И.Н. Манзенюк, О.Ю. Манзенюк. Клещевые боррелиозы (болезнь Лайма). Кольцово. 2005 г.

3. МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ И БИОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Боррелии – грамотрицательные спиралевидные микроорганизмы, длиной 8,0–30,0 мкм и шириной 0,2–0,5 мкм, растут в микроаэрофильных условиях и сравнительно легко окрашиваются анилиновыми красителями [18, 24].

Морфология боррелий имеет следующую структуру: поверхностный толстый (2–10 нм) аморфный мукоидный слой (S-слой), для которого характерен высокий уровень нестабильности и легкость отделения от наружной мембраны; гибкая трехслойная цитоплазматическая мембрана; периплазматическое пространство; эндофлагеллы (фибриллы, сократительные нити); покрытый внутренней трехслойной мембраной протоплазматический цилиндр, содержащий нуклеоплазму, рибосомы, нуклеиновые кислоты и т. д. [18].

Боррелии подвижны. Сокращение флагеллиновых комплексов обеспечивает движение в виде асимметричного ротационного вращения пучков фибрилл, независимое от хемотаксиса [18, 23]. Каждая фибрилла состоит из флагеллинового филамента (нити), флагеллинового крючка и базального диска [18]. Всего в периплазматическом пространстве между внешней клеточной мембраной и протоплазматическим цилиндром находятся от 3 до 20 параллельных фибрилл, плотно окружающих микробную клетку. Фибриллы прикрепляются субтерминально и биполярно к протоплазматическому цилиндру. Количество фибрилл зависит от типа выделенного изолята и условий его культивирования (наличие питательных веществ, рН среды и т. д). Отмечена корреляция между уменьшением числа фибрилл и снижением инвазивности боррелий [18, 53].

У боррелий отсутствуют митохондрии. Имеется два вида везикул: «пузыри» и «почки» размером до 2 нм. Эти элементы являются результатом выпячивания внешней трехслойной, наружной и/или протоплазматической мембран. Точная роль везикул неизвестна; предполагается, что они участвуют в обмене генетическим материалом, поддержании жизнеспособности и вирулентности клеток боррелий [18].

В связи с тем, что боррелии являются облигатными паразитами, их гены кодируют минимальный набор белков, необходимый для поддержания репродукции. Среди них: ферменты, обеспечивающие репликацию ДНК, транскрипцию и трансляцию; белки, ответственные за систему репарации и рекомбинации, транспорт питательных веществ и энергетический метаболизм, подвижность и хемотаксис; регуляторные элементы. Боррелии – хемоорганотрофы, нуждающиеся в аденозинтрифосфате (АТФ). У них отсутствуют гены, кодирующие компоненты дыхательной цепи и синтез аминокислот, а также ферменты, необходимые для цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования; компоненты биосинтеза жиров; кофакторы; нуклеотидные основания [18]. Боррелии имеют железосодержащую супероксиддисмутазу, но не обладают каталазной и пероксидазной активностью [54]. Особенностью данной спирохеты является также и то, что она не содержит ферментов, необходимых для синтеза липополисахарида [18].

Боррелии – строгие анаэробы и крайне требовательны к условиям культивирования, что обуславливает необходимость использования сывороточно обогащенных питательных сред. Оптимальная температура роста боррелий – 33°C, хороший рост наблюдается также в диапазоне температур 28–37°С [55]. Клеточное деление происходит каждые 6–12 ч во время логарифмической фазы роста. Время генерации боррелий колеблется в пределах 6–20 ч [18, 55]. Спирохеты, выращенные в питательной среде, могут храниться в низкотемпературном холодильнике при -70°С и ниже в течение нескольких лет без утраты своих свойств, что позволяет создавать музейные коллекции штаммов [55]. В результате многолетних исследований для выделения и культивирования боррелий была разработана жидкая среда BSKII (среда Barbour-Stoenner-Kelly). Однако процесс ее изготовления весьма трудоемкий, а кроме того она имеет высокую стоимость [18, 23, 56].

Молекулярно-биологическая характеристика

Боррелии – уникальные микроорганизмы, имеющие наряду с линейной хромосомой более двух десятков различных внехромосомных генетических элементов – плазмид [18], которыми данные спирохеты могут обмениваться между собой [57]. Количество и размеры плазмид варьируют у различных штаммов боррелий [58, 59]. Анализ плазмидного профиля изолятов используют для штаммовой и видовой идентификации B. burgdorferi sensu lato. При пассировании микроорганизма на питательных средах наблюдается появление гетерогенных клонов боррелий, что обусловлено потерей некоторыми клетками ряда имеющихся плазмид уже через несколько пассажей [60]. Большинство генов, кодирующих молекулярные факторы вирулентности, и белки – модуляторы иммунного ответа боррелий – локализованы во внехромосомных генетических элементах. Потеря последних приводит к частичной или полной утрате инфекционности и обуславливает изменение состава клеточных белков и антигенного профиля боррелий. Это, в свою очередь, изменяет характер иммунного ответа и, возможно, способствует персистенции возбудителя в организме человека [18, 61, 62]. Однако отдельные клоны боррелий способны выдерживать длительное культивирование на питательных средах без снижения вирулентных свойств, сохраняя при этом минимальное количество плазмид [61, 62].

В 1997 году была определена полная нуклеотидная последовательность линейной хромосомы B. burgdorferi sensu stricto (штамм В31), которая составляет 910725 пар оснований (п. о.), содержание G+C – 28,6%. В составе хромосомы B. burgdorferi sensu stricto идентифицировано 853 гена, среди которых 137 кодируют синтез липопротеинов [63]. Уникальную структуру имеет набор генов рибосомальных РНК, который состоит из одной копии гена 16S rРНК (rrf) и двух копий каждого из генов 23S и 5S rРНК (rrl–rrf) [18]. Кроме хромосомной структуры B. burgdorferi sensu stricto в клетках боррелий комплекса B. burgdorferi sensu lato определены нуклеотидные последовательности девяти суперскрученных кольцевых (cp32s, cp8.3 и т. д.) и двенадцати уникальных двухцепочечных линейных плазмид (lp56, lp38, lp25, lp28-1, lp25, lp36, lp28-3 и т. д.) [20, 58]. Показано, что данные внехромосомные генетические элементы относятся к низкокопийным (не более 1–2 копий на клетку). Размер плазмид варьирует от 5,0 до 57,7 kb (тысяч п. о.) (по другим данным, до 200 kb), суммарно достигая более чем 613 000 п. о. на клетку [59, 63], содержание G+C – от 23,1 до 32,3% [63].

Функции большинства плазмидных генов до сих пор не изучены. Известно только, что некоторые из них обусловливают синтез различных липопротеинов, поринов, декоринсвязывающих белков и т. д. Различные плазмиды боррелий имеют одинаковые размеры, что существенно осложняет исследование их функций [64–66]. В частности, это относится к семейству линейных плазмид lp28 и семейству кольцевых плазмид cp32. В одной клетке боррелии могут содержаться до семи разнообразных кольцевых плазмид cp32 одинакового размера 32 kb, которые кодируют различные липопротеины. Предполагают, что эти плазмиды являются конъюгативными или представляют собой «профаговые геномы» [65, 66]. Все кольцевые плазмиды cp32 тесно связаны с плазмидами cp8.3 (8.3 kb) и cp18 (18 kb). Сp18 содержит гены, ответственные за синтез липопротеинов OspE и OspF. Данная плазмида гомологична области 18-kb плазмиды ср32. Возможно, что сp18 является результатом делеции 14-kb участка ДНК плазмиды cp32 [67]. Основной гипотезой, объясняющей одновременное присутствие в клетке множества близких по своим размерам линейных и кольцевых плазмид, является обеспечение инвазии и выживаемости боррелий в организме хозяина [58, 65].

Клетки боррелий могут содержать бактериофаги. Так, например, ДНК общетрансдуцирующего боррелиозного бактериофага phiBB-1 при определенных условиях интегрирует с плазмидами семейства ср32. Очищенный препарат бактериофага содержит двухцепочечную ДНК размером 32 kb, имеет икосаэдрическую многогранную головку диаметром 55 нм и длинный хвостовой отросток размером 100 нм [68]. Показано, что данный бактериофаг может нести маркеры антибиотикорезистентности [69].

Антигены

Разделение цельноклеточных лизатов боррелий с помощью электрофореза в полиакриламиде (SDS-PAGE) выявляет более 100 полос, соответствующих различным полипептидам [18]. Из белков, входящих в состав наружной клеточной мембраны, наиболее хорошо визуализуются поверхностные липопротеины (Osp), хотя их экспрессия варьирует в зависимости от штамма и вида боррелий [70–74]. В настоящее время выделяют шесть Osp липопротеинов: А, B, C, D, E, F. Липополисахарид у боррелий не обнаружен [97].

Антигенспецифическое типирование липопротеинов OspA и OspC применяется для внутривидовой дифференциации боррелий. Оно осуществляется с помощью двух серотипирующих систем, в которых используют панели моноклональных антител [18, 19]. Данный метод позволяет подразделять боррелии на ряд различных серотипов: 8 – по антигенной структуре OspA и 16 – по антигенной структуре OspC. Сравнительный анализ фенотипических и генетических характеристик изолятов боррелий показал, что подразделение на серотипы вполне согласуется с современной классификацией B. burgdorferi sensu lato [19]. Так, например, серотип OspA 1 характерен для B. burgdorferi sensu stricto, серотип OspA 2 – для B. afzelii, серотипы OspA 3–8 – для B. garinii [18–20].Использование другой панели моноклональных антител позволило разделить изоляты B. burgdorferi sensu lato, выделенные в Японии, на серотипы OspA J1–J11 [19]. При этом серотипы J1–J9 были характерны для B. garinii, серотип J10 соответствовал штаммам B. afzelii, а серотип J11 – B. japonica [19]. Серотипы OspC 1–6 относятся к B. burgdorferi sensu stricto, OspC 7–10 – к B. Afzelii и OspC 11–16 – к B. garinii [19].

Липидный состав

В результате проведенных исследований показано, что липиды, представленные в боррелиях, в основном, двумя глико- и двумя фосфолипидами, составляют 25–30% их сухой массы. При этом до 50% от общего количества липидов приходится на гликолипиды – холестерил 6-О-ацил-бета-d-галактопиранозид (гликолипид 1 B. burgdorferi, BbGL-I) и 1,2-ди-O-ацил-3-O-альфа-dгалактопиранозил-sn-глицерол (гликолипид 2 B. burgdorferi, BbGL-II) [75], которые имеют трехдоменную структуру и экспонированы на поверхности клеточной мембраны. BbGL-I вызывает иммунный ответ и продукцию специфических антител у мышей и кроликов. Антитела к BbGL-II реагируют с обоими гликолипидами боррелий [75].

Предыдущая страница | Страница 4 из 13 | Следующая страница

Читайте также:
»Иксодовые клещи - переносчики клещевых инфекций
»Лихорадка Западного Нила
»Как удалить клеща
»Средства и методы защиты от клещей
»Иммуноглобулин (противоклещевой)
»Адреса лабораторий по исследованию клещей
»Вопрос-ответ
»Фото переносчиков клещевого боррелиоза (болезни Лайма)