莱姆病细菌是如何在体内传播的

2019-10-08 296螺旋体莱姆病

研究人员已经开发出一种基于活体细胞成像的系统,该系统可以从分子和生物力学的角度深入了解莱姆病细菌是如何在体内传播的:莱姆病细菌如何附着在血管内表面并沿着血管内表面移动的,从而到达身体的关键部位,在那里它们可能能够存活更长时间并避免治疗。具有讽刺意味的是,这些细菌在体内传播的策略也被免疫细胞用来预防传染病。这项研究发表在8月25日的《细胞报告》上。

分析细菌-血管相互作用

“几乎没有了解细菌-血管的生物力学相互作用,即使了解这是很重要的对于理解如何通过身体的细菌传播通过心血管系统和开发方法阻止细菌传播,“多伦多大学的高级研究作者Tara Moriarty说。“我们的体外活体细胞成像系统将允许更有效地分离潜在的相互作用机制,更快速地筛选细菌与内皮细胞相互作用和传播的抑制剂。”

Moriarty和她的团队开发了一个流室系统和实时跟踪方法,可以用显微镜分析细菌与血管表面内皮细胞的相互作用,了解莱姆病细菌是如何在体内传播的。利用莱姆病细菌(伯氏螺旋体)的转基因菌株,研究人员发现,一种名为BBK32的细胞表面粘附蛋白在血流状态下稳定和加强细菌与血管的相互作用中发挥着重要作用。通过计算内皮细胞中细菌的位移,研究人员还发现,这些微生物利用类似于橡皮筋的绳索来稳定和加强这些纽带。

莱姆病细菌是如何在体内传播的

利用他们基于图像的系统,研究人员继续发现,细菌在流动下沿着内皮表面移动,通过沿着一系列相继形成和断裂的键传递机械载荷。就像孩子们在单杠上荡秋千一样,细菌在没有完全分离的情况下将力从一个键转移到另一个键,每次它们建立一个新键时都会减速,而当它们断开一个键并过渡到下一个键时,它们会加速。这种重复的循环使细菌以恒定的整体速度稳定地在内皮表面移动,类似于免疫细胞白细胞在血管中移动的方式。

额外的计算显示,细菌运动性比所产生的推进力流的力量强加于细菌,这表明微生物可以使用旋转内部结构即鞭毛积极迁移沿血管壁并退出脉管系统达到特定组织,甚至在力条件下产生的血液流动。整个过程类似于人类向河流下游游泳,用腿向岸边的树木移动,抓住一系列的树枝减速,最终在蹬水时拉住树枝,离开河流,到达陆地。

“莱姆病细菌传播的能力使用网络提供的河流和小溪的血液,并且能够抓住这些河流和小溪的银行,可能会蔓延到全身是非常重要的,因为他们可以克服障碍传播引起的血液流动,”第一作者多伦多大学的Rhodaba Ebady说。“这种特性很可能帮助细菌到达它们可能能够存活更久的地方,因此这种特性可能使治疗这些细菌引起的感染更加困难。”

其他研究结果

研究结果还表明,药物针对BBK32或至今未得到确诊的内皮受体可能有助于预防或减缓的传播莱姆病细菌关节,心脏和神经系统,从而消除或减少关节炎等症状的严重程度,心脏炎症,面瘫,神经疼痛。因为BBK32样蛋白也由致病菌如金黄色葡萄球菌和酿脓链球菌以及某些包柔氏螺旋体物种产生,这些发现也可以与其他严重疾病引起的血源性传播细菌,包括肺炎、回归热,和炎症影响心脏、骨骼和神经系统。此外,目前可用的抑制白血病-血管相互作用的治疗自身免疫性和炎症性疾病的药物可能被用于莱姆病和其他潜在的传染病。

在未来的研究中,研究人员将试图识别与BBK32相互作用的内皮受体,评估细菌鞭毛在血管相互作用和传播中的生物力学作用,并试图确定细菌如何靶向与不同组织相关的特定内皮细胞。更广泛地说,他们的细胞成像方法可以用来研究其他病原体是如何在体内传播的。Moriarty说:“我们真心希望其他实验室能够利用我们已经建立的一些方法来研究其他bug,并乐于帮助其他团队完成这项工作。”“要做的事情太多了,到目前为止我们看到的只是冰山一角。”

引用

Cell Press. "How Lyme disease bacteria spread through the body." ScienceDaily. ScienceDaily, 25 August 2016.
www.sciencedaily.com/releases/2016/08/160825130027.htm.

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