legionella pneumophila - ipq · fleirmans e colegas em 1981 analisaram centenas de amostras de...
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Wokshop da Comissão Setorial para a Água sobre "Prevenção e Controlo de Legionella nos Sistemas de Água"
Legionella pneumophila em ambientes aquáticos
Joana Costa
Transmissão de Legionella (Fraser, 1984)
Ambientes naturais
Factores de amplificação
Disseminação
Ambientes intervenção humana
Exposição por uma população susceptivel
Inoculação
LEGIONELOSE
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Água de profundidadeLagos
Natural spring
Rios
Nascentes quentes Biofilmes
Nascentes
Ambientes aquáticos naturais Ambientes aquáticos artificiais ou de intervenção humana
Fontes
Piscinas
Torres de arrefecimentoSistemas de distribuição
Chuveiros
Solo jardinagem
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Fleirmans e colegas em 1981 analisaram centenas de amostras de inúmeros lagos e rios dos Estados Unidos. O estudo detectou legionelas na maioria das amostras, mas apenas 15% provocaram doença em porquinhos da índia.Verificaram ainda um efeito sazonal na detecção de legionelas, aumentando nos meses de verão.
Tison e colegas em 1983 realizaram um estudo nos lagos e rios do Monte de St. Helena edetectaram elevadas concentrações de legionelas nas águas termais aquecidas.
Estudos realizados em Portugal Continental e no Açores por Veríssimo e colegas tambémidentificaram múltiplas espécies de legionelas em águas com temperaturas entre os 22 e os67.5°C.
Apesar das legionelas serem facilmente recuperadas em águas superficiais, só recentemente Costa e colegas conseguiram isola-las de águas de profundidade, onde se pensa que existam em muito baixas concentrações.
L. longbeach representa uma notável excepção. Esta espécie é responsável pela maioria dos casos de Legionelose na Austrália, que ocorrem entre jardineiros.
Os ambientes naturais são raramente associados a casos de legionelose.
As legionelas multiplicam-se muito lentamente a baixas temperaturas o que resulta num equilíbrio natural de concentrações entre as bactérias e os seus hospedeiros, abaixo do limite necessário para causar infecção em humanos.
A maioria dos casos é associada a ambientes sujeitos a intervenção humana onde temperatura da água é superior.
Assim, variações na temperatura da água podem alterar o equilíbrio entre as legionelas e os protozoários, resultando num aumento rápido da concentração das bactérias, podendo causar doença.
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Ambientes naturais Ambientes intervenção humana
103 a 106 leg/L
<1% população
> 106 leg/L
50% população
temperaturas entre 6ºC e 63ºC – óptimo 37ºC
valores de pH entre 5.5 e 8.1
oxigénio dissolvido entre 0.3 e 9.6 mg/ml
Carácter ubíquo em ambientes aquáticos não salinos
Factores que favorecem o desenvolvimento
presença de outros organismos
zonas de reduzida circulação de água
presença de sedimentos
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Legionellae multiplica-se no ambiente em:
14 espécies de amoebae2 espécies de ciliados1 espécie de Myxomycota
Os protozoários são ubiquístas em diversos ambientes naturais, como água salgada, água salobra, solos húmidos e em areias secas.
As legionelas não são bactérias de vida livre. As legionelas multiplicam-seintracelularmente em vários tipos de protozoa sendo esta relação crucial para a ecologiado organismo.
ciriscience.org
http://www.q-net.net.au
Amoeba aprisionando L. pneumophila
Macrófago preenchido com ~100 Legionella
Berk et al., 2008 Appl. Environ. Microbiol.Berk et al., 1998 Appl. Environ.
Microbiol.
Acanthamoeba spp. produz vesículas respiráveis contendo legionelas
Ciliados expelem vesículas contendo legionelas
Hilbi et al., 2010 Mol. Microbiol.
C. elegans é um hospedeiro metazoário de legionelas
Brassinga et al., 2010 Mol. Microbiol.
A infecção de Humanos por legionelas é um desvio ao seu ciclo de vida natural em amoebae
Replicação de legionelas em células eucariotas: estratégia essencial de virulência
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
O relacionamento entre as legionelas e amebas propicia de facto uma forma de protecçãocapaz de potenciar a capacidade de sobrevivência destas bactérias a ambientes hostis.
Provavelmente esta protecção será a explicação mais plausível para o facto das legionelas conseguiram transitar de ambientes naturais para ambientes de
intervenção humana, suportando os vários tratamentos a que a água é sujeita.
stress térmicoe osmótico.
biocidas
antibióticos
Biofilmes
Protecção contra:
• Radiações UV
• Fagocitose
• Desidratação
• Predadores
• Antimicrobianos
Os principais componentes estruturais de biofilmes são:
• Microrganismos
• Matriz de exopolímeros
• Componentes de origem não-biológica
Cooperação metabólica e disponibilidade de nutrientes
as legionelas atingem sistemas de distribuição de água potável, e através deles, mesmo após tratamento da água, permanecem viáveis até ao fim da linha de distribuição de água de hotéis, hospitais e outros edifícios, incluindo torres de arrefecimento de sistemas de ar condicionado, cilindros de aquecimento, torneiras e chuveiros
guinea pig alveolar macrophages infected in vitro with L. pneumophila
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3677756.stm
A capacidade inata das legionelas conseguirem replica em diferentes protozoa equipou estasbactérias com a capacidade de se replicarem em macrófagos alveolares humanos.
Replicação de legionelas em células eucariotas: estratégia essencial de virulência
Residem na via endocítica
Resid in the endocytic pathway
Interagem com a via secretória
Reside nos lisosomas
Bactérias que foram internalizadas por células eucarióticas necessitam de evitar a fusão com o lisossoma ou desenvolver estratégias para sobreviver neste organelo. Bactérias que reside em
vacúolos que mantêm as características de endossomas
Bactérias alteram a via endocítica e estabelecem
vacúolos com características únicas
Interagem com a via secretória
Interagem com a via secretória
Replicação de legionelas em células eucariotas: estratégia essencial de virulência
Adapted from Garduno, RA. 2008. In: Legionella pneumophila: pathogenesis and immunity and Molmeret et al., 2004 Microbes Infect.
Nucleus
Forma ReplicativaForma Virulenta Intermediário Vesícula
Adesão e entrada
Saída
Maturação
Diferenciação
Estabelecimento
Replicação
Protozoa
Transmissão a humanos
através de aerossóis
contaminados
Fase replicativa Fase transmissiva
Macrofago
Ciclo de vida bifásico
Bruggemannet al., 2006 Cell Microbiol
Jules and Buchrieser 2007 FEBS Letters
Replicative phage
Transmissive phage
stringentresponse-regulatedtransition
Expressão de factoresrelacionados com a virulência
Legionella Biphasic Life Cycle
Yang et al., 2008 IJSEM
53 espécies de Legionella, todas capazes de infectar protozoários
24 espécies foram associadas a casos de doença
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Yang et al., 2008 IJSEM
L. pneumophila sg. 190% of Legionnaires’ disease
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Há um bias entre a prevalência de L. pneumophila como principal responsável por casos de doença e a sua distribuição ambiental
Prevalência de Legionella sp. – doença vs ambiente
L. pneumophila sg.1; 84%
L. pneumophila sg. 2-14; 6%
Legionella bozemanae, L.
micdadei, and L. longbeachae;
7%
Other Legionellasp.; 3%
L. pneumophila sg 1;29,1%
L. pneumophila sg 2-14; 46,5%
Total non-pneumophila legionellae;
24,4%
L. pneumophila sg.1 corresponde a 30% dos isoladosambientais e a 84% dos isolados clínicos
Distribuição ambiental
Distribuição clínica
Estirpes clínicas são menos diversas que
estirpes de ambientes artificiais
Ambientes artificiais
Estirpes clínicas
L. pneumophila sg1 associada a doença pode não ser devido à sua prevalência no ambiente, mas sim a uma maiorcapacidade infecciosa. Assim, isolados de ambientes artificiais e clínicos podem constituir um sub-grupo de todos osgenótipos existentes especialmente adaptados.
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Como as infecções têm origem ambiental e não ocorretransmissão entre pessoas, o estudo da diversidade genética subjacente a variações na capacidade infecciosa de estirpes isoladas de ambientes naturais, bem como de ambientes artificiais e clinicas, é fundamental na determinação de quais osmecanismos críticos no processo infeccioso.
Apesar do seu carácter ubíquo em ambientes aquáticos, a maioria dos estudos em legionelas focam estirpes isoladas de ambientes sujeitos a intervenção humana na tentativa de estabelecer a ligação epidemiológica entre o ambiente e casos clínicos..
Ambientes Natural
Ambientes artificiais
Estirpes clínicas
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Roy and Isberg, 1997 Infect. Immun.
Wild-type L. pneumophila
Defective for all icm/dot-mediated virulence
activities
dotAWild-type L. pneumophila
Defective for all icm/dot-mediated virulence
activities
dotA
Effector
protein
Invasion and
trafficking poreL. pneumophila Lysossm
e
maior ilha de patogeneicidade, o complexo “intracellular multiplication (icm)/defective organelle trafficking (dot)” absolutamente necessário para a multiplicação em amibas e macrófagos
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
80 estirpes naturais
74 estirpes de ambientes de intervenção humana
21 estirpes de referências e tipo(Bumgbaugh et al., 2002; Ko et al., 2002; Costa et al., 2005)
119 estirpes de ambientes de intervenção humana e clínicas não relacionadas (Ko et al., 2006)
Strains Paris, Lens and Corby (Cazalet et al., 2004; Glöckner et al., 2007)
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Estrutura da população inferida pelogene dotA
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Neighbor-joining method (MEGA4)
Costa et al., 2010
Environ. Microbiol.
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Costa et al., 2010
Environ. Microbiol.
Influência da recombinação naevolução do gene dotA
RDP3 (Recombination detection program)
Philadelphia
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Lens
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11
11
11
dotA-A
dotA-B
dotA-C
dotA-D
Philadelphia
Lansing 3Paris
Lansing 382A3105
Alf18Concord 3
Chicago 8
Leiden 1
Bloomington 2
IN-23G1-C2
797-PA-H
LE58AGN2
LE58 Bloomington 2 797-PA-HCorby
Lens713
Alf18
Unknown Dallas 1EIMC23
UnknownFelg244
UnknownIS30
Unknown1169-MN-H
Leiden 1Unknown Bloomington 2
NM1
Leiden 1Unknown
U7W
Corby UnknownMICU B
Corby UnknownU8W
Corby UnknownLansing 3
UnknownLos Angeles 1
UnknownDallas 1E
U8W UnknownLE58
713Unknown
Chicago 2
LE58Dallas 1E
Togus 1
LE58Dallas 1E
570-CO-H
LE58Dallas 1E
LE58Dallas 1E
713
Lens
Lansing 3
Lansing 3
Lansing 3
Lansing 3
Lansing 3
Lansing 3
Lansing 3
17
LE58
AGN2
17
17
17
17
17
17
17
17
4
19
19
19
16 7
10
18
315
15
15
15
15
15
5
6
2
13
13
13
12
12
12
12
12
128
9
12
14
14
14
14
1
11
11
11
11
dotA-A
dotA-B
dotA-C
dotA-D
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
dotA-A
dotA-B
dotA-C
dotA-D
Philadelphia 1
Paris
82A3105
Concord 3
Chicago 8
Leiden 1
Bloomington 2
IN-23-G1-C2
797-PA-H
AGN2
Corby
Alf18
IMC23
Felg244
IS30
1169-MN-H
NM1
U7W
U8W
MICU B
Lansing 3
Los Angeles 1
Dallas 1E
LE58
Chicago 2
Togus 1
570-CO-H
Lens
713
F26 S1041
dotA-A
dotA-B
dotA-C
dotA-D
Philadelphia 1
Paris
82A3105
Concord 3
Chicago 8
Leiden 1
Bloomington 2
IN-23-G1-C2
797-PA-H
AGN2
Corby
Alf18
IMC23
Felg244
IS30
1169-MN-H
NM1
U7W
U8W
MICU B
Lansing 3
Los Angeles 1
Dallas 1E
LE58
Chicago 2
Togus 1
570-CO-H
Lens
713
F26 S1041
Substituição de aminoácidos
HAPPLOTCosta et al., 2010
Environ. Microbiol.
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
estirpes de LP isoladas de ambientes naturais-NA (i.e. rios,lagos), possuem maior diversidade alélica e são distintasda maioria das linhagens contendo estirpes clínicas.
os alelos do gene dotA de estirpes isoladas de ambientes artificiais e relacionadas com casos clínicos estão sobpressão selectiva purificadora, antevendo que essas estirpes pertencem a um sub-grupo de todos os clones que foiselecionado pela sua capacidade de sobreviver e proliferar em ambientes artificiais e infectar com sucessoshumanos
A preservação da diversidade alélica do gene dotA nasestirpes ambientais antevê adaptações a diversos nichos.
Costa et al., 2010
Environ. Microbiol.
Legionela – de organismo ambiental a agente patogénico acidental
Ambientes Natural
Ambientes artificiais
Estirpes clínicas
Um estudo de genómica comparada demonstrou que bactérias e vida livre possuem, em regra, genomas maiores do que bactérias intracelulares.
Contudo este paradigma não se aplica a bactérias que reside em amibas.
O paradigma de Legionella pneumophila