Obligate intracellular bacteria represent consummate parasites, often covertly co-opting host resources to enable development and ultimately transmission to a new host. Ogólny sukces tej strategii przetrwania jest bez wątpienia pochodną współewolucji z odpowiednimi eukariotycznymi gospodarzami przez setki milionów lat. Rzeczywiście, wiele gatunków obligatoryjnych bakterii wewnątrzkomórkowych stanowi patogeny zdolne do wywierania znaczącego negatywnego wpływu na zdrowie ludzkie na całym świecie. Ten związek z chorobami ludzkimi oraz fascynująca biologia zakażeń wykazywana przez te pasożyty czynią je doskonałymi obiektami badań. Pomimo nadrzędnego wymogu wzrostu wewnątrz komórek eukariotycznych, ta klasa bakterii rozwinęła odrębne strategie, które umożliwiają kolonizację różnych tkanek, typów komórek, a nawet nisz subkomórkowych. Zebraliśmy kolekcję artykułów opiniodawczych, przeglądowych i z zakresu badań podstawowych, które zagłębiają się w często unikalną biologię obligatoryjnych bakterii wewnątrzkomórkowych. Czytelnik tego wydania Special Topics Edition znajdzie przykłady strategii wirulencji stosowanych przez Chlamydia, Anaplasma, Ehrlichia i Rickettsia. Do naszych rozważań na temat obligatoryjnych bakterii wewnątrzkomórkowych włączyliśmy również Coxiella. Pomimo niedawnego opracowania metody hodowli niezależnej od komórek gospodarza (patrz przegląd Beare et al., 2011), Coxiella burnetii pozostaje ograniczona do wzrostu wewnątrzkomórkowego w warunkach naturalnych. Aspekty biologii zakażenia obejmują mechanizmy inwazji komórek gospodarza, produkcję i wydzielanie białek anty-gospodarza, pozyskiwanie składników odżywczych i odpowiedź immunologiczną gospodarza. Niestety, biologia, która sprawia, że ta klasa mikrobów jest tak interesująca, często stwarza również bariery, które komplikują badania. Kwestie te są również poruszane w artykułach, które, miejmy nadzieję, wskażą drogę naprzód.
Zdolność do inwazji i uzyskania dostępu do wnętrza komórki gospodarza ma oczywiste znaczenie dla obligatoryjnych bakterii wewnątrzkomórkowych. Jednakże, dokładne mechanizmy adherencji i inwazji pozostają nierozwiązane dla większości gatunków. Chan i wsp. (2010) dokonują przeglądu aktualnej wiedzy na temat adherencji i inwazji Rickettsia spp. i podkreślają, że ingerencja w te procesy może prowadzić do nowych metod zapobiegania i leczenia. Jest to szczególnie ważne, ponieważ skuteczność odpowiedzi immunologicznej żywiciela może być ograniczona w odpowiedzi na tę klasę pasożytów. Podczas gdy obligatoryjny, wewnątrzkomórkowy tryb życia z pewnością w pewnym stopniu osłania patogeny przed mechanizmami obronnymi żywiciela, niektóre białka pasożytów są wysoce immunogenne. Gall i wsp. (2011) scharakteryzowali odpowiedzi immunologiczne in vitro i in vivo na antygeny chlamydialne, a ich raport rodzi pytania dotyczące tego, w jaki sposób odpowiedź immunologiczna przyczynia się do patologii związanej z chorobą chlamydialną.
W przeciwieństwie do Rickettsia spp. wewnątrzkomórkowy rozwój C. burnetii i Chlamydia spp. zachodzi w obrębie wakuoli parasitoforowej związanej z błoną. Taka sekwestracja stanowi unikalne wyzwanie dla tych organizmów i wymaga mechanizmów do ustanowienia i utrzymania tego unikalnego przedziału. Hussain i wsp. (2011) badali udział czynników eukariotycznych w tworzeniu wakuoli zawierającej C. burnetii i przedstawili dowody na to, że wiele kinaz gospodarza jest niezbędnych do biogenezy wakuoli. Temat ten został szerzej omówiony przez Ouellette i Carabeo (2010), którzy opisują przykład tego, jak wewnątrzkomórkowe bakterie obligatoryjne wchodzą w interakcje z zasobami gospodarza i są od nich zależne. Wykazują oni, że szybkość recyklingu pęcherzyków zawierających transfer jest ważna dla optymalnego wzrostu chlamydiów. Czy ta ścieżka jest wymagana do dostarczania żelaza, było niejasne, ale raport Metod Thompson i Carabeo (2011) ilustruje znaczenie żelaza w rozwoju chlamydiów i ustanawia nową metodę indukowania głodu żelaza podczas infekcji z obligatoryjnymi bakteriami wewnątrzkomórkowymi.
Podobnie jak w przypadku ich fakultatywnych kuzynów, wydzielanie białek efektorowych oddziałujących z gospodarzem stanowi istotny mechanizm wykorzystywany przez obligatoryjne bakterie wewnątrzkomórkowe do promowania wirulencji poprzez modulację procesów komórki gospodarza. Dlatego też, żadne rozważania na temat mikrobiologii wewnątrzkomórkowej bakterii obligatoryjnych nie byłyby kompletne bez uwzględnienia aktualnych poglądów na temat wydzielania białek i funkcji białek efektorowych. Betts-Hampikian i Fields (2010) przedstawiają dokładny przegląd chlamydialnego mechanizmu sekrecji typu III i podkreślają odkrycia, które wskazują na unikalne przystosowania do obligatoryjnego wewnątrzkomórkowego trybu życia. Stone i wsp. (2011) rozszerzają tę dyskusję w oryginalnym artykule badawczym, badając mechanizmy molekularne wykorzystywane do regulacji aktywności aparatu wydzielniczego. Wreszcie, dwa artykuły badają funkcje specyficznych białek efektorowych. Zhong (2011) szeroko bada rolę wydzielanych proteaz w kształtowaniu środowiska wewnątrzkomórkowego żywiciela, jednocześnie generując pulę aminokwasów do wykorzystania przez pasożyta, podczas gdy Broederdorf i Voth (2011) przedstawiają interesujący komentarz dotyczący mechanizmów antyapoptotycznych wydzielanego przez C. burnetii białka efektorowego typu IV.
Badanie biologii infekcji obligatoryjnych bakterii wewnątrzkomórkowych jest często skomplikowanym procesem. Po pierwsze, mogą istnieć bariery psychologiczne, które sprawiają, że badacze wahają się nawet przed przeprowadzeniem badań. Na przykład, Wolf (2011) opisuje dylemat ograniczający obecnie zainteresowanie patogenezą Chlamydia pneumoniae. Jednak brak łatwego do opanowania systemu genetycznego stanowi być może największą barierę utrudniającą znaczący postęp w biologii wewnątrzkomórkowych organizmów obligatoryjnych. W przeszłości, rygorystyczne badania proteomiczne pomogły w osiągnięciu postępu przy braku możliwości generowania mutantów. Na przykład, analizy proteomiczne Anaplasma i Ehrlichia przeprowadzone przez Lin et al. (2011) ilustrują, w jaki sposób badania te mogą dostarczyć użytecznego wglądu. Szczęśliwie, przyszłość wydaje się być jasna dla pewnego stopnia manipulacji genetycznej. Beare et al. (2011) przedstawiają przemyślany przegląd czynników, które utrudniały wysiłki w przeszłości i podsumowują ekscytujące postępy, w których dokonano prawdziwego postępu w analizach genetycznych obligatoryjnych bakterii wewnątrzkomórkowych. Co istotne, postępy zostały również poczynione w historycznie trudnym systemie Chlamydia, gdzie obecnie możliwe jest generowanie ukierunkowanych mutacji w genach chlamydialnych. Jak pokazuje wybór artykułów w tym wydaniu Special Topics, biologia i patogeneza obligatoryjnych bakterii wewnątrzkomórkowych stanowi żyzny obszar badań, który prawdopodobnie będzie się szybko rozwijał w przyszłości.