Studies on the pathogenesis and laboratory diagnosis of Lyme borreliosis
Pietikäinen, Annukka (2019-01-18)
Studies on the pathogenesis and laboratory diagnosis of Lyme borreliosis
Pietikäinen, Annukka
(18.01.2019)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7501-3
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7501-3
Tiivistelmä
Lyme borreliosis, the most common tick-borne disease in the northern hemisphere, is caused by Borrelia burgdorferi sensu lato spirochetes (later Borrelia). They can infect humans through bites of infected Ixodes ticks. If the infection is not treated at the early local stage of the disease, spirochetes can disseminate via the blood vasculature into distant tissues of the human body and cause symptoms in the joints, the heart, and the nervous system. Infection of the central nervous system is called Lyme neuroborreliosis. Lyme neuroborreliosis is diagnosed based on neurological symptoms, pleocytosis, and intrathecal production of Borrelia-specific antibodies. Recently, chemokine CXCL13 has been introduced as a new biomarker for diagnostics of Lyme neuroborreliosis.
The first aim of this study was to characterize the dissemination of Borrelia by in vitro adhesion studies conducted under shear stress and by imaging the infection in vivo in mice. The second aim was to evaluate the use of cytokines as biomarkers for Lyme neuroborreliosis.
The studies revealed that decorin binding proteins of Borrelia act in a flow-tolerant manner mediating adherence into vascular endothelium under the mechanical force caused by the liquid flow. In addition to decorin, decorin binding proteins were shown to bind biglycan, a proteoglycan which is expressed on endothelium more abundantly than decorin. Moreover, dissemination of Borrelia can be imaged in vivo in mice using positron-emission tomography. The studies also showed that CXCL13 is the most specific cytokine biomarker for Lyme neuroborreliosis and the concentration of CXCL13 can reliably be measured of Lyme neuroborreliosis patients’ cerebrospinal fluid samples with a point-of-care test. Overall, the studies gave new information on the pathogenesis of Lyme borreliosis and helped to improve the disease diagnostics. Tutkimuksia Lymen borrelioosin patogeneesistä ja diagnostiikasta
Pohjoisen pallonpuoliskon yleisimmän puutiaisvälitteisen infektion, Lymen borrelioosin, aiheuttajia ovat Borrelia burgdorferi sensu lato ryhmän spirokeettabakteerit (myöhemmin Borrelia). Ne voivat levitä ihmiseen infektoituneiden Ixodes-puutiaisten välityksellä. Jos tautia ei hoideta heti infektion aikaisessa paikallisessa vaiheessa, spirokeetat voivat levitä ihmiselimistössä verenkierron mukana useisiin kudoksiin aiheuttaen oireita muun muassa nivelissä, sydämessä ja hermostossa. Keskushermostoon levinnyttä infektiota kutsutaan Lymen neuroborrelioosiksi. Neuroborrelioosin diagnostiikka perustuu potilaan neurologisiin oireisiin sekä solumäärän ja Borrelia-spesifisten vasta-aineiden määritykseen aivoselkäydinnesteestä. Hiljattain myös kemokiini CXCL13 on otettu käyttöön Lymen neuroborrelioosin diagnostiikan biomarkkeriksi.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää Borrelia-bakteerin virtauksen alla tapahtuvan endoteelisitoutumisen rooli infektion patogeneesissä, tutkia infektion leviämistä eri kudoksiin in vivo -kuvantamisen avulla hiirimallissa ja tutkia sytokiinien käyttöä Lymen neuroborrelioosin diagnostisina biomarkkereina.
Tutkimuksessa havaittiin, että Borrelia-bakteerin dekoriinia sitovat proteiinit sitoutuvat myös biglykaaniin, joka on dekoriinia yleisempi proteoglykaani verisuonten endoteelin pinnalla. Tämän biglykaani-interaktion avulla Borrelia kykenee sitoutumaan verisuonten endoteeliin nestevirtauksen aiheuttaman vastuksen alla. Lisäksi tutkimuksessa selvisi, että Borrelia-infektion kulkua voi kuvantaa elävässä eläimessä positroniemissiotomografian avulla. Tutkimuksessa havaittiin myös, että CXCL13 on soveltuvin sytokiini Lymen neuroborrelioosin diagnostiikan biomarkkeriksi ja että CXCL13:n pitoisuus voidaan määrittää potilaan aivoselkäydinnesteestä pikatestin avulla, mikä nopeuttaa huomattavasti tautidiagnostiikkaa. Kaiken kaikkiaan tutkimustulokset paljastivat tärkeää uutta tietoa Borrelia-infektion patogeneesistä ja auttavat Lymen borrelioosin diagnostiikan kehittämisessä.
The first aim of this study was to characterize the dissemination of Borrelia by in vitro adhesion studies conducted under shear stress and by imaging the infection in vivo in mice. The second aim was to evaluate the use of cytokines as biomarkers for Lyme neuroborreliosis.
The studies revealed that decorin binding proteins of Borrelia act in a flow-tolerant manner mediating adherence into vascular endothelium under the mechanical force caused by the liquid flow. In addition to decorin, decorin binding proteins were shown to bind biglycan, a proteoglycan which is expressed on endothelium more abundantly than decorin. Moreover, dissemination of Borrelia can be imaged in vivo in mice using positron-emission tomography. The studies also showed that CXCL13 is the most specific cytokine biomarker for Lyme neuroborreliosis and the concentration of CXCL13 can reliably be measured of Lyme neuroborreliosis patients’ cerebrospinal fluid samples with a point-of-care test. Overall, the studies gave new information on the pathogenesis of Lyme borreliosis and helped to improve the disease diagnostics.
Pohjoisen pallonpuoliskon yleisimmän puutiaisvälitteisen infektion, Lymen borrelioosin, aiheuttajia ovat Borrelia burgdorferi sensu lato ryhmän spirokeettabakteerit (myöhemmin Borrelia). Ne voivat levitä ihmiseen infektoituneiden Ixodes-puutiaisten välityksellä. Jos tautia ei hoideta heti infektion aikaisessa paikallisessa vaiheessa, spirokeetat voivat levitä ihmiselimistössä verenkierron mukana useisiin kudoksiin aiheuttaen oireita muun muassa nivelissä, sydämessä ja hermostossa. Keskushermostoon levinnyttä infektiota kutsutaan Lymen neuroborrelioosiksi. Neuroborrelioosin diagnostiikka perustuu potilaan neurologisiin oireisiin sekä solumäärän ja Borrelia-spesifisten vasta-aineiden määritykseen aivoselkäydinnesteestä. Hiljattain myös kemokiini CXCL13 on otettu käyttöön Lymen neuroborrelioosin diagnostiikan biomarkkeriksi.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää Borrelia-bakteerin virtauksen alla tapahtuvan endoteelisitoutumisen rooli infektion patogeneesissä, tutkia infektion leviämistä eri kudoksiin in vivo -kuvantamisen avulla hiirimallissa ja tutkia sytokiinien käyttöä Lymen neuroborrelioosin diagnostisina biomarkkereina.
Tutkimuksessa havaittiin, että Borrelia-bakteerin dekoriinia sitovat proteiinit sitoutuvat myös biglykaaniin, joka on dekoriinia yleisempi proteoglykaani verisuonten endoteelin pinnalla. Tämän biglykaani-interaktion avulla Borrelia kykenee sitoutumaan verisuonten endoteeliin nestevirtauksen aiheuttaman vastuksen alla. Lisäksi tutkimuksessa selvisi, että Borrelia-infektion kulkua voi kuvantaa elävässä eläimessä positroniemissiotomografian avulla. Tutkimuksessa havaittiin myös, että CXCL13 on soveltuvin sytokiini Lymen neuroborrelioosin diagnostiikan biomarkkeriksi ja että CXCL13:n pitoisuus voidaan määrittää potilaan aivoselkäydinnesteestä pikatestin avulla, mikä nopeuttaa huomattavasti tautidiagnostiikkaa. Kaiken kaikkiaan tutkimustulokset paljastivat tärkeää uutta tietoa Borrelia-infektion patogeneesistä ja auttavat Lymen borrelioosin diagnostiikan kehittämisessä.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2867]