Borrelia burgdorferi sensu lato (lat. sensu lato [s. l.] = im weiteren Sinne) ist eine Gruppe eng verwandter Arten der Spirochäten-Gattung Borrelia. Als Erreger der Lyme-Borreliose beim Menschen und bei Hunden gelten vor allem drei Arten: Borrelia burgdorferi sensu stricto (lat. [s. s.] = im engeren Sinne), B. garinii und B. afzelii.K. Tilly, P. A. Rosa, P. E. Stewart: Biology of infection with Borrelia burgdorferi. In: Infectious disease clinics of North America. Band 22, Nummer 2, Juni 2008, S. 217–34, v, , , PMID 18452798, (Review). Die Benennung geht auf Willy Burgdorfer zurück, der das Bakterium 1982 isolierte.W. Burgdorfer, A. G. Barbour, S. F. Hayes, J. L. Benach, E. Grunwaldt, J. P. Davis: Lyme disease-a tick-borne spirochetosis? In: Science Band 216, Nummer 4552, Juni 1982, S. 1317–1319, , PMID 7043737. Zum Infektionszyklus des Erregers gehören zwei Wirte: Schildzecken der Gattung Ixodes und kleine Säugetiere. Durch Zeckenstiche infizierte Menschen sind für das Bakterium eine Sackgasse, d. h., beim Menschen endet die Infektkette.
Merkmale Wie andere Spirochäten ist Borrelia burgdorferi ein aktiv bewegliches, schraubenförmiges, gramnegatives Bakterium mit relativ wenigen Windungen oder Umdrehungen. Es hat einen Durchmesser von etwa 0,3 Mikrometern und kann 10 bis 20 Mikrometer lang werden.M. A. Motaleb, L. Corum, J. L. Bono u. a.: Borrelia burgdorferi periplasmic flagella have both skeletal and motility functions. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. Band 27, Nummer 20, September 2000, S. 10899–904, , , PMID 10995478. . Zur Fortbewegung setzt es umhüllte Flagellenbündel ein. Die Zusammensetzung der Zellwand bzw. der äußeren Membran verändert sich je nach Phase des Infektionszyklus.
In In-vitro-Versuchen kann das Bakterium unter bestimmten Bedingungen – zum Beispiel Nährstoffmangel oder Antibiotika-Gaben – seine Gestalt verändern und im Inneren von Säugetierzellen und eventuell auch in der extrazellulären Matrix als kugelige L-Form überleben.Ø. Brorson, S. H. Brorson, J. Scythes u. a.: Destruction of spirochete Borrelia burgdorferi round-body propagules (RBs) by the antibiotic tigecycline. In: Proceedings of the National Academy of Sciences, Band 106, Nummer 44, November 2009, S. 18656–61, , , PMID 19843691, . L-Form-Bakterien (1935 am Lister Institute entdeckt, daher der Name)E. Klieneberger: The natural occurrence of pleuropneumonia like organisms in apparent symbiosis with Streptobacillus moniliformis and other bacteria. In: J Pathol Bacteriol. (1935), Band 40, S. 93–105. haben keine oder defizitäre Zellwände und sind daher schwer zu identifizieren. Die Teilungsfähigkeit der Borrelia-L-Form in vivo und ihr Einfluss auf die Pathogenese ist umstritten,G. P. Wormser, R. J. Dattwyler, E. D. Shapiro, J. J. Halperin, A. C. Steere, M. S. Klempner, P. J. Krause, J. S. Bakken, F. Strle, G. Stanek, L. Bockenstedt, D. Fish, J. S. Dumler, R. B. Nadelman: The clinical assessment, treatment, and prevention of lyme disease, human granulocytic anaplasmosis, and babesiosis: clinical practice guidelines by the Infectious Diseases Society of America. In: Clinical Infectious Diseases. Band 43, Nummer 9, November 2006, S. 1089–1134, , , PMID 17029130.J. Miklossy, S. Kasas, A. D. Zurn, S. McCall, S. Yu, P. L. McGeer: Persisting atypical and cystic forms of Borrelia burgdorferi and local inflammation in Lyme neuroborreliosis. In: Journal of neuroinflammation. Band 5, 2008, S. 40, , , PMID 18817547, .P. M. Lantos, P. G. Auwaerter, G. P. Wormser: A systematic review of Borrelia burgdorferi morphologic variants does not support a role in chronic Lyme disease. In: Clinical Infectious Diseases. Band 58, Nummer 5, März 2014, S. 663–671, , , PMID 24336823, . in Zellkulturen bleibt die Teilungsfähigkeit erhalten.O. Brorson, S. H. Brorson: Transformation of cystic forms of Borrelia burgdorferi to normal, mobile spirochetes. In: Infection. Band 25, Nummer 4, 1997 Jul-Aug, S. 240–246, , PMID 9266264.
Sensu lato und sensu stricto
Als Borrelia burgdorferi s. l. wird eine Reihe nah verwandter Borrelien bezeichnet, die in Zecken und in Säugetieren leben. 2011 umfasste die Gruppe neben einigen noch unbenannten Borrelien die Arten B. afzelii, B. americana, B. andersonii, B. bavariensis, B. bissettii, Borrelia burgdorferi s. s., B. californiensis, B. carolinensis, B. garinii, B. japonica, B. kurtenbachii, B. lusitaniae, B. sinica, B. spielmanii, B. tanukii, B. turdi, B. valaisiana und B. yangtze.N. Rudenko, M. Golovchenko u. a.: Updates on Borrelia burgdorferi sensu lato complex with respect to public health. In: Ticks and Tick-Borne Diseases Band 2, Nr. 3, September 2011, S. 123–128, , , PMID 21890064, .
Mindestens drei der Arten führen beim Menschen zur Lyme-Borreliose: Borrelia garinii, B. afzelii und B. burgdorferi sensu stricto. Die Arten rufen leicht unterschiedliche Immunreaktionen und Krankheitsbilder hervor, allerdings ohne klare Abgrenzung. So geht eine Infektion mit B. burgdorferi s. s. häufig mit Arthritis einher, während bei B. garinii neurologische Symptome und bei B. afzelii Hautveränderungen typisch sind. Da der Bakterienstamm B31 der Art B. burgdorferi s. s. als Erster sequenziert wurde, gilt er als Referenz.
Nicht zum Komplex Borrelia burgdorferi sensu lato zählen Borrelien, die andere Erkrankungen hervorrufen, beispielsweise B. recurrentis, der Erreger des Rückfallfiebers.
Verbreitungsgebiete Borrelia burgdorferi s. l. kommen in Europa, Asien und den USA überall dort vor, wo sowohl ihr Zeckenwirt als auch ihr Säugetierwirt lebt.
In den USA dominiert B. burgdorferi sensu stricto. In Europa sind B. afzelii und B. garinii am häufigsten, wobei sowohl die Durchseuchung der Zecken als auch die Verteilung der Arten regional stark variiert.C. Rauter, T. Hartung: Prevalence of Borrelia burgdorferi sensu lato genospecies in Ixodes ricinus ticks in Europe: a metaanalysis. In: Applied and environmental microbiology. Band 71, Nummer 11, November 2005, S. 7203–16, , , PMID 16269760, . Alle bekannten europäischen Arten von B. burgdorferi s. l. wurden auch in Deutschland nachgewiesen.
Während B. burgdorferi in den USA vor allem von den Schildzecken Ixodes scapularis (Hirschzecke, Nordosten und mittlerer Westen) und Ixodes pacificus (Westküste) übertragen wird, infizieren sich Menschen in Europa vor allem durch Stiche des Gemeinen Holzbocks (I. ricinus) und in Asien durch Stiche der Taigazecke (Ixodes persulcatus).
Infektionszyklus und Übertragung Kleine Nagetiere wie Ratten und Mäuse sowie Rotwild sind die Reservoirwirte von Borrelia burgdorferi; sie zeigen im Allgemeinen keine Krankheitssymptome. Schildzecken dienen als Vektoren, d. h., sie übertragen die Bakterien in neue Reservoirwirte. Zecken und Säugetiere sind in vieler Hinsicht (Körpertemperatur, pH-Wert usw.) deutlich unterschiedliche Lebensräume. Um in beiden zu überleben und sich zu vermehren, passt B. burgdorferi ihre Genexpression und damit das Spektrum der synthetisierten Proteine an die jeweilige Umgebung an.
Die Zeckenlarven nehmen die Bakterien mit ihrer ersten Blutmahlzeit an einem infizierten Nagetier auf und übertragen sie nach ihrer Weiterentwicklung zu Nymphen bei ihren nächsten Mahlzeiten auf weitere Wirte. Die Bakterien suchen den Mitteldarm der Nymphen auf, in dem sie sich mithilfe des Lipoproteins OspA in ihrer äußeren Membran festsetzen. Während der ersten Mahlzeit der Nymphe lösen das Blut und die ansteigende Temperatur Veränderungen der Proteinsynthese und eine Chemotaxis aus: Die Borrelien vermehren sich, stellen statt OspA das Lipoprotein OspC her und wandern vom Darm in die Speicheldrüsen. Von dort gelangen sie in ihren nächsten Säugetierwirt. Nach einer erneuten Häutung saugen die nunmehr adulten Zecken ausschließlich das Blut größerer Säugetiere, die keine geeigneten Reservoirwirte für B. burgdorferi und somit Sackgassen in deren Zyklus sind. mini|Charakteristische Hauteffloreszenz nach einem Zeckenstich Sowohl Nymphen als auch adulte Zecken wählen gelegentlich Menschen für ihre Blutmahlzeiten. Da die kleinen Nymphen schwer zu entdecken sind, dauert ihre Mahlzeit häufig lang genug, um Spirochäten zu übertragen. Sie sind daher der Hauptvektor für die Infektion von Menschen. Die Erkrankung des Menschen geht – anders als bei vielen anderen Bakterieninfektionen – nicht auf Virulenzfaktoren wie Toxine oder spezialisierte Sekretionssysteme zurück, denn B. burgdorferi ist evolutionär nicht an den Befall von Menschen angepasst. Stattdessen lösen bakterielle Produkte, die der Vermehrung und dem Überleben der Borrelien in ihren Reservoirwirten dienen, bzw. die Reaktionen des Immunsystems auf diese Stoffe die Lyme-Borreliose aus.
Meldepflicht Nach dem Recht mehrerer Bundesländer Deutschlands besteht eine erregerbezogene Meldepflicht. So ist nach dem Recht Sachsens§ 2 Nr. 2 der direkte oder indirekte Nachweis von Borrelia burgdorferi species namentlich meldepflichtig, soweit der Nachweis auf eine akute Infektion hinweist. Nach dem Recht Brandenburgs§ 2 Buchstabe a für Borrelia burgdorferi sp. ebenso. Nach dem Recht Mecklenburg-Vorpommerns besteht die Pflicht zur nichtnamentlichen Meldung bezüglich des direkten oder indirekten Nachweises. Nach dem Recht Sachsen-Anhalts ist der direkte oder indirekte Nachweis, soweit die Nachweise auf eine akute Infektion hinweisen, nichtnamentlich zu melden.
Genetik Das Genom des Stamms B31 von B. burgdorferi sensu stricto war das dritte sequenzierte Mikrobengenom überhaupt; die Sequenz wurde 1997 veröffentlicht.C. M. Fraser, S. Casjens, W. M. Huang, G. G. Sutton, R. Clayton, R. Lathigra, O. White, K. A. Ketchum, R. Dodson, E. K. Hickey, M. Gwinn, B. Dougherty, J. F. Tomb, R. D. Fleischmann, D. Richardson, J. Peterson, A. R. Kerlavage, J. Quackenbush, S. Salzberg, M. Hanson, R. van Vugt, N. Palmer, M. D. Adams, J. Gocayne, J. Weidman, T. Utterback, L. Watthey, L. McDonald, P. Artiach, C. Bowman, S. Garland, C. Fuji, M. D. Cotton, K. Horst, K. Roberts, B. Hatch, H. O. Smith, J. C. Venter: Genomic sequence of a Lyme disease spirochaete, Borrelia burgdorferi. In: Nature. Band 390, Nummer 6660, Dezember 1997, S. 580–586, , , PMID 9403685. Das Genom ist – wie bei vielen obligaten Parasiten, die auf den Stoffwechsel ihrer Wirte angewiesen sind – relativ klein. Zugleich ist es hochkomplex und außergewöhnlich aufgebaut, vermutlich in Anpassung an die stark unterschiedlichen Umweltbedingungen während des Infektionszyklus: Während die meisten Bakterien ein ringförmiges Chromosom sowie ebenfalls ringförmige Plasmide haben, ist das 910 Kilobasenpaare große Chromosom hier linear, ebenso wie viele der 9 bis 62 Kilobasenpaare großen Plasmide,D. Brisson, D. Drecktrah u. a.: Genetics of Borrelia burgdorferi. In: Annual review of genetics. Band 46, 2012, S. 515–536, , , PMID 22974303, (Review). welche zusammen weitere 533.000 Basenpaare aufweisen.
Jedes der linearen Plasmide ist anders aufgebaut. Alle enthalten neben nichtcodierender DNA und Pseudogenen (d. h. durch Mutationen inaktivierten Genen) zahlreiche Kopien paraloger (d. h. durch Duplikation entstandener homologer) Gene. Anzahl und Größe der Plasmide sowie die Anordnung der Gene auf ihnen unterscheiden sich innerhalb des Komplexes B. burgdorferi sensu lato von Art zu Art und von Stamm zu Stamm. All das deutet darauf hin, dass das Genom von B. burgdorferi im Fluss ist.