Interacción de neutrófilos murinos con Brucella abortus

Abstract

La brucelosis es una enfermedad zoonótica con distribución mundial. La enfermedad se caracteriza por ocasionar fiebre ondulante en humanos y abortos en animales domésticos como vacas, ovejas, cabras, cerdos y perros. Brucella abortus ha evolucionado como un patógeno furtivo capaz de eludir las respuestas proinflamatorias, incluyendo a los neutrófilos polimorfonucleares (PMNs), que son las principales células efectoras del sistema inmune innato. El eje central de esta tesis explora la interacción de los PMNs con Brucella abortus. Debido a que el modelo experimental central de esta tesis se centró en los modelos de infección bacteriana y depleción de PMNs murinos, la primera parte de esta tesis incluye una revisión sobre estos modelos y el uso de ratones neutropénicos en diferentes infecciones bacterianas. El primer artículo que publicamos contrasta la interacción de los PMNs de ratones con aquellos de humanos, perros y bovinos, mostrando que estos últimos no reconocen a las bacterias lisas de B. abortus en las primeras etapas de la infección. Los componentes del suero normal murino no opsonizan las cepas lisas de B. abortus, y la fagocitosis de PMNs se logra solo después de la aparición de anticuerpos. La falta de opsonización de suero murino y la ausencia de reconocimiento de PMN murino son específicos, y las moléculas responsables del camuflaje de B. abortus son los homopolisacáridos de superficie de N-formil-perosamina que incluye la cadena O del lipopolisacárido y los haptenos nativos. Posteriormente exploramos cómo los PMNs modulan la inmunidad adaptativa durante las etapas iniciales de la infección aguda en la brucelosis murina. En ratones, la depleción de los PMNs al inicio de la inmunidad adaptativa favorece la tasa de eliminación de B. abortus. También se demuestra que los PMNs modulan activamente el curso de la infección de B. abortus, aun cuando la respuesta adaptativa está desarrollada. Bajo una línea de trabajo afín, mostramos que Brucella tiene la capacidad de inducir la muerte prematura de PMNs humanos, lo que sugiere que Brucella podría disminuir la presencia de PMNs infectados en los órganos diana y promover la neutropenia durante la brucelosis crónica. Esta muerte celular no proinflamatoria de los PMNs infectados por B. abortus concuerda con la propuesta de que estos leucocitos sirven como "caballos de Troya" ya que sirven como vehículos para infectar células fagocíticas profesionales sin inducir activación. Finalmente, describimos la persistencia de Brucella en las células de la médula ósea de los ratones y proponemos que este tejido es esencial en el establecimiento de infecciones crónicas de larga duración. Así mismo, demostramos que los PMNs infectados con Brucella son fagocitados fácilmente por macrófagos murinos de una manera no proinflamatoria, y que las bacterias liberadas a través de PMNs se replican ampliamente dentro de macrófagos. Por lo tanto, se proporciona una prueba de concepto de que los PMNs sirven como "caballos de Troya" o vehículo para la dispersión y replicación de B. abortus en el hospedero. Esta tesis demuestra que los PMN tienen un papel importante en la patogénesis de Brucella, así como en la modulación de la respuesta inmune del hospedero.

Brucellosis is a zoonotic disease with a worldwide distribution, which causes undulant fever in humans and abortions in domestic animals, such as cows, sheep, goats, pigs, and dogs. Brucella abortus has evolved as a stealthy pathogen capable of circumventing pro-inflammatory responses, including PMNs, which are the main effector cells of the innate immune system. In this thesis, we explore the interaction of PMNs with B. abortus. The first part of this thesis includes a review of the depletion model of murine PMNs and the use of neutropenic mice in various bacterial infections. The first published paper compares the interaction of naïve murine PMNs with human, dog, and bovine PMNs, showing that murine PMNs fail to recognize smooth B. abortus cells at early stages of infection. The murine normal serum components do not opsonize smooth Brucella strains, and neutrophil phagocytosis is achieved only after the appearance of antibodies. The lack of murine serum opsonization and absence of murine PMN recognition are specific, and the molecules responsible for the Brucella camouflage are N-formyl-perosamine surface homopolysaccharides of lipopolysaccharide and native haptens. Afterward, we explored how PMNs modulate adaptive immunity in the initial stages of the acute murine Brucella infection. The removal of PMNs influences adaptive immunity at the onset of B. abortus infection, enhancing bacterial elimination from the target organs of mice. We demonstrate that PMNs have an active role modulating the course of B. abortus infection after the adaptive immune response already developed. In a related manuscript, we show that B. abortus can prematurely kill human PMNs suggesting Brucella may hamper the presence of infected PMNs in the target organs and promote neutropenia during chronic brucellosis. This non-phlogistic cell death of Brucella infected PMNs agrees with the proposal of these leukocytes function as “Trojan horse” vehicles for infecting phagocytic cells without promoting activation. Finally, we describe the persistence of B. abortus in cells of the mice bone marrow and propose this tissue as essential in the establishment of long-lasting chronic infections. Here we demonstrate that murine macrophages readily phagocyte Brucella-infected PMNs in a non-phlogistic mxr and that bacteria delivered through PMNs, extensively replicate inside macrophages. Following this we provide a proof of concept for the “Troyan horse” hypothesis that proposes that B. abortus infected PMNs function as vehicles for the dispersion and replication of the bacteria inside the host, modulating the host immune response.