Biologia bakterii boreliozy - biorife.plbiorife.pl/PrezentacjaKrakow2017.pdf · nowotworu) Ryc.6....

Biologia bakterii boreliozy

Przeciwbakteryjne działanie pola elektromagnetycznego

w oparciu o badania naukowe

Kraków, październik 2017

Kamila Skwara biolog molekularny, specjalista terapii BioRife

Oddział Kraków

Kamila Kot biotechnolog, specjalista terapii BioRife

Oddział Warszawa


Cykl życiowy Borrelia sp.

BIOLOGIA BAKTERII BORELIOZY

Cykl życiowy Borrelia sp. dzieli się na etapy: • wstępna faza bytowania w kleszczach (lub

innych stawonogach), • rozwój we krwi lub/i płynach ustrojowych

ssaków w tym ludzi,

• bytowanie w komórce gospodarza – niezbędny etap do podziału bakterii i wzrostu jej populacji,

• śmierć zakażonej komórki gospodarza i uwolnienie bakterii do krwi. Ryc. 1 Krętki B. burgdorferi (Miklossy J, Kasas S,

Zurn AD, McCall S, Yu S, McGeer PL. J,. 2008).


Dlaczego, tak trudno jest walczyć z bakterią Borrelia sp. ?


Ryc.2. Krętki i cysty Borrelia sp. (Meriläinen L, Herranen A, Schwarzbach A, Gilbert L., 2015).

Mechanizmy obronne bakterii: • może przybierać różne kształty, w

zależności od warunków zewnętrznych, krętki mogą przyjmować strukturę cyst, postać L-formy bez ściany komórkowej, tworzyć pęcherzyki, a także zbijać się w agregaty i tworzyć biofilm.

• bytuje zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz komórek. W rezultacie konieczne stosowanie jest różnych form zwalczania bakterii, uwzględniających jej różne postacie.

Ryc.3. Krętki B. burgdorferi przylegające do błony komórkowej mysich fibroblastów (Vinh T, Faine S, Adler B. J, 1984).

• Kraków, październik 2017

• krętki bytują wewnątrzkomórkowo w komórkach maziówki, śródbłonka, skórze i fibroblastach przylegając i wpuklając się w ich powierzchnię,

• owijają się w błonę komórkową i otoczone błoną plazmatyczną penetrują do wnętrza komórki = ochrona przed odpowiedzią immunologiczną gospodarza, odpowiednie warunki dla ich podziału,

Cysty B. burgdorferi

Ryc.4. , Ryc.5. Krętki i cysty B. burgdorferi w neuronach i astrocytach (Miklossy J, Kasas S, Zurn AD, McCall S, Yu S, McGeer PL. J , 2008).


Etapy odpowiedzi immunologicznej przy zakażeniu Borrelia burgdorferi


• nieswoiste, wrodzone mechanizmy obrony – udział

komórek żernych – makrofagów i granulocytów, lizozymu, interferonu a także układu dopełniacza komórek cytotoksycznych

• swoiste, nabyte mechanizmy obrony – rozpoznanie antygenów bakteryjnych i ich prezentacja, produkcja limfocytów B (produkcja swoistych przeciwciał) i limfocytów T (posiadają receptor wiążący obcy antygen).

Swoiste mechanizmy obrony są w dużym stopniu zaburzane przez zmienność antygenową białek powierzchniowych bakterii.

• gromadzenie się wszystkich powyższych składników w tkance okołonaczyniowej i uwalnianie cytokin prozapalnych - głównie interleukiny 1 i 6 oraz TNF-α ( ang. tumor necrosis factor - czynnik matwicy nowotworu)

Ryc.6. Fagocytoza B. burgdorferi do ludzkiego monocytu. (Singh SK, Girschick HJ., 2004).


Mimikra molekularna


Bakteria boreliozy do perfekcji doprowadziła mechanizm mimikry molekularnej, polegający na upodobnianiu się, do komórek gospodarza, „oszukując” tym samym nasz system odpornościowy. Może to prowadzić do reakcji autoimmunizacyjnej - atakowanie przez organizm własnych komórek. To z kolei może skutkować rozwinięciem chorób autoimmunologicznych.

Wykorzystywane mechanizmy przy zjawisku mimkry molekularnej: • podobieństwo budowy I-rzędowych struktur

antygenowych drobnoustroju do epitopów niektórych białek gospodarza

• podobieństwo sekwencji aminokwasów lub/i podobieństwa konformacji cząsteczki

• reakcje krzyżowe ze strony układu immunologicznego (tzw. przeciwciała krzyżowo-reagujące)

• reakcje autoimmunizacyjne: przeciwciała dla antygenu OspA, wykazujące również powinowactwo do antygenu hLFA-1 znajdującego się na powierzchni limfocytów


Mimikra molekularna


Ryc.9. Schemat roli bakterii i molekularnej mimikry w reaktywnym zapaleniu stawów; 1 – kolonizacja komórek gospodarza przez artretogenne bakterie, 2 – liza komórek gospodarza, 3 – uwolnienie bakteryjnych antygenów i ich interakcje z komórkami układu immunologicznego, 4 – prezentowanie artretogennych peptydów limfocytom T ( J. Lis, A. Jarząb, D. Witkowska, 2012).


Czynniki determinujące ekspresję poszczególnych genów


• zmiany temperatury (23-37oC), • zmiany pH (prowadzące do zmian w składzie białkowym

zewnętrznej warstwy ściany komórkowej bakterii), dostępność do substancji odżywczych,

• powinowactwo białka OspA do glikoproteiny TROSPA znajdującej się na powierzchni nabłonka jelita kleszcza i przestrzeniach międzykomórkowych,

• białko OspB wspomaga kolonizację kompleksu i przeżycie bakterii,

• ze wzrostem żerowania następuje wzrost stężenia białka OspC (optimum w temperaturze 32-37oC),

• białko OspC i znajdujące się w ślinie kleszcza białko Salp15 są niezbędne do zainicjowania zakażenia ssaka białko Salp15 hamuje reakcję immunologiczną ssaka blokując produkcję IL-2, uniemożliwiając aktywację limfocytów T CD4.

Ryc.7. Adhezja B. burgorferi do komórek śródbłonka żyły pępowinowej. Obraz spod skaningowego mikroskopu elektronowego. (Thomas DD, Comstock LE., 1989)

Ryc.8. Analiza spod mikroskopu elektronowego migracji krętków przez monowarstwę śródbłonka. (Szczepanski A, Furie MB, Benach JL, Lane BP, Fleit HB. J Clin Invest., 1990).

• liczne białka błonowe , (antygeny, penetracja, kolonizacja komórek),

• OspA-OspF (lipoproteiny stanowiące stopień wirulencji),

• DbpA i DbpB (kodowane na plazmidach białka wiążące dekorynę),

• ekspresja białek powierzchniowych zależy od warunków środowiskowych.

• Kraków, październik 2017

• Przy zakażeniu wątroba produkująca hepcydynę zapobiegając absorpcji żelaza do układu krwionośnego i jelit ogranicza dostęp niezbędnego do przeżycia metalu dla bakterii

• Krętki Borrelia burgdorferi, w przeciwieństwie do innych organizmów, mogą przeżyć bez żelaza a do syntezy białek wykorzystują MANGAN w centrach aktywnych enzymów m.in. aminopeptydazy i dysmutazy ponadtlenkowej (chroni bakterię przed atakiem reaktywnymi formami tlenu i drugą linią obrony organizmu)

• Krętki B. burgorferi posiadają enzym manganową dysmutazę ponadtlenkową, której człowiek nie posiada (metody zakłócania metabolizmu bakterii które przybrały formę L)

Ryc.10. A. Przewidywane miejsce aktywne B. burgdorferi wygenerowane za pomocą programu MODELLER stosując strukturę 0,9 E. coli jako szablon strukturalny.

Czerwone kulki wskazują cząsteczki wody, a przerywane linie oznaczają wiązania wodorowe lub koordynację jonu manganu z jej czterema ligandami aminokwasów i pojedynczą cząsteczką wody. B. Porównanie Tyr-34 i Phe-84 w B. burgdorferi z równoważnymi pozycjami w cząsteczkach Mn-SOD z poszczególnymi organizmami (Aguirre JD, Clark HM, McIlvin M, Vazquez C, Palmere SL, Grab DJ, Seshu J, Hart PJ, Saito M, Culotta VC. J, 2013).

Biologia bakterii boreliozy i przeciwbakteryjne działania pola elektromagnetycznego. Kraków, październik 2017

LITERATURA

1. Morphological and biochemical features of Borrelia burgdorferi pleomorphic forms. Meriläinen L, Herranen A, Schwarzbach A, Gilbert L. Microbiology. 2015 Mar;161(Pt 3):516-27. doi: 10.1099/mic.0.000027. Epub 2015 Jan 6.

2. Persisting atypical and cystic forms of Borrelia burgdorferi and local inflammation in Lyme neuroborreliosis. Miklossy J, Kasas S, Zurn AD, McCall S, Yu S, McGeer PL. J Neuroinflammation. 2008 Sep 25;5:40. doi: 10.1186/1742-2094-5-40.

3. Interaction of Lyme disease spirochetes with cultured eucaryotic cells. Thomas DD, Comstock LE. Infect Immun. 1989 Apr;57(4):1324-6.

4. Interaction between Borrelia burgdorferi and endothelium in vitro. Szczepanski A, Furie MB, Benach JL, Lane BP, Fleit HB. J Clin Invest. 1990 May;85(5):1637-47.

5. Adhesion of leptospires to mouse fibroblasts (L929) and its enhancement by specific antibody. Vinh T, Faine S, Adler B. J Med Microbiol. 1984 Aug;18(1):73-85.

9. Lyme borreliosis: from infection to autoimmunity. Singh SK, Girschick HJ. Clin Microbiol Infect. 2004 Jul;10(7):598- 614. Review.

10. Rola mimikry molekularnej w etiologii schorzeń o charakterze autoimmunizacyjnym., J. Lis, A. Jarząb, D. Witkowska, Postepy Hig Med Dosw (online), 2012; 66: 475-491 , e-ISSN 1732-2693.

11. A manganese-rich environment supports superoxide dismutase activity in a Lyme disease pathogen, Borrelia burgdorferi. Aguirre JD, Clark HM, McIlvin M, Vazquez C, Palmere SL, Grab DJ, Seshu J, Hart PJ, Saito M, Culotta VC. J Biol Chem. 2013 Mar 22;288(12):8468-78. doi: 10.1074/jbc.M112.433540. Epub 2013 Feb 2.

12. I. Mączka, S. Tylewska-Wierzbanowska, Cykl krążenia krętków Borrelia burgdorferi w środowisku. Life cycle of Borrelia burgdorferi spirochete in the environment., „Postępy mikrobiologii” 2010, 49, 1, s. 25-32 TEM i badanego w niej obiektu, Rozprawa doktorska, Seria: I28/07/P-004

Biologia bakterii boreliozy

Przeciwbakteryjne działanie pola elektromagnetycznego

w oparciu o badania naukowe


Kamila Skwara biolog molekularny, specjalista terapii BioRife

Oddział Kraków

Kamila Kot biotechnolog, specjalista terapii BioRife

Oddział Warszawa


BIOFILM

• skupisko wielu drobnoustrojów (bakterii, grzybów, pierwotniaków) przylegających do powierzchni stałych żywa tkanka, implant, cewnik,

• komórki mikroorganizmów połączone są ze sobą za

pomocą wytworzonych przez nie substancji pozakomórkowych polisacharydy, białka, kwasy nukleinowe, surfaktanty, lipidy, woda,

• wysoce zorganizowana i dynamiczna struktura

przestrzenna.


ROLA BIOFILMU

Strategia obronna mikroorganizmów przed zmieniającymi się warunkami środowiska, w którym żyją: • lepsza ochrona przed niekorzystnym działaniem czynników

fizycznych (np. temperatura) i chemicznych (np. środki przeciwbakteryjne),

• łatwiejszy dostęp do substancji odżywczych,

• zwiększenie szans na przeżycie i skuteczne rozmnożenie się,

• rozwinięty biolfilm jest stałym źródłem uwalniania się bakterii, które zajmują kolejne miejsca w organizmie,

• lekooporność.


Działanie pola elektromagnetycznego na bakterie

Działanie bakteriostatyczne

Hamuje rozwój bakterii

Działanie bakteriobójcze

Doprowadza drobnoustroje do

śmierci


Wyniki badań naukowych

Wpływ pola elektromagnetycznego na: E. coli, S. marcescens, P. aeruginosa

• zahamowanie wzrostu, • zmniejszenie przeżywalności, • utrata zdolności do tworzenia kolonii na podłożu stałym, • blokada podziałów komórki.


Wyniki badań naukowych Wpływ pola elektromagnetycznego na: P. denitrificans, R. erythropolis, rodzaj Sphingomonas

• zahamowanie rozwoju



Wpływ pola elektromagnetycznego na: S. mutans, S. aureus

• zahamowanie wzrostu, • spadek całkowitej ilości bakterii.



Stwierdzono, że bakterie o budowie cylindrycznej, wydłużonej, są bardziej podatne

na działanie pola elektromagnetycznego niż bakterie o budowie kulistej.


Wpływ pola elektromagnetycznego na bakterie

• przerwanie integralności bakteryjnej błony komórkowej: rozerwanie bakterii i jej śmierć,

• zwiększenie przepuszczalności bakteryjnej błony

komórkowej: zaburzenie funkcjonowania bakterii, • zachwianie aktywności enzymów bakteryjnych, • wpływa na biofilm bakteryjny: zmniejszenie rozmiarów,

rozbicie masy, utrudnienie wytwarzania, zakłócenie wiązania środków antybakteryjnych do powierzchni biofilmu,

• galwanotaksja: przemieszczanie się komórek układu odpornościowego np. leukocytów lub makrofagów do zainfekowanych ran, co wspomaga ich gojenie się,


LITERATURA

1. Maciej I. DĄBROWSKI, Wanda STANKIEWICZ, Aleksander GIETKA, Jolanta BIAŁKOWSKA, Jaromir SOBIECH, Marek P. DĄBROWSKI, Przeciwbakteryjne działanie pola elektromagnetycznego, Przegląd Elektrotechniczny, nr 12/2010, s. 182-184

2. Mohammad Reza Asadi i Giti Torkaman, Bacterial Inhibition by Electrical Stimulation, Advances in Wound Care,nr 3(2)/2014, s. 91–97

3. J. L. DEL POZO, M. S. ROUSE, R. PATEL, Bioelectric effect and bacterial biofilms. A systematic review, Int J Artif Organs, 31(9)/2008, s. 786–795.

4. Young Wook Kim, Sowmya Subramanian, Konstantinos Gerasopoulos, Hadar Ben-Yoav, Hsuan-Chen Wu, David Quan, Karen Carter, Mariana T Meyer, William E Bentley, Reza Ghodssi, Effect of electrical energy on the efficacy of biofilm treatment using the bioelectric effect, NPJ Biofilms Microbiomes, 15016/2015

5. Sujala T Sultana, Douglas R Call, Haluk Beyenal, Eradication of Pseudomonas aeruginosa biofilms and persister cells using an electrochemical scaffold and enhanced antibiotic susceptibility, NPJ Biofilms Microbiomes, 2/2016

6. Kołwzan Barbara, Analiza zjawiska biofilmu – warunki jego powstawania i funkcjonowania, Ochrona Środowiska, nr 4/2011, s. 3-14

Biologia bakterii boreliozy - biorife.plbiorife.pl/PrezentacjaKrakow2017.pdf · nowotworu) Ryc.6....

Documents

Transcript of Biologia bakterii boreliozy - biorife.plbiorife.pl/PrezentacjaKrakow2017.pdf · nowotworu) Ryc.6....