The pattern recognition receptors Nod1 and Nod2 account for neutrophil recruitment to the lungs of mice infected with Legionella pneumophila

The intracellular bacterium Legionella pneumophila induces a severe form of pneumonia called Legionnaires diseases, which is characterized by a strong neutrophil (NE) infiltrate to the lungs of infected individuals. Although the participation of pattern recognition receptors, such as Toll-like receptors, was recently demonstrated, there is no information on the role of nod-like receptors (NLRs) for bacterial recognition in vivo and for NE recruitment to the lungs. Here, we employed a murine model of Legionnaires disease to evaluate host and bacterial factors involved in NE recruitment to the mice lungs. We found that L. pneumophila type four secretion system, known as Dot/Icm, was required for NE recruitment as dot/icm mutants fail to trigger NE recruitment in a process independent of bacterial multiplication. By using mice deficient for Nod1, Nod2, and Rip2, we found that these receptors accounted for NE recruitment to the lungs of infected mice. In addition, Rip2-dependent responses were important for cytokine production and bacterial clearance. Collectively, these studies show that Nod1, Nod2, and Rip2 account for generation of innate immune responses in vivo, which are important for NE recruitment and bacterial clearance in a murine model of Legionnaires diseases. (C) 2010 Institut Pasteur. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Pneumonia por Legionella pneumophila: relato do segundo caso brasileiro

Os autores relatam um caso de pneumonia por Legionella pneumophila, diagnosticado pela primeira vez em Porto Alegre, Rio Grande do Sul. A hipótese diagnóstica foi confirmada por imunofluorescência indireta nas amostras de soro do paciente enviadas ao C.D.C. (Atlanta — E.U.A.), com títulos de 1:128 na amostra da fase aguda e 1:512 na amostra da fase de convalescença.

Legionella pneumophila associada a insuficiência respiratória aguda: primeiro isolamento no Brasil

Relatam os autores isolamento de Legionella pneumophila sorogrupo 1, acompanhado de evidências sorológicas de infecção atual, em homem de 40 anos com infecção respiratória grave que evoluiu para insuficiência respiratória aguda. Esta foi caracterizada por hipoxemia severa refratária a altas concentrações de oxigênio e radiograficamente por infiltrados difusos em ambos pulmões. Com introdução de clindamicina, amicacina, ceftriaxone e ventilação à volume com Pressão Expiratória Positiva Final (PEEP) de 14 cm de H(2)0, houve estabilização do quadro e gradual recuperação. Suspeitando-se de legionelose, foi colhido sangue e secreção traqueal para exames específicos. A secreção traqueal foi semeada em meio BCYE com isolamento de bacilo gram-negativo, identificado como Legionella pneumophila sorogrupo 1 por características culturais, bioquímicas e reações de imunofluorescência direta e de aglutinação em lâmina. O estudo sorológico revelou títulos de anticorpos 128, 1024, 4096 e 8192 para amostras coletadas na 1ª, 3ª, 4ª e 6ª semanas após o início do quadro. Os resultados definitivos foram obtidos com o paciente em recuperação. É realçada a comprovação da presença de Legionella sp. como agente patológico em nosso meio; a importância das medidas de suporte na evolução do paciente; a necessidade de se pensar neste agente no diagnóstico diferencial de pneumonias e de se pesquisar mais esta etiologia com metodologia laboratorial específica.

Estudo da expressão génica da Legionella pneumophila estirpe paris após co-cultura em Acanthamoeba castellanii

RESUMO: A Legionella é um bacilo Gram-negativo que replica dentro de protozoários como Acanthamoeba castellanii (A. castellanii) e no interior de macrófagos alveolares humanos, podendo resultar numa pneumonia grave. A Legionella em meio líquido tem um ciclo de vida bifásico, apresentando traços replicativos na fase exponencial e expressando factores transmissíveis na fase estacionária. Estudos recentes demonstraram que a Legionella precisa de assegurar um tempo preciso no seu ciclo de vida para efectuar com êxito a infecção das células hospedeiras. Muitos modelos de estudo foram desenvolvidos a fim de aumentar o conhecimento sobre o ciclo de vida intracelular e identificar os genes necessários para a modulação da célula hospedeira. Embora o conhecimento sobre a interacção bactéria-hospedeiro ainda seja limitado, parece que esta interacção gera um conjunto de características de virulência permitindo que a bactéria infecte células fagocíticas humanas e cause doença. O objectivo do presente projecto de investigação foi investigar e seleccionar genes críticos para a infecciosidade da Legionella pneumophila estirpe Paris (Lp Paris), desenhar e optimizar uma técnica de PCR em tempo real para o estudo da expressão génica e comparar o perfil de expressão da Lp Paris antes e depois da co-cultura em A. castellanii. Os resultados mostraram que oito dos 12 genes em estudo alteraram a sua expressão relativa após co-cultura em A. castellanii quando os ensaios foram realizados com culturas de Lp Paris na fase estacionária precoce (cinco foram induzidos e três reprimidos) Quando os ensaios foram realizados com culturas de Lp Paris na fase estacionária tardia 11 genes apresentaram repressão na sua expressão relativa. Analisando os resultados, concluímos que o perfil de expressão de Lp Paris foi modificado pela interacção com A. castellanii, no entanto essa mudança foi dependente da fase do seu ciclo de vida.-------ABSTRACT: Legionella is a pathogenic Gram-negative bacterium that replicates not only within aquatic protozoa like Acanthamoeba castellanii (A. castellanii), but also within human alveolar macrophages, which can result in a severe pneumonia. Legionella has a biphasic life cycle in broth, where exponential phase cultures display replicative traits and stationary bacteria express transmissive factors. Recent studies demonstrated that for successful infection of host cells, Legionella needs to ensure a precise timing of its life cycle. Many models of study were developed in order to learn about the intracellular life cycle and to identify the genes necessary for the host cell modulation. Although knowledge about the bacteria-host interaction is still limited, it appears that this interaction generate a pool of virulence traits, allowing the bacterium to infect human phagocytic cells and cause disease. The purpose of the present study was to investigate and select de critical genes for the infectivity of Legionella pneumophila strain Paris (Lp Paris), design and optimize a real time PCR technique for gene expression study and compare the expression profile of Lp Paris before and after co- culture of A. castellanii. The results show that eight of 12 genes in study changed its relative expression after coculture in A. castellanii when we performed the intracellular assays with early stationary phase Lp Paris cultures (five were induced and tree were repressed). When we performed the intracellular assays with late stationary phase Lp Paris cultures 11 genes showed a repressed relative expression. Analysing the results, we conclude that the expression profile of Lp Paris was modified by interaction with A. castellanii but this change was dependent of the timing of its life cycle.

Estudo da expressão génica da Legionella Pneumophila após cultura em acanthamoeba castellanii

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Microbiologia Médica

Rainfall is a risk factor for sporadic cases of Legionella pneumophila Pneumonia

It is not known whether rainfall increases the risk of sporadic cases of Legionella pneumonia. We sought to test this hypothesis in a prospective observational cohort study of non-immunosuppressed adults hospitalized for community-acquired pneumonia (1995-2011). Cases with Legionella pneumonia were compared with those with non-Legionella pneumonia. Using daily rainfall data obtained from the regional meteorological service we examined patterns of rainfall over the days prior to admission in each study group. Of 4168 patients, 231 (5.5%) had Legionella pneumonia. The diagnosis was based on one or more of the following: sputum (41 cases), antigenuria (206) and serology (98). Daily rainfall average was 0.556 liters/m2 in the Legionella pneumonia group vs. 0.328 liters/m2 for non-Legionella pneumonia cases (p = 0.04). A ROC curve was plotted to compare the incidence of Legionella pneumonia and the weighted median rainfall. The cut-off point was 0.42 (AUC 0.54). Patients who were admitted to hospital with a prior weighted median rainfall higher than 0.42 were more likely to have Legionella pneumonia (OR 1.35; 95% CI 1.02-1.78; p = .03). Spearman Rho correlations revealed a relationship between Legionella pneumonia and rainfall average during each two-week reporting period (0.14; p = 0.003). No relationship was found between rainfall average and non-Legionella pneumonia cases (−0.06; p = 0.24). As a conclusion, rainfall is a significant risk factor for sporadic Legionella pneumonia. Physicians should carefully consider Legionella pneumonia when selecting diagnostic tests and antimicrobial therapy for patients presenting with CAP after periods of rainfall.

Detección de anticuerpos para Legionella pneumophila en pacientes del Hospital Universitario José Eleuterio González

Tesis ( Maestro en Ciencias) U.A.N.L.

Incidência de infecção por Legionella pneumophila em pacientes que internaram no HCPA com pneumonia adquirida na comunidade

Introdução: O diagnóstico microbiológico da infecção por Legionella é complexo, pois a bactéria não é visualizada à coloração de Gram no escarro, e sua cultura não é realizada na maioria dos laboratórios clínicos. A imunofluorescência direta nas secreções respiratórias tem baixa sensibilidade, em torno de 40% e a técnica da “PCR” não é ainda recomendada para o diagnóstico clínico (CDC, 1997). A detecção de anticorpos no soro é a técnica mais utilizada, e o critério definitivo é a soroconversão para no mínimo 1:128, cuja sensibilidade é de 70 a 80% (Edelstein, 1993). Como critérios diagnósticos de possível pneumonia por Legionella, eram utilizados: título único de anticorpos a L pneumophila positivo na diluição 1:256, em paciente com quadro clínico compatível (CDC, 1990) e o achado de antígeno a Legionella na urina (WHO, 1990). Nos últimos anos, porém, com o uso crescente do teste de antigenúria, foram detectados casos de pneumonia por Legionella, que não eram diagnosticados por cultura ou sorologia, tornando-o método diagnóstico de certeza para o diagnóstico de pneumonia por Legionella (CDC, 1997). Por sua fácil execução, resultado imediato, e alta sensibilidade - de 86% a 98% (Kashuba & Ballow, 1986; Harrison & Doshi, 2001), tem sido recomendado para o diagnóstico das PAC que necessitam internação hospitalar (Mulazimoglu & Yu, 2001; Gupta et al., 2001; Marrie, 2001), especialmente em UTI (ATS, 2001). Vários estudos documentaram baixo valor preditivo positivo do título único positivo de 1:256, tornando-o sem valor para o diagnóstico da pneumonia por Legionella, exceto, talvez, em surtos (Plouffe et al., 1995). Outros detectaram alta prevalência de anticorpos positivos na diluição 1:256 na população, em pessoas normais (Wilkinson et al., 1983; Nichol et al., 1991). A partir de 1996, o CDC de Atlanta recomendou que não seja mais utilizado o critério de caso provável de infecção por Legionella pneumophila por título único de fase convalescente ≥1:256, por falta de especificidade(CDC, 1997). A pneumonia por Legionella é raramente diagnosticada, e sua incidência é subestimada. Em estudos de PAC, a incidência da pneumonia por Legionella nos EUA, Europa, Israel e Austrália, foi estimada entre 1% a 16% (Muder & Yu, 2000). Nos EUA, foi estimado que cerca de 8 000 a 23 000 casos de PAC por Legionella ocorrem anualmente, em pacientes que requerem hospitalização (Marston et al., 1994 e 1977). No Brasil, a incidência de PAC causadas por Legionella em pacientes hospitalizados é tema de investigação pertinente, ainda não relatado na literatura. Objetivo: detectar a incidência de pneumonias causadas por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, em pacientes que internaram no Hospital de Clínicas de Porto Alegre por PAC, por um ano. Material e Métodos: o delineamento escolhido foi um estudo de coorte (de incidência), constituída por casos consecutivos de pneumonia adquirida na comunidade que internaram no HCPA de 19 de julho de 2000 a 18 de julho de 2001. Para a identificação dos casos, foram examinados diariamente o registro computadorizado das internações hospitalares, exceto as internações da pediatria e da obstetrícia, sendo selecionados todos os pacientes internados com o diagnóstico de pneumonia e de insuficiência respiratória aguda. Foram excluídos aqueles com menos de 18 anos ou mais de 80 anos; os procedentes de instituições, HIV-positivos, gestantes, pacientes restritos ao leito; e portadores de doença estrutural pulmonar ou traqueostomias. Foram excluídos os pacientes que tivessem tido alta hospitalar nos últimos 15 dias, e aqueles já incluídos no decorrer do estudo. Os pacientes selecionados foram examinados por um pesquisador, e incluídos para estudo se apresentassem infiltrado ao RX de tórax compatível com pneumonia, associado a pelo menos um dos sintomas respiratórios maiores (temperatura axilar > 37,8ºC, tosse ou escarro; ou dois sintomas menores (pleurisia, dispnéia, alteração do estado mental, sinais de consolidação à ausculta pulmonar, mais de 12 000 leucócitos/mm3). O estudo foi previamente aprovado pela Comissão de Ética em Pesquisa do HCPA. Os pacientes eram entrevistados por um pesquisador, dando seu consentimento por escrito, e então seus dados clínicos e laboratoriais eram registrados em protocolo individual. Não houve interferência do pesquisador, durante a internação, exceto pela coleta de urina e de sangue para exame laboratoriais específicos da pesquisa. Os pacientes eram agendados, no ambulatório de pesquisa, num prazo de 4 a 12 semanas após sua inclusão no estudo, quando realizavam nova coleta de sangue, RX de tórax de controle, e outros exames que se fizessem necessários para esclarecimento diagnóstico.Todos os pacientes foram acompanhados por 1 ano, após sua inclusão no estudo.Foram utilizadas a técnica de imunofluorescência indireta para detecção de anticorpos das classes IgG, IgM e IgA a Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6 no soro, em duas amostras, colhidas, respectivamente, na 1ª semana de internação e depois de 4 a 12 semanas; e a técnica imunológica por teste ELISA para a detecção do antígeno de Legionella pneumophila sorogrupo 1 na urina, colhida na primeira semana de internação. As urinas eram armazenadas, imediatamente após sua coleta, em freezer a –70ºC, e depois descongeladas e processadas em grupos de cerca de 20 amostras. A imunofluorescência foi feita no laboratório de doenças Infecciosas da Universidade de Louisville (KY, EUA), em amostras de soro da fase aguda e convalescente, a partir da diluição 1:8; e a detecção do antígeno de Legionella pneumophila sorogrupo 1, nas amostras de urina, foi realizada no laboratório de pesquisa do HCPA, pelos investigadores, utilizando um kit comercial de teste ELISA fabricado por Binax (Binax Legionella Urinary Enzyme Assay, Raritan, EUA). As urinas positivas eram recongeladas novamente, para serem enviadas para confirmação no mesmo laboratório americano, ao fim do estudo. Foram adotados como critérios definitivos de infecção por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, a soroconversão (elevação de 4 vezes no título de anticorpos séricos entre o soro da fase aguda e da fase convalescente para no mínimo 1:128); ou o achado de antígeno de L pneumophila sorogrupo 1 na urina não concentrada, numa razão superior a 3, conforme instruções do fabricante e da literatura.Os pacientes foram classificados, de acordo com suas características clínicas, em 1º) portadores de doenças crônicas (doenças pulmonares, cardíacas, diabete mellitus, hepatopatias e insuficiência renal); 2º) portadores de doenças subjacentes com imunossupressão; 3º) pacientes hígidos ou com outras doenças que não determinassem insuficiência orgânica. Imunossupressão foi definida como esplenectomia, ser portador de neoplasia hematológica, portador de doença auto-imune, ou de transplante; ou uso de medicação imunossupressora nas 4 semanas anteriores ao diagnóstico (Yu et al., 2002b); ou uso de prednisolona 10 mg/dia ou equivalente nos últimos 3 meses (Lim et al., 2001). As características clínicas e laboratoriais dos pacientes que evoluíram ao óbito por pneumonia foram comparados àquelas dos pacientes que obtiveram cura. Para a análise das variáveis categóricas, utilizou-se o teste qui-quadrado de Pearson ou teste exato de Fisher. Para as variáveis numéricas contínuas, utilizou-se o teste “t“ de Student. Um valor de p< 0,05 foi considerado como resultado estatisticamente significativo (programas SPSS, versão 10). Foi calculada a freqüência de mortes por pneumonia na população estudada, adotando-se a alta hospitalar como critério de cura. Foi calculada a incidência cumulativa para pneumonia por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, em um hospital geral, no período de 1 ano. Resultados: durante um ano de estudo foram examinados 645 registros de internação, nos quais constavam, como motivo de baixa hospitalar, o diagnóstico de pneumonia ou de insuficiência respiratória aguda; a maioria desses diagnósticos iniciais não foram confirmados. Desses 645 pacientes, foram incluídos no estudo 82 pacientes, nos quais os critérios clínicos ou radiológicos de pneumonia foram confirmados pelos pesquisadores. Durante o acompanhamento desses pacientes, porém, foram excluídos 23 pacientes por apresentarem outras patologias que mimetizavam pneumonia: DPOC agudizado (5), insuficiência cardíaca (3), tuberculose pulmonar (2), colagenose (1), fibrose pulmonar idiopática (1), edema pulmonar em paciente com cirrose (1), somente infecçâo respiratória em paciente com sequelas pulmonares (4); ou por apresentarem critérios de exclusão: bronquiectasias (4), HIV positivo (1), pneumatocele prévia (1). Ao final, foram estudados 59 pacientes com pneumonia adquirida na comunidade, sendo 20 do sexo feminino e 39 do sexo masculino, com idade entre 24 e 80 anos (média de 57,6 anos e desvio padrão de ±10,6). Tivemos 36 pacientes com doenças subjacentes classificadas como “doenças crônicas”, dos quais 18 pacientes apresentavam mais de uma co-morbidade, por ordem de prevalência: doenças pulmonares, cardíacas, diabete mellitus, hepatopatias e insuficiência renal; neoplasias ocorreram em 9 pacientes, sendo sólidas em 7 pacientes e hematológicas em 2. Dos 59 pacientes, 61% eram tabagistas e 16,9%, alcoolistas. Do total, 10 pacientes apresentavam imunossupressão. Dos demais 13 pacientes, somente um era previamente hígido, enquanto os outros apresentavam tabagismo, sinusite, anemia, HAS, gota, ou arterite de Takayasu. A apresentação radiológica inicial foi broncopneumonia em 59,3% dos casos; pneumonia alveolar ocorreu em 23,7% dos casos, enquanto ambos padrões ocorreram em 15,2% dos pacientes. Pneumonia intersticial ocorreu em somente um caso, enquanto broncopneumonia obstrutiva ocorreu em 5 pacientes (8,5%). Derrame pleural ocorreu em 22% dos casos, e em 21 pacientes (35%) houve comprometimento de mais de um lobo ao RX de tórax. Foram usados beta-lactâmicos para o tratamento da maioria dos pacientes (72,9%9). A segunda classe de antibióticos mais usados foi a das fluoroquinolonas respiratórias, que foram receitadas para 23 pacientes (39,0%), e em 3º lugar, os macrolídeos, usados por 11 pacientes (18,6%). Apenas 16 pacientes não usaram beta-lactâmicos, em sua maioria recebendo quinolonas ou macrolídeos. Dos 43 pacientes que usaram beta-lactâmicos, 25 não usaram nem macrolídeos, nem quinolonas. Em 13 pacientes as fluoroquinolonas respiratórias foram as únicas drogas usadas para o tratamento da pneumonia. Do total, 8 pacientes foram a óbito por pneumonia; em outros 3 pacientes, o óbito foi atribuído a neoplasia em estágio avançado. Dos 48 pacientes que obtiveram cura, 33 (68,7%) estavam vivos após 12 meses. Os resultados da comparação realizada evidenciaram tendência a maior mortalidade no sexo masculino e em pacientes com imunossupressão, porém essa associação não alcançou significância estatística. Os pacientes que usaram somente beta-lactâmicos não apresentaram maior mortalidade do que os pacientes que usaram beta-lactâmicos associados a outras classes de antibióticos ou somente outras classes de antibióticos. Examinando-se os pacientes que utiizaram macrolídeos ou quinolonas em seu regime de tratamento, isoladamente ou combinados a outros antibióticos, observou-se que também não houve diferença dos outros pacientes, quanto à mortalidade. Os pacientes com padrão radiológico de pneumonia alveolar tiveram maior mortalidade, e essa diferença apresentou uma significância limítrofe (p= 0,05). Nossa mortalidade (11,9%) foi similar à de Fang et al. (1990), em estudo clássico de 1991 (13,7%); foi também similar à média de mortalidade das PAC internadas não em UTI (12%), relatada pela ATS, no seu último consenso para o tratamento empírico das PAC (ATS, 2001). Foram detectados 3 pacientes com pneumonia por Legionella pneumophila sorogrupo 1 na população estudada: 2 foram diagnosticados por soroconversão e por antigenúria positiva, e o 3º foi diagnosticado somente pelo critério de antigenúria positiva, tendo sorologia negativa, como alguns autores (McWhinney et al., 2000). Dois pacientes com PAC por Legionella não responderam ao tratamento inicial com beta-lactâmicos, obtendo cura com levofloxacina; o 3º paciente foi tratado somente com betalactâmicos, obtendo cura. Conclusões: A incidência anual de PAC por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6, no HCPA, foi de 5,1%, que representa a incidência anual de PAC por Legionella pneumophila sorogrupos 1 a 6 em um hospital geral universitário. Comentários e Perspectivas: Há necessidade de se empregar métodos diagnósticos específicos para o diagnóstico das pneumonias por Legionella em nosso meio, como a cultura, a sorologia com detecção de todas as classes de anticorpos, e a detecção do antígeno urinário, pois somente com o uso simultâneo de técnicas complementares pode-se detectar a incidência real de pneumonias causadas tanto por Legionella pneumophila, como por outras espécies. A detecção do antígeno de Legionella na urina é o teste diagnóstico de maior rendimento, sendo recomendado seu uso em todas as PAC que necessitarem internação hospitalar (Mulazimoglu & Yu, 2001; Gupta et al., 2001); em todos os pacientes com PAC que apresentarem fatores de risco potenciais para legionelose (Marrie, 2001); e para o diagnóstico etiológico das pneumonias graves (ATS, 2001). Seu uso é indicado, com unanimidade na literatura, para a pesquisa de legionelose nosocomial e de surtos de legionelose na comunidade.

Distribution of 19 major virulence genes in Legionella pneumophila serogroup 1 isolates from patients and water in Queensland, Australia

The distribution of 19 major virulence genes and the presence of plasmids were surveyed in 141 Legionella pneumophila serogroup (SG) 1 isolates from patients and water in Queensland, Australia. The results showed that 16 of the virulence genes examined were present in all isolates, suggesting that they are life-essential genes for isolates in the environment and host cells. The 65 kb pathogenicity island identified originally in strain Philadelphia-1(T) was detected more frequently in isolates from water (44.2 %) than in those from patients (2.7 %), indicating that the 65 kb DNA fragment may aid the survival of L. pneumophila in the sampled environment. However, the low frequency of the 65 kb fragment in isolates from patients suggests that the pathogenicity island may not be necessary for L. pneumophila to cause disease. Plasmids were not detected in the L. pneumophila SG1 isolates from patients or water studied. There was an association of both lvh and rtxA with the virulent and predominant genotype detected by amplified fragment length polymorphism, termed AF1, whereas the avirulent common isolate from water termed AF16 did not have lvh or rtxA genes, with the exception of one isolate with rtxA. It was found that a PCR detection test strategy with lvh and rtxA as pathogenesis markers would be useful for determining the infection potential of an isolate.

The resistance of intra-amoebal grown legionella pneumophila

Survival studies were conducted on Legionella pneumophila cells that had been grown intracellulary in Acanthamoeba polyphaga and then exposed to polyhexamethylene biguanide (PHMB), benzisothiazolone (BIT), 5-chloro-N-methylisothiazolone (CMIT) and tetradecyltrimethyl ammonium bromide (TTAB). Susceptibilities were also determined for L.pneumophila grown under nutrient sufficient and iron-, nitrogen- and phosphate-depleted conditions, in a chemically defined medium. BIT was relatively ineffective against cells grown under iron-depletion; in contrast iron-depleted conditions increased the susceptibilities of cells to PHMB, TTAB and CMIT. Cells grown under phosphate-depletion showed a marked increase in sensitivity towards all the biocides. Conversely, the activities of all four biocides were greatly reduced against L.pneumophila grown in amoebae. To study the physiological basis for the increased resistance of intra-amoebal grown legionella, the surface properties of the cells were examined by studying outer membrane proteins (OMs), lipopolysaccharides and cellular fatty acids. Intra-amoebal grown legionella were found to differ in several respects compared to cells grown in vitro; they contained a novel 15-kDal OM protein and a monosaturated straight-chain fatty acid (18:19). These compounds were also found in abundant quantities in the host amoeba. Intra-amoebal grown legionella contained more LPS bands than did in vitro grown organisms and were less susceptible to protease K digestion. Cells grown under phosphate depletion were markedly sensitive to protease K digestion and contained lower levels of LPS. Immunoblot analysis of intra-amoebal grown legionella with anti-acanthamoebal serum revealed that both the surface of the bacteria and sarkosyl extracted OMs contained amoebal proteins. These findings suggest that the 15-kDal OM protein is likely to be of amoebal origin and binds tightly to the OM of the bacterium. It is proposed that disruption of amoebal membranes, as a result of intra-amoebal infection liberates macromolecules, including a 15-kDal polypeptide, a major constituent of the membrane, which associates closely with the surface of the legionellae. Thus L.pneumophila which have extraneous membrane material bound to their surface may respond differently to biocide inactivation, as these macromolecules may act as a penetration barrier to such agents. This phenomenon could contribute to the recalcitrance of legionellae in water systems.

Legionella Pneumophila: A Continuing Threat

Legionnaires' Disease has been a continuing source of concern to researchers and to medical personnel. As a result of the questions regarding how it is spread, innkeepers must take certain precautions to protect their property and their guests. The authors offer several legal cautions as well as background information for everyone in the industry.

Use of Galleria mellonella as a model organism to study Legionella pneumophila infection.

Legionella pneumophila, the causative agent of a severe pneumonia named Legionnaires' disease, is an important human pathogen that infects and replicates within alveolar macrophages. Its virulence depends on the Dot/Icm type IV secretion system (T4SS), which is essential to establish a replication permissive vacuole known as the Legionella containing vacuole (LCV). L. pneumophila infection can be modeled in mice however most mouse strains are not permissive, leading to the search for novel infection models. We have recently shown that the larvae of the wax moth Galleria mellonella are suitable for investigation of L. pneumophila infection. G. mellonella is increasingly used as an infection model for human pathogens and a good correlation exists between virulence of several bacterial species in the insect and in mammalian models. A key component of the larvae's immune defenses are hemocytes, professional phagocytes, which take up and destroy invaders. L. pneumophila is able to infect, form a LCV and replicate within these cells. Here we demonstrate protocols for analyzing L. pneumophila virulence in the G. mellonella model, including how to grow infectious L. pneumophila, pretreat the larvae with inhibitors, infect the larvae and how to extract infected cells for quantification and immunofluorescence microscopy. We also describe how to quantify bacterial replication and fitness in competition assays. These approaches allow for the rapid screening of mutants to determine factors important in L. pneumophila virulence, describing a new tool to aid our understanding of this complex pathogen.

Legionella pneumophila secretes a mitochondrial carrier protein during infection

The Mitochondrial Carrier Family (MCF) is a signature group of integral membrane proteins that transport metabolites across the mitochondrial inner membrane in eukaryotes. MCF proteins are characterized by six transmembrane segments that assemble to form a highly-selective channel for metabolite transport. We discovered a novel MCF member, termed Legionellanucleotide carrier Protein (LncP), encoded in the genome of Legionella pneumophila, the causative agent of Legionnaire's disease. LncP was secreted via the bacterial Dot/Icm type IV secretion system into macrophages and assembled in the mitochondrial inner membrane. In a yeast cellular system, LncP induced a dominant-negative phenotype that was rescued by deleting an endogenous ATP carrier. Substrate transport studies on purified LncP reconstituted in liposomes revealed that it catalyzes unidirectional transport and exchange of ATP transport across membranes, thereby supporting a role for LncP as an ATP transporter. A hidden Markov model revealed further MCF proteins in the intracellular pathogens, Legionella longbeachae and Neorickettsia sennetsu, thereby challenging the notion that MCF proteins exist exclusively in eukaryotic organisms.

LtpD is a novel legionella pneumophila effector that binds phosphatidylinositol 3-phosphate and inositol monophosphatase IMPA1

The Dot/Icm type IV secretion system (T4SS) of Legionella pneumophila is crucial for the pathogen to survive in protozoa and cause human disease. Although more than 275 effector proteins are delivered into the host cell by the T4SS, the function of the majority is unknown. Here we have characterized the Dot/Icm effector LtpD. During infection, LtpD localized to the cytoplasmic face of the membrane of the Legionella-containing vacuole (LCV). In A549 lung epithelial cells, ectopically expressed LtpD localized to large vesicular structures that contained markers of endosomal compartments. Systematic analysis of LtpD fragments identified an internal 17-kDa fragment, LtpD_471-626, which was essential for targeting ectopically expressed LtpD to vesicular structures and for the association of translocated LtpD with the LCV. LtpD_471-626 bound directly to phosphatidylinositol 3-phosphate [PtdIns(3)P] in vitro and colocalized with the PtdIns(3)P markers FYVE and SetA in cotransfected cells. LtpD was also found to bind the host cell enzyme inositol (myo)-1 (or 4)-monophosphatase 1, an important phosphatase involved in phosphoinositide production. Analysis of the role of LtpD in infection showed that LtpD is involved in bacterial replication in THP-1 macrophages, the larvae of Galleria mellonella, and mouse lungs. Together, these data suggest that LtpD is a novel phosphoinositide- binding L. pneumophila effector that has a role in intracellular bacterial replication. © 2013, American Society for Microbiology.

Pore Formation Triggered by Legionella spp. Is an Nlrc4 Inflammasome-Dependent Host Cell Response That Precedes Pyroptosis

Legionella pneumophila, the etiological agent of Legionnaires disease, is known to trigger pore formation in bone marrow-derived macrophages (BMMs) by mechanisms dependent on the type IVB secretion system known as Dot/Icm. Here, we used several mutants of L. pneumophila in combination with knockout mice to assess the host and bacterial factors involved in pore formation in BMMs. We found that regardless of Dot/Icm activity, pore formation does not occur in BMMs deficient in caspase-1 and Nlrc4/Ipaf. Pore formation was temporally associated with interleukin-1 beta secretion and preceded host cell lysis and pyroptosis. Pore-forming ability was dependent on bacterial Dot/Icm but independent of several effector proteins, multiplication, and de novo protein synthesis. Flagellin, which is known to trigger the Nlrc4 inflammasome, was required for pore formation as flaA mutant bacteria failed to induce cell permeabilization. Accordingly, transfection of purified flagellin was sufficient to trigger pore formation independent of infection. By using 11 different Legionella species, we found robust pore formation in response to L. micdadei, L. bozemanii, L. gratiana, L. jordanis, and L. rubrilucens, and this trait correlated with flagellin expression by these species. Together, the results suggest that pore formation is neither L. pneumophila specific nor the result of membrane damage induced by Dot/Icm activity; instead, it is a highly coordinated host cell response dependent on host Nlrc4 and caspase-1 and on bacterial flagellin and type IV secretion system.