Борелия бурғдорфери: Лайм ауруының қоздырғышы және зерттелуі
Borrelia burgdorferi
Borrelia burgdorferi бактериясы Лайм ауруын қоздырғыштарының бірі. Жылдам өспейтін, зертханалық трансформацияға түсетін микроорганизм. Лайм ауруы туралы толық ақпарат!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бактерия түрлері
Species of bacteria
Borrelia burgdorferi – Borrelia туысына жататын спирохеталар класының бактериялық түрі және адамдарда Лайм ауруын қоздыратын негізгі себептердің бірі. Лайм ауруын тудыратын бірнеше ұқсас генотиптермен бірге, ол Borrelia burgdorferi sensu lato түрлер кешенін құрайды. Қазіргі кезде кешенге 20 бекітілген және 3 ұсынылған генотип кіреді.
Borrelia burgdorferi is a bacterial species of the spirochete class in the genus Borrelia, and is one of the causative agents of Lyme disease in humans. Along with a few similar genospecies, some of which also cause Lyme disease, it makes up the species complex of Borrelia burgdorferi sensu lato. The complex currently comprises 20 accepted and 3 proposed genospecies.
Метаболизм
B. burgdorferi – 24-48 сағат ішінде екі есе көбейетін, баяу өсетін, микроаэрофильді спирохета.
B. burgdorferi is a slow growing microaerophilic spirochete with a doubling time of 24 to 48 hours.
Түрлендіру
Зерттеушілер Borrelia burgdorferi арасындағы белгілі бір патогендік гендерді оқшаулау мақсатында бактериялық трансформацияны пайдаланған. B. burgdorferi штаммдары трансформация үшін қажетті ДНК-ның көп мөлшеріне, сенімді трансформацияланған бактерияларды алуға кететін уақытқа және шектеу-модификация жүйелерінің әсеріне байланысты бактериялық трансформацияға қолдану үшін жеткіліксіз болып көрінеді. Шындығында, B. burgdorferi-нің инфекциялық қабілеті көбінесе pncA генін қажет етеді, ол трансформация кезінде жоғары селекцияға ұшырайтын bbe02 генін қамтитын бактериялық плазмидада кездеседі. Осы гендер көбінесе жұптасқандықтан, инфекциялық қабілет трансформация кезінде жоғалып, Borrelia burgdorferi патогендігіне қатысты белгілі бір гендерді анықтауға бағытталған зерттеулерге кедерес келтіреді. Бұл тұрғысынан, B. burgdorferi-нің құпиясын ашуда белгілі бір прогрессқа қол жеткізілді, мысалы, сүтқоректілерді инфекциялау үшін маңызды cyaB генінің табылуы.
Bacterial transformation has been utilized by researchers in order to isolate specific pathogenic genes among the Borrelia burgdorferi. B. burgdorferi strains appear to be highly insufficient for use in bacterial transformation due to the large amount of DNA needed for transformation, the time it takes to produce reliable transformants, and the influence of restriction modification systems. In fact, infectivity of B. burgdorferi often requires the gene pncA, which is present on a bacterial plasmid that contains the gene bbe02 that is highly selected against during transformation. Since these genes are often paired together, infectivity is selected against in transformation, counteracting research to pinpoint particular genes that function in pathogenicity of Borrelia burgdorferi. Despite this, some headway has been made in unraveling the mysteries of B. burgdorferi, such as the discovery of gene cyaB as essential for mammalian infection.
Өмірлік цикл
B. burgdorferi Ixodes құйрықтары мен омыртқалы жануарлар арасында энзоотиялық циклмен айналысады. Алайда, транс-овулярлық берілудің сирек жағдайлары кездеседі. Құйрық инфекцияланғаннан кейін, B. burgdorferi-ді басқа омыртқалы жануарға қоректену арқылы таратады, осылай цикл аяқталады. Нимфалар ересек құйрықтарға айналады, олар көбінесе B. burgdorferi-дің тіршілігін сақтауға қабілетсіз үлкен сүтқоректілермен қоректенеді.
B. burgdorferi circulates between Ixodes ticks and a vertebrate host in an enzootic cycle. but rare cases of transovarial transmission exist. Once a tick is infected, it will then transmit B. burgdorferi by feeding on another vertebrate to complete the cycle. Nymphs molt into adult ticks, which usually feed on larger mammals that are not able to support the survival of B. burgdorferi.
Ауру
B. burgdorferi Лайм ауруын қоздыратын агент болып табылады және осы бактерияның маңыздылығы мен зерттелу себебі де осы. Көбінесе ол құйрықтардан адамға жұғады. Адамдар осы бактерия үшін құйрықтың иесі ретінде қызмет етеді. Лайм ауруы – Ixodes құйрығы арқылы жұғатын зооноздық, векторлық ауру (сонымен қатар Babesia және Anaplasma үшін де вектор болып табылады). Жұққан нимфалық құйрық адамға қан сорғанда сілекейі арқылы B. burgdorferi жұқтырады. Жұқпаның сатысына байланысты. B. burgdorferi жұқпасы бастапқы теріде таралған ірі B-клеткалы лимфомалармен (PCDLBCL) байланысты болуы мүмкін, және 2010 жылға дейінгі әдебиеттерді қарап шығу нәтижесінде тексерілген көптеген PCDLBCL антибиотиктерге «жауап бермейтін» болып табылған; бөртпе басылғаннан кейін алғашқы симптомдар «гриппке ұқсас» белгілер ретінде көрінеді. Осы кезеңде антибиотиктер аурудың одан әрі дамуын және аурудың негізгі симптомдары пайда болмас бұрын оның белгілерін болдырмау үшін ең тиімді. Сәйкесінше, Ixodes құйрығы бір иеге екі немесе басқа барлық ауруларды бірдей жұқтыруы мүмкін. Ие бірнеше ауруға жұққанда, аурулардың біріккен әсері синергиялық болып келеді, көбінесе жеке инфекцияға қарағанда нашар симптомдарға әкеледі. Жұққан кезде B. burgdorferi эндотелиялық жасушалармен, тромбоциттермен, хондроциттермен және жасушадан тыс матрицамен өзара әрекеттесетін ақуыздарды өндіреді. Сонымен қатар, Borrelia burgdorferi комплемент жүйесінің классикалық жолын тікелей тежеуге қабілетті стратегияға ие. Borrelia burgdorferi бетінде экспрессияланатын BBK32 боррелиалдық липопротеин классикалық жолдың бастаушы протеаза кешені C1-ге байланысады. Нақтырақ айтқанда, BBK32 C1 кешенінің C1r суббөлімшесімен өзара әрекеттеседі. BBK32 белоктың C терминалды домені байланысуды қамтамасыз етеді. Нәтижесінде C1 белсенді емес күйде тұрақтап қалады.
B. burgdorferi is the causative agent of Lyme disease and is why this bacteria is so important and being studied. It is most commonly transmitted from ticks to humans. Humans act as the tick's host for this bacteria. Lyme disease is a zoonotic, vector borne disease transmitted by the Ixodes tick (also the vector for Babesia and Anaplasma). The infected nymphal tick transmits B. burgdorferi via its saliva to the human during its blood meal. depending on the stage of infection. B. burgdorferi infections have been found in possible association with primary cutaneous diffuse large B cell lymphomas (PCDLBCLs), where a review of the primary literature has, as of 2010, noted that most of the PCBCLs examined have been 'unresponsive' to antibiotics; Once the rash starts to subside the first symptoms can manifest as "flu like" symptoms. At this stage, antibiotics are most efficacious to prevent further growth and symptoms of the disease before the major symptoms manifest. Consequently, it is possible for an Ixodes tick to coinfect a host with either two or all other diseases. When a host is coinfected, the combined effects of the diseases act synergistically, often proving to cause worse symptoms than a single infection alone While infecting, B. burgdorferi will express proteins that will interact with endothelial cells, platelets, chondrocytes, and the extracellular matrix. In addition, Borrelia burgdorferi has a strategy to directly inhibit the classical pathway of complement system. A borrelial lipoprotein BBK32, expressed on the surface of Borrelia burgdorferi, binds the initiating protease complex C1 of the classical pathway. More specifically, BBK32 interacts with C1r subunit of C1. C terminal domain of the BBK32 protein mediates the binding. As a result, C1 is trapped in an inactive form.
Геном
B. burgdorferi (B31 штамы) 1995 жылы Haemophilus influenzae және Mycoplasma genitalium геномдары секвенирленгеннен кейін екінші секвенирленген микробалық геном болды. Оның сызықтық хромосомасында 910 725 негіз жұптары және 853 ген бар. Қолданылған секвенирлеу әдісі – геномдық толық секвенирлеу. 1997 жылы Nature журналында және 2000 жылы Molecular Microbiology журналында жарияланған секвенирлеу жобасы Геномдық зерттеулер институтында жүргізілді. Жалпы, B. burgdorferi геномы бір мегабазалық хромосомадан және 9-дан 62 килобазаға дейінгі көлемдегі түрлі шеңберлі және сызықтық плазмидтерден тұрады. Көптеген басқа эубактериялардан айырмашылығы, мегабазалық хромосома бактерияның вируленттілігіне немесе иесі мен паразит арасындағы өзара әрекеттесуге ешқандай қатысы жоқ. Әрбір геномдық топтың мембраналық рецепторларында иесінің инфекциясына тән әртүрлі антигендер болады. Мұндай мембраналық рецепторлардың бірі – беттік белок OspC.
B. burgdorferi (B31 strain) was the third microbial genome ever sequenced, following the sequencing of both Haemophilus influenzae and Mycoplasma genitalium in 1995. Its linear chromosome contains 910,725 base pairs and 853 genes. The sequencing method used was whole genome shotgun. The sequencing project, published in Nature in 1997 and Molecular Microbiology in 2000, was conducted at The Institute for Genomic Research. Overall, B. burgdorferi genome oddly consists of one megabase chromosome and a variety of circular and linear plasmids ranging in size from 9 to 62 kilobases. The megabase chromosome, unlike many other eubacteria, has no relation to either the bacteria's virulence or to the host parasite interaction. Each genomic group has varying antigens on its membrane receptor, which are specific to the infection of the host. One such membrane receptor is the surface protein OspC.
Бактериофаг
Бактериофагтардың салыстырмалы түрде аз саны B. burgdorferi-ге жұқтыратыны белгілі. Бірнеше фаг бөлшектері оқшауланды және кейбір деректер олардың 8 кб екі тізбекті ДНК (dsDNA) геномға ие екенін көрсетті. Ең жақсы зерттелген Боррелия фагтарының бірі – φBB 1, полиэдрлі бас және 90 нм ұзындығындағы жирылатын құйрығы бар фаг. φBB 1 Лайм ауруын тудыратын Боррелия түрлеріндегі гендердің көлденең берілуі үшін трансдукцияны дәлелдеген алғашқы бактериофаг болды. Қазіргі зерттеулер бактериофагтарды Лайм ауруына әкелетін спирохеталардың вируленттілік факторларын анықтау жолы ретінде пайдалануға бағытталған.
Relatively few bacteriophages are known to infect B. burgdorferi. Several phage particles were isolated and some evidence suggested that they had an 8 kb dsDNA genome. Among the best studied Borrelia phages is φBB 1, a phage with a polyhedral head and a contractile tail of 90 nm in length. φBB 1 was the first bacteriophage that provided evidence of transduction for lateral gene transfer in Borrelia species that cause Lyme Disease. Current research aims to use bacteriophages as way of identifying virulence factors in spirochaetes that lead to Lyme Disease.
Эволюция
ОСПК тізбегімен анықталған генетикалық түрлі B. burgdorferi штаммдары АҚШ-тың Солтүстік-Шығысында кездеседі. Теңгерімді таңдау B. burgdorferi-нің генетикалық әртүрлілігін сақтау үшін ospC немесе оған жақын тізбекке әсер етуі мүмкін. Теңгерімді таңдау – геннің бірнеше нұсқасының гендік қорында күтпегендей жоғары жиілікте сақталу процесі. B. burgdorferi-нің таңдау тепе-теңдігін анықтайтын екі негізгі модель – жиілікке кері тәуелді таңдау және көп нишалы полиморфизм. Бұл модельдер B. burgdorferi-нің қалай түрленгенін және таңдаудың B. burgdorferi түрлерінің таралуына немесе белгілі бір ортадағы түрлердің нақты белгілерінің өзгеруіне қалай әсер еткенін түсіндіруге болады.
Genetically diverse B. burgdorferi strains, as defined by the sequence of ospC, are maintained within the Northeastern United States. Balancing selection may act upon ospC or a nearby sequence to maintain the genetic variety of B. burgdorferi. Balancing selection is the process by which multiple versions of a gene are kept within the gene pool at unexpectedly high frequencies. Two major models that control the selection balance of B. burgdorferi is negative frequency dependent selection and multiple niche polymorphism. These models may explain how B. burgdorferi have diversified, and how selection may have affected the distribution of the B. burgdorferi variants, or the variation of specific traits of the species, in certain environments.
Теріс жиілікке тәуелді таңдау
Теріс жиілікке тәуелді таңдауда, сирек және аз кездесетін варианттар, ортада өте көп таралған варианттарға қарағанда таңдау артықшылығына ие болады. B. burgdorferi үшін, төмен жиілікті варианттар артықшылықты болады, себебі потенциалдық жануарлардың осы вариантқа тән OspC сыртқы ақуызына қарсы иммундық жауап беру мүмкіндігі азаяды.
In negative frequency dependent selection, rare and uncommon variants will have a selective advantage over variants that are very common in an environment. For B. burgdorferi, low frequency variants will be advantageous because potential hosts will be less likely to mount an immunological response to the variant specific OspC outer protein.
Көпше нишалы полиморфизм
Экологиялық нишалар – қоршаған ортадағы организмнің тіршілікке бейімділігіне әсер ететін ресурстар, бәсекелестер және реакциялар сияқты барлық факторлардың жиынтығы. Көп нишалы полиморфизм тұжырымы бойынша, популяция ішіндегі әртүрлілік мүмкін болатын нишалар мен орталардың сан алуандығының нәтижесінде сақталады. Демек, нишалардың қаншалықты әртүрлі болса, полиморфизм мен әртүрлілік мүмкіндігі де соншалықты жоғары. B. burgdorferi үшін бұғы және тышқан сияқты әртүрлі омыртқалы жануарлардың нишалары, варианттарға қатысты тепе-теңдік таңдауға әсер етуі мүмкін.
Ecological niches are all of the variables in an environment, such as the resources, competitors, and responses, that contribute to the organism's fitness. Multiple niche polymorphism states that diversity is maintained within a population due to the varying amount of possible niches and environments. Therefore, the more various niches the more likelihood of polymophrism and diversity. For B. burgdorferi, varying vertebrae niches, such as deer and mice, can affect the overall balancing selection for variants.