Perubahan Morfologis Coxiella burnetii

 

Coxiella burnetii Memperlihatkan Perubahan Morfologis dan Menunda Fusi Fagolisosom

Coxiella burnetii, agen penyebab Q fever, adalah bakteri intraseluler obligat yang berkembang biak di lingkungan fagolisosom yang keras. Mekanisme yang mengendalikan perdagangan ke, dan kelangsungan hidup patogen di dalam, fagolisosom tidak diketahui. Dua varian morfologi yang berbeda diduga berperan dalam kelangsungan hidup C. burnetii. Varian sel kecil yang tidak aktif (SCV) tahan terhadap tekanan ekstraseluler dan varian sel besar yang lebih aktif secara metabolik (LCV) sensitif terhadap tekanan lingkungan. Untuk mendokumentasikan perubahan rasio SCV terhadap LCV sebagai respons terhadap lingkungan, protein khusus untuk SCV, ScvA, dikuantifikasi. Selama 2 jam pertama setelah internalisasi C. burnetii oleh sel J774A.1, tingkat ScvA menurun, menunjukkan perubahan dari populasi yang terutama mengandung SCV menjadi populasi yang terutama mengandung LCV. Eksperimen in vitro menunjukkan bahwa 2 jam inkubasi pada pH 5,5 menyebabkan penurunan ScvA yang signifikan berbeda dengan inkubasi pada pH 4,5. 

Mengukur internalisasi in vitro dari [35S]metionin-[35S]sistein sebagai respons terhadap pH, kami menemukan penyerapan optimal pada pH 5,5. Untuk mengeksplorasi kemungkinan bahwa setelah penyerapan C. burnetii mampu menunda fusi fagolisosom, digunakan thorium dioksida dan asam fosfatase untuk memberi label fagolisosom selama infeksi sel J774A.1. Telah ditentukan bahwa C. burnetii yang layak mampu menunda fusi fagolisosom. Hal ini merupakan pertama kalinya penundaan dalam fusi fagolisosom telah terbukti menjadi bagian dari proses infeksi mikroorganisme patogen ini.

 

Coxiella burnetii, agen penyebab Q fever, adalah organisme intraseluler obligat yang bereplikasi di dalam fagolisosom sel inang. Fagolisosom adalah lingkungan yang keras di mana C. burnetii terkena protease degradatif, spesies oksigen reaktif, dan pH di bawah 4,8 (Heinzen R A et al., 1996;  Maurin M et al., 1992). Terlepas dari ketidakmampuan C. burnetii untuk bereplikasi di bawah kondisi in vitro yang diketahui, beberapa proses metabolisme dapat didukung secara in vitro di mana pH tampaknya menjadi faktor penting. Dengan demikian, C. burnetii dapat mengangkut dan menggabungkan glukosa, glutamat (Hackstadt T and Williams J C. 1981), dan prolin (Hendrix L and Mallavia L P. 1984) dan mensintesis asam nukleat (Chen S Y et al., 1980) dan protein (Thompson H A et al., 1984) pada pH yang agak asam, tetapi tidak pada pH netral.

 

Pada 48 jam pascainfeksi, vakuola yang mengandung C. burnetii (VCB) tampaknya merupakan fagolisosom yang khas. Antibodi terhadap protein membran lisosom memberi label pada membran VCB (Heinzen R A et., 1996b). Enzim lisosom, asam fosfatase, serta penanda fase cair yang digunakan untuk memberi label lisosom, ditemukan di dalam VCB (Akporiaye E T et al., 1983; Burton P R et al., 1975). Namun, ada bukti yang menunjukkan bahwa C. burnetii mampu memodifikasi lingkungannya. Ledakan pernapasan yang menyertai fusi fagolisosom berkurang secara signifikan selama infeksi C. burnetii sel J774A.1 (Baca O G et al., 1984).

 

C. burnetii memiliki dua varian sel, varian sel besar (LCV) dan varian sel kecil (SCV), keduanya menular (Wiebe M E et al., 1972). Perbedaan morfologi antara kedua varian ini telah dijelaskan dengan cermat (Anacker R L et al., 1964,; Burton P R et al., 1975; McCaul T F. 1991;  McCaul T F et al, 1981). LCV memiliki aktivitas metabolisme yang lebih besar dan lebih sensitif terhadap tekanan lingkungan daripada SCV, sedangkan SCV yang stabil terhadap lingkungan memiliki lapisan peptidoglikan yang lebih tebal, memiliki bahan inti yang lebih terkondensasi dan, seperti namanya, berukuran lebih kecil. Berdasarkan studi ini dan bukti bahwa C. burnetii di lingkungan ekstraseluler dapat tetap menular selama lebih dari satu tahun (Williams J C. 1991), telah disarankan bahwa varian infektif dalam aerosol alami terutama SCV dan infeksi dimulai ketika sel fagosit menginternalisasi C. burnetii yang terkandung dalam aerosol yang dihirup. 

Dalam model ini, paparan lingkungan fagolisosom mengaktifkan metabolisme C. burnetii dan terjadi replikasi. Berdasarkan studi mikroskopis elektron, telah diusulkan bahwa C. burnetii intraseluler melewati siklus pertumbuhan bakteri yang khas, dengan peningkatan jumlah relatif LCV saat populasi memasuki fase log (McCaul T F. 1991). Kemudian, ketika fase stasioner mendekat, ada peningkatan jumlah SCV, dan LCV kadang-kadang membelah secara asimetris menghasilkan bentuk seperti spora (McCaul T F and Williams J C. 1981). Bakteri dilepaskan dari sel inang sebagai akibat dari lisis sel inang atau mungkin eksositosis, dan C. burnetii yang “dilepaskan secara alami” ini menginfeksi sel inang lainnya.

Penelitiannya mempertimbangkan model ini dengan memanfaatkan penemuan terbaru dari protein C. burnetii spesifik SCV, ScvA. Telah ditunjukkan bahwa ketika varian C. burnetii dipisahkan pada gradien densitas, antibodi terhadap ScvA hanya mengikat SCV yang lebih padat (Heinzen R A et al., 1996a). Menggunakan C. burnetii yang dilepaskan secara alami untuk menginfeksi sel inang, kami menemukan bahwa transisi dari SCV ke LCV terjadi segera setelah penyerapan dan bahwa transisi ini secara in vitro terjadi paling cepat pada pH yang lebih tinggi daripada yang diharapkan dalam fagolisosom. Selain itu, C. burnetii mampu menunda fusi fagolisosom, mungkin untuk memfasilitasi transisi ini dari SCV ke LCV.

 

DAFTAR PUSTAKA

1. Akporiaye E T, Rowatt J D, Aragon A A, Baca O G. Lysosomal response of a murine macrophage-like cell line persistently infected with Coxiella burnetii. Infect Immun. 1983;40:115–1162. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

2.Anacker R L, Fukushi E G, Pickens E G, Lackman D B. Electron microscopic observations of the development of Coxiella burnetii in the chick yolk sac. J Bacteriol. 1964;88:1130–1138. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

3. Baca O G, Akporiaye E T, Rowatt J D. Possible biochemical adaptations of Coxiella burnetii for survival within phagocytes: effect of antibody. In: Leive L, Schlessinger D, editors. Microbiology—1984. Washington, D.C.: American Society for Microbiology; 1984. pp. 269–272. [Google Scholar]

4. Burton P R, Stueckemann J, Paretsky D. Electron microscopy studies of the limiting layers of the rickettsia Coxiella burnetii. J Bacteriol. 1975;122:316–324. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

5. Chen S Y, Vodkin M H, Thompson H A, Williams J C. Isolated Coxiella burnetii synthesizes DNA during acid activation in the absence of host cells. J Gen Microbiol. 1990;136:89–96. [PubMed] [Google Scholar]

6.  Hackstadt T, Williams J C. Biochemical stratagem for obligate parasitism of eukaryotic cells by Coxiella burnetii. Proc Natl Acad Sci USA. 1981;78:3240–3244. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

7. Heinzen R A, Howe D, Mallavia L P, Rockey D D, Hackstadt T. Developmentally regulated synthesis of an unusually small, basic peptide by Coxiella burnetii. Mol Microbiol. 1996a;22:9–19. [PubMed] [Google Scholar]

8.  Heinzen R A, Scidmore M A, Rockey D D, Hackstadt T. Differential interaction with endocytic and exocytic pathways distinguish parasitophorous vacuoles of Coxiella burnetii and Chlamydia trachomatis. Infect Immun. 1996b;64:796–809. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

9. Hendrix L, Mallavia L P. Active transport of proline by Coxiella burnetii. J Gen Microbiol. 1984;130:2857–2863. [PubMed] [Google Scholar]

10. Maurin M, Benoliel A M, Bongrand P, Raoult D. Phagolysosomes of Coxiella burnetii-infected cell lines maintain an acidic pH during persistent infection. Infect Immun. 1992;60:5013–5016. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

11. McCaul T F. The developmental cycle of Coxiella burnetii. In: Williams J C, Thompson H A, editors. Q fever: the biology of Coxiella burnetii. Boca Raton, Fla: CRC Press; 1991. pp. 223–258. [Google Scholar]

12.McCaul T F, Williams J C. Developmental cycle of Coxiella burnetii: structure and morphogenesis of vegetative and sporogenic differentiations. J Bacteriol. 1981;147:1063–1076. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

13.McCaul T F, Hackstadt T, Williams J C. Ultrastructural and biological aspects of Coxiella burnetii under physical disruptions. In: Burgdorfer W, Anacker R L, editors. Rickettsiae and rickettsial diseases. New York, N.Y: Academic Press; 1981. pp. 267–280. [Google Scholar]

14.Thompson H A, Zuerner R L, Redd T. Protein synthesis in Coxiella burnetii. In: Leive L, Schlessinger D, editors. Microbiology—1984. Washington, D.C.: American Society for Microbiology; 1984. pp. 288–292. [Google Scholar]

15.Wiebe M E, Burton P R, Shankel D M. Isolation and characterization of 2 cell types of Coxiella burnetii phase I. J Bacteriol. 1972;110:368–377. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

16.Williams J C. Infectivity, virulence and pathogenicity of Coxiella burnetii for various hosts. In: Williams J C, Thompson H A, editors. Q fever: the biology of Coxiella burnetii. Boca Raton, Fla: CRC Press; 1991. pp. 21–71. [Google Scholar]

 

Sumber:

Dale Howe and Louis P. Mallavia.  2000. Coxiella burnetii Exhibits Morphological Change and Delays Phagolysosomal Fusion after Internalization by J774A.1 Cells. Infect Immun. 2000 Jul; 68(7): 3815–3821.