Open Universiteit
   About DSpace Software Open Universiteit border=

DSpace at Open Universiteit >
l. Master Thesis >
- School of Science >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1820/4556

Title: Cystevorming door de spirocheet Borrelia burgdorferi sensu lato onder invloed van stressfactoren
Other Titles: Cyst formation by the spirochete Borrelia burgdorferi sensu lato under the influence of stress factors
Authors: Kummer, Maryse S
Keywords: Lyme-borreliosis
ziekte van Lyme
Borrelia burgdorferi sensu lato
spirocheet
celwand-deficiënte bacteriën
sferoplast-
L-vormen
cyste
stressfactor
combinatietherapie
Issue Date: 27-Nov-2012
Publisher: Open Universiteit Nederland
Abstract: Samenvatting - Lyme-borreliose of de ziekte van Lyme wordt momenteel beschouwd als de snelst groeiende infectieziekte van de wereld en het aantal patiënten met deze door Ixodes-teken overgebrachte bacteriële ziekte neemt wereldwijd dan ook steeds verder toe. De veroorzaker is de spirocheet Borrelia burgdorferi sensu lato, een spiraalvormige bacterie waatoe drie pathogene soorten behoren: Borrelia burgdorferi sensu stricto, Borrelia garinii en Borrelia afzelii. Wat betreft de tekenbeetconsultaties bij de huisartsen in Nederland, nam de incidentie toe van 191/100.000 in 1994, naar 564 per 100.000 inwoners in 2009; een verdrievoudiging sinds 1994. In 1994 was de incidentie van erythema migrans 39/100.000 en in 2009 was deze incidentie gestegen tot 134/100.000. Indien men het aantal erythema migrans gevallen en tekenbeetconsulten omrekent naar de totale Nederlandse bevolking betekent dit dat in 2009 de huisartsen ongeveer 22.000 patiënten zagen met erythema migrans en 93.000 patiënten met een tekenbeet. Net als de geslachtsziekte syfilis is ook Lyme-borreliose een multisysteem ziekte waarbij verschillende stadia zijn te onderscheiden. Het bekendste stadium bij Lyme-borreliose is de vroege lokale huidinfectie erythema migrans of Bull’s eye op de plaats van de tekenbeet, die slechts in 50% van de gevallen optreedt. Door een speciaal bewegingsmechanisme dat bestaat uit een axiaalfibril en endoflagellen is de spirocheet Borrelia burgdorferi sensu lato in staat om actief de infectiehaard te verlaten om zich elders in het lichaam van zijn gastheer te vestigen. Via endotheelcellen van de bloedvaten kan B. burgdorferi s.l. de bloedbaan verlaten, om zich diep in de weefsels te vestigen, met een voorkeur voor zuurstofarme milieu’s zoals de gewrichten en het centrale zenuwstelsel. Het gevolg is de vroege gedissemineerde Lyme-borreliose die tot uiting kan komen als Lyme-artritis en neuroborreliose. Verder is er het stadium van de late of chronische Lyme-borreliose met chronische Lyme-artritis en chronische neuroborreliose als veelvoorkomende aandoeningen. De patiënten met deze aandoeningen vormen het grote probleem. Ondanks “adequaat” veronderstelde antibioticabehandelingen in de lokale- en vroege gedissemineerde Lyme-borreliose is de spirocheet Borrelia burgdorferi sensu lato, regelmatig in staat tot overleving in de weefsels. Korte antibioticumbehandelingen laten een percentage zien van 30-62% aan recidieven binnen 3 jaar na de behandeling van de vroege Lyme-borreliose. Als men dit percentage betrekt op de jaarlijkse 22.000 patiënten die in Nederland behandeld worden voor erythema migrans, dan betekent dit dat 6600 tot 13.640 patiënten te maken kunnen krijgen met een recidiverende Lyme-borreliose binnen 3 jaar na een “adequaat” veronderstelde antibioticumbehandeling. Dat er jaarlijks enkele duizenden chronische Lyme-borreliose patiënten bij komen, komt overeen met de gegevens van de Nederlandse vereniging van Lyme patiënten (NVLP). Volgens de NVLP zouden er in 2009 in Nederland ruim 70.000 personen zijn die min of meer te lijden zouden hebben van de neurologische gevolgen van een besmette tekenbeet. Het totale aantal chronische Lyme patiënten zou volgens de NVLP enige honderdduizenden groot zijn. Het exacte aantal is echter niet bekend. Wat wel bekend is, is dat het chronische Lyme-borreliose legioen met persisterende klachten alleen maar groeiende is, ondanks “adequate” antibioticumbehandelingen. De volgende vraag staat dan ook centraal in dit literatuuronderzoek: “Ontbreken er fundamentele schakels in de antibacteriële behandeling bij Lyme-borreliose?” Het mislukken van “adequaat” veronderstelde antibioticumbehandelingen bij Lyme-borreliose werd voor het eerst gemeld door onderzoeker Preac-Mursic in 1989, al meer dan 20 jaar geleden. Bij patiënten die met antibiotica waren behandeld, werd de persistentie van de spirocheet bevestigd met positieve culturen van B. burgdorferi s.l. van huidbiopsies, synoviaalvocht, liquor en bloed. Falende antibioticumbehandelingen bij Lyme-borreliose vormde de aanzet in Europa om uitgebreid in vitro onderzoek te doen naar het gedrag van de bacterie onder invloed van diverse stressfactoren waaronder “effectief ” veronderstelde antibiotica. Een nadere beschouwing van het in vitro onderzoek toont aan dat de spirocheet B. burgdorferi s.l. onder ongunstige omstandigheden als het ware (tijdelijk) onderduikt en kan.transformeren van een normale mobiele spirocheet in een inerte cyste, een afgegrensd ruststadium waarin de spirocheet zich verbergt en waarbij de buitenste membraan zich als een “cocon” om de spirocheet heeft gelegd. De cyste biedt zodoende bescherming tegen de meeste antibiotica en andere stressfactoren en ook tegen eventuele antilichamen van de gastheer. Men dient zich te realiseren dat de spirocheet razendsnel kan overgaan in de cystevorm zodra de stressfactor aanwezig is. Een in vitro onderzoek laat zien dat na één minuut 95% van de spirocheten van B. burgdorferi s.l. was overgegaan in cysten onder invloed van hypotone stress (aquadest) en na 4 uur werd er geen mobiele intakte spirocheet meer waargenomen. In vitro onderzoeken hebben ook laten zien dat na het verdwijnen van de stressfactor, dus als de omstandigheden weer gunstig worden voor de spirocheet B. burgdorferi s.l., deze reconversie kan vertonen van de cystevorm naar een normale spiraalvormige spirocheet. De reconversie kan afhankelijk zijn van de concentratie van een stressfactor en/of de tijdsduur van de beïnvloeding hiervan. Reconversie kan ook razendsnel gaan zoals een onderzoek heeft aangetoond bij cysten van 48 uur oud, die waren gevormd onder invloed van serum-starvation. Reconversie vond binnen 10 seconden plaats na toevoeging van konijnenserum aan het medium van de cysten. Uit de cysten kwamen onbeweeglijke maar intakte spirocheten. De spirocheten herkregen hun beweeglijkheid na 12 tot 15 uur na het uitkomen van de cysten. De stresstoestand serum-starvation kan zich voordoen in de liquor cerebrospinalis. Indien een patiënt wordt verdacht van een neuroborreliosis, dient men zich te realiseren dat de spirocheet B. burgdorferi s.l. aanwezig kan zijn in de cystevorm en dat deze cysten alleen met de microscoop zijn waar te nemen. De liquor culturen zullen voor de spirocheet B. burgdorferi s.l. in dat geval negatief uitvallen. Met het in vitro onderzoek voor ogen, zou men zich een voorstelling kunnen maken van het gedrag van de spirocheet B. burgdorferi s.l. in vivo. Onder invloed van een antibioticumbehandeling wordt een deel van de spirocheten gedood, maar ook kan een deel overgaan in cysten. Bij Lyme-borreliose patiënten tijdens antibioticabehandelingen met penicilline-G en met ceftriaxon werden cysten aangetoond in liquor, huidbiopsies en bloed. Bij patiënten die geen antibioticumbehandeling hadden gekregen werden intakte spirocheten geïsoleerd. Na het beëindigen van de therapie, dus als de omstandigheden weer gunstig zijn voor de spirocheet, kan reconversie naar een normale virulente spirocheet plaatsvinden, die weer aanleiding kan geven tot recidieven. Dat er inderdaad reconversie van cysten naar normale spirocheten kan plaatsvinden, is aangetoond in muizen waarbij intra-peritoneaal cysten werden getransplanteerd en waarbij normale spirocheten werden teruggevonden in de harten van twee van de 15 getransplanteerde muizen. Bij een recidiverende Lyme-borreliose vindt normaliter opnieuw een antibioticumbehandeling plaats. Dit houdt in dat de cyclus opnieuw begint: cystevorming, reconversie na het beëindigen van de therapie en mogelijk weer een recidiverende Lyme-borreliose etc. een “jo-jo-effect”. Cystevorming onder invloed van een antibioticumbehandeling en reconversie naar normale spirocheten na het beëindigen van de kuur kunnen van klinisch belang zijn in verband met het wel of niet slagen van de behandeling. Behalve als normale mobiele spirocheet en in de cystevorm kan B. burgdorferi s.l. ook nog voorkomen als celwanddeficiënte (CWD) bacterie die gevormd kan worden onder invloed van celwandsynthese-remmende antibiotica, zoals de penicillinen en de cefalosporinen (bèta-lactam antibiotica). Celwand-deficiënte bacteriën of sferoplast-, L-vormen hebben geen spiraalvorm meer omdat zij een deel of hun hele celwand hebben verloren. In deze vorm veroorzaken ze ook geen antilichamenrespons en de ELISA en Western Blot zijn dus negatief. L-vormen kunnen verder leven zonder celwand en kolonies vormen die vaak diep verborgen zijn in de weefsels van de gastheer. Antibiotica die hun invloed uitoefenen op de celwand hebben dus geen effect op celwand-deficiënte bacteriën. Deze bacteriën zouden ook weer kunnen veranderen in intakte spirocheten en zouden zodoende een recidiverende Lyme-borreliose kunnen veroorzaken. De spirocheet B. burgdorferi s.l. beschikt net als de spirocheet Treponema pallidum, de verwekker van geslachtsziekte syfilis, over verscheidene overlevingsstrategieën om zich te handhaven in het lichaam van zijn gastheer. Behalve bovengenoemd pleiomorfisme vormt het intra-cellulaire verblijf van de spirocheet een andere overlevingsstrategie. B. burgdorferi s.l. is waargenomen in vele celtypen, zoals gliacellen, neuronen, endotheelcellen, Kupffercellen, synoviaalcellen, fibroblasten en macrofagen. De spirocheet is zodoende beschermd tegen het immuunsysteem van zijn gastheer en tegen de werking van de antibiotica waarvan het merendeel niet intracellulair werkzaam is. De spirocheet kan vrijkomen met de apoptosis van de cel en kan zodoende tot een relapsus van de infectie leiden. De spirocheet Treponema pallidum, vertoont zowel anatomisch als pathologisch veel overeenkomsten met de spirocheet Borrelia burgdorferi s.l.. Het ziektebeeld van de chronische Lyme-neuroborreliose vertoont veel overeenkomsten met het ziektebeeld van de late neurosyfilis. Er is een toenemend bewijs dat de spirocheten van B. burgdorferi s.l. zich weten te handhaven in geïnfecteerd weefsel, met inbegrip van de hersenen, ook na antibioticumtherapiën waaronder penicilline-G. De spirocheten zouden zich intracellulair ophouden in neuronen en gliacellen van het centrale zenuwstelsel met als gevolg dysfunctioneren hiervan en progressieve celdood. Het klinische beeld is progressieve dementie. Bovengenoemde bevindingen van in vitro - en in vivo onderzoek maken het duidelijk dat een antibioticumbehandeling die alléén gericht is tegen de normale mobiele spirocheet, onvoldoende is. Het feit dat de bacterie pleiomorfisme kan vertonen afhankelijk van het type - en de aan- of afwezigheid van de anti-bacteriële stressfactor, betekent in feite dat men de behandelingsstrategie zo breed mogelijk zou moeten toepassen Aangezien er momenteel geen therapeuticum is tegen alle verschijningsvormen van de spirocheet, zou het beste een combinatietherapie zijn, die bestaat uit het simultaan of intermitterend toedienen van diverse antibiotica die ieder afzonderlijk gericht zijn tegen één of meerdere verschijningsvormen van B. burgdorferi s.l.. Een voorbeeld van een combinatietherapie zou kunnen bestaan uit doxycycline dat actief is tegen normale spirocheten en celwand-deficiënte bacteriën, een erythromycine derivaat dat intracellulair werkzaam is en metronidazol of tinidazol die effectief zijn tegen de cysten van B. burgdorferi s.l.. Uiteraard is verder onderzoek nodig naar dergelijke brede behandelingsstrategieën tegen Lyme-borreliose. Tot op heden zijn alle officiële behandelingsrichtlijnen van het Kwaliteitsinstituut voor de Gezondheidszorg (CBO), de Infectious Diseases Society of America (IDSA) en de International Lyme and Associated Diseases Society (ILADS) alleen gericht op de bestrijding van de normale spirocheet. Van de andere verschijningsvormen is men niet op de hoogte of deze worden ten onrechte genegeerd. Alleen bij de werkgroep van de ILADS wordt er momenteel onderzoek verricht naar brede behandelingsstrategieën tegen de diverse verschijningsvormen van de spirocheet bij Lyme-borreliose. Het wachten is op de resultaten. Het merendeel van de huidige wetenschappers waaronder microbiologen en artsen staren zich blind op de normale spiraalvormige bacterie B. burgdorferi s.l.. Ten onrechte gaat men ervan uit dat een enkelvoudig “adequaat” bevonden antibioticumbehandeling voldoende zou zijn om de spirocheet te bestrijden. Concluderend kan men stellen dat indien men een adequate behandeling van Lyme-borreliose wil toepassen deze gericht dient te zijn tegen alle mogelijke verschijningsvormen van de bacterie: de normale spirocheet, de intra-cellulaire spirocheet, de celwanddeficiënte bacterie, en de intra- en extracellulaire cysten van Borrelia burgdorferi s.l.. Er dient dus een brede behandelingsstrategie toegepast te worden bestaande uit een combinatietherapie van antibiotica en chemotherapeutica, opdat men deze bacterie op alle fronten kan aanvallen. Summary - Lyme-borreliosis or Lyme-disease is transmitted by the bites of ticks of the Ixodes genus that are infected with the spirochete Borrelia burgdorferi sensu lato, a spiral shaped bacterium that consists of three pathogenic genospecies: Borrelia burgdorferi sensu stricto, Borrelia garinii and Borrelia afzelii. The infection has a wide distribution in the northern temperate regions of the world and during the last decades the number of patients with the Lyme-disease is growing steadily. In the Netherlands the consultations of tick bites were increased from 191/100.000 in 1994 to 564/100.000 in 2009; a three fold augmentation since 1994. In 1994 was the incidence of erythema migrans 39/100.000 and in 2009 the incidence has amounted to 134/100.000.When calculating the number of cases with erythema migrans and the number of tick-bite consultations to the total of the Dutch population, this means that in 2009 physians diagnosed about 22.000 patients with erythema migrans and 93.000 cases with a tick-bite. Like the veneral disease syphilis, Lyme borreliosis is a multisystem disease with several stages. The early local infection at the site of the tick-bite, erythema migrans or bull’s eye, is the most common which happens in only 50% of the cases. From the site of the tick-bite the spirochete may spread in the body of the host and may affect other organs like the nervous system, joints and heart: the early disseminated Lyme-borreliosis. The spirochete can leave the site of the tick-bite very quickly by means of a special movement mechanism, that encludes an axial fibril and endoflagels and may move deep into tissues. When not adequately treated the early stages of Lyme-borreliosis will develop in the late chronic Lyme borreliosis like chronic neuroborreliosis and chronic arthritis. Patients with these chronic affections form the major problems to the physicians. For with the increasing number of patients, physicians are also more and more confrontated with the failure of “adequate” supposed antibiotic treatments in the early stages of Lyme disease. Short antibacterial treatments result in 30- to 62% of recidives within three years after initial treatment. When calculating these percentages on the yearly 22.000 patients with erythema migrans in the Netherlands, this means that 6600 to 13.640 patients may have a recidive within three years after an “adequate” supposed antibiotic treatment. These numbers of some thousands of patients do correspond with the cases of the Dutch Society of Lyme Patients. Following this organisation there might be in the Netherlands in 2009 about 70. 000 patients who are suffering from the neurologic affections due to a contaminated tick-bite. However, the exact number of patients is not known. Only the fact that the army of chronic Lyme disease patients is still growing. The mean question of this literature study is: Are there fundamental links missing in the antibiotic treatments in Lyme borreliosis? The failing of “adequate”supposed antibiotic treatments was for the first time mentioned in 1989 by Preac-Mursic more than 20 years ago. After antibiotic therapies the persistence of the spirochete was confirmed by means of positive cultures of B. burgdorferi s.l. in skin biopsies, synovial fluid, liquor cerebrospinalis and blood. The failing antibiotic treatments formed the beginning in Europe to start in vitro studies after the behaviour of the spirochete B. burgdorferi s. l. under different stress conditions including the antibiotics. Cultures were examinated by dark field microscopy, interference microscopy and transmission electron microscopy. In vitro studies have revealed that the normal, mobil spirochete under stress conditions can convert to a cystic form by folding the outer membrane like a “cocon” around the spirochetal body. The cyst has a low metabolic activity that allows the spirochete to survive until conditions are becoming favourable again, as is the case when the (antibiotic) stress factor has disappeared. The cyst protects the spirochete against most of the antibiotics and other stress factors and also against antibodies of the host. The spirochete may convert to a cystic form very fast as has shown a study with aquadest as a stress condition. After one minute 95% of the spirochetes has converted to cysts and after four hours there was no mobile spirochete left. In vitro studies with the transmission electron microscope showed that after the disappearance of the (antibiotic)stress conditions the reconversion from a cystic form to a normal, mobile spirochete took place. The reconversion is dependant of the concentration of the stressor and/or the time of influence. Reconversion may happen very fast as shown in an in vitro study with cysts of 48 hours which were formed by the stress condition of serum-starvation. Within 10 seconds the cysts converted back to normal, intact spirochetes after the suppletion of rabbit serum to the medium of the cysts. After 12 to 15 hours the spirochetes regained their mobility again. A situation of serum-starvation may happen in the spinal fluid. When a neuroborreliosis is suspected, it is necessary to realise that the spirochetes may be present in cystic forms. These cysts can only be recognized by microscopy and cultivations of spinal fluid will be negative for the spirochete B. burgdorferi s.l.. With the in vitro studies in mind, one can imagine what may happen in vivo. The antibiotic treatment may kill a part of the spirochetes but also a part may convert to cystic forms. From patients with Lyme disease who were treated with penicilline-G and with ceftriaxon, cysts were isolated in spinal fluid, skin biopsies and blood during the antibiotic treatments. From patients without an antibiotic treatment normal spirochetes were isolated. In vivo this means also that after an antibiotic treatment the cysts might be converted back into virulent spirochetes with a possible relapse of the disease. Indeed there may be reconversion from cysts to normal spirochetes as was shown in mice with transplanteted cysts. Two of the fifteen mice had normal spirochetes in their hearts. Relapses of Lyme borreliosis should be treated again with antibiotics. This means a new beginning of the cycle: cystic forming, reconversion after the antibiotic treatment and a possible recidive again followed by a new treatment etc. etc. a “yo-yo-effect”. It might be clear that cystic forming under the influence of an antibiotic treatment and reconversion to normal spirochetes after the treatment, will be of clinical importance in relation of the failing or the success of the therapy. Next to normal spirochetes and cysts, B. burgdorferi s.l. may also exist as cell wall deficient bacteria or spheroplast-, L-forms. These forms without a cell wall may be formed by beta lactam antibiotics as penicillines and cephalosporines. These antibiotics will not affect cell wall deficient bacteria. Cell wall deficient forms have no spiral form anymore because of the loss of their cell wall. In these forms there are no antibody responses and the Elisa and Western Blot tests are negatives. Spheroplast-, L-forms can live without a cell wall and form colonies deep in the tissues of the host. Cell wall deficient forms may revert back to normal spirochetes. Next to these pleomorphisms there is another reason for a possible relapse of Lyme-disease after an antibiotic therapy. Borrelia burgdorferi s.l. can penetrate in cells and can remain viable intracellular. In the cell the spirochete is protected against the host immune system and the action of most antibiotics. The spirochete has been found in glial cells, neurons, endothelial cells, Kupffer cells, fibroblasts and macrophages. The spirochete may be liberated after the apoptosis of the cell and may be the reason of a recidive of the Lyme borreliosis infection. Another spirochete, Treponema pallidum, the causative agent of syphilis, shows anatomic and pathologic similarities with the Lyme disease spirochete B. burgdorferi s.l.. The chronic neuroborreliosis resembles the late neurosyphilis. There is an increasing proof that B. burgdorferi s.l. can survive in infected tissues including the brains, also after treatment of penicilline-G, like Treponema pallidum. The Borrelia spirochete can hide intracellular in neurons and glial cells of the central nervous system, which is resulting in dysfunction of the cells and progressive cell death. The clinical manifestations are increasing dementia like the late neurosyphilis. So there are three different morphologic forms of the bacteria B. burgdorferi s.l and Treponema pallidum: the normal spirochete, the cystic form and the cell wall deficient - or spheroplast-, L-form. The bacterium can shift among these forms and the spirochete may be also intracellular situated. So this means that an antibiotic therapy that attacks only the normal, mobile spirochetes is not sufficient. The fact that the bacterium shows pleomorphism which depends of the type and presence or absence of the antibacterial stressor, means that the treatment strategy has to be as large as possible. This requires a combination therapy that consists of simultane or intermittent applications of different antibiotics which are each active against one or more pleomorphic forms of the spirochete. A combination might be doxycycline which is effective against the normal spirochetes and cell wall deficient bacteria, a derivate of erythromycine against the intracellular spirochetes and metronidazole or tinidazole against the cysts. The concentrations should be high enough to penetrate in all tissues and should be bactericidal to all different morphologic forms of the spirochete. All the official Lyme borreliosis guidelines of the Dutch Quality Institute for Health Care (CBO), The Infectious Diseases Society of America (IDSA) and The International Lyme and Associated Diseases Society (ILADS) are orientated at the treatment of the normal Lyme spirochete. However, the ILADS working group will come with new guidelines which enclude studies of combination therapies that are active against the different morphologic forms of B. burgdorferi s.l.. Further research is needed to determine which combinations of antibiotics work best, if it should be given orally, intravenous or intramuscular and in which doses and durations of treatment. This literature study has made it clear that an “adequate” supposed antibiotic treatment against the normal, mobile spirochete Borrelia burgdorferi sensu lato is not sufficient to eliminate the bacterium. An adequate treatment of Lyme borreliosis should consist of the application of a combination of antibiotics against all possible morphologic forms: the normal, mobile spirochete, cysts, cell wall deficient forms (spheroplast-, L-forms) and intracellular spirochetes of B. burgdorferi s. l.: a wide range treatment strategy.
URI: http://hdl.handle.net/1820/4556
Appears in Collections:- School of Science

Files in This Item:

File Description SizeFormat
Cystevorming door de spirocheet Borrelia burgdorferi sensu lato onder invloed van stressfactoren.pdf3.38 MBAdobe PDFView/Open
View Statistics

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

 

Valid XHTML 1.0! Copyright © 2003 - 2010 Open Universiteit - Feedback