Burkholderia és un gènere de bacteris gramnegatius de la família de les burkholderiàcies (Burkholderiaceae). Són bacils rectes, oxidasa i catalasa positius i amb un contingut en guanina-citosina (G+C) que oscil·la entre el 59 i el 69,5 per cent. Són bacteris mòbils amb un flagel polar únic o bé amb un plomall de flagels polars segons les espècies. També són mesòfils i no esporulats. El seu metabolisme és aerobi. Com a substància de reserva utilitzen el polihidroxibutirat.
Ecològicament són sapròfits que intervenen en el reciclatge de matèria orgànica. Els bacteris d'aquest gènere poden ser patògens per a l'espècie humana i per a altres animals, com Burkholderia mallei, agent causal del borm, o per a les plantes com B. cepacia, que és un patogen oportunista en malalts de fibrosi quística i presenta una gran capacitat degradadora de contaminants orgànics.
El gènere Burkholderia es va formar a partir del gènere Pseudomonas en funció de les dades d'ARNr. L'espècie tipus és B. cepacia.
Taxonomia Aquest gènere és membre de la classe dels betaproteobacteris, classificats dins el fílum Pseudomonadota. Tot i que encara no està totalment clar, cada vegada és més comú separar la família Burkholderiaceae en dos gèneres diferents: Burkholderia i Paraburkholderia. Aquesta divisió té com a objectiu diferenciar els gèneres basant-se en les espècies patògenes i les espècies ambientals de l'altra. Per identificar les soques i les espècies noves d'aquest gènere, s'utilitza el RNA 16S o la proteïna codificada en el gen recA, que forma part de la via de biosíntesi d'histidina.
Un altre mètode per a delimitar les espècies dins del gènere és la hibridació DNA-DNA (DDH), en la qual s'estableix que dues mostres pertanyen a la mateixa espècie si es supera el 70 per cent de coincidència (hibridació). Tot i això, aquesta tècnica s'està veient eclipsada per altres mètodes in silico, que permeten comparar ràpidament similituds en el genoma i obtenir un resultat de coincidència fiable.
Diversitat del gènere Burkholderia Les espècies que conformen aquest gènere presenten una gran diversitat morfològica, fisiològica, metabòlica i genètica.
Diversitat genètica i fenotípica Hi ha molts exemples dins del gènere Burkholderia que mostren aquesta diversitat fenotípica. Burkholderia thailandensis és una espècie patogènicament inofensiva, mentre que Burkholderia mallei és una espècie virulenta que infecta mamífers, principalment els equins, causant la malaltia que es coneix com el borm, encara que també pot afectar humans. Burkholderia pseudomallei és una altra espècie genèticament propera a les dues anteriors amb una alta patogenicitat, sent una de les causes de la melioïdosi i és classificat com a amenaça biològica.
Si es comparen genòmicament exemplars aïllats de Burkholderia thailandensis amb B. pseudomallei, s'observen illes genòmiques específiques que contenen factors de patogenicitat i virulència compartides per les dues espècies, encara que els elements genòmics no tenen una funcionalitat semblant en ambdues espècies. El producte de les petites variacions en les illes o en l'expressió gènica d'aquestes entre espècies resulta en diferents rutes infectives i diferents manifestacions clíniques. Aquestes illes genòmiques podrien oferir a certes soques avantatges evolutives a certes soques/espècies del gènere respecte altres, cosa que afavoreix la competitivitat.
Es creu que uns dels factors pels quals Burkholderia thailandensis ha perdut la capacitat infectiva amb virulència és l'operó d'assimilació d'arabinosa, que és considerat antivirulent. L'absència d'aquest operó en les dues altres espècies podrien haver causat parcialment el desenvolupament patogènic.
Genèticament, Burkholderia pseudomallei i B. mallei són pràcticament clons, encara que B. mallei està altament especialitzat al seu hoste i no sol tenir presència en hàbitats naturals fora dels equins o relatius.
Sovint, l'origen de les illes genòmiques (particularment en bacteris) són fags (profags), és a dir, material genètic provinent de virus que s'ha inserit en el genoma del bacteri, induint la transferència lateral de gens. Per exemple, el genoma de 7,3Mb de la soca k96243 de B. pseudomallei conté 16 illes genòmiques, de les quals no se sap si tots els profags que conté són actius.
En la literatura bibliogràfica present respecte els factors de virulència produïts per fags, s'inclouen exemples de proteïnes associades a toxicitat, resistència, adhesió i antigenicitat.
Diversitat ecològica La gran versatilitat que presenten resulta en la colonització d'una gran varietat de nínxols ecològics. Un exemple és el complex de Burkholderia cepacia (BBC), que representa un grup de genomovars estretament relacionat entre ells, i conté especies extensament distribuïdes. Es poden trobar aïllats habitant sòls, aigües (tant continentals com marines), la rizosfera de les plantes, humans i altres espècies d'animals. Les nou espècies que conformen aquest complex són, segons alguns autors: B. cepacia, B. multivorans, B. cenocepacia, B. stabilis, B. vietnamiensis, B. dolosa, B. ambifaria, B. anthina, B. pyrrocinia i B. ubonensis. La identificació dels diferents genomovars va ser possible gràcies a una combinació de tècniques instrumentals, com ara l'electroforesi en gel de poliacrilamida i polimorfismes de longitud de fragments de restricció basats en recA. Tot i així, altres fonts atribueixen al complex Burkholderia cepacia 22 espècies estretament relacionades que infecten normalment pacients amb fibrosi quística i immunocompromesos. Entre elles es troben B. cenocepacia i B. multivorans. Per altra banda, hi ha espècies altament relacionades que es troben en el complex Burkholderia pseudomallei (BPC): B. pseudomallei, B. mallei, B. thailandensis, B. humptydooensis, B. oklahomensis, B. singularis, B. mayonis i B. savannae.
Burkholderia cenocepacia i B. ambifaria predominen en mostres ambientals, concretament en la rizosfera de la planta de blat de moro, tot i que algunes soques de B. cenocepacia virulentes s'han aïllat en ambients clínics. Burkholderia multivorans també és una espècie virulenta que es troba habitualment en clíniques i hospitals.
Patogènia miniatura|Burkholderia cepacia En el context de la patogènia, aquest gènere revesteix un interès especial pel seu potencial patogènic en humans. L'espècie Burkholderia pseudomallei és l'agent causal de la melioïdosi, mentre que Burkholderia cepacia pot causar pneumònia. Aquesta malaltia és endèmica de les zones properes a l'equador, com el sud-est asiàtic i el nord d'Austràlia. La malaltia pot ser contreta mitjançant la ingestió d'aigua o sòl contaminat, així com per la inhalació de partícules de pols que contingui el bacteri.
Un dels factors de virulència clau d'aquest gènere és el lipopolisacàrid (LPS) i la càpsula que el recobreix el bacteri. En el cas de B. pseudomallei, el lípid A sovint es modifica per augmentar les probabilitats d'evitar la resposta del sistema immunitari, afegint residus d'arabinosa 4-amino-4-desoxi-L (Ara4N) carregats positivament, el que el fa més antigènic. Pel que fa a B. cepacia, l'expressió dels sucres presents a la càpsula li atorga una alta virulència. L'exposició de l'antigen O depèn de les condicions ambientals i pot afavorir la patogenicitat en certs contextos.
Una estratègia utilitzada per evadir la resposta immunitària és l'ús del LPS, que impedeix la formació del complex d'atac a la membrana (MAC), permetent així l'evasió del sistema del complement.
Els patògens oportunistes constitueixen la majoria del grup Burkholderia sp., que es divideix en els dos grans complexos: el de Burkholderia cepacia (BCC) i el de Burkholderia pseudomallei (BPC). En pacients amb fibrosi quística, les espècies de BCC sovint causen infeccions pulmonars cròniques, així com infeccions nosocomials en persones que manquen de sistema immunològic. La manifestació més greu de la malaltia és un deteriorament ràpid i incontrolat dels pacients amb septicèmia i pneumònia necrosant, coneguda com a "síndrome de cepacia". Les BCC són intrínsecament resistents a una varietat de medicaments i, com la majoria de les espècies de Burkholderia, poden romandre als pulmons durant un període prolongat de temps a causa de la formació de biofilms in vivo. Els pacients amb fibrosi quística i exacerbacions pulmonars solen rebre un tractament de diversos mesos amb almenys dos antibiòtics intravenosos, com ara tobramicina, meropenem o ceftazidima.
Pel que fa al complex BPC, la Burkholderia pseudomallei i la Burkholderia mallei causen el borm i la melioïdosi; són les espècies del BPC més estudiades. Burkholderia thailandensis, parent proper de B. pseudomallei, rarament causa malalties en els humans i no és considerada virulenta. Tant B. pseudomallei com B. mallei són considerats agents propis dels nivells de bioseguretat 2 i 3, segons el criteri del Centre per al Control i Prevenció de malalties estatunidenc.
Pili Els pili (singular, 'pilus'), formats per proteïnes pilines, són apèndixs filamentosos utilitzats pels bacteris per mediar les primeres etapes de l'adhesió a les cèl·lules de l'hoste. Els pili poden retraure's i estendre's a través de la polimerització i despolimerització del filament per moure's sobre superfícies i entrar en contacte estret amb les cèl·lules de l'hoste. En el prototip de la soca K96243 de Burkholderia pseudomallei estan codificats un total de 13 grups semblants a pilina, sent un important factor de virulència per a les espècies de Burkholderia..
Fímbries Una altra estructura filamentosa present en la superfície externa dels bacteris són les fímbries de tipus I, que es lliguen a residus de sucre d-manosilats situats en els receptors glicoproteics de la superfície cel·lular, expressats per l'epiteli intestinal i els macròfags, facilitant així la internalització dels bacteris durant la infecció intestinal.
Autotransportadors Els autotransportadors (ATs) són proteïnes ancorades a la membrana externa que s'han implicat en múltiples vies de patogènesi i poden existir com a estructures monomèriques (ATs clàssics) o trímeres (trímers d'adhesines autotransportadores, TAAs). Burkholderia pseudomallei codifica onze ATs, dos dels quals són ATs clàssics i nou TAAs. Sis dels TAAs codificats, bpaA, bpaB, bpaC, bpaD, bpaE i bpaF, tenen un paper ja sigui en l'adhesió o en la invasió de les cèl·lules epitelials pulmonars humanes.
Flagels El flagel d'un bacteri no només permet el seu moviment a través del medi, sinó que en moltes espècies, és necessari per a la invasió de les cèl·lules de l'hoste. La subunitat de flagel·lina de Burkholderia pseudomallei està codificada per fliC (BPSL3319). La supressió o inactivació d'aquest gen resulta en una soca no motilitzada. La flagel·lina (FliC) de B. pseudomallei també està implicada en el reconeixement pels receptors tipo toll (TLR), que són essencials perquè l'hoste pugui detectar patògens i estimular el sistema immunitari innat. La FliC purificada és reconeguda pels receptors TLR5 i, en estimular les cèl·lules HEK-BlueTM-hTLR5 i THP1-DualTM, activa el NF-κB de manera dependent de TLR5. No obstant això, aquesta estimulació no arriba al mateix nivell que la flagel·lina purificada de Salmonella Typhimurium. S'ha demostrat que el TLR5 reconeix tant la flagel·lina purificada com els flagels filamentosos muntats adherits a B. pseudomallei, i la supressió de fliC provoca l'eliminació de l'activació de TLR5. Aquestes observacions justifiquen la realització d'una investigació addicional més a fons sobre l'activació de TLR5 per part dels flagels/flagel·lina, ja que trobar maneres de subvertir això seria beneficiós per a l'hoste.
Aïllament en placa