Burkholderia mallei - Burkholderia mallei

Burkholderia mallei
Burkholderia mallei.tif
Klasyfikacja naukowa
Domena:
Bakteria
Gromada:
Proteobacteria
Klasa:
Betaproteobacteria
Zamówienie:
Burkholderiales
Rodzina:
Burkholderiaceae
Rodzaj:
Burkholderia
Gatunki:
B. mallei
Nazwa dwumianowa
Burkholderia mallei
( Zopf 1885)
Yabuuchi i in. 1993
Synonimy

Nosacizna Bacillus Loeffler 1882
Bacillus mallei Zopf 1885
Actinobacillus mallei (Zopf 1885) Brumpt 1910
Pfeifferella mallei (Zopf 1885) Buchanan 1918
Malleomyces mallei (Zopf 1885) Pribram 1933
Loefferella mallei (Zopf 1885) Holden 1935
Acinetobacter mallei (Zopf 1885) Stal i Cowan 1964
Pseudomonas mallei (Zopf 1885) Redfearn et al. 1966

Burkholderia mallei jest Gram-ujemną , dwubiegunową bakterią tlenową , patogenem ludzkim i zwierzęcym z rodzaju Burkholderia powodującą nosaciznę ; łacińska Nazwa tej choroby ( młoteczka ) dało nazwę gatunku powodują. Jest blisko spokrewniony z B. pseudomallei , a poprzez typowanie sekwencji multilocus jest podgatunkiem B. pseudomallei. B. mallei wyewoluowała z B. pseudomallei na drodze selektywnej redukcji i delecji z genomu B. pseudomallei . W przeciwieństwie do B. pseudomallei i innych członków rodzaju, B. mallei jest niemotylowa; jej kształt coccobacillary pomiaru pewne 1,5-3,0 jim długości i 0,5-1,0 jim średnicy, z zaokrąglonymi końcami.

Odkrycie i wczesna historia

Wilhelm Schütz i Friedrich Löffler po raz pierwszy wyizolowali B. mallei w 1882 roku. Został on wyizolowany z zakażonej wątroby i śledziony konia. Bakteria ta jest również jedną z pierwszych zidentyfikowanych bakterii zawierających układ wydzielniczy typu VI, który jest ważny ze względu na jej patogeniczność. W 1885 r. Niemiecki botanik i bakteriolog Wilhelm Zopf (1846–1909), po przeanalizowaniu próbek bakterii, nadał patogenowi dwumianową nazwę. Następnie udoskonalił swoje obserwacje z patogenem w 1886 roku.

Rodzina Burkholderiaceae

Większość organizmów z gatunku Burkholderiaceae żyje w glebie; jednak B. mallei nie. Ponieważ B. mallei jest bezwzględnym patogenem ssaków , musi zarazić ssaka będącego gospodarzem, aby mógł żyć i zostać przeniesiony z jednego gospodarza na drugiego.

Rodzaj Burkholderia

B. mallei jest bardzo blisko spokrewniony z B. pseudomallei , jest w 99% identyczny pod względem konserwatywnych genów w porównaniu z B. pseudomallei . B. malllei ma około 1,4 Mb mniej DNA niż B. pseudomallei . B. mallei mogło faktycznie wyewoluować ze szczepu B. pseudomallei po zakażeniu zwierzęcia przez ten ostatni. Bakteria straciłaby geny, które nie były niezbędne do życia w żywicielu zwierzęcym. Ta sugestia znalazła potwierdzenie w badaniach porównujących szczepy B. mallei z B. pseudomallei i wskazuje, że ich dwa odpowiednie genomy są bardzo podobne. Prawdopodobnie usunięto geny, które pozwoliły bakterii przetrwać w środowisku glebowym, takie jak geny, które dały B. mallei zdolność ochrony przed środkami bakteriobójczymi, antybiotykami i lekami przeciwgrzybiczymi. Zatem powodem, dla którego B. mallei nie występuje poza żywicielem, jest brak genów niezbędnych do przeżycia w glebie. Porównanie genomów wydaje się również wskazywać, że B. mallei wciąż ewoluuje i dostosowuje się do wewnątrzkomórkowego stylu życia.

Genome

Genom B. mallei został zsekwencjonowany w Stanach Zjednoczonych przez The Institute of Genomic Research . Rozmiar genomu jest mniejszy niż w przypadku B. pseudomallei . Sekwencja B. mallei ujawniła chromosom 3,5 mega par zasad (Mb) i „megaplazmid” 2,3 Mb . Znaleziono także wiele sekwencji insercyjnych i genów zmiennych fazowych. Genom B. mallei składa się z dwóch kolistych chromosomów. Chromosom 1 to miejsce, w którym zlokalizowane są geny związane z metabolizmem , tworzeniem torebek i biosyntezą lipopolisacharydów . B. mallei ma otoczkę polisacharydową, która wskazuje na jej potencjał jako patogenu. Chromosom 2 jest miejscem, w którym znajduje się większość informacji dotyczących systemów wydzielniczych i genów związanych z wirulencją. się. multilocus typowania sekwencji wykazała, że B. mallei najprawdopodobniej ewoluowała od B. pseudomallei klonu redukcji. Około 1000 B. pseudomellei geny są nieobecne lub różny w B. mallei genomu. B. mallei „s genom ma także dużą ilość sekwencji wstawiania.

Taksonomia

B. mallei został po raz pierwszy nazwany " Bacillus mallei " i do wczesnych lat 90-tych należał do rodzaju Pseudomonas . Obecnie należy do rodzaju Burkholderia .

Pisanie na maszynie

Nie ma znormalizowanego systemu rozróżniania między B. mallei i B. pseudomallei . Metody, które zastosowano do rozróżnienia i identyfikacji jednego szczepu od drugiego, obejmują rybotypowanie , elektroforezę w polu pulsującym w żelu, elektroforezę enzymatyczną multilocus, analizę losowo amplifikowanego polimorficznego DNA i typowanie sekwencji multilocus. Porównanie DNA B. mallei i B. pseudomallei należy jednak przeprowadzić na poziomie 23S rDNA, ponieważ na poziomie 16S rDNA nie stwierdzono żadnej możliwej do zidentyfikowania różnicy między tymi dwoma gatunkami .

Rozwój kultury

Zarówno B. mallei, jak i B. pseudomallei można hodować w laboratorium; do namnażania bakterii można użyć agaru odżywczego . W hodowli B. mallei rośnie w gładkich, szarych, półprzezroczystych koloniach . W ciągu 18 godzin w temperaturze 37 ° C kolonia B. mallei może urosnąć do około 0,5–1,0 mm średnicy. Wzrost kultury B. mallei na agarze MacConkey jest zmienny. Wielu mikrobiologów nie jest zaznajomionych z B. mallei, w wyniku czego jest on często błędnie identyfikowany jako gatunek Pseudomonas lub jako zanieczyszczenie w kulturze.

Oporność i wrażliwość na antybiotyki

Bakteria jest podatna na liczne środki dezynfekujące, w tym chlorek benzalkoniowy , jod , chlorek rtęci , nadmanganian potasu , 1% podchloryn sodu i etanol . Mikroorganizm może również zostać zniszczony przez ogrzewanie lub światło ultrafioletowe . Stwierdzono, że antybiotyki, takie jak streptomycyna , amikacyna , tetracyklina , doksycyklina , karbapenemy , ceftazydym , amoksycylina / kwas klawulanowy , piperacylina , chloramfenikol i sulfatiazol są skuteczne przeciwko bakteriom in vitro . B. mallei , podobnie jak B. pseudomallei , jest również oporny na szereg antybiotyków, w tym aminoglikozydy , polimyksyny i beta-laktamy . Obecnie nie jest dostępna żadna szczepionka dla ludzi lub zwierząt chroniąca przed zakażeniem B. mallei . Przed opracowaniem szczepionki potrzebny jest model zwierzęcy, który będzie przewidywał reakcje immunologiczne niezbędne do wytworzenia odporności na bakterię. Myszy są dość zbliżone do ludzi pod względem wrażliwości na B. mallei i byłyby idealnym wyborem zwierzęcia do stworzenia modelu szczepionki.

Patogeniczność

B. mallei jest odpowiedzialna za wywoływanie nosacizny , która w przeszłości dotyczyła głównie zwierząt, takich jak konie , muły i osły , a rzadko ludzi. Konie są uważane za naturalnego żywiciela infekcji B. mallei i są na nią bardzo podatne. B. mallei infekuje i uzyskuje dostęp do komórki swojego żywiciela poprzez lizę wakuoli wejściowej . B. mallei już wewnątrz komórki wykazuje zależną od białek bakteryjnych ruchliwość opartą na aktynie. Jest również w stanie zainicjować fuzję komórek gospodarza, w wyniku której powstają wielojądrowe komórki olbrzymie (MNGC). Konsekwencje MNGC nie zostały jeszcze określone, ale może to umożliwić bakteriom rozprzestrzenianie się do różnych komórek, unikanie odpowiedzi układu odpornościowego zakażonego gospodarza lub dłuższe pozostawanie bakterii w organizmie. B. mallei jest w stanie przetrwać w komórkach gospodarza dzięki swoim zdolnościom do zakłócania funkcji komórki zabijających bakterie. Wczesnie opuszcza wakuole, co pozwala na wydajną replikację bakterii wewnątrz komórki. Wczesne opuszczenie komórki zapobiega również niszczeniu bakterii przez lizosomalne defensyny i inne czynniki niszczące patogeny. MNGC mogą pomóc chronić bakterie przed reakcjami immunologicznymi. Zdolność B. mallei do życia w komórce gospodarza sprawia, że ​​opracowanie szczepionki przeciwko niej jest trudne i złożone. Szczepionka musiałaby wywołać komórkową odpowiedź immunologiczną, a także humoralną odpowiedź na bakterie, aby skutecznie chronić przed B. mallei . Jeśli chodzi o szczepionkę przeciwko B. mallei , bliskość B. mallei do B. pseudomallei może umożliwić, że szczepionka opracowana dla jednego z typów będzie skuteczna przeciwko drugiemu.

Objawy zakażenia B. mallei

Konie przewlekle zakażone B. mallei z nosacizną zazwyczaj doświadczają wydzieliny z nosa zawierającej śluz , zmian w płucach i guzków wokół wątroby lub śledziony. Ostra infekcja u koni powoduje wysoką gorączkę, utratę tkanki tłuszczowej lub mięśniowej, erozję powierzchni przegrody nosowej , krwotok lub wydzielinę śluzową. Bakteria atakuje głównie płuca i drogi oddechowe. Zakażenie ludzi B. mallei jest rzadkie, chociaż czasami występuje wśród pracowników laboratorium zajmujących się bakteriami lub tych, którzy często przebywają w pobliżu zakażonych zwierząt. Bakterie zwykle infekują człowieka przez oczy, nos, usta lub skaleczenia na skórze. Zarażeni ludzie mają gorączkę i dreszcze . Ostatecznie zachorują na zapalenie płuc , krosty i ropnie , które mogą zakończyć się śmiercią w ciągu tygodnia do 10 dni, jeśli nie są leczone antybiotykami. Sposób, w jaki ktoś jest zarażony bakterią, również wpływa na rodzaj objawów, które z tego wynikną. Jeśli bakterie dostaną się przez skórę, może dojść do miejscowego zakażenia skóry, podczas gdy wdychanie B. mallei może powodować zakażenie posocznicowe lub płucne, mięśniowe, wątrobowe lub śledzionowe. W przypadku infekcji B. mallei śmiertelność wynosi 95%, jeśli nie jest leczona, i 50% wśród osób leczonych antybiotykami.

Odpowiedź komórkowa na infekcję

W pierwszych dniach infekcji B. mallei neutrofile , makrofagi i limfocyty T trafiają do śledziony w dużych ilościach. Wczesna odpowiedź komórkowa na infekcję B. mallei obejmuje komórki Gr-1 + ( antygen ) i wskazuje na ich znaczenie dla odporności przeciwko tej infekcji bakteryjnej. Limfocyty T ( tlenek azotu ) są w rzeczywistości bardziej zaangażowane w zwalczanie B. mallei w późniejszych stadiach zakażenia żywiciela.

Lipopolisacharyd wyizolowany z B. mallei wykazywał istotnie niższą aktywność biologiczną w porównaniu z LPS z Escherichia coli , zgodnie z niższym stopniem acylacji jego lipidu A : główne formy B. mallei lipid A były penta- i tetraacylowane, podczas gdy klasyczne lipid A z E. coli był heksaacylowany. Ponadto, lipidu A z B. mallei zawiera 4-amino-4-deoxyarabinose pozostałość prawie połowa cząsteczki, które częściowo neutralizują ładunek ujemny z fosforanowymi grupami niezbędnych do oddziaływania z dodatnio naładowanych aminokwasów z TLR4 . Jednocześnie łańcuchy acylowe lipidu A w B. mallei były średnio dłuższe (14–16 atomów węgla ) niż w E. coli (14 atomów węgla), jednak LPS z B. mallei okazał się słabszym aktywatorem. B. mallei może wykorzystywać LPS z niskiej aktywności biologicznej uniknąć właściwego rozpoznawania przez TLR4 / MD-2 kompleks wrodzonego układu odpornościowego , tłumienia odpowiedzi odpornościowej gospodarza i zwiększa ryzyko rozprzestrzeniania bakterii.

Globalna obecność

B. mallei został wytępiony w Stanach Zjednoczonych i większości krajów zachodnich, ale nadal występuje u zwierząt w Afryce, Azji, na Bliskim Wschodzie, w Ameryce Środkowej i Ameryce Południowej. Wiele krajów zachodnich było w stanie wyeliminować tę chorobę dzięki programom kontroli nosacizny i przepisom wymagającym powiadamiania oddziałów o przypadkach zakażenia i zniszczenia każdego zwierzęcia zakażonego B. mallei .

Potencjał jako broń biologiczna

B. mallei i B. pseudomallei figurowały w przeszłości na liście potencjalnych biologicznych środków bojowych . W Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom klasyfikuje B. mallei jako kategoria B krytycznym czynnikiem biologicznym. W rezultacie badania dotyczące B. mallei mogą być prowadzone tylko w obiektach o poziomie bezpieczeństwa biologicznego 3 w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie. Chociaż jest tak wysoce zakaźna i stanowi potencjalną broń biologiczną, przeprowadzono niewiele badań nad tą bakterią. B. mallei i B. pseudomallei w ramach polityki instytucjonalnego nadzoru nad naukami przyrodniczymi w zakresie badań dotyczących podwójnego zastosowania podlegałyby nadzorowi w celu zapewnienia odpowiedzialnego dochodzenia w sprawie tych czynników.

Zapadalność w Stanach Zjednoczonych

W marcu 2000 r. Jeden z pierwszych przypadków nosacizny w Stanach Zjednoczonych od lat czterdziestych XX wieku wystąpił u młodego mikrobiologa pracującego dla Instytutu Chorób Zakaźnych Armii Stanów Zjednoczonych . Badacz chorował na cukrzycę typu 1 i pracował z B. mallei od około dwóch lat, ale nie zawsze nosił rękawiczki podczas prowadzenia badań. Badaczka doświadczyła powiększenia węzłów chłonnych i gorączki, która utrzymywała się do 10 dni nawet przy kuracji antybiotykowej. W kolejnych tygodniach badacz odczuwał zmęczenie , dreszcze, nocne poty i utratę wagi. W następnym miesiącu objawy wydawały się ustąpić po leczeniu klarytromycyną , ale po odstawieniu leku objawy powróciły. Po wykonaniu wielu testów posiewów krwi badacza i pobranej biopsji części ropnia wątroby, bakterię zidentyfikowano jako B. mallei . Po ustaleniu, co zaatakowało badacza, podano kolejny cykl antybiotyków ( imipenem i doksycyklinę ) po 6 miesiącach leczenia. Po roku badacz całkowicie wyzdrowiał.

Ten incydent pokazał również, że skaleczenie lub otarcie skóry nie jest absolutnie konieczne, aby zarazić się chorobą, ponieważ badacz nie przypominał sobie żadnego skaleczenia ani wypadku podczas pracy w laboratorium. Przypadek był znaczący, ponieważ pokazał trudności, jakie laboratoria mikrobiologiczne mają w identyfikowaniu środków broni biologicznej oraz potencjalne konsekwencje niepodjęcia środków w celu przygotowania się na rzeczywisty atak biologiczny.

Historia jako broń wojny biologicznej

B. mallei była celowo wykorzystywana do zarażania zwierząt i ludzi podczas I wojny światowej. Niemcy używali B. mallei do zarażania nosacizną zwierząt wysyłanych z krajów neutralnych do aliantów. Plany Niemców dotyczące wojny biologicznej rozpoczęły się w 1915 roku na wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych; zamierzali zarazić i zabić zwierzęta hodowlane, które były wysyłane do aliantów i ułatwić przenoszenie choroby na ludzi. Na Wschodnim Wybrzeżu gromadzono wiele zwierząt do wysyłki do aliantów walczących w Europie. Niemcy zaatakowali także hodowle nosacizny w Rumunii , Norwegii i Hiszpanii . Niemiecki sabotaż biologiczny ostatecznie rozprzestrzenił się na Argentynę , gdzie agenci polegali na kulturach bakteryjnych z Hiszpanii w celu zarażenia bydła, koni i mułów, które Argentyna dostarczała aliantom. Niemieckie użycie mikrobów jako broni jest jednym z nielicznych udokumentowanych ataków celowego użycia broni biologicznej przeciwko krajom neutralnym.

Japończycy używali B. mallei w swoich jednostkach badawczych zajmujących się bronią biologiczną. Najbardziej znana i znana jednostka, Jednostka 731 , wykorzystywała bakterię do przeprowadzania eksperymentów na żywych ludziach. Jednak Japończycy nie stworzyli broni biologicznej z B. mallei . W rzeczywistości użyli B. mallei do sprawdzenia jego skuteczności w zanieczyszczaniu zasobów wody i wyniki tych testów były pomyślne.

Rosjanie zainteresowali się również B. mallei programem broni biologicznej i przeprowadzili z nim testy polowe. Niektórzy naukowcy biorący udział w programie zostali przez niego zainfekowani i zabici w trakcie swoich badań. Sugerowano, że Rosjanie ostatecznie wykorzystali B. mallei podczas wojny w Afganistanie przeciwko mudżahedinom .

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne