Кіріспе
Legionella pneumophila бактериясының түрі – Legionella туысына жататын, ауадағы оттекті пайдаланатын, пішін өзгертетін, қамшылы, спора түзбайтын, грам-теріс бактерия. L. pneumophila – Legionella туысының адамға ең қауіпті патогені. Табиғатта L. pneumophila Acanthamoeba туысына жататын топырақ амебаларын және Naegleria туысына жататын тұщы су амебофлагелляттарын жұқтырады. Алғашқы ашылудан кейін Legionella амебалар мен амебофлагелляттардың ішінде көбейетіні анықталды, бұл қоршаған ортадағы протозоаларда көбейетін бактериялардың адам макрофагтарындағы сигнал беру жолдарын пайдалануға қабілетті екенін көрсетеді.
Legionella pneumophila is an aerobic, pleomorphic, flagellated, non spore forming, Gram negative bacterium of the genus Legionella. L. pneumophila is the primary human pathogen in the genus Legionella. In nature, L. pneumophila infects soil amoebae of the genus Acanthamoeba and freshwater amoeboflagellates of the genus Naegleria. After initial discovery, it was found that Legionella replicates inside amoeba and amoeboflagellates, which suggests that bacteria replicating in environmental protozoa have the ability to exploit signaling pathways in human macrophages.
Қасиеттері
L. pneumophila – коккобацилла. Бұл Грам-теріс, ауаға қажетті бактерия, желатинды гидролиздей де, уреаза өндіре де алмайды. Сондай-ақ, ферментацияға түспейді. L. pneumophila пигменттелмеген және автофлюоресцентті емес. Ол оксидаза және каталазаға оң нәтиже береді, сондай-ақ бета-лактамаза өндіреді. L. pneumophila колониясының морфологиясы сұр-ақ түсті, текстуралы, кесілген шыны сияқты көрінеді; оған цистеин мен темірдің болуы қажет. Ол ашытқы экстракты агарында, сондай-ақ ылғалды ортада, мысалы, кран суында, "опал тәрізді" колониялар түрінде өседі.
Жасуша мембранасының құрылысы
L. pneumophila грам-негативті организм ретінде жіктеледі, бірақ оның сыртқы жасушалық мембранасының сыртқы қабатындағы ерекше липополисахарид құрамына байланысты нашар боялады. Бұл организмнің соматикалық антигендік ерекшелігінің негізі оның жасуша қабырғасының тармақтарында орналасқан. Осы тармақтардың химиялық құрамы, компоненттері мен әртүрлі қанттардың орналасуына қарай, соматикалық немесе O антигендік детерминанттардың сипатын анықтайды, бұл көптеген грам-негативті бактерияларды серологиялық түрге бөлудің маңызды тәсілі болып табылады. L. pneumophila-ның кем дегенде 35 әртүрлі серовары сипатталған, сондай-ақ бірнеше басқа түрлер де көптеген сероварларға бөлінген.
Экология және су қоймалары
L. pneumophila – көптеген түрлі қоршаған орта жағдайында кездесетін бактерия. Ол 0-дан 63 °C-қа дейінгі температурада, 5,0-ден 8,5-ке дейінгі pH диапазонында және 0,2-ден 15,0 мг/л-ға дейінгі еріген оттегі деңгейінде тіршілік ете алады. Қоршаған ортада оны осы кең температура диапазонындағы тұщы су ортасында табуға болады. Бұл кең ауқымда кездесе білгенімен, ол тек 25 және 42 °C температурада көбейеді. L. pneumophila-ның таралуының басты себебі – сумен жабдықтау желісі, осының арқасында L. pneumophila салқындату мұнараларында, ауруханалардың, қонақүйлердің және круиздік кемелердің су жүйелері сияқты жерлерде өсіп, көбейе алады.
Биофильмдер
Биофильмдер – бактериялар, балдырлар және протозоалардан тұратын, бір немесе бірнеше түрлі микроорганизмдерден құралған, арнайы бетке жабысатын қауымдастықтар. Су құбырлары мен су таратқыш жүйелердегі биофильмдерде L. pneumophila көптеп тіршілік етеді. Материал биофильмнің көбеюіне де әсер етеді. Су құбырларында L. pneumophila көбінесе 40°C температурада пластик құбырларда кездеседі, ал мыс құбырлар өсуді тежеуге қабілетті. Бұл бактерия Acanthamoeba, Vermamoeba және Naegleria сияқты протозоалар тұқымдастарында жұқтырып, тіршілік ете алады. Бактериялар иелік ететін клетка ішінде тұрғанда, төзімді кистамен қоршалған, бұл оларға су тазарту жүйелерінде кеңінен қолданылатын хлор сияқты қатал қоршаған орта жағдайларында тірі қалуға мүмкіндік береді. Протозоалардың L. pneumophila экологиясында маңызды рөл атқаратыны белгілі болғанымен, бұл организмдердің қоршаған ортадағы басқа микроорганизмдермен қалай өзара әрекеттесетіні және бұл L. pneumophila-ға қалай әсер ететіні туралы мәліметтер аз. Еуроодақта жыл сайын 100 000 адамға шаққанда шамамен 2 адам жұғады. L. pneumophila көбінесе нашар сапалы су көздері арқылы адамдарға жұғады. Легионерлер ауруының шамамен 20% денсаулық сақтау, зейнеткерлер үйі немесе саяхат мекемелерінен туындайды, олар L. pneumophila-мен ластанған сумен байланысқа түседі. Легионерлер ауруының бірнеше ірі ошақтары қоғамдық ыстық ванналардан пайда болды, себебі судың температурасы Легионелланың өсуі үшін өте қолайлы.
Патогенез
Адамда L. pneumophila макрофагтардың ішіне еніп, көбейеді. Бактериялардың ішке қабылдануы антидене мен комплементтің болуымен күшейе алады, бірақ бұл міндетті емес. Бактериялардың ішке қабылдануы фагоцитоз арқылы жүреді. Дегенмен, L. pneumophila белгісіз механизм арқылы фагоциттік емес жасушаларды да жұқтыра алады. L. pneumophila үшін ерекше фагоцитоз түрі – орамды фагоцитоз сипатталған, бірақ бұл Dot/Icm (органеллалардың тасымалдануы/ішкі көбею гендеріндегі ақау) бактериялық секреция жүйесіне тәуелді емес және басқа патогендерде де кездеседі. Ішке қабылданудан кейін, Dot/Icm жүйесі бактериялық эффектторлық ақуыздарды бөліп шығара бастайды, олар Legionella-ны қамтитын вакуолаға (LCV) жасуша факторларын тартады, мембрананы эндоплазмалық ретикулум мембранасынан ажыратуға болмайтын күйге келтіреді. Бұл процесс LCV-нің лизосомалармен бірігуіне кедері келтіреді, олар бактерияларды ыдыратуы мүмкін еді. Бактериялық көбею LCV-нің ішінде жүреді. LCV мембранасының тұтастығын сақтау үшін жасуша липидтерінің үнемі жеткізілуі қажет. Зерттеулер көрсеткендей, жасушалық холестерин және цис-моноқанықпаған май қышқылы, палмитолеин қышқылы LCV мембранасының кеңеюін қолдайтын маңызды жасушалық липидтер болып табылады.
Вируленттілік факторлары
L. pneumophila-да ерекше липополисахарид (LPS) құрылымы бар, ол тармақталған май қышқылдарымен тығыз толтырылғандықтан және O-ацетил және N-ацетил топтарының жоғары деңгейіне байланысты өте гидрофобты. Бұл құрылым LPS иммундық жүйесінің CD14 ко-рецепторымен өзара әрекеттесуін болдырмауға көмектеседі. L. pneumophila-ның жасушалық қозғалмалылығы, адгезиясы, жаңа иесіне енуі және биоқабықша құруы үшін қолданылатын біртұтас полярлы қамшысы бар. Бактерияның тіршілігіне көмектесетін және жаңа иесінің жасушалық процестеріне кедергі келтіретін Dot/Icm транслокациялық жүйесі арқылы секрецияланады. Легионелла туысы 10 000-нан астам, ал мүмкін 18 000-ға дейін эффектторларды кодтайды деп болжанады, олардың жаңа иесінің жасушаларына секрециялану ықтималдығы жоғары. L. pneumophila өз эффектторлық ақуыздарын пайдаланудың негізгі жолы – легионелланы қамтитын вакуольдің иесінің эндосомаларымен бірігуіне кедергі келтіру, осылайша лизиске қарсы қорғану. Dot/Icm транслокацияланған эффектторларды жою бойынша жүргізілген зерттеулер олардың бактерияның ішкі жасушалық тіршілігі үшін өте маңызды екенін көрсетсе де, көптеген жеке эффектторлық ақуыздар артық қызмет атқарады деп есептеледі, себебі бір эффектторды жою сирек ішкі жасушалық тіршілікті тежейді. Транслокацияланған эффектторлық ақуыздардың көп саны және олардың артықтығы бактерияның көптеген әртүрлі протозойлық иелерінде эволюциялағандығының нәтижесі болуы мүмкін.
Легионеллалы вакуола
Легионелла макрофагтар мен протозоаларда тіршілік етуі үшін, Легионелланы қамтитын вакуоль (LCV) деп аталатын арнайы бөлімді құруы қажет. Dot/Icm секреция жүйесінің әрекеті арқылы бактериялар қалыпты эндосомалық тасымалдау жолы арқылы ыдыраудан қорғанып, оның орнына көбейе алады. Ішке енгеннен кейін көп ұзамай бактериялар эндоплазмалық ретикулумнан алынған везикулалар мен митохондрияларды LCV-ға тартады, ал Rab5a және Rab7a сияқты эндосомалық маркерлердің тартылуын болдырмайды. Вакуольдердің қалыптасуы және сақталуы патогенез үшін маңызды; Dot/Icm секреция жүйесі жоқ бактериялар патогенді емес және жасушалар ішінде көбейе алмайды, ал Dot/Icm эффекторы SdhA-ны жою вакуольдік мембрананың тұрақсыздығына және бактериялық көбейтілімнің болмауына әкеледі.
Метаболизм
L. pneumophila гликолизді, Эннер Дудорофф (ED) жолын, пентоза фосфат жолын (PP) және лимон қышқылы циклын (TCA) пайдаланады. L. pneumophila глюконеогенезді де жүзеге асыра алады, бірақ оның 1,6-бифосфатазаларды кодтайтын гендері жоқ. Сондықтан, глюконеогенезді аяқтау үшін басқа ферменттер қолданылады. Олардың бірі – фруктоза-6-фосфат альдолаза. Бұл L. pneumophila жұқтырған жасушалардың цитоплазмасында паразиттің вакуоль ішінде көбеюіне қажетті бос аминқышқылдарының артық мөлшерін тудырады. K48 байланысқан полиубиквитинация – цитоплазмадағы түрлі олигопептидазалар мен аминопептидазалар арқылы 2-ден 24 аминқышқылдық пептидтерге тез ыдырайтын протеасомалық деградацияның белгісі. Аминқышқылдар LCV-ге әртүрлі аминқышқыл тасымалдаушылар, мысалы, бейтарап аминқышқыл тасымалдаушы B(0) арқылы тасымалданады. Дегенмен, аминқышқылдарды алу үшін протеасомалық деградацияны және полисахаридтерді гидролиздеуді ынталандыру – хосттан көміртек және энергия көздерін алудың жалғыз вируленттілік стратегиясы болмауы мүмкін. II типті секрецияланатын деградациялық ферменттер көміртек және энергия көздерін өндірудің қосымша жолын ұсынуы мүмкін. L. pneumophila – II типті секреция жүйесіне (секретомаға) ие жалғыз белгілі ішкі жасушалық патоген. II типті секреция кезінде ақуыздар бірінші кезекте ішкі мембрана арқылы периплазмалық кеңістікке транслокацияланады. Бұл процеске Sec немесе Tat жолы араласады. Содан кейін осы ақуыздар сыртқы мембранадағы арнайы тесік арқылы жасушадан сыртқа шығарылады. Бұл секретомада жүйеге қатысқан 60-қа жуық ақуыз бар деп есептеледі. Бұл төрт штамм шамамен бірдей мөлшерде, Lens штаммы 3,3 Мб, ал Paris және Corby штаммдары 3,5 Мб шамасында болады. Бұл үлкен мөлшері гендердің көптігін көрсетеді, бұл Legionella-ның әртүрлі жандарға және ортаға бейімделу қабілетімен байланысты. L. pneumophila-ның барлық төрт штаммында еукариоттарға ұқсас ақуыздардың (ELP) жеткілікті мөлшерде болуы байқалады, бұл ELP-нің олардың күнделікті функциялары үшін пайдалы екенін көрсетеді. Шындығында, осы ELP-лердің көптегені патогенге жандар жасушасын өзгертуде көмектеседі деп болжанады. 180 Legionella штаммының гендік құрамын зерттеу үшін ДНК тізімдерін пайдалана отырып, терең геномдық пластикалық және жиі горизонтальды гендер алмасу оқиғалары анықталды. L. pneumophila тіршілік циклына қатысты қосымша мәліметтер Acanthamoeba castellanii-дегі L. pneumophila гендерінің экспрессиялық профилін зерттеу арқылы алынды. L. pneumophila екі фазалы тіршілік циклына ие және гендік экспрессия профильдеріне сәйкес жұқтыру және көбейту қасиеттерін анықтайды. Бактерия экзогенді ДНК-ны өз хромосомасына енгізу үшін, байланыстыру, қабылдау және рекомбинациялау үшін арнайы физиологиялық күйге – «компетенттік» күйге енуі керек. L. pneumophila-дағы құзыреттілікті тудыруға қабілетті молекулаларды анықтау үшін 64 уытты молекула тестіленді. Осы молекулалардың тек алтауы ғана, барлығы ДНК-ны зақымдайтын заттар, құзыреттіліктің күшті индукциясын тудырды. Оларға митомицин С (ДНК тізбектері арасындағы байланыстарды тудырады), норфлоксацин, офлоксацин және налидиксик қышқылы (ДНК гиразасының ингибиторлары, екі тізбектің үзілуіне әкеледі), бицикломицин (екі тізбектің үзілуіне әкеледі) және гидроксисура (ДНК негіздерінің тотығуына әкеледі) жатады. Бұл нәтижелер L. pneumophila-да трансформацияға қабілеттілік ДНК зақымдануына жауап ретінде пайда болғанын көрсетеді. Сонымен қатар, cN II класындағы IMP/GMP-ге тән 5'-нуклеотидаза, кинетикалық тұрғыдан кеңінен сипатталған. Тетрамерлік фермент оң гомотроптық кооперативтілік, субстратты белсендіру және ферментке, демек организмге қарсы тиімді дәрі-дәрмектерді жобалауға болатын бірегей аллостерикалық орынды көрсетеді. Сонымен қатар, фермент оның адам аналогынан ерекшеленеді, сондықтан ол дәрі-дәрмектерді әзірлеу үшін тартымды нысана болып табылады.
Анықтау және емдеу
Антисералар слайдтық агглютинация зерттеулерінде де, флуоресцентті белгіленген антидене арқылы иммунофлуоресценция көмегімен тіндердегі бактерияларды тікелей анықтау үшін де қолданылған. Пациенттердегі спецификалық антиденелерді жанама флуоресцентті антидене тестісі арқылы анықтауға болады. ELISA және микроагглютинация тесттері де сәтті қолданылды. Легионелла Грам бояуымен нашар боялады, күміспен оң боялады және темір мен цистеин қосылған көмір ашытқысы экстрактында өсіріледі. Ауруды анықтау үшін қолданылатын тұрақты әдіс – несеп антигені тестісі. Фторхинолон немесе азитромицинмен легионелла пневмониясын емдеуде айтарлықтай ешқандай айырмашылық табылған жоқ. Левофлоксацин мен азитромицин жасуша ішінде жоғары белсенділікке ие және Легионелламен зарарланған жасушаларға енуге қабілетті. Америка Жұқпалы Аурулар Қоғамы левофлоксацинмен 5–10 күн немесе азитромицинмен 3–5 күн емдеуді ұсынады, бірақ иммундығы нашарлаған немесе ауыр сырқаты бар пациенттерге емдеу курсын ұзарту қажет болуы мүмкін.