivencia intracelular. Este elevado número de proteínas efectoras translocadas y su redundancia es probablemente el resultado de que la bacteria ha evolucionado en muchos hospedadores protozoarios diferentes . [14]
Vacuola que contiene Legionella
Para que Legionella sobreviva dentro de los macrófagos y protozoos, debe crear un compartimento especializado conocido como vacuola que contiene Legionella (LCV). A través de la acción del sistema de secreción Dot / Icm, las bacterias pueden prevenir la degradación por la vía de tráfico endosomal normal y, en cambio, replicarse. Poco después de la internalización, las bacterias reclutan específicamente vesículas y mitocondrias derivadas del retículo endoplásmico en el LCV al tiempo que evitan el reclutamiento de marcadores endosomales como Rab5a y Rab7a . La formación y el mantenimiento de las vacuolas son cruciales para la patogénesis; las bacterias que carecen del sistema de secreción Dot / Icm no son patógenas y no pueden replicarse dentro de las células, mientras que la eliminación del efector Dot / Icm SdhA da como resultado la desestabilización de la membrana vacuolar y la ausencia de replicación bacteriana. [15] [16]
Adquisición de nutrientes
Legionella es auxotrófica para siete aminoácidos: cisteína, leucina, metionina, valina, treonina, isoleucina y arginina. [17] Una vez dentro de la célula huésped, Legionella necesita nutrientes para crecer y reproducirse. Dentro de la vacuola, la disponibilidad de nutrientes es baja; la alta demanda de aminoácidos no se cubre con el transporte de aminoácidos libres que se encuentran en el citoplasma del hospedador . Para mejorar la disponibilidad de aminoácidos, el parásito promueve los mecanismos del hospedador de degradación proteasomal . Esto genera un exceso de aminoácidos libres en el citoplasma de las células infectadas con L. pneumophila que pueden utilizarse para la proliferación intravacuolar del parásito.
Para obtener aminoácidos, L. pneumophila usa el efector AnkB F-Box , que es farnesilado por la actividad de tres enzimas hospedadoras localizadas en la membrana del LCV: farnesiltransferasa , enzima convertidora de Ras-1 proteasa e ICMT . La farnesilación permite que AnkB se ancle en el lado citoplásmico de la vacuola.
Una vez que AnkB está anclado en la membrana LCV , interactúa con el complejo de ligasa de ubiquitina SCF1 y funciona como una plataforma para el acoplamiento de proteínas poliubiquitinadas unidas a K48 al LCV.
La poliubiquitinación ligada a K48 es un marcador de degradación proteasomal que libera péptidos de dos a 24 aminoácidos de longitud, que se degradan rápidamente en aminoácidos por varias oligopeptidasas y aminopeptidasas presentes en el citoplasma. Los aminoácidos se importan al LCV a través de varios transportadores de aminoácidos, como el transportador de aminoácidos neutros B (0) .
Los aminoácidos son la principal fuente de carbono y energía de L. pneumophila , que tiene casi 12 clases de transportadores ABC , permeasas de aminoácidos y muchas proteasas para explotarla. Los aminoácidos importados son utilizados por L. pneumophila para generar energía a través del ciclo TCA (ciclo de Krebs) y como fuentes de carbono y nitrógeno.
Sin embargo, la promoción de la degradación proteasomal para la obtención de aminoácidos puede no ser la única estrategia de virulencia para obtener carbono y fuentes de energía del huésped. Las enzimas degradativas secretadas de tipo II pueden proporcionar una estrategia adicional para generar fuentes de carbono y energía.
Genómica
Identificación del genoma NCBI | 416 |
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Ploidía | haploide |
Tamaño del genoma | 3,44 Mb |
Numero de cromosomas | 1 |
Año de finalización | 2004 |
La determinación y publicación de las secuencias genómicas completas de tres aislados clínicos de L. pneumophila en 2004 allanó el camino para la comprensión de la biología molecular de L. pneumophila en particular y de Legionella en general. El análisis comparativo en profundidad del genoma utilizando matrices de ADN para estudiar el contenido genético de 180 cepas de Legionella reveló una alta plasticidad del genoma y una transferencia genética horizontal frecuente . Se obtuvo una mayor comprensión del ciclo de vida de L. pneumophila investigando el perfil de expresión génica de L. pneumophila en Acanthamoeba castellanii , su huésped natural. L. pneumophila exhibe un ciclo de vida bifásico y define rasgos transmisivos y replicativos de acuerdo con los perfiles de expresión génica. [2]
Transformación genética
La transformación es una adaptación bacteriana que implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra a través del medio líquido circundante. La transformación es una forma bacteriana de reproducción sexual . [18] Para que una bacteria se una, absorba y recombine el ADN exógeno en su cromosoma, debe entrar en un estado fisiológico especial denominado " competencia ".
Para determinar qué moléculas pueden inducir competencia en L. pneumophila , se probaron 64 moléculas tóxicas. [19] Sólo seis de estas moléculas, todos agentes que dañan el ADN, provocaron una fuerte inducción de competencia. Estos fueron mitomicina C (que introduce enlaces cruzados entre cadenas de ADN), norfloxacina , ofloxacina y ácido nalidíxico (inhibidores de la ADN girasa que causan roturas de doble hebra), biciclomicina (provoca roturas de doble hebra) e hidroxiurea (causa la oxidación del ADN). bases). Estos resultados sugieren que la competencia para la transformación en L. pneumophilia evolucionó como respuesta al daño del ADN . [19] Quizás la inducción de competencia proporciona una ventaja de supervivencia en un huésped natural, como ocurre con otras bacterias patógenas. [18]
Objetivos de drogas
Se han propuesto varias enzimas en las bacterias como objetivos farmacológicos provisionales. Por ejemplo, se ha sugerido que las enzimas de la vía de absorción de hierro son importantes dianas farmacológicas. [20] Además, una clase cN-II de 5´-nucleotidasa específica de IMP / GMP que ha sido ampliamente caracterizada cinéticamente. La enzima tetramérica muestra aspectos de cooperatividad homotrópica positiva , activación del sustrato y presenta un sitio alostérico único al que se puede dirigir para diseñar fármacos eficaces contra la enzima y, por tanto, contra el organismo. Además, la enzima es distinta a su contraparte humana, lo que la convierte en un objetivo atractivo para el desarrollo de fármacos. [21]
Tratamiento
Los macrólidos ( azitromicina o claritromicina ) o fluoroquinolonas ( levofloxacino o moxifloxacino ) son el tratamiento estándar para la neumonía por Legionella en humanos, y el levofloxacino se considera de primera línea con una resistencia creciente a la azitromicina. Dos estudios apoyan la superioridad de la levofloxacina sobre los macrólidos, aunque no están aprobados por la FDA. [22]
Referencias
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enlaces externos
- Tema principal "Legionella pneumophila": artículos de texto completo libre en PubMed
- Legionella pneumophila, agente causante de la enfermedad del legionario y fiebre de Pontiac en MetaPathogen
- Tipo de cepa de Legionella pneumophila en Bac Dive - la base de metadatos de diversidad bacteriana