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.