stringtranslate.com

Leptospira интерроганс

Leptospira interrogans — это вид облигатных аэробных бактерий- спирохет , имеющих форму штопора с крючковатыми и спиральными концами. [1] L. interrogans в основном встречается в более теплых тропических регионах. Бактерии могут жить в течение недель или месяцев в земле или воде. [2] Leptospira — один из родов типа спирохет , вызывающий серьезные инфекции у млекопитающих. [3] Этот вид патогенен для некоторых диких и домашних животных, включая домашних собак. Он также может передаваться людям через ссадины на коже, где инфекция может вызывать гриппоподобные симптомы с поражением почек и печени. [2] Инфекции у людей обычно распространяются при контакте с загрязненной водой или почвой, часто через мочу как диких, так и домашних животных. [2] Некоторые люди более восприимчивы к серьезным инфекциям, включая фермеров и ветеринаров, работающих с животными. [4]

Бактерии вызывают две фазы инфекции: безжелтушную и желтушную. Безжелтушная фаза инфекции обычно известна как первая фаза, в которой у людей наблюдается лихорадка, головная боль и тошнота. Желтушная фаза, или вторая фаза, включает более серьезные симптомы, включая кровотечения и почечную канальцевую недостаточность. [5] Основные способы тестирования на бактерии и диагностики инфекций включают микроскопическую реакцию агглютинации (МАТ) и ПЦР. [6] Лептоспироз у людей лечится антибиотиками пенициллином и доксициклином . [7] [8]

L. interrogans обладает многими свойствами, обеспечивающими его оптимальное выживание в определенных условиях, включая два периплазматических жгутика для движения и мобильности. Эти жгутики позволяют L. interrogans легче получать доступ и инфицировать как человеческие, так и млекопитающие ткани. [9] Вид использует бета-окисление длинноцепочечных жирных кислот для получения энергии, при котором кислород и перекиси используются в качестве основных конечных акцепторов электронов. [10] Геном L. interrogans состоит из двух кольцевых хромосом. [11]

Биология и биохимия

Морфология

Клетки L. interrogans — грамотрицательные , плотно скрученные, подвижные спирохеты с двумя периплазматическими жгутиками . [1] Один жгутик вставлен в каждый конец бактерии. Клетки тонкие, около 0,15 мкм, и длинные, от 6 до 20 мкм, с телом в форме штопора со спиральными или крючкообразными концами. [1] Крючковатые концы часто напоминают вопросительный знак, отсюда и название «interrogans». [12] Периплазматические жгутики имеют решающее значение для способности бактерий двигаться и выживать в определенных клетках-хозяевах. Лептоспиры демонстрируют две уникальные формы движения: трансляционную и нетрансляционную. [13]

Метаболизм/Физиология

L. interrogans проявляет нейтралофильные свойства, расту в диапазоне pH 7,2 - 7,6, с оптимальным pH 7,4. Бактерии также проявляют мезофильные свойства роста и растут в диапазоне температур от 28 °C до 30 °C. [14] [12] Оптимальный рост облигатного аэроба L. interrogans происходит в простых средах, содержащих витамины, соли и специфические длинноцепочечные жирные кислоты. [13] Лептоспирам требуются соли аммония, а также длинноцепочечные жирные кислоты для метаболизма. [15]

Основным источником энергии и углерода этого организма является бета-окисление длинноцепочечных жирных кислот . Через естественные фазовые интерфейсы или среду роста L. interrogans должен физически получать длинноцепочечные жирные кислоты, чтобы далее метаболизировать их в качестве источника энергии. [16] Уникальные метаболические характеристики L. interrogans , длинноцепочечные ненасыщенные жирные кислоты необходимы для роста бактерии, поскольку насыщенные жирные кислоты могут метаболизироваться только в этих условиях. [16] L. interrogans содержит гены, которые кодируют использование цикла трикарбоновых кислот в его метаболизме. [16] Продукция АТФ L. interrogans происходит посредством окислительного фосфорилирования. [16] Кислород служит конечным акцептором электронов в этом бета-окислении, что еще больше классифицирует эту бактерию как облигатного аэроба. [15] [17] Данные также показали, что пероксиды, такие как H 2 O 2, также могут служить конечным акцептором электронов, с активностью каталазы, необходимой для выживания in vivo. [16] У L. interrogans есть только одна система поглощения глюкозы, известная как глюкозо-натриевый симпортер . [18]

Геномика

Геном L. interrogans состоит из двух кольцевых хромосом, состоящих в общей сложности из почти 4,7 Мбн. [ 19] Большая хромосома имеет общий геном 4,3 Мбн, а меньшая хромосома имеет размер 350 Кбн. Она имеет содержание G+C 35% и содержит 3400-3700 генов, кодирующих белок, в зависимости от штамма. [11] Гены на большой хромосоме кодируют в основном функции домашнего хозяйства. В отличие от большинства других бактерий, где гены рРНК сгруппированы, у Leptospira гены 16S, 23S и 5S рРНК разбросаны по большой хромосоме. [11] Гены, специально кодирующие использование длинноцепочечных жирных кислот, цикл трикарбоновых кислот и цепь переноса электронов , также были идентифицированы у L. interrogans. Обнаружение таких генов подтверждает использование окислительного фосфорилирования в качестве основного метаболического пути L. interrogans. Было обнаружено большое количество генов, связанных с инвазией эукариотических клеток, прикреплением клеток и подвижностью. L. interrogans также имеет сложный набор генов, связанных с хемотаксисом, в большей степени, чем другие патогенные бактерии, такие как B. burgdorferi и T. palladium. Такие гены позволяют L. interrogans быть таким успешным патогеном. [19]

Чтобы получить энергию, необходимую для роста и взять на себя функции хозяина, бактерия использует такие методы, как окислительный стресс. [20] Реакции на стресс, наблюдаемые у L. interrogans, включают в себя повышение экспрессии генов, кодирующих белки, такие как белки-шапероны, включая clpA, белки теплового шока, включая GroEL, и эндофлагеллярные белки, включая flgA. [21]

Молекулярный патогенез

Ген loa22 был классифицирован как фактор вирулентности . [22]

LipL32 является наиболее распространенным белком в L. interrogans . Хотя LipL32 связывается с рядом компонентов внеклеточного матрикса в экспериментах в пробирках, есть сомнения относительно того, где находится этот белок. Одно исследование предполагает, что это подповерхностный мембранный липопротеин на внутреннем листке внешней мембраны. [23] [24] Некоторые внешние мембранные белки, такие как OmpL1, помогают в процессе инфицирования L. interrogans , обеспечивая прилипание к поверхностным молекулам клеток-хозяев. [25]

Поскольку L. interrogans является облигатным аэробом, необходимо избегать активных форм кислорода (ROS) во время метаболизма. Гены perRA и perRB кодируют регуляторы, реагирующие на пероксид, и эти регуляторы способствуют адаптации хозяина, поскольку содержат около 17 генов, которые помогают в передаче сигналов. [26] L. interrogans также имеет довольно сложную систему хемотаксиса по сравнению с другими патогенными микробами, что способствует его эффективности в качестве патогена. Вирулентность также связана с лептоспиральным ЛПС , который, как известно, уникальным образом активирует макрофаги в ответ на инфекцию. [19]

Бактериальный шаперон ClpB является основным фактором общей вирулентности L. interrogans, поскольку он способствует выживанию внутри хозяина, контролю реакций на стресс и уникальной роли дезагрегации белков. [20]

Среда

L. interrogans являются бактериями, связанными с хозяином, и большинство случаев заражения происходит в тропических регионах. В среде хозяина L. interrogans сначала обнаруживаются в крови, а затем переходят в другие органы , заражая их . В частности, клетки L. interrogans выживают и размножаются с оптимальной скоростью в почках . Возбудитель в основном распространяется через биологические жидкости инфицированных животных. [17] Крысы являются основными переносчиками лептоспироза, но не проявляют никаких симптомов, передавая возбудителя через мочу, которая способна сохраняться в пресной воде. [27] Затем возбудитель может проникнуть в организм нового хозяина через кожу и слизистые оболочки , а также через употребление зараженной воды. [17] Лептоспиры часто попадают в организм через открытые порезы и другие раны, хотя они не могут пройти через неповрежденный кожный барьер. [27] Зараженные дикие и домашние животные могут продолжать выделять бактерии в окружающую среду в течение нескольких лет, а бактерии могут выживать в почве и воде в течение нескольких месяцев. [28]

Болезнь

Люди

У людей симптомы, вызванные L. interrogans, бывают двухфазными, желтушными или безжелтушными . Желтушная форма также известна как болезнь Вейля . [29] Исследования показали, что L. interrogans может повреждать эндотелиальную клеточную оболочку различных сосудов и органов, позволяя им просачиваться и далее распространять бактерии в другие части тела. [30] Симптомы могут появиться в любое время между 2 и 4 неделями после заражения. Фаза 1 инфекции является безжелтушной, и симптомы включают лихорадку, озноб, головную боль, мышечные боли, рвоту и диарею. Примерно 90% случаев заражения у людей будут состоять только из этой фазы; однако болезнь может перейти в фазу 2, известную как желтушная фаза. Симптомы желтушной фазы включают петехии , гепатомегалию , желтуху , повреждение почечных канальцев , кровоизлияния и последующую почечную недостаточность. [29] Лептоспироз лечится антибиотиками доксициклином и пенициллином . [28]

Существует более 200 различных патогенных сероваров Leptospira , что затрудняет разработку эффективной вакцины . [31] Однако были разработаны вакцины для сероваров, известных как Hardjo, Pomona, Canicola, Grippotyphosa и icterohaemorrhagiae. К сожалению, эти вакцины демонстрируют неоптимальную защиту, требуют частых ревакцинаций и специфичны для определенных сероваров. [31]

Собаки

Лептоспироз у собак можно разделить на четыре категории: репродуктивный, желтушный, геморрагический и уремический. Репродуктивный лептоспироз приводит к преждевременному рождению потомства или аборту, а уремический лептоспироз называют болезнью Штутгарта. [32] L. interrogans вызывает сильную воспалительную реакцию у инфицированных собак. Эта воспалительная реакция приводит к высокой экспрессии фактора некроза опухоли альфа , называемого ФНО-α, в тканях матки инфицированных собак. Интерлейкин-1β и интерлейкин-6 также демонстрируют повышенные уровни экспрессии при инфицировании. Кроме того, доказано, что L. interrogans приводит к снижению регуляции мРНК и белков внеклеточного матрикса (ECM). Эти факторы, вероятно, коррелируют с высокой восприимчивостью собак к лептоспирозу. [32]

Ссылки

  1. ^ abc Nakamura S (февраль 2022 г.). «Подвижность зоонозной спирохеты Leptospira: взгляд на связь с патогенностью». Int J Mol Sci . 23 (3): 1859. doi : 10.3390/ijms23031859 . PMC  8837006. PMID  35163781.
  2. ^ abc "Лептоспироз | CDC". www.cdc.gov . 2019-03-13 . Получено 2022-11-13 .
  3. ^ Рен SX, Фу G, Цзян XG, Цзэн Р, Мяо YG, Сюй Х, Чжан YX, Сюн Х, Лу Г, Лу ЛФ, Цзян HQ, Цзя J, Ту ЮФ, Цзян JX, Гу WY, Чжан YQ, Цай Z, Шэн Х.Х., Инь Х.Ф., Чжан Ю., Чжу Г.Ф., Ван М., Хуан Х.Л., Цянь З., Ван С.Ю., Ма В., Яо З.Дж., Шэнь Ю., Цян Б.К., Ся К.К., Го Х.К., Даньчин А., Сен-Жиронс I. , Сомервилл Р.Л., Вэнь Ю.М., Ши М.Х., Чэнь З., Сюй Дж.Г., Чжао Г.П. (апрель 2003 г.). «Уникальные физиологические и патогенетические особенности Leptospira interrogans, выявленные с помощью полногеномного секвенирования». Природа . 422 (6934): 888–93. Bibcode : 2003Natur.422..888R. doi : 10.1038/nature01597 . PMID  12712204. S2CID  4415685.
  4. ^ "Риск заражения | Риск заражения | Лептоспироз | CDC". www.cdc.gov . 2018-11-07 . Получено 2022-10-16 .
  5. ^ Wang S, Stobart Gallagher MA, Dunn N (2021). «Лептоспироз». StatPearls . Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. PMID 28722888.
  6. ^ Бехера, Суджит Кумар; Сабаринатх, Танкаппан; Ганеш, Баласубраманиан; Мишра, Прашанта Кумар К.; Нилуфа, Рошан; Сентилкумар, Куппусами; Верма, Мед Рам; Хота, Абхишек; Чандрасекар, Шанмугам; Денеке, Йосеф; Кумар, Ашок; Нагараджан, Муруганандам; Дас, Дипанкер; Хатуа, Сасмита; Саху, Радхакришна (13 июня 2022 г.). «Диагностика лептоспироза человека: сравнение микроскопического теста агглютинации с внутренним тестом ELISA на основе рекомбинантного антигена LigA / B на основе IgM и тестом латексной агглютинации с использованием байесовской модели латентного класса и MAT в качестве золотого стандарта». Диагностика . 12 (6): 1455. doi : 10.3390/diagnostics12061455 . ISSN  2075-4418. PMC 9221883. PMID 35741265  . 
  7. ^ "Лечение | Лептоспироз | CDC". www.cdc.gov . 2018-11-02 . Получено 2023-10-13 .
  8. ^ "Лептоспироз - Инфекционные заболевания". Merck Manuals Professional Edition . Получено 2023-10-13 .
  9. ^ Ку, Цзясинь. Секвенирование и сравнительная геномика Leptospira interrogans серовара pomona и Leptospira kirschneri серовара grippotyphosa . Университет Оклахомы, 2007.
  10. ^ Эванджелиста, Карен В. и Дженифер Коберн. «Лептоспира как новый патоген: обзор ее биологии, патогенеза и иммунных реакций хозяина». Future microbiology vol. 5,9 (2010): 1413-25. doi:10.2217/fmb.10.102
  11. ^ abc Picardeau M (2015). "Геномика, протеомика и генетика лептоспир". Лептоспиры и лептоспироз . Текущие темы микробиологии и иммунологии. Том 387. С. 43–63. doi :10.1007/978-3-662-45059-8_4. ISBN 978-3-662-45058-1. PMID  25388132.
  12. ^ ab Hines MT (2014). "Глава 32 - Лептоспироз". В Sellon DC, Long MT (ред.). Инфекционные заболевания лошадей (2-е изд.). WB Saunders. стр. 302–311. doi :10.1016/B978-1-4557-0891-8.00032-4. ISBN 978-1-4557-0891-8.
  13. ^ ab Levett PN (апрель 2001 г.). «Лептоспироз». Clinical Microbiology Reviews . 14 (2): 296–326. doi :10.1128/CMR.14.2.296-326.2001. PMC 88975. PMID  11292640 . 
  14. ^ Koizumi N, Watanabe H (2009). «Лептоспироз». Вакцины для биологической защиты и новых и забытых заболеваний . Academic Press. стр. 1291–1308. doi :10.1016/B978-0-12-369408-9.00064-0. ISBN 978-0-12-369408-9.
  15. ^ ab Evangelista KV, Coburn J (сентябрь 2010 г.). «Leptospira как новый патоген: обзор его биологии, патогенеза и иммунных реакций хозяина». Future Microbiology . 5 (9): 1413–1425. doi :10.2217/fmb.10.102. PMC 3037011 . PMID  20860485. 
  16. ^ abcde Cameron CE (2015). «Структура, физиология и метаболизм лептоспир». В Alder B (ред.). Leptospira и лептоспироз . Текущие темы микробиологии и иммунологии. Т. 387. Берлин, Гейдельберг: Springer. С. 21–41. doi :10.1007/978-3-662-45059-8_3. ISBN 978-3-662-45059-8. PMID  25388131.
  17. ^ abc Johnson RC, Лептоспира (1996). «Лептоспира». У барона С. (ред.). Медицинская микробиология (4-е изд.). Галвестон (Техас): Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне. ISBN 978-0-9631172-1-2. PMID  21413339.
  18. ^ Nascimento AL, Ko AI, Martins EA, Monteiro-Vitorello CB, Ho PL, Haake DA и др. (апрель 2004 г.). «Сравнительная геномика двух сероваров Leptospira interrogans открывает новые возможности в области физиологии и патогенеза». Journal of Bacteriology . 186 (7): 2164–2172. doi :10.1128/JB.186.7.2164-2172.2004. PMC 374407 . PMID  15028702. 
  19. ^ abc Рен, Шуан-Си; Фу, Банда; Цзян, Сю-Гао; Цзэн, Ронг; Мяо, Ю-Банда; Сюй, Хай; Чжан, И-Сюань; Сюн, Хуэй; Лу, Банда; Лу, Лин-Фэн; Цзян, Хун-Цюань; Цзя, Цзя; Ту, Юэ-Фэн; Цзян, Цзюй-Син; Гу, Вэнь-И (апрель 2003 г.). «Уникальные физиологические и патогенетические особенности Leptospira interrogans, выявленные с помощью полногеномного секвенирования». Природа . 422 (6934): 888–893. Бибкод : 2003Natur.422..888R. дои : 10.1038/nature01597 . ISSN  1476-4687. PMID  12712204. S2CID  4415685.
  20. ^ ab Kędzierska-Mieszkowska S, Arent Z (сентябрь 2020 г.). "AAA+ Молекулярный шаперон ClpB в Leptospira interrogans: его роль и значение в вирулентности лептоспир и патогенезе лептоспироза". International Journal of Molecular Sciences . 21 (18): 6645. doi : 10.3390/ijms21186645 . PMC 7555560 . PMID  32932775. 
  21. ^ Ло, Миранда; Булах, Дитер М.; Пауэлл, Дэвид Р.; Хааке, Дэвид А.; Мацунага, Джеймс; Паустиан, Майкл Л.; Цюрнер, Ричард Л.; Адлер, Бен (2006). «Влияние температуры на паттерны экспрессии генов у Leptospira interrogans серовара Лай по данным полногеномных микрочипов». Инфекция и иммунитет . 74 (10): 5848–5859. doi :10.1128/IAI.00755-06. ISSN  0019-9567. PMC 1594916. PMID  16988264 . 
  22. ^ Верма В., Кала Д., Гупта С., Кумар Х., Каушал А., Куча К. и др. (апрель 2021 г.). «Leptospira interrogans Наногибридный датчик на основе белков внешней мембраны для диагностики лептоспироза». Датчики . 21 (7): 2552. Бибкод : 2021Senso..21.2552V. дои : 10.3390/s21072552 . ПМЦ 8038715 . ПМИД  33917354. 
  23. ^ Pinne M, Haake DA (2013-01-08). Hartskeerl RA (ред.). "LipL32 — подповерхностный липопротеин Leptospira interrogans: представление новых данных и переоценка предыдущих исследований". PLOS ONE . ​​8 (1): e51025. Bibcode :2013PLoSO...851025P. doi : 10.1371/journal.pone.0051025 . PMC 3544172 . PMID  23323152. 
  24. ^ Мюррей GL (2015). «Молекулярная основа патогенеза лептоспир». Лептоспиры и лептоспироз . Текущие темы микробиологии и иммунологии. Том 387. С. 139–85. doi :10.1007/978-3-662-45059-8_7. ISBN 978-3-662-45058-1. PMID  25388135.
  25. ^ Robbins GT, Hahn BL, Evangelista KV, Padmore L, Aranda PS, Coburn J (апрель 2015 г.). «Оценка клеточно-связывающей активности адгезинов Leptospira ECM». PLOS Neglected Tropical Diseases . 9 (4): e0003712. doi : 10.1371/journal.pntd.0003712 . PMC 4397020. PMID  25875373 . 
  26. ^ Grassmann AA, Zavala-Alvarado C, Bettin EB, Picardeau M, Benaroudj N, Caimano MJ (декабрь 2021 г.). «FUR-подобные регуляторы PerRA и PerRB интегрируют сложную регуляторную сеть, которая способствует адаптации млекопитающих к хозяину и вирулентности Leptospira interrogans». PLOS Pathogens . 17 (12): e1009078. doi : 10.1371/journal.ppat.1009078 . PMC 8638967. PMID  34855918. 
  27. ^ ab Eshghi A, Pappalardo E, Hester S, Thomas B, Pretre G, Picardeau M (август 2015 г.). «Патогенные экзопротеины Leptospira interrogans в первую очередь участвуют в гетеротрофных процессах». Инфекция и иммунитет . 83 (8): 3061–3073. doi :10.1128/IAI.00427-15. PMC 4496612. PMID  25987703 . 
  28. ^ ab "Лептоспироз | CDC". www.cdc.gov . 2019-03-13 . Получено 2021-11-23 .
  29. ^ ab Wang S, Stobart Gallagher MA, Dunn N (2021). «Лептоспироз». StatPearls . Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. PMID  28722888.
  30. ^ Сато, Хироми; Коберн, Дженифер (2017-07-27). «Leptospira interrogans вызывает количественные и морфологические нарушения в адгезионных соединениях и других биологических группах белков в эндотелиальных клетках человека». PLOS Neglected Tropical Diseases . 11 (7): e0005830. doi : 10.1371/journal.pntd.0005830 . ISSN  1935-2735. PMC 5549773. PMID  28750011 . 
  31. ^ ab Wang Z, Jin L, Wegrzyn A (декабрь 2007 г.). "Вакцины против лептоспироза". Microbial Cell Factories . 6 : 39. doi : 10.1186/1475-2859-6-39 . PMC 2231387. PMID  18072968 . 
  32. ^ ab Wang W, Gao X, Guo M, Zhang W, Song X, Wang T и др. (октябрь 2014 г.). «Leptospira interrogans вызывает воспалительные реакции матки и аномальную экспрессию белков внеклеточного матрикса у собак». Microbial Pathogenesis . 75 : 1–6. doi :10.1016/j.micpath.2014.07.011. PMID  25153777.

Внешние ссылки