Pro gradu Borrelian pleomorfisista muodoista

[Sailairina]

Jyväskylän yliopisto 2014

https://jyx.jyu.fi/dspace/handle/123456789/44702#

Unraveling the pleomorphic forms of Borrelia burgdorferi

Nimeke: Unraveling the pleomorphic forms of Borrelia burgdorferi
Tekijä: Herranen, Anni
Tiivistelmä: Borrelia burgdorferi bakteeri on puutiaisten välittämän borrelioosin taudinaiheuttaja. Tämä tavanomaisesti spirokeettana esiintyvä bakteeri kykenee vaihtamaan muotoaan ympäristöolosuhteiden muuttuessa epäsuotuisiksi. Borrelia-bakteerin eri esiintymismuotojen uskotaan olevan borrelioosin pitkittyneen taudinkuvan takana, minkä vuoksi näiden muotojen tutkiminen on tärkeää. Tämän pro gradu –työn tavoitteena oli tutkia B. burgdorferin pleomorfisia muotoja ja löytää muotoja erottavia morfologisia tekijöitä sekä eroja proteiiniekspressiossa ja borrelioosipotilasseerumivasteessa spirokeettojen ja pyöreän esiintymismuodon välillä. Olettamuksena oli, että konfokaalimikroskopialla muotojen väliltä löydetään rakenteellisia eroja lipidi- ja hiilihydraattiarkkitehtuurissa. Myös proteiiniekspression ja borrelioosipotilaiden seerumivasteen oletettiin olevan yksilöllinen kullekin muodolle. Kollageeniin sitoutuva Acid Fuchsin –väri värjäsi ainoastaan biofilmejä, kun taas N-asetyyliglukosamiineihin sitoutuva WGA-väri (Wheat Germ Agglutinin) tarttui vain vedellä aikaansaadun pyöreän esiintymismuodon (round body) pinnalle. WGA-värjäyksen tulos viittaa peptidoglykaanin paljastumiseen bakteerin ulkopinnalla pyöreässä esiintymismuodossa. Läpäisyelektronimikroskooppikuvista koottiin kuvasarja mallintamaan spirokeetan laskostumista pyöreään esiintymismuotoon. Lisäksi näistä kuvista tarkasteltiin kaksoiskalvorakenteen ja flagellojen säilymistä pyöreässä esiintymismuodossa ja havaittiin neljän päivän inkuboinnin ihmisen seerumissa aiheuttavan muodon muutoksen pyöreään esiintymismuotoon. Lisäksi ihmisen seerumin havaittiin aiheuttavan runsasta vesikkelien eritystä sekä protoplasmisen sylinterin turpoamista. Flagellan säilyminen pyöreässä esiintymismuodossa todettiin lisäksi immunoleimaamalla flagella p41 -vasta-aineella. Flagellan säilyminen ja vesikkeleiden eritys viittaavat siihen, että pyöreä esiintymismuoto kykenee aiheuttamaan immuunivasteen. Lisäksi WGA-värjäys todisti ainakin toisen soluseinän pääkomponentin, N-asetyyliglukosamiinien, esiintymisen myös pyöreässä esiintymismuodossa. Näin ollen tulokset haastavat olettamuksen, että pyöreä esiintymismuoto olisi soluseinätön. Spirokeettojen ja pyöreän esiintymismuodon proteiiniprofiileja verrattiin keskenään kaksiulotteisella geelielektroforeesilla, eikä pyöreän esiintymismuodon proteiinimäärän havaittu olevan pienempi kuin spirokeettojen, mitä olisi voitu olettaa mikäli ulkokalvo olisi vahingoittunut. Sen sijaan havaittiin useiden 15-40 kDa proteiinien ekspression olevan suurempi pyöreässä esiintymismuodossa. Spirokeettojen ja pyöreiden esiintymismuotojen antigeenisyyttä vertailtiin borrelioosipotilasseerumien avulla. Vasta-aineet näyttivät vaihtelevan voimakkaasti seerumien välillä. Kuitenkin muodot aiheuttivat selkeästi erotettavat, yksilölliset immuunivasteet, mikä viittaa myös pyöreän esiintymismuodon olevan kliinisesti merkittävä muoto. Useat kokeessa käytetyistä seerumeista näyttivät reagoivan voimakkaammin pyöreän esiintymismuodon proteiinien kanssa. Näiden kokeiden pohjalta on mahdollista jatkaa työvälineiden valmistelua B. burgdorferin eri esiintymismuotojen yksilölliseksi tunnistamiseksi, mikä voisi parantaa bakteerin havainnointia borrelioositesteissä.

[Sailairina]

Microbiology. 2015 Jan 6. pii: mic.0.000027. doi: 10.1099/mic.0.000027. [Epub ahead of print]

Morphological and biochemical features of Borrelia burgdorferi pleomorphic forms.
Meriläinen L1, Herranen A1, Schwarzbach A2, Gilbert L1.

Author information
• 1University of Jyväskylä
• 2Borreliose Centrum Augsburg.

Abstract
Spirochete bacteria Borrelia burgdorferi sensu lato is the causative agent of Lyme disease, the most common tick-borne infection in the Northern hemisphere. There is a long-standing debate regarding the role of pleomorphic forms in Lyme disease pathogenesis, while very little is known about the characteristics of these morphological variants. Here, we present a comprehensive analysis of B. burgdorferi pleomorphic formation in different culturing conditions at physiological temperature. Interestingly, human serum induced the bacteria to change its morphology to round bodies. In addition, biofilm-like colonies in suspension were found to be part of B. burgdorferi's normal in vitro growth. Further studies provided evidence that spherical round bodies had an intact and flexible cell envelope demonstrating that they are not cell wall deficient, or degenerative as previously implied. However, the round bodies displayed lower metabolic activity compared to spirochetes. Furthermore, our results indicated that the different pleomorphic variants were distinguishable by having unique biochemical signatures. Consequently, pleomorphic B. burgdorferi should be taken into consideration as being clinically relevant and influence the development of novel diagnostics and treatment protocols.