Антигены и генетика боррелий

а) Антигенное строение. Белковый (антигенный) спектр боррелий довольно разнообразен и включает более 30 белков, характеризующихся определенной молекулярной массой (электрофоретической подвижностью). Он отличается не только у боррелий разных геновидов, но может быть не вполне сходным и у изолятов одного геновида. Вместе с тем, независимо от геновидовой принадлежности, все боррелии группы В. burgdorferi sensulato имеют два главных белковых компонента: с молекулярным весом — 41 кД (Р41 или флагеллин) и 60 кД (HSP60).

Отдельные участки флагеллина специфичны для определенных видов боррелий; белок HSP60 присутствует у многих видов бактерий. Белки внешней оболочки проявляются как основные иммуногены, причем некоторые из них видоспецифичны. Однако многие антигенные детерминанты разных геновидов боррелий (и даже некоторых других бактерий) сходны. Этим объясняется возможность перекреста в серологических реакциях.

Боррелии имеют поверхностные, жгутиковый и цитоплазматический антигены. К настоящему времени охарактеризованы 6 вариабельных поверхностных протеинов (Osp A-F). У В. garinii, например, обнаружено 13 вариантов OspC и 7 — OspA белков, а у В. afzelii — 8 OspC и 2 OspA. Вместе с тем В. burgdorferi sensu stricto отличается относительным постоянством спектра поверхностных белков. Многие из протеинов (Р22, Р35, Р66, Р83/100, Bmp, M1p, RevA и ЕррА), по всей видимости, имеют существенное значение как детерминанты вирулентности; некоторые из них используются при создании препаратов для диагностики и специфической профилактики боррелиозов.

В целом состав поверхностных белков у боррелий динамичен и во многом определяется особенностями экспрессии кодирующих их генов (см. раздел «Генетические особенности») в разных условиях существования (в организме переносчиков или резервуарных хозяев) этих бактерий.

б) Генетические особенности. Размер хромосомы у разных боррелий составляет от 0,91 до 4,3 Mb. Содержание GC варьирует в пределах 28,6-52,8%. У Borrelia burgdorferi s.l. оно составляет в хромосоме 28,6%, а в плазмидах — 27,6%. Низкое содержание гуанина и цитозина, наряду с небольшой ДНК-гомологией, отличает род Borrelia от родов Treponema и Leptospira.

Генетическая организация боррелий группы ИКБ необычна для бактерий: они имеют небольшую линейную хромосому (910 725 пар нуклеотидов), 12 линейных и 9 циркулярных плазмид (группа или семейство циркулярных плазмид ср32), которые содержат около 610 700 пн. Внехромосомный (плазмидный) феномен генного кодирования — не исключительное свойство боррелий. Однако большое количество линейных и кольцевых плазмид выделяет их среди других прокариотов. Каждая линейная плазмида содержит копию участка хромосомы, а многие плазмиды — гомологичные ДНК-регионы. Количество плазмид (от 5 до 20) и их размер (от 9 до 70 kbp) у боррелий разных геновидов и даже в разных условиях у изолятов одного геновида может отличаться. Например, у различных штаммов В. burgdorferi s.s. бывает по меньшей мере 17 плазмид: от 8 до 12 — линейных и от 8 до 10 — циркулярных.

Определены полные геномы В. burgdorferi s.s., В. afzelii и В. garinii. Хромосома содержит 853 гена, из которых только 500 (59%) обеспечивают реализацию основных функций клетки (репликацию, транскрипцию и трансляцию, транспорт растворов и энергетический метаболизм), 104 (12%) — кодируют флагеллярные (flaA, flaB, flgE, fliH и flil гены и flgK опероны) и гипотетические протеины, 249 (29%) — это гены, чья функция не ясна. Хромосома не содержит гены, кодирующие синтез аминокислот, жирных кислот, кофакторов энзимов и нуклеотидов, белки цикл трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования. Предполагают, что эти гены утрачены в процессе эволюции боррелий от метаболически более развитого предка.

Структура локализованных в центральной части хромосомы генов рибосомальной РНК боррелий группы ИКБ уникальна. Она имеет по две копии 5S рРНК (rrf) и 23S рРНК (rrl) генов, которые представлены короткими тандемными повторами, и единственную копию 16S рРНК (rrs) гена. Нуклеотидные последовательности межгенного спейсера rrfA — rrl В (от 222 до 266 пн), а также rrs гена вы соко вариабельны. Это используют как важный признак при изучении видовой и внутривидовой таксономии боррелий группы ИКБ, однако последователъность 16S рРНК гена у близких видов могут иметь высокую степень сходства. Такие свойства рРНК гена не имеют боррелии группы АКБ.

На 11 основных плазмидах (9 линейных и 2 циркулярных) В. burgdorferi s.s., например, имеется 430 генов, из которых только 70 (16%) идентифицированы. Они кодируют мембранные протеины Osp, декорин-связывающие белки, VlsE липопротеины и др. На плазмидах 1р25 и 1р28-1 находятся гены, которые кодируют факторы вирулентности. Значение множества других плазмидных генов не ясно. Температурнозависимая регуляция экспрессии генов ospA и ospC, кодирующих поверхностные белки В. burgdorferi sensu lato, по всей видимости, в значительной мере обеспечивает быстрое приспособление боррелий в процессе их циркуляции к биохимическим особенностям нового хозяина.

Так, при нахождении микроорганизма в клеще (при температуре ниже 24°С) эти гены имеют разную степень активности, что отражается на белковом составе внешней мембраны бактериальной клетки: всегда присутствует белок OspA, a OspC встречается крайне редко. Повышение температуры внешней среды или попадание боррелий в организм теплокровного животного приводит к активации гена, ответственного за синтез OspC и заметному уменьшению экспрессии гена ospA. Плазмиды, на которых находятся гены, кодирующие большинство известных поверхностных антигенов, могут утрачиваться при культивировании боррелий на питательных средах (при многократном пересеве) или при их длительной персистенции в организме позвоночных. Это обычно приводит к изменению структуры поверхностных антигенов и, следовательно, отражается на характере иммунного ответа.

У боррелий группы АКБ содержание GC составляет около 30%. Их виды отличаются по структуре генома, который, кроме хромосомы (как правило, около1000 kb), включает одну небольшую (13-15 kb) линейную плазмиду, разное число больших линейных (20-55 kb) и циркулярных (8-40 kb) плазмид. В. hermsii, например, имеет линейные и много циркулярных плазмид, сходных по совокупному характеру ДНК с семейством ср32 плазмид В. burgdorferi sensu lato. Наличие циркулярных и много линейных плазмид выявлено у В. turicatae, а у В. parkeri обнаружены только линейные плазмиды разного размера, причем геномы двух этих видов имеют «дополнительную» плазмиду размером около 100 kb.

Боррелии: классификация, таксономия

в) Внутривидовое разнообразие. У некоторых широко распространенных геновидов боррелий, вызывающих ИКБ, описаны внутривидовые генотипические таксономические категории — подгруппы и геноварианты. Так, на основании изучения методом ПЦР-ПДРФ межгенного спейсера рРИ К rrf (5S) — rrl (23S) у В. garinii выявлены геномные подгруппы (или типы) 20047 и NT29, существование которых подтверждено результатами секвенирования. Первая из них распространена в природных очагах Евразии с основными переносчиками таежным (Ixodes persulcatus) и лесным (I. ricinus) клещами, а вторая (NT29) — практически только в паразитарных системах с основным переносчиком I. persulcatus.

У В. afzelii также имеются две подгруппы: VS461 и NT28. Есть основания полагать, что таксономические единицы сходного ранга, которые пока условно можно назвать американской и европейской, будут обнаружены и у В. burgdorferi s.s. Своеобразие нуклеотидных последовательностей межгенного спейсера позволяет различать внутри геномных подгрупп генетические варианты боррелий определенного вида. Показано, например, что внутри геномной подгруппы VS461 В. afzelii существует не менее 7 генетических вариантов, 3 из которых, по всей видимости, широко распространены в природных очагах ИКБ Евразии среди различных видов переносчиков и резервуарных хозяев. Остальные четыре генетические варианта этой подгруппы, по всей видимости, распространены преимущественно в Европе. В подгруппе NT28 В. afzelii имеется не менее 3 генетических вариантов, распространение которых нуждается в уточнении.

Кроме внутривидовых генотипических категорий по крайней мере двух рангов для боррелий, вызывающих ИКБ, характерны варианты, которые имеют своеобразную последовательность нуклеотидов у различных генов. Такие аллельные варианты известны для генов, кодирующих белки OspA, OspC, Р66, Р83/100 и др. У В. afzelii, например, для гена р66 описано 7 аллельных вариантов, причем большинство из них широко распространено в природных очагах Евразии среди различных видов клещей и мелких млекопитающих. Все аллельные варианты гена р66 встречаются в обеих геногруппах (VS461 и NT28) В. afzelii, а разные геноварианты (по последовательности нуклеотидоспейсера 5S — 23S) боррелий этого вида включают несколько аллельных вариантов.

У В. burgdorferi s.s. имеется по меньшей мере 4 аллельных варианта OspA, несколько вариантов генов р66 и flа. Не все, но многие из таких аллельных вариантов фенотипически выражены аминокислотными заменами. В природном очаге одновременно циркулирует несколько аллельных вариантов различных генов, что определяет генетическую гетерогенность популяции возбудителя.

У боррелий, вызывающих заболевания группы АКБ, подобная внутривидовая генотипическая гетерогенность выражена в значительно меньшей степени. Она «компенсируется» разными сложными генетическими механизмами, регулирующими изменения профиля так называемых больших (Vlp — около 36 кД) и маленьких (Vsp или Vtp — около 20 кД) «вариабельных основных протеинов» возбудителя при его взаимодействии с переносчиками и особенно с иммунной системой резервуарных хозяев и человека. Эти механизмы определяют феноменальную антигенную изменчивость возбудителей АКБ как при их циркуляции в природных очагах, гак и по ходу инфекционного процесса.

- Читать далее "Факторы патогенности боррелий"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 10.2.2020

Остались вопросы или замечания?

Все размещенные статьи преследуют образовательную цель и предназначены для лиц имеющих базовые знания в области медицины.
Без консультации лечащего врача нельзя применять на практике любой изложенный в статье факт.
Жалобы и возникшие вопросы просим присылать на адрес statii@dommedika.com
На этот же адрес ждем запросы на координаты авторов статей - быстро их предоставим.