Forschung zeigt zum ersten Mal, dass das Lyme-Borreliose-Bakterium kein Eisen benötigt, um den Wirt zu infizieren

Forschung zeigt zum ersten Mal, dass das Lyme-Borreliose-Bakterium kein Eisen benötigt, um den Wirt zu infizieren
Forschung zeigt zum ersten Mal, dass das Lyme-Borreliose-Bakterium kein Eisen benötigt, um den Wirt zu infizieren
Anonim

ATHENS, Georgia – Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern der University of Georgia, die gerade in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden, zeigen, dass Borrelia burgdorferi, das Bakterium, das beim Menschen die Borreliose verursacht, das erste identifizierte pathogene Bakterium ist, das dies nicht tut Eisen brauchen oder benutzen.

"Alle bisher beschriebenen bakteriellen Krankheitserreger haben spezialisierte Systeme entwickelt, um Eisen von ihren Wirten aufzunehmen", sagte der Mikrobiologe Frank Gherardini. „Das aktuelle Dogma besagt, dass Bakterien, um beim Menschen erfolgreich zu sein, strenge Eisenbeschränkungen überwinden müssen, die ihnen der menschliche Körper auferlegt.Obwohl Eisen im Menschen reichlich vorhanden ist, liegt die Menge an freiem Eisen weit unter den Werten, die erforderlich sind, um das Wachstum der meisten Bakterien zu unterstützen. Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass B. burgdorferi nicht einmal Eisen benötigt. Eisen ist sogar extrem giftig."

Das Verständnis, wie diese Bakterien in der Lage sind, Menschen erfolgreich zu besiedeln und Krankheiten zu verursachen, wird die Forscher letztendlich zu effektiveren Wegen zur Vorbeugung und Kontrolle der Erkrankung führen.

Vor ungefähr 30 Jahren waren Ärzte verwirrt über eine große Anzahl von Arthritis-Fällen bei Kindern, die in und in der Nähe von Lyme, Connecticut, lebten, wurde durch ein Bakterium verursacht, das durch den Biss der Hirschzecke Ixoides scapularis auf den Menschen übertragen wurde. Seitdem wurden große Anstrengungen unternommen, um das Bakterium und seinen Lebenszyklus zu verstehen, und das Labor von Gherardini ist seit einigen Jahren daran beteiligt und hat viele Artikel zu diesem Thema veröffentlicht.Gherardinis Doktorand James E. Posey war Co-Autor des heute in Science veröffentlichten Artikels.

Borrelia burgdorferi ist ein spiralförmiger Organismus namens Spirochäte. Einige Wissenschaftler glauben, dass die Lyme-Borreliose vor einem Jahrhundert aus Europa kam, aber erst vor kurzem nachweisbar war, als sie häufiger wurde. Eine wiederauflebende Hirschpopulation – zusammen mit Mäusen, dem Reservoirwirt für das Bakterium, in Verbindung mit vermehrten Aktivitäten im Freien durch Menschen – hat dazu beigetragen, das Auftreten und die Ausbreitung der Krankheit zu vermehren.

Das erste Symptom der Lyme-Borreliose ist normalerweise ein roter Ausschlag, der oft einem Volltreffer ähnelt. Dieser Ausschlag, der klein sein oder den gesamten Rücken einer Person bedecken kann, tritt innerhalb weniger Wochen nach einem Zeckenstich auf, wenn die Spirochäte in den menschlichen Wirt eingeführt wird. Die Infektion breitet sich auf verschiedene Körperteile aus und wird oft von Symptomen wie Müdigkeit, Gliederschmerzen, Kopfschmerzen, Fieber und einem steifen Nacken begleitet. Die Behandlung mit Antibiotika in frühen Krankheitsstadien ist in den meisten Fällen wirksam.

Die Lyme-Borreliose-Mikrobe ist extrem schwierig zu isolieren oder zu kultivieren, daher suchen die meisten Ärzte nach Hinweisen auf den Ausschlag an der Stelle des Zeckenbisses oder nach Antikörpern gegen B. burgdorferi im Blut. Trotz verfügbarer Tests und Therapien werden viele Fälle monatelang nicht diagnostiziert. Menschen mit Lyme-Borreliose im Spätstadium haben größtenteils kein Glück, und Ärzte können nur die Symptome behandeln. Obwohl Menschen nicht an Lyme-Borreliose sterben, können die damit verbundenen Gelenkbeschwerden und andere Symptome anh altendes Elend hervorrufen. Aus diesem Grund arbeiten Labore immer noch hart daran, die Art und Weise zu verstehen, wie Borrelien ihre Wirte infizieren und in ihnen überleben.

Bis vor kurzem, sagte Gherardini, g alt die allgemeine Weisheit, dass alle bakteriellen Krankheitserreger Eisen benötigen. Der neue Befund deutet wahrscheinlich nicht darauf hin, dass sich Borrelien trotz natürlicher Auslese, eines Lebenszyklus, der darauf ausgelegt ist, kein Eisen zu benötigen, entwickelt hat. Andererseits ermöglichte der natürliche Selektionsdruck auf das gesamte Genom Borrelien eindeutig, ohne Eisen zu existieren, obwohl unklar ist, warum.

Die Studien in Gherardinis Labor wurden unermesslich durch die Tatsache unterstützt, dass das Genom von Borrelia burgdorferi fertiggestellt wurde, sodass die Wissenschaftler wissen, wo sich die Gene des Käfers auf seinen Chromosomen befinden – und was diese Gene bewirken.

Der Beweis, den die Forscher brauchten, kam langsam und mühsam. Erstens zeigten sie, dass die Aktivitäten mehrerer gängiger eisenabhängiger Enzyme in Zellextrakten nicht nachweisbar waren. Zweitens fanden sie bei einer Analyse der kompletten Genomsequenz keine eisenh altigen Proteine ​​im Bakterium. Drittens wuchs B. burgdorferi in Gegenwart hoher Konzentrationen eisenlimitierender Verbindungen normal, und viertens scheint das Bakterium die Genexpression als Reaktion auf eisenlimitierende Bedingungen nicht zu verändern. Schließlich fanden sie mithilfe von Massenspektroskopie und Transporttechniken für radioaktives Eisen heraus, dass die Eisenspiegel in den Zellen von B. burgdorferi 1.000-mal geringer sind als die, die in anderen pathogenen Bakterien gemessen wurden.

"Aufnahmeexperimente mit Eisen deuten darauf hin, dass B.burgdorferi transportiert kein Eisen und es gibt weniger als fünf Eisenatome pro Zelle“, sagte Gherardini. Bisher ist Lactobacillus planatarum, ein frei lebendes Bodenbakterium, der einzige andere Organismus, für den experimentelle Daten zeigen, dass Eisen nicht benötigt wird Anscheinend gehört B. burgdorferi zu einer einzigartigen Kategorie pathogener Bakterien, die eine neuartige Strategie anwenden, um die Eisenlimitierung im menschlichen Wirt zu überwinden.

Wie diese neue Entdeckung bei der Entwicklung neuer Impfstoffe oder neuer Therapien für Borreliose-Infizierte genutzt werden kann, ist noch nicht klar. Während bei Borrelia burgdorferi möglicherweise noch ein Resteisenweg existiert, würde die einfache Zugabe von Eisen zu einer Diät oder als medizinische Therapie wenig nützen. Da jedoch andere Metalle wie Mangan von dem Bakterium verwendet werden, könnte die Entdeckung, warum Eisen von dem Käfer nicht benötigt wird, auf einen völlig neuen Weg hinweisen, um das Auftreten und die Schwere der Krankheit beim Menschen zu begrenzen.

"Das ultimative Ziel des Bakteriums ist es nicht, den Wirt auszulöschen", sagt Gherardini. "Es ist nur, um einen anderen Ort zum Leben zu finden. Das sollte viel darüber aussagen, wie sie das tun."

Die gute Nachricht ist, dass wahrscheinlich weit weniger als 1 Prozent aller Zecken mit B. burgdorferi infiziert sind, obwohl in einigen Gebieten mehr als die Hälfte die Mikrobe beherbergen. Gherardini sagte, anekdotische Beweise seien, dass in Georgia, wenn überhaupt, nur wenige Stämme von B. burgdorferi aus Zecken isoliert wurden.

Wenn Sie eine Zecke an Ihrem Körper entdecken, ziehen Sie sie vorsichtig mit einer Pinzette heraus, achten Sie darauf, den Körper der Zecke nicht zu quetschen, und tragen Sie dann ein Antiseptikum auf den Biss auf. Studien von National Institutes for He alth-unterstützten Wissenschaftlern zeigen, dass eine Zecke viele Stunden an ihrem Wirt haften muss, um das Borreliose-Bakterium zu übertragen.

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