Brucella cinsi üyeleri hedef aldıkları konak hücrelere iyi adapte olabilen, insan ve hayvanlar için patojen olan bakterilerdir. Fakültatif hücre içi parazitler olarak tanımlanan Brucella etkenleri, makrofajlar içerisinde canlı kalarak akut veya kronik enfeksiyonlara yol açabilirler (Baldwin ve Winter 1994, Gorvel ve Moreno 2002).
B. ovis dışındaki Brucella türleri oral yol ile alınması ardından H. pylori ve Y.
enterocolitica’ya benzer şekilde üreaz aktivitesi sayesinde midenin asidik koşullarından korunarak, sindirilmeden mideyi direkt geçebilmektedir (Sangari ve ark. 2007). Mide asidini nötralize edici ilaç veya diyetler ile midenin pH’sı değiştiği durumlarda, bakteri geçişi benzer şekilde gerçekleşir. B.ovis’in üreaz negatif olduğu, bu nedenle hayvanlar arasında bulaşmanın genellikle venereal yol ile gerçekleştiği bildirilmektedir (Corbel ve Hendry 1985, OIE 2009). Mide’yi geçen B. abortus, bağırsak mukoza epitelinde bulunan ve transepitelyal membran transportunda aktif
role sahip M-hücrelerine (Microfold Cells) affinite duyar. Bir araştırmada B.
abortus’un, BALB/c ve C57BL/6 farelerinde M-hücreleri apikal yüzeyinde bulunan hücresel prion proteini (PrPC) bir reseptör olarak kullandığı ve konak hücre içine bu yolla girebildiği tespit edilmiştir (Nakato ve ark. 2012). İntra-epitelyal fagositler B.
abortus’un lamina propria ve submukozasına trans-epitelyal göçünü ve taşınmasını sağlar. Opsonize olan B. abortus komplement veya Fc reseptörleri ile, opsonize olmayan Brucella ise lektin ve fibronektin reseptörleri aracılığı ile etkileşime girerek penetre olurlar (Carvalho ve ark. 2010).
Brucella için önemli virülens faktörlerinden biri olan LPS’in O-zinciri ile makrofajın yüzeyinde bulunan lipid-sal (lipid raft) etkileşimi sonucu bakteri konak hücre içine girerek, erken fagozomu oluşturur (Porte ve ark. 2003, Roop ve ark.
2009). Opsonize bakterilerde, aktif makrofaj içerisinde erken fagozomlar, lizozomlar ile birleşerek fagolizozomları oluştururlar. Fagolizozomların asidik yapısı opsonize bakterilerin ölümüne yol açar (Starr ve ark. 2008). Yapılan deneysel enfeksiyon çalışmasında BHK-21 (Baby Hamster Kidney/Yavru hamster böbrek) hücreleri kullanıldığında, attenüe Brucella strain 19 (S19) suşunun hücreleri enfekte edebilmesine rağmen, etken enfeksiyonun geç aşamalarında Brucella içeren kompartmanların lizozom ile birleşmesi sonucu oluşan otofagozomlar içerisinde yıkımlanır (Pizarro-Cerdá ve ark. 2000). Opsonize olmayan Brucella, LPS’in O-zinciri ile makrofaj yüzeyinde bulunan lipit sala (lipid raft) tutunarak hücre içine girer. Enfeksiyondan yaklaşık 1 saat sonra Brucella içeren vakuol endoplazmik retikulum ile etkileşime girer. Bakteri enfeksiyondan 10-12 saat sonra endoplazmik retikulumda replike olmaya başlar. Enfeksiyonun ardından yaklaşık 48 saat sonra, hücre içinin tamamen bakteri ile dolması veya besin maddelerinin tükenmesini takiben bakteri hücreyi lize ederek dışarı saçılır ve diğer hücrelerin enfeksiyonu şekillenmeye başlar (Celli 2006, Carvalho ve ark. 2010).
Brucella patogenezinde rol oynayan bir diğer virülens faktör, virB operonu tarafından kodlanan “Tip IV sekresyon sistemi” (T4SS)’dir (de Jong ve Tsolis 2012).
T4SS yapısı, Legionella pneumophila, Coxiella burnetii, Bartonella spp., Helicobacter pylori, Bordetella pertussis ve Rickettsia prowazekii gibi birçok Gram negatif bakteride, efektör proteinlerin konak hücre içerisinde transloke edilmesinde
görevlidir (Llosa ve ark. 2009). Brucella’da ise bakterinin fagosite edilmesi ile oluşan fagolizozomun asit ortamı T4SS’yi uyarır. Uyarılan T4SS ile konak hücre sitoplazmasında tanımlanan 11 Brucella proteininin 5’i {BAB1_0678 (BspA), BAB1_0712 (BspB), BAB1_0847 (BspC), BAB1_1671 (BspE) ve BAB1_1948 (BspF)} hücre içine aktarılır. Enfeksiyon sırasında bu proteinlerin hücre salgı yolağını etkileyerek konakçı protein sentezini engellediği ve protein salgısını baskıladığı belirlenmiştir. Bu etkiler ile Brucella interferensi sağlanırken, hücre içi çoğalma ve in vivo persistenliğin desteklendiği rapor edilmiştir. Bu aşamada Brucella içeren vakuol oluşur ve endoplazmik retikulum ile etkileşime girer (Celli 2006, Myeni ve ark. 2013). Oluşan endoplazmik retikuluma bağlı kompartmanlar, Brucella’nın makrofaj, epitel hücre hatları ve plasental trofoblastlarda hücre içi replikasyonu için uygun alanlar oluşturur. Brucella bu mekanizma ile retiküloendotelyal sistemin fagositik hücreleri ile fagositik hücre özelliği göstermeyen trofoblastlarda çoğalabilirken, kompartmanlar sayesinde persiste kalarak kronik enfeksiyon halini alabilmektedir (Xavier ve ark. 2010).
B. abortus için önemli bir diğer virülens faktörün betain aldehid dehidrojenaz (BetB) (Gen Bankası ID: 006932) olduğu rapor edilmiştir. Yapılan deneysel enfeksiyon çalışmasında BetB geninin B. abortus’un hiperozmotik çevre ve ozmotik stres koşullarına direnç sağlanmasında görevli olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında bakterinin hedef hücreye girişinde, hücre içi trafikte ve hücre içi çoğalmada rol oynadığı tespit edilmiştir. İlaveten araştırıcılar B. abortus’un virülens ve patogenezinde etkili olduğunu tespit ettikleri BetB geni silinmiş mutant Brucella suşunun Brucellozisin kontrolünde canlı aşı olarak kullanılabileceğini rapor etmişlerdir (Lee ve ark. 2014).
Brucella etkenleri sığırlarda vücuda deri, konjiktiva, solunum sistemi veya gastrointestinal sistemi aracılığı ile girer. Sonrasında etken bölgesel lenf düğümlerine yerleşir ve lenfatik damarlar ile kan dolaşımına geçer (Anderson ve ark. 1986, Ko ve Splitter 2003). Etken, bakteriyemi sonucu epitelyal hücre hatlarına ve sığır trofoblastik hücrelere, lenf düğümleri, gebe uterus, testisler, tendo kılıfları, meme dokusu ve seyrek olarak da eklemlere yerleşir. Bu organ ve dokulara lokalize olan bakteriler, makrofajların ve epiteloid hücrelerin infiltrasyonuna neden olarak bu
bölgelerde makrofaj yığılmaları şekillenir (Carvalho ve ark. 2010, Poester ve ark.
2013).
Sığırların fötal zar ve plasental trofoblast hücrelerinden gebeliğin son trimesterinde salgılanan ve 4-karbon alkol şekeri yapısındaki eritritol, Brucella etkenlerinin (özellikle B. abortus) tercih ettiği karbon ve enerji kaynağıdır (Sperry ve Robertson 1975, Samartino ve Enright 1993). Eritritol varlığında genital kanalda hızla çoğalan Brucella’nın kotiledonlarda yangısal ve nekrotik değişiklikler meydana getirdiği belirlenmiştir. Meydana gelen değişimler sonucu fötusun beslenme ve gelişmesi engellenerek fötal ölüm ve abort vakaları gerçekleşir (Jain ve ark. 2012).
Etken fötusa ait koriyonik villi epitellerinde üredikten sonra koriyon ve uterus mukozası arasına yayılır. Villilerde oluşan dejenerasyon ve yıkımlanma sonucu meydana gelen fibrinopurulent eksudat fötal ve maternal zarlar arasındaki bağlantının gevşemesine ve fötal membranın ayrılmasına neden olur. Böylece fötusun abortu gerçekleşir. İnsan plasentasında eritritol bulunmaz ve bundan dolayı insanlarda, Brucella enfeksiyonlarına bağlı abortların meydana gelmediği rapor edilmiştir (Smith ve ark. 1962, Poole ve ark. 1972, Khan ve ark. 2001).