I batteri intracellulari obbligati rappresentano parassiti consumati, spesso cooptando segretamente le risorse dell’ospite per permettere lo sviluppo e infine la trasmissione a un nuovo ospite. Il successo complessivo di questa strategia di sopravvivenza deriva senza dubbio dalla co-evoluzione con i rispettivi ospiti eucarioti nel corso di centinaia di milioni di anni. Infatti, molte specie di batteri intracellulari obbligati rappresentano agenti patogeni capaci di un significativo impatto negativo sulla salute umana in tutto il mondo. Questo legame con la malattia umana e l’affascinante biologia dell’infezione esibita da questi parassiti li rende soggetti squisiti per l’indagine. Nonostante il requisito assoluto generale per la crescita all’interno delle cellule eucariotiche, questa classe di batteri ha evoluto strategie distinte che consentono la colonizzazione di diversi tessuti, tipi di cellule e persino nicchie subcellulari. Abbiamo assemblato una raccolta di articoli di opinione, revisione e ricerca primaria che approfondiscono la biologia spesso unica dei batteri intracellulari obbligati. Il lettore di questa edizione Special Topics troverà esempi di strategie di virulenza impiegate da Chlamydia, Anaplasma, Ehrlichia e Rickettsia. Abbiamo anche incluso Coxiella nella nostra considerazione dei batteri intracellulari obbligati. Nonostante il recente sviluppo di un metodo di coltura indipendente dalla cellula ospite (vedi la recensione di Beare et al., 2011), Coxiella burnetii rimane confinata alla crescita intracellulare in ambienti naturali. Gli aspetti della biologia dell’infezione coperta includono i meccanismi di invasione della cellula ospite, la produzione e la secrezione di proteine anti-ospite, l’acquisizione di nutrienti e la risposta immunitaria dell’ospite. Purtroppo, la biologia che rende questa classe di microbi così interessante ha anche spesso sollevato barriere che complicano l’indagine. Questi problemi sono anche toccati in articoli che si spera indichino la strada da seguire.
La capacità di invadere e accedere all’interno della cellula ospite è di ovvia importanza per i batteri intracellulari obbligati. Tuttavia, i meccanismi precisi di adesione e invasione rimangono irrisolti per la maggior parte delle specie. Chan et al. (2010) rivede le attuali conoscenze sull’aderenza e l’invasione di Rickettsia spp. e sottolinea come l’interferenza con questi eventi potrebbe portare a nuove modalità di prevenzione e trattamento. Questo è particolarmente importante perché l’efficacia della risposta immunitaria dell’ospite può essere limitata in risposta a questa classe di parassiti. Mentre lo stile di vita intracellulare obbligato certamente protegge in qualche modo i patogeni dai meccanismi di difesa dell’ospite, alcune proteine del parassita sono altamente immunogeniche. Gall et al. (2011) caratterizzano le risposte immunitarie in vitro e in vivo agli antigeni clamidici, e il loro rapporto solleva domande su come la risposta immunitaria contribuisca alla patologia associata alla malattia clamidica.
In contrasto con Rickettsia spp., lo sviluppo intracellulare di C. burnetii e Chlamydia spp. avviene all’interno di un vacuolo parasitophorous legato alla membrana. Tale sequestro presenta sfide uniche per questi organismi e necessita di meccanismi per stabilire e mantenere questo compartimento unico. Hussain et al. (2011) hanno studiato i contributi di fattori eucariotici nella formazione del vacuolo contenente C. burnetii e presentano prove che più chinasi dell’ospite sono essenziali per la biogenesi del vacuolo. Questo tema è ulteriormente esplorato da Ouellette e Carabeo (2010) che descrivono un esempio di come i batteri intracellulari obbligati interagiscono intimamente e dipendono dalle risorse dell’ospite. Essi dimostrano che i tassi di riciclaggio delle vescicole contenenti trasferimento sono importanti per la crescita ottimale della clamidia. Se questo percorso è necessario per fornire il ferro non era chiaro, ma un rapporto Metodi di Thompson e Carabeo (2011) illustra l’importanza del ferro nello sviluppo clamidiale e stabilisce un nuovo metodo per indurre la fame di ferro durante le infezioni con batteri intracellulari obbligati.
Similmente al caso dei loro cugini facoltativi, la secrezione di proteine effettrici interattive dell’ospite rappresenta un meccanismo significativo impiegato dai batteri intracellulari obbligati per promuovere la virulenza attraverso la modulazione dei processi delle cellule ospiti. Pertanto, nessuna considerazione sulla microbiologia intracellulare obbligata sarebbe completa senza includere le attuali opinioni sulla secrezione di proteine e sulla funzione delle proteine effettrici. Betts-Hampikian e Fields (2010) forniscono una revisione completa del meccanismo di secrezione clamidica di tipo III e sottolineano i risultati che indicano adattamenti unici allo stile di vita intracellulare obbligato. Stone et al. (2011) estendono questa discussione in un articolo di ricerca originale che esplora i meccanismi molecolari impiegati per regolare l’attività dell’apparato di secrezione. Infine, due articoli esplorano la funzione specifica delle proteine effettrici. Zhong (2011) esplora ampiamente il ruolo delle proteasi secrete nello scolpire l’ambiente intracellulare dell’ospite, generando contemporaneamente un pool di aminoacidi per l’uso da parte del parassita, mentre Broederdorf e Voth (2011) forniscono un interessante commento riguardante i meccanismi anti-apoptotici di una proteina effettrice di tipo IV secreta da C. burnetii.
Indagare la biologia dell’infezione dei batteri intracellulari obbligati è spesso un processo complicato. In primo luogo, possono esistere barriere psicologiche che fanno esitare i ricercatori anche solo a condurre la ricerca. Per esempio, Wolf (2011) descrive il dilemma che attualmente limita l’interesse sulla patogenesi di Chlamydia pneumoniae. Tuttavia, la mancanza di un sistema genetico trattabile rappresenta forse la più grande barriera che confonde il progresso significativo nella biologia intracellulare obbligata. In passato, studi proteomici rigorosi hanno contribuito a guidare il progresso in assenza di generazione di mutanti. Per esempio, le analisi proteomiche di Anaplasma e Ehrlichia eseguite da Lin et al. (2011) illustrano come questi studi possano fornire utili informazioni. Fortunatamente, il futuro sembra ora luminoso per un certo grado di manipolazione genetica. Beare et al. (2011) forniscono una revisione ponderata dei fattori che hanno confuso gli sforzi in passato e riassumono i progressi emozionanti in cui sono stati fatti progressi reali nelle analisi genetiche dei batteri intracellulari obbligati. Significativamente, i progressi sono stati fatti anche nel sistema storicamente intrattabile Chlamydia dove è ora possibile generare mutazioni mirate in geni chlamydial. Come il campionamento di articoli in questo numero di argomenti speciali illustra, la biologia e la patogenesi dei batteri intracellulari obbligati rappresenta una fertile area di indagine che è probabilmente pronto a espandersi rapidamente in futuro.