Mikrobiologie lymské boreliózy - Lyme disease microbiology

Borrelia burgdorferi jeden z původců boreliózy (borelióza). Zvětšeno 400krát.

Boreliózu , neboli boreliózu , způsobují spirochetální bakterie z rodu Borrelia , který má 52 známých druhů. Tři hlavní druhy ( Borrelia garinii , Borrelia afzelii a Borrelia burgdorferi ss ) jsou hlavními původci onemocnění u lidí, zatímco řada dalších byla implikována jako možná patogenní. Druhy borrelií v komplexu druhů, o nichž je známo, že způsobují Lyme nemoc, se souhrnně nazývají Borrelia burgdorferi sensu lato ( sl ) nezaměňovat s jednotlivými druhy v tomto komplexu Borrelia burgdorferi sensu stricto, který je zodpovědný za téměř všechny případy lymské boreliózy v Severní Americe.

Borrelie jsou mikroaerofilní a pomalu rostoucí-primární důvod dlouhých zpoždění při diagnostice lymské choroby-a bylo zjištěno, že mají větší rozmanitost kmenů, než se dříve odhadovalo. Kmeny se liší klinickými příznaky a/nebo prezentací a také geografickou distribucí.

S výjimkou Borrelia recurrentis (která způsobuje veš relapsující horečku a je přenášena vešemi lidského těla) se předpokládá, že všechny známé druhy jsou přenášeny klíšťaty .

Druhy a kmeny

Až donedávna se předpokládalo, že způsobují boreliózu (boreliózu) pouze tři genospecies : B. burgdorferi s.s. (převládající druh v Severní Americe , ale také přítomný v Evropě ); B. afzelii ; a B. garinii (oba převládají v Eurasii ).

Na celém světě bylo identifikováno třináct odlišných genomových klasifikací bakterií Lyme choroby. Patří sem mimo jiné B. burgdorferi ss , B. afzelii , B. garinii , B. valaisana , B. lusitaniae , B. andersoni , 25015, DN127, CA55, 25015, HK501, B. miyamotoi a B. japonica . Mnoho z těchto genomových skupin je specifických pro zemi nebo kontinent. Například bez migrace B. B. japonica převládá pouze na východní polokouli.

Genomické variace mají přímý dopad na klinické příznaky klíšťové boreliózy. Například B. burgdorferi s.s. Lyme nemoc přenášená klíšťaty se může projevovat příznaky podobnými artritidě . Naproti tomu borelióza přenášená klíšťaty B. garinii může způsobit infekci centrálního nervového systému .

Rozvíjející se rodové druhy

Bylo také zjištěno, že nově objevené genospecies způsobují onemocnění u lidí:

  • B. lusitaniae v Evropě (zejména v Portugalsku), severní Africe a Asii.
  • B. bissettii ve Spojených státech a Evropě.
  • B. spielmanii v Evropě .

Mezi další genotypy B. burgdorferi sensu lato, u nichž existuje podezření, že způsobují onemocnění, ale které kultura nepotvrdila, patří B. japonica , B. tanukii a B. turdae (Japonsko); B. sinica (Čína); a B. andersonii (USA). Některé z těchto druhů jsou přenášeny klíšťaty, která v současné době nejsou uznávána jako přenašeči lymské boreliózy.

B. miyamotoi spirochete, související s horečkou recidivy skupiny spirochet je také podezřelý ze zavinění nemoci v Japonsku. Spirochety podobné B. miyamotoi byly nedávno nalezeny jak u klíšťat Ixodes ricinus ve Švédsku, tak u klíšťat I. scapularis v USA

Taxonomie

Viz také: Borrelia § Fylogeneze

Od roku 2021 je známo, že komplex druhů B. burgdorferi sl zahrnuje následující druhy :

Protože se tyto druhy rozlišují především geneticky, jsou obvykle označovány jako genospecies .

Epidemiologie

Lyme nemoc je nejvíce endemická v mírných oblastech severní polokoule , ale sporadické případy byly popsány v jiných oblastech světa.

Počet hlášených případů boreliózy se zvyšuje, stejně jako endemické regiony v Severní Americe. Z případů hlášených Centru pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) ve Spojených státech je míra infekce Lyme nemocí 7,9 případů na každých 100 000 osob. V 10 státech, kde je Lyme nemoc nejčastější, činil průměr 31,6 případů na 100 000 osob za rok 2005. Ačkoli je Lyme nemoc nyní hlášena ve 49 z 50 států USA (kromě Havaje), asi 99% všech hlášených případů jsou omezeny pouze na pět geografických oblastí ( Nová Anglie , střední Atlantik, východ-sever střední, jižní Atlantik a západní sever-střed).

V Evropě byly případy B. burgdorferi s.l. -infikovaná klíšťata se vyskytují převážně v Norsku, Nizozemsku, Německu, Francii, Itálii, Slovinsku a Polsku, ale byla izolována téměř ve všech zemích na kontinentu. Statistiky o borelióze pro Evropu lze nalézt na webových stránkách Eurosurveillance .

Borrelia burgdorferi s.l. -zamořená klíšťata se vyskytují častěji v Japonsku, stejně jako v severozápadní Číně a na východě Ruska. Borrelie byla izolována i v Mongolsku.

V Jižní Americe roste rozpoznávání a výskyt nemocí přenášených klíšťaty. Klíšťata přepravující B. burgdorferi s.l. , stejně jako nemoci přenášené klíšťaty a psy jsou v Brazílii zaznamenány široce, ale poddruh borrelie nebyl dosud definován. První hlášený případ boreliózy v Brazílii byl proveden v roce 1993 v Sao Paulu . Antigeny B. burgdorferi sensu stricto u pacientů byly identifikovány v Kolumbii a Bolívii . B. burgorferi byl hlášen na Bay Islands of Honduras.

V severní Africe , B. burgdorferi S. S. byl identifikován v Maroku , Alžírsku , Egyptě a Tunisku .

V západní a subsaharské Africe je klíšťová relapsující horečka uznávána již více než století, protože ji poprvé izolovali britští lékaři Joseph Everett Dutton a John Lancelot Todd v roce 1905. Borrelia v projevu lymské boreliózy v této oblasti je v současné době neznámý, ale důkazy naznačují, že se nemoc může objevit u lidí v subsaharské Africe. Hojnost hostitelů a přenašečů klíšťat by podpořila vznik infekce v Africe. Ve východní Africe byly v Keni hlášeny dva případy boreliózy .

V Austrálii neexistují žádné definitivní důkazy o existenci B. burgdorferi nebo o jakékoli jiné spirochetě přenášené klíšťaty, která může být zodpovědná za lokální syndrom hlášený jako Lyme nemoc. Případy neuroborreliozy byly zdokumentovány v Austrálii, ale často jsou připisovány cestování na jiné kontinenty. Existence boreliózy v Austrálii je kontroverzní.

Životní cyklus

Další informace: Zaškrtněte § Životní cyklus

Životní cyklus B. burgdorferi je složitý, vyžaduje klíšťata a druhy, které jsou kompetentními rezervoáry, často malými hlodavci . Myši jsou primárním rezervoárem bakterií.

Tvrdá klíšťata mají různé životní historie s ohledem na optimalizaci jejich šance na kontakt s vhodným hostitelem, aby bylo zajištěno přežití. Životní fáze měkkých klíšťat nelze snadno rozlišit. První fáze líhnutí z vajíčka, larva se šesti nohami, odebere od hostitele krevní moučku a vrhne se do první nymfální fáze. Na rozdíl od tvrdých klíšťat prochází mnoho měkkých klíšťat několika nymfálními stádii, jejichž velikost se postupně zvyšuje až do konečného roztavení do dospělé fáze.

Životní cyklus černohubého klíštěte, běžně nazývaného jelení klíště ( Ixodes scapularis ), zahrnuje tři růstová stádia: larva , nymfa a dospělý.

Zatímco B. burgdorferi je nejvíce spojován s klíšťaty jelenů a myší bělonohých , B. afzelli je nejčastěji detekován u vektorových klíšťat krmících hlodavce a B. garinii a B. valaisiana se zdají být spojeny s ptáky. Hlodavci i ptáci jsou kompetentními rezervoárovými hostiteli B. burgdorferi sensu stricto . Odolnost genospecií spirochét Lymeho choroby vůči bakteriolytickým aktivitám alternativního imunitního komplementárního systému různých hostitelských druhů může určovat jeho rezervoárovou hostitelskou asociaci.

Genomické charakteristiky

Genom B. burgdorferi (kmen B31) byl třetím mikrobiálním genomem, který byl kdy sekvenován, po sekvenování jak H. influenzae, tak M. genitalium v roce 1995, a jeho chromozom obsahuje 910 725 párů bází a 853 genů. Jedním z nejvýraznějších rysů B. burgdorferi ve srovnání s jinými bakteriemi je jeho neobvyklý genom , který je mnohem složitější než jeho spirochetální bratranec Treponema pallidum , původce syfilis . Kromě lineárního chromozomu obsahuje genom kmene B31 B. burgdorferi 21 plazmidů (12 lineárních a 9 kruhových) - zdaleka největší počet plazmidů nalezených v jakékoli známé bakterii. Genetická výměna, včetně plazmidových přenosů, přispívá k patogenitě organismu. Dlouhodobá kultura B. burgdorferi má za následek ztrátu některých plazmidů a změny v expresních proteinových profilech. Se ztrátou plazmidů je spojena ztráta schopnosti organismu infikovat laboratorní zvířata, což naznačuje, že plazmidy kódují klíčové geny zapojené do virulence .

Chemická analýza vnější membrány B. burgdorferi odhalila přítomnost 46% proteinů, 51% lipidů a 3% sacharidů.

Struktura a růst

B. burgdorferi je vysoce specializovaná, pohyblivá, dvouplášťová, plochě vlnitá spirocheta , o délce přibližně 9 až 32 μm. Vzhledem ke své obálce s dvojitou membránou je často mylně popisován jako gramnegativní , i když v barvení podle Grama slabě barví . Bakteriální membrány alespoň v kmenech B31, NL303 a N40 B. burgdorferi neobsahují lipopolysacharid , který je extrémně atypický pro gramnegativní bakterie; místo toho membrány obsahují glykolipidy . Bylo však zjištěno, že membrány v kmeni B31 obsahují složku podobnou lipopolysacharidům. B. burgdorferi je mikroaerofilní organismus, který k přežití vyžaduje málo kyslíku. Na rozdíl od většiny bakterií B. burgdorferi nepoužívá železo, čímž se vyhýbá obtížnému získávání železa během infekce. Žije především jako extracelulární patogen.

Stejně jako ostatní spirochety, jako je Treponema pallidum (agent syfilis ), B. burgdorferi má axiální vlákno složené z bičíků, které probíhají podélně mezi jeho buněčnou stěnou a vnější membránou. Tato struktura umožňuje spirochetu efektivně se pohybovat vývrtkou přes viskózní média, jako je pojivová tkáň .

B. burgdorferi roste velmi pomalu, doba zdvojení je 12–18 hodin (na rozdíl od patogenů, jako jsou Streptococcus a Staphylococcus , jejichž doba zdvojení je 20–30 minut).

Proteiny vnějšího povrchu

Vnější membrána B. burgdorferi se skládá z různých unikátních proteinů vnějšího povrchu (Osp), které byly charakterizovány (OspA až OspF). Tyto proteiny Osp jsou lipoproteiny ukotveny na N-konci připojených molekul mastných kyselin do membrány. Předpokládá se, že hrají roli ve virulenci, přenosu nebo přežití u klíštěte.

OspA, OspB a OspD jsou vyjádřeny B. burgdorferi bydlícím ve střevě nekrmených klíšťat, což naznačuje, že podporují perzistenci spirochety mezi klíšťaty mezi krevními jídly. Během přenosu na savčího hostitele, kdy se nymfální klíště začíná krmit a spirochety ve středním střevě se začínají rychle množit, většina spirochét přestává na svém povrchu exprimovat OspA. Souběžně s vymizením OspA začíná populace spirochetů ve středním střevě exprimovat OspC a migruje do slinné žlázy. Upregulace OspC začíná během prvního dne krmení a vrcholí 48 hodin po připojení.

Geny OspA a OspB kódují hlavní proteiny vnější membrány B. burgdorferi . Dva Osp proteiny vykazují vysoký stupeň podobnosti sekvence, což naznačuje nedávnou duplikační událost. Prakticky všechny spirochety ve středním střevě nekrmeného klíštěte nymfy exprimují OspA. OspA podporuje připojení B. burgdorferi k klíšťatovému proteinu TROSPA, přítomnému na epiteliálních buňkách střeva klíštěte. OspB má také zásadní roli v adherenci B. burgdorferi k střevu klíšťat. Ačkoli bylo prokázáno, že OspD se váže na extrakty střevního klíštěte in vitro , stejně jako OspA a OspB, není nezbytný pro připojení a kolonizaci střeva klíšťat a není vyžadován pro lidské infekce.

OspC je silný antigen ; detekce jeho přítomnosti hostitelským organismem stimuluje imunitní odpověď. Zatímco každá jednotlivá bakteriální buňka obsahuje pouze jednu kopii genu ospC , genová sekvence ospC mezi různými kmeny v každém ze tří hlavních druhů Lyme choroby je velmi variabilní. OspC hraje zásadní roli v počátečním stádiu infekce savců. U infikovaných klíšťat, která se živí savčím hostitelem, může být také nezbytný OspC, který umožní B. burgdorferi invazi a připojení k slinné žláze po opuštění střeva, i když ne všechny studie se shodují na takové roli proteinu. OspC se váže na protein slin klíšťat Salp15, který chrání spirochetu před komplementem a narušuje funkci dendritických buněk .

OspE a OspF byly původně identifikovány v kmeni B. burgdorferi N40. Tyto ospE a OSPF geny jsou konstrukčně uspořádány v tandemu jako jeden transkripční jednotky pod kontrolou společného promotoru. Jednotlivé kmeny B. burgdorferi nesou více příbuzných kopií lokusu ospEF , které jsou nyní souhrnně označovány jako geny Erp (Osp'E '/F podobné' r'elated 'p'rotein). V kmenech B31 a 297 B. burgdoreri zaujímá většina lokusů Erp stejnou pozici na více kopiích plazmidu cp32 přítomného v těchto kmenech. Každý lokus se skládá z jednoho nebo dvou genů Erp . Pokud jsou přítomny dva geny, jsou transkribovány jako jeden operon , i když v některých případech může interní promotor v prvním genu přepisovat i druhý gen. Přítomnost více proteinů Erp byla navržena jako důležitá pro umožnění B. burgdorferi vyhnout se zabíjení alternativní cestou komplementu široké škály potenciálních zvířecích hostitelů, protože jednotlivé proteiny Erp vykazovaly různé vzorce vazby na faktor H regulátoru komplementu od různých zvířat . Nedávno se však ukázalo , že přítomnost faktoru H není nutná k tomu, aby B. burgdorferi mohla infikovat myši, což naznačuje, že proteiny Erp mají další funkci.

Mechanismy perzistence

B. burgdorferi je citlivý na řadu antibiotik u lidí. Neošetřený B. burgdorferi však může u lidí přetrvávat měsíce nebo roky. V Severní Americe a Evropě může Lyme artritida přetrvávat, zatímco Evropa také zahrnuje přetrvávající kožní onemocnění zvané acrodermatitis chronica atrophicans .

Stejně jako borrelie, která způsobuje recidivující horečku , má B. burgdorferi schopnost měnit své povrchové proteiny v reakci na imunitní útok. Tato schopnost souvisí s genomovou složitostí B. burgdorferi a je to další způsob, jakým B. burgdorferi obchází imunitní systém a vytváří chronickou infekci.

Reference

externí odkazy