Att mikrober kan sprida sig i kroppens system är grundläggande för hur många infektionssjukdomar uppstår och är den viktigaste orsaken till dödlighet på grund av bakteriell infektion. De fysiska mekanismerna som förmedlar ett nyckelformationssteg, dvs bakteriell koppling till vaskulära endotel i blodkärl, är fortfarandeokända. En studie gjord på möss visade att endoteliala interaktioner hos Borrelia burgdorferi under fysiologisk skjuvspänning liknar mekanisk selektinberoende leukocytrullning. Specifikt förmedlas dessa interaktioner genom överföring av mekanisk belastning längs en serie av vidhäftningskomplex och stabiliseras av titer och fångningsbindningsegenskaper hos bakteriell adhesin BBK32. Krafterna på lim-bindningar under flöde kan vara tillräckligt små för att möjliggöra aktiv förflyttning driven av bakteriernas flagellära motorer. Dessa fynd ger insikt i biomekaniken hos bakteriell-vaskulära interaktioner och visar att spridning av bakterier och cirkulerande värdimmunceller delar breda konserverade mekanismer för att interagera med endoteler under fysiologisk skjuvspänning.

Borrelia burgdorferi använder ett speciellt vidhäftande protein på sin yta för att gripa som en krok på endotelcellerna som följer blodkärlen, det fäster och lossar snabbt när den flyttar mellan olika destinationer, förklarar Toronto mikrobiologer i en ny studie. Denna mekanism förklarar hur bakterierna kan övervinna det snabba flödet av blod och undvika att svepas bort. Det är också troligt att denna taktik hjälper bakterierna att komma till platser där de kan undvika immunförsvaret och olika former av behandling.

Den initiala infektionen överförs till människor via fästingbett. Symtomen kan vara feber, huvudvärk och trötthet. Infektionen kan behandlas med antibiotika om den fångas tidigt. Men i ungefär 20 procent av fallen uppstår allvarliga symtom som ledsmärta och kognitiva problem även efter behandling. Andra mer kroniska symtom kan likna de för olika sjukdomar som artrit eller perifer neuropati och forskare är oense om huruvida de ska anses vara borreliasymtom.

Mycket få andra bakterier kan orsaka så många symtom eller infektera sådana svårtillgängliga vävnader som borrelia. Bakterier som orsakar syfilis, meningit och leptospiros (fältfeber) är några exempel men de har ett eller två målorgan. Borrelia verkar dock kunna smyga in i alla dessa områden och ett av de största olösta problemen med sjukdomen är hur det tar sig till alla dessa platser.

För att observera hur Borrelia tar sig till dessa vävnader, använde Ebady och hennes team mänskliga endotelceller i labbet för att återskapa miljön i blodkärl. Forskarna tittade genom ett mikroskop där bakterier, märkta med grönt fluorescerande protein, rörde sig över cellerna i realtid. Forskarna upptäckte att Borrelia använde sig av ett protein som kallas BBK32 – som tidigare använts i studier med möss – för att binda sig till endotelcellerna. BBK32 fungerade som en otroligt stark gummisnodd som hjälper bakterierna att accelerera genom kärlen eller decelerera när de behövde komma ut ur blodomloppet och in i omgivande vävnad. Normalt när du drar i band som dessa bryts de. Men den här typen av ”catch bond” fungerar tvärtom – den sträcker ut med kraft och gör att bakterierna fäster ännu starkare på celler i kroppen.

Ironiskt nog är denna typ av fäst- och rullande mekanism väldigt lik hur leukocyter (vita blodkroppar som bekämpar sjukdomar) hittar vägen mot infektions- och skadematerial. Men leukocyterna är väldigt olika från spirochetebakterier som Borrelia, både fysiologiskt och genetiskt. Även om samma mekanism utvecklades självständigt i bakterierna och leukocyterna så kan det ge en inblick i hur andra liknande elastiska bakterier kan röra sig genom kroppen och undvika att upptäckas av vårt immunsystem.

Att studera strukturen hos BBK32-proteinet kan bidra till att bestämma hur bakterierna riktar sig mot specifika endotelceller för att gömma sig i olika vävnader. Så småningom kommer proteinsekvensen och konfigurationsinformation att kunna användas för att utveckla läkemedel som riktar sig mot BBK32 eller dess endotelreceptorer, vilket kan bidra till att förebygga eller sakta ner spridningen av borrelia.

Publikation:

Ebady, R, Niddam, A.F., Boczula, A.E., Kim, Y.R., Gupta, N., Tang, T.T., Odisho, T., Zhi, H., Simmons C.A., Skare, J.T., Moriarty, T.J. (2016) Biomechanics of Borrelia burgdorferi Vascular Interactions Cell Reports; Volume 16, Issue 10, p2593–2604, 6 September 2016
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2016.08.013

Relaterade bilder: