Il genere batterico Borrelia Swellengrebel, 1907 è costituito da microrganismi gram negativi a forma spirillare, della famiglia Borreliaceae, che possono infettare esseri umani e animali (cervo, ratti, roditori, uccelli, che costituiscono i "serbatoi") causando malattie infettive note come borreliosi, che in genere vengono trasmesse dagli animali agli umani tramite insetti vettori, che più spesso sono zecche oppure pidocchi. La neuroborreliosi consiste nell'infezione acuta oppure cronica del sistema nervoso centrale da parte di spirochete del genere Borrelia, con possibile meningite, encefalite, vasculite e sintomi a lungo termine simili a quelli della sifilide o di alcune malattie autoimmuni come il LES e la sclerosi multipla.
Specie Il genere Borrelia possiede almeno 37 specie note; di queste, 12 sono correlate con la malattia di Lyme o con altre borreliosi. Esso possiede un buon numero, tuttora ignoto, di ceppi. Il nome spesso si riferisce alle varie specie di Borrelia che sono notori agenti della malattia di Lyme (e affini) con il termine Borrelia burgdorferi sensu lato, e da qualche tempo si è scoperto che possiedono una maggiore variabilità genetica rispetto a quel che si pensava in precedenza.
Borrelia recurrentis Con l'eccezione della Borrelia recurrentis (che causa la febbre ricorrente da zecche e da pidocchi e che viene trasmessa anche dal pidocchio del corpo umano), si pensa che tutte le altre specie del genere Borrelia siano trasmesse esclusivamente dalle zecche.Felsenfeld O. Borrelia. Strains, vectors, human and animal borreliosis. St. Louis: Warren H. Green, Inc.; 1971 La Borrelia recurrentis è un batterio gram negativo, a forma di grossa spirocheta. È l'agente infettivo della febbre ricorrente, che si manifesta nei climi freddi delle zone montuose del nord-ovest degli Stati Uniti. La diagnosi è molto più semplice rispetto a quella delle altre borreliosi (anche per questo venne scoperta 50 anni prima delle altre), perché durante le puntate febbrili l'agente infettivo può essere colorato con i metodi batterioscopici per il sangue come la colorazione di Giemsa o la colorazione di Wright. La borrelia recurrentis è l'unica citata nei vecchi testi (prima del 1970), per il fatto che è molto più facile da coltivare, si può isolare dal sangue e coltivare nella cavità allantoidea dell'embrione di pollo oppure in mezzi liquidi con acqua distillata e glucosio mescolata a siero, sangue o frammenti del tessuto del paziente che si sospetta infetto, e predilige le basse temperature. Nelle vecchie sacche di sangue infetto può sopravvivere per mesi a 4° Celsius.
Specie di Borrelia scoperte successivamente I vari ceppi di Borrelia scoperti successivamente (anni ottanta) sono molto più difficili da isolare. Si ottengono da punture del sangue del lobo dell'orecchio, del liquido sinoviale o del liquido cerebrospinale, e devono essere coltivate nel mezzo BSK (Barbour-Stoenner-Kelly: acqua doppiamente distillata, con glucosio, senza tracce di ferro, arricchito da siero e grasso di coniglio) riscaldato per settimane a 32 °C in ambiente microaerobico.Todar's Text Book of Bacteriology: Borrelia Burgdorferi Cultivation L'esame batterioscopico si fa sulla coltura così ottenuta, con il microscopio a campo oscuro. Lo screening di massa nella popolazione è stato reso possibile dalla ricerca degli anticorpi contro le proteine di superficie della Borrelia, tramite metodi immunoenzimatici come l'ELISA e il Western Blot, che spesso presentano difetti di sensibilità e specificità. Con i più moderni e sensibili metodi di scoperta e classificazione dei vari ceppi batterici di Borrelia si cercano minuscole quantità del DNA batterico delle varie specie di Borrelia, tramite la reazione a catena della polimerasi (PCR).
Borrelia burgdorferi, ceppi e specie affini La Borrelia burgdorferi è l'agente eziologico della malattia di Lyme (dal nome dell'omonimo paesino), ovvero un'affezione multi-organica, divisa in tre stadi, che può colpire la pelle, il cuore, le articolazioni e l'encefalo oltre che i nervi periferici (neuroborreliosi), causata sia dall'invasione diretta di questi batteri gram negativi (spirochete del genere Borrelia) sia dalla violenta e sregolata reazione autoimmune in alcuni soggetti. Fino a poco tempo fa si pensava che vi fossero soltanto tre genospecie che causano la malattia di Lyme: Borrelia burgdorferi sensu stricto (predominante nel Nord America, ma anche in Europa), Borrelia afzelii (predominante in Eurasia) Borrelia garinii (predominante in Eurasia).
Al giorno d'oggi sono noti i genomi completi della B. burgdorferi sensu stricto (ceppo B31), della B. garinii (ceppo PBi) e della B. afzelii (ceppo PKo). Il ceppo genetico originale di B. burgdorferi (ceppo B31) venne ottenuto per clonazione limitata diluzionale dai germi isolati nell'organismo della zecca della malattia di Lyme, che è stata studiata per la prima volta dal microbiologo Alan Barbour.INFECTION AND IMMUNITY: Clonal Polymorphism of Borrelia burgdorferi Strain B31 MI: Implications for Mutagenesis in an Infectious Strain Background JOURNAL OF BACTERIOLOGY: A Second Allele of eppA in Borrelia burgdorferi Previously Undetected Circular Plasmid burgdorferi Strain B31 Is Located on the cp9-2 - Miller, James L. Bono, Kelly Babb, Nazira cp9-2 Correntemente, i test diagnostici sono basati soltanto sui batteri B. burgdorferi sensu stricto (la unica specie che viene indagata negli USA), B. afzelii e B. garinii. Esiste una crescente e forte evidenza che molte specie diverse sono coinvolte in manifestazioni cliniche peculiari della malattia.van der Heijden, I. M., B. Wilbrink, S. G. Rijpkema, L. M. Schouls, P. H. Heymans, J. D. van Embden, F. C. Breedveld, and P. P. Tak. 1999. Detection of Borrelia burgdorferi sensu stricto by reverse line blot in the joints of Dutch patients with Lyme arthritis. Arthritis Rheum. 42:1473–1480.Vasiliu, V., P. Herzer, D. Rossler, G. Lehnert, and B. Wilske. 1998. Heterogeneity of Borrelia burgdorferi sensu lato demonstrated by an ospA-type-specific PCR in synovial fluid from patients with Lyme arthritis. Med. Microbiol. Immunol. 187:97–102
Evoluzione di Borrelia burgdorferi Come molti altri batteri, Borrelia burgdorferi attua diversi meccanismi di trasferimento genico orizzontale (HGT, horizontal gene transfer), il quale consiste nel movimento di informazione genetica tra cellule della stessa generazione. Questi meccanismi sono per esempio la trasduzione e la coniugazione. Tutti assieme contribuiscono all'evoluzione dell'organismo e al suo processo di selezione naturale, tramite la rimozione di mutazioni deleterie e la raccolta di mutazioni benefiche in un singolo genoma. Da ciò ne consegue che la maggior parte degli individui della popolazione possiede gli stessi alleli, ovvero i più vantaggiosi per l'organismo. B. burgdorferi, però, attua un limitato HGT. Infatti, i suoi geni sono caratterizzati da polimorfismo. Il polimorfismo è la presenza di due o più alleli in un locus di una popolazione, ciascuno con frequenza apprezzabile. In altre parole, i suoi geni mostrano diversità allelica. Questa diversificazione è controllata dalla selezione stabilizzante.
La selezione stabilizzante è un processo nel quale i ricombinanti hanno un vantaggio selettivo. Esso produce diversificazione genetica in quanto alleli multipli sono mantenuti nel pool genico di una popolazione ad alta frequenza. Ciò può avvenire attraverso due diversi meccanismi: la selezione negativa frequenza-dipendente (negative frequency-dependent selection, NFDS) e i polimorfismi a nicchie multiple (multiple niche polymorphisms, MNP).
NFDS è un processo evolutivo attraverso il quale la fitness di un fenotipo diminuisce quando questo diventa sempre più comune. Ciò vuol dire che i genotipi più rari hanno un vantaggio selettivo rispetto ai genotipi comuni. OspC, che codifica per una proteina esterna di superficie, è il locus che mostra più diversificazione genetica in B. burgdorferi. In ospC, NFDS è prodotta dalla risposta immunitaria. Grazie alla memoria immunitaria, un animale precedentemente infettato da un ceppo di B. burgdorferi con uno specifico ospC non può essere reinfettato dallo stesso ceppo, in quanto l’animale possiede già gli anticorpi contro quel specifico serotipo. L’animale, però, potrà essere infettato da un ceppo con un diverso ospC, per il quale non possiede anticorpi.
MNP, invece, avviene quando l’ambiente è eterogeneo e nessun serotipo ha una fitness più alta rispetto ad altri in ciascun ambiente. Per ambienti si intendono le diverse specie di vertebrati che B. burgdorferi utilizza come ospiti. Possiamo immaginare ogni specie come una diversa nicchia ecologica. Più nicchie ci sono, maggiore sarà la diversificazione genetica in Borrelia. B. burgdorferi può infettare molti vertebrati, per esempio il topo, lo scoiattolo, il cervo e l’uomo. Essi sono molto diversi l’uno dall’altro e questo porta allo sviluppo di diversi serotipi ospC.
Evasione del sistema immunitario da parte di Borrelia burgdorferi Una delle ragioni per cui B. burgdorferi è considerato un patogeno pericoloso è la sua alta patogenicità dovuta alle diverse strategie che attua per evadere il sistema immunitario dell’ospite. Queste sono per esempio:
L’utilizzo di Manganese negli enzimi respiratori. Molti batteri necessitano il ferro per produrre i loro enzimi. Una delle risposte immunitarie dell’ospite a un’infezione batterica connesse alla febbre è di limitare la concentrazione di ferro nel sangue. B. burgdorferi, però, aggira questo sistema usando il manganese al posto del ferro. Sostanze immunosopressive nella saliva della zecca. La saliva della zecca contiene una proteina che inattiva le cellule T del sistema immunitario. Uscita dal flusso sanguigno. B. burgdorferi può uscire dal flusso sanguigno, verso la zona sotto-cutanea, il liquido sinoviale e il liquido cerebro-spinale. Per evadere il sistema immunitario e per diffondersi in tutto l’organismo. Resistenza agli antibiotici. Nonostante i trattamenti con antibiotici, B. burgdorferi può reinfettare l’ospite perché va incontro a uno stato di crescita minima durante il trattamento (formando forme latenti "L" intracellulari). Quando le concentrazioni dell’antibiotico diminuiscono ricomincia a dividersi. Cambiamento della proteina esterna di superficie osp. Osp è una proteina antigenica che il sistema immunitario riconosce per poter produrre anticorpi. Borrelia, però, può cambiare l’espressione di questa proteina così che gli anticorpi precedentemente prodotti non sono più efficaci contro la nuova proteina.
Borrelia valaisiana La Borrelia valaisiana venne identificata come una specie genomica dal "ceppo VS116", e venne battezzata Borrelia valaisiana nel 1997.Wang G, van Dam AP, Le Fleche A, Postic D, Peter O, Baranton G, de Boer R, Spanjaard L, Dankert J.Genetic and phenotypic analysis of Borrelia valaisiana sp. nov. (Borrelia genomic groups VS116 and M19). Int J Syst Bacteriol. 1997 Oct;47(4):926-32 Successivamente è stata rilevata con la reazione a catena della polimerasi (PCR) nel liquido cerebrospinale (CSF) in Grecia, ed è presente in tutta l'Eurasia; vi sono rapporti di isolamenti in Francia, Regno Unito, Italia, Germania, Paesi Bassi, Svizzera, Polonia, Spagna, Irlanda, Repubblica Ceca, Slovacchia, Russia e Turchia. B. valaisiana è stata coltivata anche in Corea, Taiwan, le parti meridionali e centrali della Cina, nell'isola di Okinawa, in GiapponeMasuzawa T. Terrestrial distribution of the Lyme borreliosis agent Borrelia burgdorferi sensu lato in East Asia. Jpn J Infect Dis. 2004 Dec;57(6):229-35.Wang DM, Hao Q, Cai XH, Wan KL, Wang ZX, Chen J. Study on ribotyping of Lyme borreliosis spirochete in Guizhou province. Zhonghua Liu Xing Bing Xue Za Zhi. 2003 Dec;24(12):1129-31..
Nuove genospecie mondiali: B. lusitaniae, B. bissettii, B. spielmanii Nuove genospecie scoperte di recente, si sono dimostrate patogenetiche negli umani: Borrelia lusitaniae