Введение

Виды бактерий

Borrelia burgdorferi — это вид бактерий класса спирохет рода Borrelia, являющийся одним из возбудителей болезни Лайма у человека. Вместе с несколькими близкими генотипами, некоторые из которых также вызывают болезнь Лайма, он составляет комплекс видов Borrelia burgdorferi sensu lato. В настоящее время комплекс включает 20 общепризнанных и 3 предлагаемых генотипов.

Метаболизм

B. burgdorferi — медленно растущая микроаэрофильная спирохета с временем удвоения от 24 до 48 часов.

Преобразование

Бактериальная трансформация использовалась исследователями для выделения специфических патогенных генов у Borrelia burgdorferi. Штаммы B. burgdorferi, по всей видимости, обладают низкой эффективностью при использовании в бактериальной трансформации из-за большого количества ДНК, необходимого для трансформации, длительности получения стабильных трансформантов и влияния систем рестрикции-модификации. Фактически, для инфекционной способности B. burgdorferi часто требуется ген pncA, который находится на бактериальной плазмиде, содержащей ген bbe02, подвергающийся сильному негативному отбору в процессе трансформации. Поскольку эти гены часто встречаются вместе, инфекционность подавляется в ходе трансформации, что затрудняет исследования, направленные на точное определение генов, участвующих в патогенности Borrelia burgdorferi. Тем не менее, определенный прогресс в изучении B. burgdorferi был достигнут, например, было установлено, что ген cyaB необходим для инфицирования млекопитающих.

Жизненный цикл

B. burgdorferi циркулирует между клещами Ixodes и позвоночным хозяином в энзоотическом цикле, однако существуют редкие случаи трансвариальной передачи. Как только клещ заражен, он передает B. burgdorferi при питании другим позвоночным, завершая тем самым цикл. Нимфы превращаются во взрослых клещей, которые обычно питаются более крупными млекопитающими, не способными поддерживать выживание B. burgdorferi.

Болезнь

B. burgdorferi является возбудителем болезни Лайма, и именно поэтому эта бактерия так важна и изучается. Чаще всего она передается от клещей к человеку. Люди служат для клещей хозяином этой бактерии. Болезнь Лайма – это зоонозное, векторно-передающееся заболевание, переносимое клещами рода Ixodes (также переносчиком бабезиоза и анаплазмоза). Зараженный нимфальный клещ передает B. burgdorferi через свою слюну человеку во время кровососания, в зависимости от стадии инфекции. Случаи инфекций B. burgdorferi были выявлены в возможной связи с первичными диффузными крупноклеточными B-клеточными лимфомами (PCDLBCL), и обзор первичной литературы, по состоянию на 2010 год, показал, что большинство исследованных PCDLBCL оказались "нечувствительными" к антибиотикам. После того, как сыпь начинает стихать, первые симптомы могут проявляться как симптомы, "похожие на грипп". На этой стадии антибиотики наиболее эффективны для предотвращения дальнейшего роста бактерий и развития симптомов болезни до появления основных проявлений. Следовательно, клещ Ixodes может одновременно заразить хозяина двумя или всеми остальными заболеваниями. При коинфекции, совместное действие заболеваний проявляется синергически, часто вызывая более тяжелые симптомы, чем при однократной инфекции. В процессе инфицирования B. burgdorferi экспрессирует белки, взаимодействующие с эндотелиальными клетками, тромбоцитами, хондроцитами и внеклеточным матриксом. Кроме того, Borrelia burgdorferi разработала стратегию прямого ингибирования классического пути системы комплемента. Борелиальный липопротеин BBK32, экспрессируемый на поверхности Borrelia burgdorferi, связывается с инициальным протеазным комплексом C1 классического пути. В частности, BBK32 взаимодействует с субъединицей C1r комплекса C1. С-концевой домен белка BBK32 опосредует это связывание. В результате, C1 оказывается заблокированным в неактивной форме.

Геном

B. burgdorferi (штамм B31) стал третьим микробиологическим геномом, который был секвенирован, после секвенирования Haemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium в 1995 году. Его линейная хромосома содержит 910 725 пар оснований и 853 гена. Для секвенирования был использован метод случайного секвенирования генома (whole genome shotgun). Проект секвенирования, результаты которого были опубликованы в журналах Nature в 1997 году и Molecular Microbiology в 2000 году, был выполнен в Институте геномных исследований. В целом, геном B. burgdorferi необычно состоит из одной мегабазной хромосомы и разнообразного набора циркулярных и линейных плазмид размером от 9 до 62 килобаз. В отличие от многих других эубактерий, мегабазная хромосома не связана ни с вирулентностью бактерии, ни с взаимодействием с хозяином и паразитом. Каждая геномная группа имеет различные антигены на мембранных рецепторах, специфичные для инфицирования хозяина. Одним из таких мембранных рецепторов является поверхностный белок OspC.

Бактериофаг

Относительно немного бактериофагов известно, способных инфицировать B. burgdorferi. Было выделено несколько фаговых частиц, и некоторые данные указывают на то, что их геном представляет собой двухцепочечную ДНК размером 8 кБ. Среди наиболее изученных фагов Borrelia выделяется φBB 1 – фаг с многогранной головкой и сокращающимся хвостом длиной 90 нм. φBB 1 стал первым бактериофагом, предоставившим доказательства трансдукции как механизма горизонтального переноса генов у видов Borrelia, вызывающих болезнь Лайма. Современные исследования направлены на использование бактериофагов для идентификации факторов вирулентности спирохет, связанных с развитием болезни Лайма.

Эволюция

Генетически разнообразные штаммы B. burgdorferi, определяемые последовательностью ospC, поддерживаются в северо-восточных Соединенных Штатах. Балансирующий отбор может действовать на ospC или расположенную рядом последовательность, поддерживая генетическое разнообразие B. burgdorferi. Балансирующий отбор – это процесс, при котором несколько вариантов гена сохраняются в генофонде с неожиданно высокой частотой. Две основные модели, регулирующие баланс отбора у B. burgdorferi, – это отрицательная частотно-зависимая селекция и полиморфизм по экологическим нишам. Эти модели могут объяснить, как B. burgdorferi диверсифицировалась, и как селекция могла повлиять на распространение вариантов B. burgdorferi или изменчивость специфических признаков вида в определенных условиях окружающей среды.

Отбор, зависящий от отрицательной частоты

При отрицательном частотном зависимом отборе редкие и малочисленные варианты будут иметь селективное преимущество перед вариантами, которые широко распространены в популяции. Для B. burgdorferi варианты с низкой частотой будут выгодны, поскольку у потенциальных хозяев будет меньше шансов выработать иммунологический ответ на специфичный для данного варианта наружный белок OspC.

Полиморфизм с несколькими нишами

Экологические ниши – это совокупность всех переменных в среде обитания, таких как ресурсы, конкуренты и адаптивные реакции, которые влияют на приспособленность организма. Концепция полиморфизма по экологическим нишам утверждает, что разнообразие поддерживается внутри популяции благодаря разнообразию доступных ниш и сред обитания. Следовательно, чем больше разнообразие ниш, тем выше вероятность полиморфизма и биоразнообразия. У бактерии B. burgdorferi разнообразие ниш, связанных с различными позвоночными хозяевами, такими как олени и мыши, может влиять на общий балансирующий отбор вариантов.