Burkholderia mallei - Burkholderia mallei

Burkholderia mallei
Burkholderia mallei.tif
Vědecká klasifikace
Doména:
Bakterie
Kmen:
Proteobakterie
Třída:
Betaproteobakterie
Objednat:
Burkholderiales
Rodina:
Burkholderiaceae
Rod:
Burkholderia
Druh:
B. mallei
Binomické jméno
Burkholderia mallei
( Zopf 1885)
Yabuuchi et al. 1993
Synonyma

Vozhřivka bacil Loeffler 1882
Bacillus mallei Zopf 1885
Actinobacillus mallei (Zopf 1885) Brumpt 1910
Pfeifferella mallei (Zopf 1885) Buchanan 1918
Malleomyces mallei (Zopf 1885) Příbram 1933
Loefferella mallei (Zopf 1885) Holden 1935
Acinetobacter mallei (Zopf 1885) Ocel a Cowan 1964
Pseudomonas mallei (Zopf 1885) Redfearn et al. 1966

Burkholderia mallei je gramnegativní , bipolární, aerobní bakterie , lidský a zvířecí patogen rodu Burkholderia způsobující sopla ; latinský název tohoto onemocnění ( malleus ) dala jméno druhu způsobují. Je to úzce souvisí s B. pseudomallei , a multilokusovou sekvenční typizace je poddruh B. pseudomallei. B. mallei se vyvinul z B. pseudomallei selektivní redukcí a delecemi z genomu B. pseudomallei . Na rozdíl od B. pseudomallei a dalších členů rodu je B. mallei nemotorický; jeho tvar je kokobacilární měřící přibližně 1,5–3,0 μm na délku a 0,5–1,0 μm v průměru se zaoblenými konci.

Objev a raná historie

Wilhelm Schütz a Friedrich Löffler poprvé izolovali B. mallei v roce 1882. Byl izolován z infikovaných jater a sleziny koně. Tato bakterie je také jednou z prvních identifikovaných, která obsahuje systém sekrece typu VI, který je důležitý pro svou patogenitu. V roce 1885 dal německý botanik a bakteriolog Wilhelm Zopf (1846–1909) po analýze vzorků bakterie tomuto patogenu své dvojčlenné jméno. V roce 1886 dále zdokonalil svá pozorování s patogenem.

Čeleď Burkholderiaceae

Většina organismů v Burkholderiaceae žije v půdě; Nicméně, B. mallei není. Protože B. mallei je povinným patogenem savce , musí infikovat hostitelského savce, aby žil a byl přenášen z jednoho hostitele na druhého.

Rod Burkholderia

B. mallei velmi úzce souvisí s B. pseudomallei , přičemž je ve srovnání s B. pseudomallei v konzervovaných genech 99% identický . B. malllei má přibližně o 1,4 Mb méně DNA než B. pseudomallei . B. mallei se ve skutečnosti mohl vyvinout z kmene B. pseudomallei poté, co infikoval zvíře. Bakterie by ztratila geny, které nebyly nutné pro život ve zvířecím hostiteli. Tento návrh našel podporu ze studií, které srovnávají kmeny B. mallei s B. pseudomallei a naznačují, že jejich dva příslušné genomy jsou velmi podobné. Geny, které bakterii umožnily přežít v půdním prostředí, jako geny, které B. mallei poskytly schopnost chránit se před baktericidními, antibiotickými a antifungálními látkami, byly pravděpodobně odstraněny. Důvod, proč se B. mallei nenachází mimo hostitele, je proto, že mu chybí geny nezbytné pro přežití v půdě. Zdá se, že srovnání genomu také naznačuje, že B. mallei se stále vyvíjí a přizpůsobuje intracelulárnímu životnímu stylu.

Genom

Genom B. mallei byl ve Spojených státech sekvenován The Institute of Genomic Research . Velikost genomu je menší než u B. pseudomallei . Sekvence B. mallei odhalila chromozom 3,5 mega párů bází (Mb) a 2,3 Mb „megaplasmid“. Bylo také nalezeno mnoho inzertních sekvencí a fázově proměnných genů. Genom pro B. mallei je tvořen dvěma kruhovými chromozomy. Chromozom 1 je místo, kde se nacházejí geny vztahující se k metabolismu , tvorbě tobolek a biosyntéze lipopolysacharidů . B. mallei má polysacharidovou tobolku, která naznačuje jeho potenciál jako patogenu. Chromozom 2 je místo, kde je většina informací týkajících se sekrečních systémů a genů souvisejících s virulencí nachází. Multilokusová sekvenční typizace ukázala, že B. mallei pravděpodobně vyvinula z B. pseudomallei klon redukcí. asi 1000 B. pseudomellei geny jsou nepřítomné nebo různé v B. mallei genomu. B. mallei je genom má také velké množství vkládacích sekvencí.

Taxonomie

B. mallei byl nejprve nazýván " Bacillus mallei " a byl v rodu Pseudomonas až do počátku 90. let. Nyní je součástí rodu Burkholderia .

Psaní na stroji

Neexistuje žádný standardizovaný systém pro rozlišení mezi B. mallei a B. pseudomallei . Metody, které byly použity k rozlišení a identifikaci jednoho kmene od druhého, zahrnují ribotypizaci , gelovou elektroforézu s pulzním polem, elektroforézu multilokusových enzymů, náhodnou amplifikovanou polymorfní analýzu DNA a typizaci sekvencí multilocus. Srovnání DNA B. mallei a B. pseudomallei musí být provedeno na úrovni 23S rDNA, protože nebyl nalezen žádný identifikovatelný rozdíl mezi těmito dvěma druhy na úrovni 16S rDNA .

Růst v kultuře

Oba B. mallei a B. pseudomallei mohou být kultivovány v laboratoři; k pěstování bakterií lze použít výživný agar . Když se pěstuje v kultuře, B. mallei roste v hladkých, šedých, průsvitných koloniích . Za 18 hodin při 37 ° C může kolonie B. mallei dorůst do průměru asi 0,5–1,0 mm. Růst kultury B. mallei na agaru MacConkey je variabilní. Mnoho mikrobiologů B. mallei nezná a jako výsledek byl často mylně označen jako druh Pseudomonas nebo jako kontaminant v kultuře.

Antibiotická rezistence a citlivost

Bakterie je citlivá na řadu dezinfekčních prostředků, včetně benzalkoniumchloridu , jódu , chloridu rtuťnatého , manganistanu draselného , 1% chlornanu sodného a ethanolu . Mikroorganismus může být také zničen zahříváním nebo ultrafialovým světlem. Antibiotika, jako je streptomycin , amikacin , tetracyklin , doxycyklin , karbapenemy , ceftazidim , kyselina amoxicilin / klavulanová , piperacilin , chloramfenikol a sulfathiazol, jsou podle všeho účinná proti bakteriím in vitro . B. mallei , stejně jako B. pseudomallei , je také rezistentní na řadu antibiotik, včetně aminoglykosidů , polymyxinů a beta-laktamů . V současné době není k dispozici žádná vakcína pro lidi ani zvířata na ochranu před infekcí B. mallei . Před vývojem vakcíny je nutný zvířecí model, který předpovídá imunitní odpovědi nezbytné k vytvoření imunity vůči bakterii. Myši jsou si svou citlivostí na B. mallei poměrně blízké lidem a byly by ideální volbou zvířete pro vytvoření modelu vakcíny.

Patogenita

B. mallei je zodpovědný za způsobení onemocnění soplíky , které historicky většinou postihovalo zvířata, jako jsou koně , muly a osli , a zřídka i lidi. Koně jsou považováni za přirozeného hostitele infekce B. mallei a jsou na ni vysoce náchylní. B. mallei infikuje a získává přístup do buňky svého hostitele prostřednictvím lýzy vstupní vakuoly . B. mallei má jednou na buňce motilitu závislou na bakteriálních bílkovinách, založenou na aktinu. Je také schopen zahájit fúzi hostitelských buněk, která vede k vícejaderným obrovským buňkám (MNGC). Důsledek MNGC musí být ještě stanoven, ale může umožnit bakteriím šířit se do různých buněk, vyhnout se reakcím imunitního systému infikovaného hostitele nebo umožnit bakteriím zůstat v hostiteli déle. B. mallei je schopen přežít uvnitř hostitelských buněk prostřednictvím svých schopností narušit funkce buňky zabíjející bakterie. Zanechává vakuoly brzy, což umožňuje účinnou replikaci bakterií uvnitř buňky. Předčasné opuštění buňky také zabraňuje ničení bakterií lysozomálními defensiny a jinými látkami ničícími patogeny. MNGC mohou pomoci chránit bakterie před imunitními odpověďmi. Schopnost B. mallei žít v hostitelské buňce ztěžuje a komplikuje vývoj vakcíny proti ní. Aby byla vakcína účinná při ochraně proti B. mallei, musela by vytvořit buněčně zprostředkovanou imunitní odpověď i humorální odpověď na bakterie . Pokud jde o vakcínu proti B. mallei , blízkost B. mallei k B. pseudomallei může umožnit, aby vakcína vyvinutá pro jeden typ byla účinná proti druhému.

Příznaky infekce B. mallei

U koní chronicky infikovaných B. mallei s vozhřivkou se obvykle vyskytují nosní výtoky obsahující hlen , plicní léze a uzliny kolem jater nebo sleziny. Akutní infekce u koní vede k vysoké horečce, ztrátě tuku nebo svalů, erozi povrchu nosní přepážky , krvácení nebo hlenu. Bakterie většinou postihuje plíce a dýchací cesty. Infekce člověka B. mallei je vzácná, i když k ní občas dochází u laboratorních pracovníků zabývajících se bakteriemi nebo u těch, kteří jsou často v blízkosti infikovaných zvířat. Bakterie obvykle infikují člověka očima, nosem, ústy nebo řezy na kůži. Jakmile jsou lidé nakaženi, objeví se u nich horečka a ztuhlost . Nakonec dostanou zápal plic , pustuly a abscesy , které se stanou fatálními za týden až 10 dní, pokud nebudou léčeny antibiotiky. Způsob, jakým je někdo bakteriemi infikován, ovlivňuje také typ příznaků, které se projeví. Pokud bakterie proniknou kůží, může dojít k lokální infekci kůže, zatímco vdechování B. mallei může způsobit septikemické nebo plicní, svalové, jaterní nebo slezinové infekce. Infekce B. mallei má úmrtnost 95%, pokud není léčena, a 50% úmrtnost u jedinců léčených antibiotiky.

Buněčná odpověď na infekci

V prvních dnech infekce B. mallei putují neutrofily , makrofágy a T buňky do sleziny ve velkém množství. Časná buněčná odpověď na infekci B. mallei zahrnuje buňky Gr-1 + ( antigen ) a naznačuje jejich význam pro imunitu proti této bakteriální infekci. T buňky ( oxid dusnatý ) jsou ve skutečnosti více zapojeny do boje s B. mallei v pozdějších stádiích infekce hostitele.

Lipopolysacharid izolovaný z B. mallei prokázal významně nižší biologickou aktivitu ve srovnání s LPS z Escherichia coli , v souladu s nižším stupněm acylace jeho lipidu A : hlavní formy lipidu A B. mallei byly penta- a tetraacylované, zatímco klasické lipid A z E. coli byl hexaacylován. Kromě toho, lipid A z B. mallei obsahuje 4-amino-4-deoxyarabinose zbytku v téměř polovina z molekul, které se částečně neutralizují negativní náboj z fosfátových skupin, které jsou nezbytné pro interakci s pozitivně nabitá amino kyselin z TLR4 . Zároveň byly acylové řetězce lipidů A v B. mallei v průměru delší (14–16 atomů uhlíku ) než v E. coli (14 atomů uhlíku), přesto se LPS z B. mallei jevil jako slabší aktivátor. B. mallei může využívat LPS s nízkou biologickou aktivitou, aby se vyhnul správnému rozpoznání vrozeného imunitního systému komplexem TLR4 / MD-2 , tlumil imunitní odpověď hostitele a zvyšoval riziko šíření bakterií.

Globální přítomnost

B. mallei byl vymýcen ve Spojených státech a ve většině západních zemí, stále však postihuje zvířata v Africe, Asii, na Středním východě, ve Střední Americe a Jižní Americe. Mnoho západních zemí dokázalo tuto chorobu eliminovat pomocí programů kontroly a spolknutí vozů a zákonů vyžadujících hlášení případů infekce zdravotnickým oddělením a zničení jakéhokoli zvířete postiženého B. mallei .

Potenciál jako biologická zbraň

B. mallei a B. pseudomallei mají historii na seznamu potenciálních biologických bojových látek. Na Centra pro kontrolu a prevenci nemocí klasifikuje B. mallei jako skupiny B kritické biologického činitele. Výsledkem je, že výzkum týkající se B. mallei lze provádět pouze v zařízeních biologické bezpečnosti úrovně 3 v USA a na mezinárodní úrovni. Ačkoli je tak vysoce infekční a potenciální biologická zbraň, o této bakterii byl proveden malý výzkum. B. mallei a B. pseudomallei v rámci politiky institucionálního dohledu nad přírodními vědami by se mělo za účelem zajištění odpovědného vyšetřování těchto látek podrobit dohledu nad dvojím použitím výzkumu zájmu.

Incidence ve Spojených státech

V březnu 2000 došlo k jednomu z prvních případů od čtyřicátých let minulého století ve Spojených státech u mladého mikrobiologa pracujícího pro US Army Medical Research Institute for Infectious Diseases . Výzkumník měl cukrovku 1. typu a pracoval s B. mallei asi dva roky, ale při výzkumu ne vždy nosil rukavice. Výzkumník zaznamenal zvětšení lymfatických uzlin a horečku, která přetrvávala 10 dní i při léčbě antibiotiky. V následujících týdnech výzkumník zaznamenal únavu , přísnost, noční pocení a ztrátu hmotnosti. Příští měsíc se zdálo, že jeho příznaky po léčbě klarithromycinem zmizely , ale po ukončení léčby se příznaky znovu objevily. Po provedení několika testů na kulturách z krve výzkumníka a biopsie části jaterního abscesu byla bakterie identifikována jako B. mallei . Jakmile bylo zjištěno, co infikovalo výzkumného pracovníka, byla podána další léčba antibiotiky ( imipenem a doxycyklin ) s 6měsíční léčbou. Po roce se výzkumník zcela zotavil.

Tento incident také ukázal, že ke smrtelné nemoci není bezpodmínečně nutné poranění nebo oděr kůže , protože si výzkumník během práce v laboratoři nevzpomněl na žádné poranění ani nehodu. Případ byl významný, protože prokázal potíže, které mají mikrobiologické laboratoře při identifikaci agentů biologických zbraní, a potenciální důsledky, pokud nebudou přijata opatření k přípravě skutečného biologického útoku.

Dějiny jako zbraň biologické války

B. mallei byl úmyslně použit k infikování zvířat a lidí během první světové války. Němci použili B. mallei k infikování zvířat, která byla zaslána z neutrálních zemí Spojencům s vozhřivkou. Plány Němců na biologickou válku začaly v roce 1915 na východním pobřeží Spojených států; zamýšleli infikovat a zabíjet dobytek, který byl odeslán spojencům, a usnadnit přenos nemoci na člověka. Na východním pobřeží bylo shromažďováno mnoho zvířat k přepravě spojencům bojujícím v Evropě. Němci se také zaměřili na zásobování zvířat v Rumunsku , Norsku a Španělsku kulturami vozhřivky. Německá biologická sabotáž se nakonec rozšířila do Argentiny , kde se agenti spoléhali na bakteriální kultury ze Španělska, aby infikovali dobytek, koně a mezky, které Argentina dodávala spojencům. Německé použití mikrobů jako zbraní je jedním z mála zdokumentovaných útoků na úmyslné použití biologických zbraní proti neutrálním zemím.

Japonci používali B. mallei ve svých výzkumných jednotkách biologického boje. Nejpozoruhodnější a nejznámější jednotka, jednotka 731 , použila bakterii k provádění experimentů na živých lidských subjektech. Japonci však z B. mallei nakonec nevytvořili biologickou zbraň . Ve skutečnosti použili B. mallei k otestování jeho účinnosti při znečištění vodních zdrojů a výsledky těchto testů byly úspěšné.

Ruský program biologických zbraní se také zajímal o B. mallei a prováděl s ním polní testy. Někteří výzkumníci z programu byli během svého výzkumu skutečně infikováni a zabiti. Předpokládá se, že Rusové nakonec použili B. mallei během své války v Afghánistánu proti mudžáhidům .

Viz také

Reference

externí odkazy