Pathogenese
- Details
Coburn onderzocht de decorin-bindende activiteit van B. burgdorferi en kwam tot de conclusie nadat er zich een ontsteking ontwikkelde in decorin-deficiente muizen, dat er andere adhesie mechanismen plaatsvinden in de virulentie van dit organisme.
Waarom de bacteriën bepaalde plaatsen opzoeken (hart, CZS, lever milt) om te nestelen is niet duidelijk. De manier van disseminatie d.m.v. de bloedbaan en lymfsysteem spelen een belangrijke rol in de snelle verspreiding door het lichaam. Volgens Barbour is de bacterie bij een intraperitoneale besmetting al na één uur in het bloed aantoonbaar en vindt men al na 12 uur de bacterie in de hersenen. Op de plaats waar de bacterie zich nestelt vormen zich plaatselijke ontstekingen die een immuunreactie oproepen wat een cytokinen reactie veroorzaakt door macrofagen. De infiltratie van de macrofagen en de Th1 cellen in het EM sturen "messenger RNA" voor zowel ontsteking als anti-ontsteking cytokinen. In het bijzonder leiden in een gedessimineerde infectie adaptieve T-cellen en B-cellen tot een respons in de lymfklieren voor de productie van antilichamen tegen vele componenten van het organisme. Grab et al. voorspellen dat perifere bloedfibrocyten als een nieuwe belangrijke antigeen-presenterende cel, een rol spelen in het dirigeren van de immuunrespons bij de Borrelia infectie.
Evenals bij Multiple Sclerose ziet men bij de Lymeziekte demyelinisatie d.i. een degeneratieve verdwijning van de myelineschede van de zenuwvezels welke leidt tot een gestoorde prikkelgeleiding, zich uitend als verlamming en sensibiliteitsafwijkingen. Bij borreliose lijkt deze reversibel te zijn.
Vasculitis is een uiting bij de Lyme-ziekte die bij neuroborreliose patiënten kan leiden tot cerebrale hypoperfusie (verminderde doorbloeding) welke met een SPECT scan aangetoond kan worden. Volgens Fallon is dit mede de oorzaak van neuropsychische symptomen bij de ziekte van Lyme. Daar waar de MRI een statisch beeld geeft voor anatomische evaluatie is de SPECT een dynamisch beeld van het functioneren van de hersenen, metabolisme, bloedstroming en chemie. In een MRI hersenscan kunnen bij neuroborreliose "white matter lesion" worden waargenomen maar na een antibiotica behandeling kunnen de MRI scans normaal zijn, ondanks persisterende neuropsychiatrische klachten. In een studie met patiënten die een neurologische sequela vertoonden van de ziekte van Lyme, werd in 51,4% duidelijke perfusie onregelmatigheden met de SPECT gevonden.
De Borrelia burgdorferi heeft echter bijzondere genetische mechanismen om te overleven onder de aanvallen van het humorale en cellulaire immuunantwoord en een verandert milieu, zoals in een antibiotica omgeving.
Overlevingsstrategie
- Details
- het ontwijken van het immuunsysteem door het lokaliseren op plaatsen die niet toegankelijk zijn voor het immuunsysteem zoals intracellulair of in extracellulaire matrix.
- het ontsnappen aan het immuunsysteem door een grote variatie in oppervlakte antigenen.
- een verandering in T helper cellen respons als de oorzaak van de resistente vorm van Lyme Borreliose
- een zichzelf voortplantende inductie van autoimmuniteit waardoor een infectie met Borrelia chronisch wordt. Dit wordt gesteund door het recente feit dat het Borrelia Osp A gelijk is aan het humane LFA-1 antigeen.
- een andere haalbare hypothese is dat het immuunantwoord van de gastheer verandert of onderdrukt wordt om zodoende de bacterie te overleven.
- de bacterie is in staat zich met een S-laag (glycoproteïnen) te bedekken waardoor de antigenen onzichtbaar worden voor het immuunsysteem
- de bacterie kan granules afsplitsen, overgaan in L-vormen, blebs, mycoplasmen, cell wall deficient CWD, die geen antigenen bezitten omdat de celwand verdwenen. Dit gebeurt vooral in een bacteriostatisch of bacteriocid milieu door b.v. antibiotica concentraties.
Intracellulair
- Details
De Borrelia kan overleven in het weefsel en in macrofagen. In een studie van Liang et al. komt men tot de conclusie, dat Borrelia burgdorferi ondanks een sterke immune respons verschillende ligand-bindende lipoproteïnen, inclusief het decorin bindende proteïne A en B aanmaakt. Deze zorgen voor de verbinding met decorin, een belangrijk component van de gastheer zijn extracellulaire matrix. Borrelia burgdorferi werd beter beschermt in de gewichten en de huid, waarschijnlijk omdat daar een hoger decorin gehalte is. Deze decorin bindende interactie kan een mechanisme zijn waardoor Borrelia burgdorferi het immuunsysteem ontwijkt.
Coleman vindt dat Borrelia burgdorferi in staat is om Lys-plasminogeen te binden, waardoor enzymatisch actief plasmin aan de oppervlakte van de spirocheet tot een betere penetratie in het weefsel kan leiden.
Häupl toonde het voortbestaan aan van Borrelia burgdorferi in ligament na een humorale en cellulaire immuunreactie. De spirocheten bevonden zich in collagene vezels en langs fibroblasten waarvan sommige een diepe invaginatie vertoonde door de bacterie. Verschillende wetenschappers( Ma Y, Comstock) hebbende intracellulaire lokalisatie van de Borrelia burgdorferi aangetoond in de humane endothele cellen.
Een latente intracellulaire aanwezigheid van de bacterie in verschillende morfologische vormen wordt gezien als een mechanisme voor de persistentie van de Lyme-ziekte. Deze zgn. slaapfasen kunnen maanden tot meerdere jaren duren waarbij de patiënten symptoomvrij zijn. Deze latente fasen komen ook bij andere door spirocheten veroorzaakte infecties voor.
Röszle beschrijft in haar proefschrift dat B.burgdorferi in staat is in om humane endotheelcellen te doordringen wat waarschijnlijk een belangrijke rol speelt bij het overgaan van de bloedbaan in de organen. Als de bacterie vanuit de bloedbaan in de hersenen komt dan treedt als eerste en contact op met de astrocyten. De Borrrelia kan zich niet alleen aan de buitenzijde hechten, maar blijkt ook in staat deze astrocyten binnen te dringen. In vacuolen konden meerdere spirocheten worden geobserveerd en eveneens konden spirocheten aangetroffen worden in het cytoplasma. Degeneratievormen konden na langere incubatie slechts gedeeltelijk worden vast gesteld zodat er van uit wordt gegaan de een intracellulair overleven plaats vindt, hetgeen betekent dat zij eveneens niet toegankelijk zijn voor het immuunsysteem dan wel antibiotica.
Klempner et al. beschrijft dat Borrelia burgdorferi zelfs 14 dagen ceftriaxon I.V. kan overleven door de bescherming van fibroblasten.
Antigenenvariatie, seroconversie
- Details
Volgens Singh is de bacterie in de maag van de teek in een koudbloedig milieu en heeft als het belangrijkste (dominante) antigeen het OspA. Bij het bloedzuigen met het warme bloed van de gastheer vind er een duidelijke verandering in de proteïnen expressie plaats met een vermindering van het OspA en een upregulatie van het OspC. Bij het begin van de infectie in de gastheer is het OspA in zeer geringe mate aanwezig echter in late Lyme bij chronische Lyme arthritis patiënten kan men weer een verhoogd OspA gehalte aantreffen. Volgens Crowley correleert de sterkte van de anti-OspA titer in deze patiënten met de ernst en de duur van de arthritis.
Als specifieke antilichamen in contact komen met het corresponderende antigeen dan gaat de bacterie over tot de productie van een ander antigeen. Bij b.v. Salmonella bacteriën is deze bifasische antigenen structuur van de flagellen bekend. Voor de determinatie van serotypen wordt dan ook in een semi vaste agar een weinig antisera tegen de eerste fase gegeven. Na incubatie zal de Salmonella door zijn beweeglijkheid in het medium migreren. De gemigreerde bacterie heeft dan echter de tweede fase gevormd door antigenenvariatie. De antigenenvariatie in Borrelia heeft tot doel het immuunsysteem voor de gek te houden om zo te kunnen overleven.
Deze antigenenvariatie is niet alleen van belang in de pathogenese maar speelt ook een belangrijke rol in de serologische testen. De Borrelia in vitro gecultiveerd voor de hele cellysaten in de Elisa testen hebben een andere antigenen expressie dan degene die zich in vivo vermenigvuldigd hebben. Er zijn b.v 7 verschillende Borrelia burgdorferi OspA serotypen waarvan 5 serotypen van B. garinii en volgens Brisson zijn er 22 OspC serotypen. Wanneer met recombinant antigenen immunotesten worden doorgevoerd, dan mag het duidelijk zijn dat dit een fout negatief resultaat tot gevolg kan hebben.
Een recente studie van Liang et al. laat zien dat er een een verandering plaats vindt van de oppervlakte antigenen in antwoord op de immuunaanval van de gastheer, waardoor deze aanval kan worden weerstaan met als gevolg een persistentie van de Borrelia burgdorferi.
Diterich I. onderzocht de immunomodulatie van de Borrelia en stelt vast dat deze de balans beïnvloedt tussen pro-en anti ontstekingsimmuunrespons. Borrelia wekt niet alleen pro-ontstekingscytokinen op, maar geeft eveneens een sterke vorming van IL-10, wat een belangrijke down-regulator is van pro-ontstekingsimmuunrespons.
L-vormen, cysten, sferoblasten, blebs en granulen
- Details
De Franse bioloog Béchamp(1816-1908 ) is waarschijnlijk de grondleggen met zijn hypothese dat elk microbiologisch leven ontstaat uit een oerkiem, hij noemde dit "microzymas" het allerkleinste proteïnedeeltje waaruit de micro-organismen ontstaan. Enderlein noemde dit later "protit". Vanuit deze kern ontstaan door morfologische veranderingen de verschillende virussen, bacteriën, gisten, schimmels enz.
Claude Bernard(1813-1878) voegde daaraan toe dat, "het micro-organisme is niets, het milieu is alles". Louis Pasteur (1822-1895) was echter een felle tegenstander van deze theorie want hij beweerde dat alle micro-organismen onveranderlijk zijn en dat elk organisme een bepaald ziektebeeld oproept. Het is eigenlijk vreemd dat Pasteur zo vast hield aan zijn theorie hoewel hij zelf ontdekte, dat de Bacillus (staaf) onder extreme omstandigheden zich verandert in een "spoor"(kogelvorm) en deze kan extreme situaties zoals, uitdroging of hoge temperaturen weerstaan. Eenmaal weer terug in een gunstig milieu kan de spoor dan weer uitgroeien tot een vegatieve cel. Op zijn sterfbed schijnt Pasteur gezegd te hebben, dat Bernard gelijk had.
De theorie van Pasteur, Virchow en die van Koch hebben uiteindelijk de overhand gekregen en de laatste 50 jaar zijn de microbiologen dan ook opgegroeid met de leer van het monomorfisme. Ook hielden zij vast aan de theorie dat weefsel en bloed steriel zijn in gezonde personen. Echter is er de laatste 2 tot 3 decennia veel onderzoek m.b.t. pleomorfisme gedaan en mede door nieuwe technieken(microscopie, DNA) heeft men kunnen aantonen dat pleomorfisme bestaat. Wetenschappers zijn het er steeds meer over eens dat pleomorfisme een rol speelt bij vele chronische ziekten.
De theorieën van Enderlein (1972-1968) en Béchamp, Naessens en Rife kunnen dan ook een belangrijke sleutel zijn in de pathogenese bij chronische ziekten. Ongeacht of men de ene of de andere theorie aanhangt, is het overduidelijk dat men morfologische veranderingen van Borrelia kan waarnemen en het is daarom van belang, dat dit beoordeeld wordt zonder vooringenomenheid.
Stanley Prusiner ontving in 1997 de Nobelprijs voor zijn werk, "Pions- a new biological principle of infections". Volgens Prusiner bestaan prionen normaal uit onschadelijke cellulaire proteïnen, echter, bezitten de prionen een aangeboren vermogen om zich morfologisch te veranderen in stabiele vormen, welke uiteindelijk resulteren in schadelijke deeltjes. Dit komt vooral voor bij ernstige hersenaandoeningen zoals Alzheimer, dementie, Creutzfeldt-Jakob. De prionen stellen waarschijnlijk niets anders voor als de deeltjes die Béchamp 100 jaar eerder reeds beschreef.
Toen Barry Marshall in de 80-er jaren de Helicobacter pylori ontdekte als veroorzaker van de maagzweer werd hij niet serieus genomen. In feite deed hij een herontdekking en in zijn boek "Helicobacter Pioneers" geeft hij dan ook zijn voorgangers het krediet voor de ontdekking. In het jaar 1892 vond de Italiaanse arts Bizzozero al de bacterie in biopten en hij tekende zijn microscopische bevindingen na. Deze tekeningen komen exact overeen met wat Marshall en Warren 80 jaar later door de microscoop zagen.
Al in de 50-er jaren behandelde een Griekse arts J. Likoudis zichzelf voor een maagzweer met antibiotica. Ook behandelde hij andere patiënten met een maagzweer succesvol met antibiotica en gedurende de acht jaar dat hij burgemeester was gaf hij een groot gedeelte van zijn salaris aan de plaatselijke apotheek, zodat de arme mensen gratis medicijnen kregen. Het is helaas vaker zo dat als een arts zelf patiënt is dat men zich eerst dan intensief verdiept in de mechanismen van de ziekte en zodoende met een oplossing komt. In die tijd was de opvatting in de westerse wereld dat deze maagpatiënten moesten genezen met rust en een dieet. Volgens de gangbare opvatting toen, was een overleven van een bacterie in een milieu van pH2 niet mogelijk. Nu weten we dat de ontdekkers van de H. pylori gelijk hadden en dat deze bacterie wel kan overleven. Ook weten we dat het niet om een nieuwe ziekte gaat maar om dezelfde aandoening van 100 jaar geleden, alleen wij zijn het anders gaan zien. Ook bij H. pylori treden morfologische verandering op en vindt de productie van ureum plaats die tot ontstekingen leidt. Door het pleomorfisme bij de H. pylori is een combinatietherapie van verschillende antibiotica noodzakelijk. Overeenkomstige morfologische veranderingen vinden plaats bij Borrelia burgdorferi en de andere spirocheten, maar ook bij andere bacteriën vind men extreem pleomorfisme. In 1912 beschreef E. Hindle de levenscyclus van de spirocheten als volgt.
Levenscyclus van de spirochetenIn de video van A. Wright en M. Kroun is de filament vorming duidelijk te zien. Zie ook andere video's
De Borrelia bacterie kan volgens Alban et al. onder verslechterde milieu omstandigheden overgaan tot de vorming van een cyst. De spiraalvormige bacterie rolt zichzelf op en omgeeft zich met een slijmerig omhulsel (glyco-proteïne) wat de penetratie van geneesmiddelen en antibiotica verhindert. Dit is geen degeneratieve vorm maar een overlevingsvorm die metabolisch actief is. Namelijk, nadat de cyst weer in een geschikt milieu is gebracht groeit deze weer uit tot een normale spirocheet. Bij deze vorm is er geen antigenenexpressie waardoor het immuunsysteem geen antilichamen kan maken. Dit zou mogelijk een verklaring zijn dat patiënten onder antibiotica behandeling of erna seronegatief zijn, waarbij na de behandeling recidieven optreden doordat de cysten overleefd hebben. Binnen in de cyst vindt een upregulatie plaats van de antigenen van de range 16-25 kDa wat aantoont dat de cyst een levend systeem is. Brorson toonde in vitro aan dat als men een normale Borrelia burgdorferi in spinale vloeistof brengt dat binnen 1-24 uur de spirocheten omgevormd zijn tot cysten. Als men deze dan weer in een rijk medium brengt dan worden beweeglijke spirocheten gevormd. Dit kan een verklaring zijn waarom er een reactivering van de ziekte plaats vindt na een illusorische genezing en niet een "post Lyme syndroom" zoals door andere wetenschappers beweerd wordt.
Cysten van Borrelia burgdorferiDit verschijnsel van cystvorming zou volgens Mursic een verklaring kunnen zijn waarom het CSF van patiënten met neurologische verschijnselen in de serologische testen vaak negatief is. Gruntar demonstreerde dat cysten van Borrelia garinii ook in vivo een conversie lieten zien naar een beweeglijke spirocheet. In patiënten met de Lyme-ziekte kon door Aberer et al. en Hulinska de cysten in het weefsel worden aangetoond.
Een ander verschijnsel van de Borrelia is dat het granulen afsplits, blebs genaamd en dat Borrelia de celwand kan verliezen waardoor L-vormen ontstaan. Vaak is er onduidelijkheid in de terminologie en worden deze benamingen door elkaar gebruikt. Daarom de verklaring zoals het meest gebruikt. Cysten zijn opgerolde spirocheten met een beschermend kapsel, volgens Brorson kunnen hieruit meerdere 1-5 nieuwe spirocheten ontspruiten.
Transmission electron micrographs demonstrating cyst formation of B. burgdorferi in response to serum starvation. A, Typical vegetative spirochaetes observed in BSKII or RPMI+S. B, C, Cyst forms occurring after 48 h incubation in RPMI. Arrowheads indicate membrane ‘beading’. Bars, 2 µm (A and B); 1 µm (C).
Door Klieneberger werd in 1935 de L-vormen ontdekt en vernoemd naar het Lister Institute waar zij werkte. Dit zijn bacteriën die geen celwand (CWD cell wall deficient forms) bezitten, hierbij heeft een spheroplast die gedeeltelijk verloren en een protoplast helemaal. Een bacterie groep die geen celwand bezit en die bestaat uit uiterst kleine levende filtreerbare deeltjes noemt men mycoplasma. Blebs, granulen, gemmae en mesosomen zijn uiterst kleine eiwitdeeltjes, afsplitsingen van spirocheten die in coccivormen kunnen voorkomen en zich als filament aan elkaar kunnen verbinden. Een enorme hoeveelheid experimenteel en klinisch bewijsmateriaal is in de jaren verzameld die de opvatting ondersteund dat CWD een rol speelt bij chronische aandoeningen. Lida Mattman heeft veel onderzoek gedaan naar de CWD cell wall deficient vormen de "stealth pathogens". Omdat ze de antigeniteit verloren hebben zijn ze onzichtbaar voor het immuunsysteem. Volgens Mattman spelen de CWD een belangrijke rol bij chronische ziekten en zij heeft deze vormen aangetoond o.a. in sarcoïdosis, artritis.
De cysten en de L-vormen, kunnen zich vermenigvuldigen. De granulen en blebs zijn volgens Willy Burgdorfer vormen die men als een onderdeel van de bestaancyclus moet zien. 
M.b.t. het onderzoek van morfologische veranderingen van Borrelia burgdorferi in een veranderd milieu hebben vooral de laatste 10 jaar vele nieuwe ontdekkingen een beter inzicht verschaft in de overlevingstechnieken van dit organisme. Bijzonder wetenschappers op dit gebied zijn, Murgia, Preac, Kersten, Alban, Mursic e.a.
Brorson was één van de eerste die de cystvorming van B. burgdoreri heeft aangetoond en de reconversie naar een normale spirocheet. Volgens hem vereist de effectiviteit van het antibioticum een actief metabolisme van de bacterie en daarom is het aannemelijk dat de cystvorm van B. burgdorferi resistent kan zijn tegen de antibiotica behandeling. Verschillende wetenschappers hebben onderzoek gedaan naar de cystvorming van Borrelia in een milieu met antibiotica. Murgia vond sterke cystvorming bij het gebruik van beta-lactamen penicilline G en ceftriaxon, de antibiotica van de eerste keuze bij de behandeling van borreliose. Kersten vond cystvorming bij doxycycline en ceftriaxon en constateerde nog levende spirocheten na 4 dagen blootstelling. Met tetracycline was er geen cystvorming volgens Kersten en Alban vond dit ook echter met een concentratie van 150~ mcg/ml. verder vertoonde flagyl een activiteit t.o.v. de cysten. Brorson vond dat metronidazole de cystvorming verhinderde en dat zich geen structuren binnenin de cyst ontwikkelde. Metronidazole zou daarom in combinatie met een antibiotica een effectief middel kunnen zijn. Eveneens werd door hem de werking van hydroxychloroquine onderzocht op de cystvorming van B. burgdorferi waarbij de conversie sterk verlaagd was. Bij een MBC (minimale bactericide concentratie) konden zich geen structuren in de cyst ontwikkelen en werden bestaande cysten langzaam vernietigd. Een proef met tinidazole liet eveneens zien dat met een MBC er geen structuren in de cysten werden ontwikkeld en bestaande structuren werden vernietigd. Tinidazole kan zo mogelijk samen met een macrolid een gunstig effect hebben in de behandeling van de ziekte van Lyme. 
Uit de bovenstaande literatuur blijkt dat de Borrelia bacterie een uiterst complex organisme is en dat de keuze van het antibiotica uiterst belangrijk is in de behandeling van Borreliose. Niet alleen het bactericide effect is belangrijk maar eveneens of het middel van de keuze de cystvorming bevordert dan wel verhindert. Dit speelt waarschijnlijk een belangrijke rol m.b.t. de persistentie en de recidieven bij Borreliose, nadat de behandeling gestopt is. Mogelijk kan een combinatie van antibiotica met een synergistisch effect hier effectiever worden ingezet.
Quorum sensing
- Details
Het is duidelijk dat de vele verschillende eigenschappen van de Borrelia voor een uitermate uitgekiend systeem zorgen om de ziekte te laten voort bestaan. Er is nog veel onderzoek nodig om de complexiteit van de pathogenese te begrijpen en bloot te leggen. Zolang, zal een antibiotica behandeling een "try and error" methode zijn en dient een patiënt bij voortdurende klachten verder behandeld te worden. Het stoppen van de behandeling met als reden "u heeft genoeg antibiotica gehad" mist dan ook elke vorm van onderbouwing.
Literatuur
- Details
Scott Alban PS, Johnson PW and Nelson DR
Serum-starvation-induced changes in protein synthesis and morphology of Borrelia burgdorferi
Stevonson B. et al. , Quorum sensing by Lyme disease spirochete.
Lyme Disease, Studies on the cystic forms of B. burgdorferi
Lyme Disease, Survival in adverse conditions
Barbour AG and Hayes SF
Biology of Borrelia species
Domingue GJ Sr. and Woody HB
Bacterial Persistence and Expression of Disease
Pal U, Fikrig E
Adaptation of Borrelia burgdorferi in the vector and vertebrate host
Kersten A, Poitschek C, Rauch S and Aberer E
Effects of Penicillin, Ceftriaxone, and Doxycycline on Morphology of Borrelia burgdorferi
Preasc Mursic V, Wanner G, Reinhardt S, Busch U, Mage t W
Formation and cultivation of Borrelia Burgdorferi spheroplast-L-form variants
Preac Mursic VP, Busch WMU, Rigler DP, Hagl S
Kill kinetics of Borrelia Burgdorferi and bacterial findings in relation to the threatment of Lyme Borreliosis
Burgdorfer W
The complexity ofVector-borne spirochetes
Schaller M, Neubert U
Ultrastructure of Borrelia burgdorferi after exposure to benzylpenicillin.
Prof. Enderlein's
Forschung aus der heutiger Sicht
Balfour A
The Infective Granule In Certain Protozoal Infections, As Illustrated By The Spirochaetosis of Sudanese Fowl
Pictures: Spirochetes and their cyst / granule / L-form
Studies on the morfological variatrion in Spirochetes, 240 referenties
Abstracts over studies: Intracellular localisation of Borrelia burgdorferi
Dr. Atkinson-Barr M
Metronidazole therapy in the treaatment of chronic Lyme disease
Pleomorfisme
Euro-American Health
Zajkowska JM, Hermanowska-Szpakowicz T
New aspects of the pathogenesis of lyme disease