Hauttest zur Früherkennung von Borreliose
Das Hauptproblem bei der Therapie der Borreliose ist das Fehlen eines geeigneten Frühtests. Dabei wäre eine rechtzeitige Diagnose wichtig für die erfolgreiche Behandlung, denn je früher diese erfolgt, desto besser sind die Heilungsaussichten. Wissenschaftler der Universität Strasbourg haben eine Möglichkeit gefunden, mit der sich die Früherkennung der Borreliose möglicherweise revolutionieren lässt: Über den Nachweis bakterieller Eiweiße in einem Hauttest [1].
Das Problem der Früherkennung von Borreliose
Eine Borreliose bleibt oftmals jahrelang unerkannt. In vielen Fällen bildet sich nicht die typische Wanderröte (Erythema migrans), die einen deutlichen Hinweis auf eine Infektion liefert. Dann stehen Ärzte vor einem Rätsel, woher die neurologischen Beschwerden oder Gelenkentzündungen eines Patienten herkommen.
Hat sich die Infektion in Form der disseminierten Borreliose in innere Organe ausgedehnt, erfolgt der Nachweis der Erreger über Körperflüssigkeiten oder Biopsiematerial. Ihre DNA ist dann mittels Polymerase-Kettenreaktion (PCR), gegen ihn gebildete IgM- und IgG-Antikörper mithilfe spezieller serologischer Tests detektierbar (ELISA und Western Blot) [2]. Antikörpertests sind jedoch im Frühstadium nicht möglich, da sich die spezifischen Immunglobuline erst nach Wochen bilden.
Ein direkter Erregernachweis durch die Inkulturnahme auf Nährmedium ist ausgesprochen aufwendig und benötigt Wochen. Zudem ist der Nachweis nicht immer möglich, selbst wenn eine Infektion vorliegt. [3].
Die zentrale Rolle der Haut bei der Übertragung von Borrelien
Die Haut ist Dreh- und Angelpunkt bei der Verbreitung der Spirochäten. Hier beißt die Zecke und findet die Infektion statt. Später dient sie als Reservoir für die Erreger, aus dem heraus andere Zecken sie aufnehmen und weitergeben.
Unmittelbar nach dem Biss vermehren sich die Erreger in der Haut und verursachen die typische Wanderröte (Erythema migrans). Erst danach dringen sie bei geeigneten Wirten in Herz, Gelenke oder Blase vor. Bei Labormäusen hat man nachgewiesen, dass sich aus der Haut noch ein Jahr nach Infektion lebendige Bakterien isolieren lassen [4]. Während dieser Zeit können Zecken jederzeit mit einer Blutmahlzeit Borrelien aus der Haut aufnehmen und weitergeben.
Neue Wege bei der Früherkennung
Die unbefriedigende Situation bei der Früherkennung und die zentrale Rolle der Haut bei Borrelieninfektion hat die Strasburger Arbeitsgruppe um Nathalie Boulanger vom Institut de Bactériologie dazu veranlasst, sich die Hautinfektion näher anzuschauen und die Bakterien mittels neuartiger Techniken nachzuweisen.
Von Mäusen und Zecken
Dazu haben sie in einem speziellen Mäusestamm drei Borrelia-Arten untersucht: die weit verbreitete B. burgdorferi, die bei uns für die meisten Infektionen im Menschen verantwortlich ist, B. afzelii, die vorwiegend in Nagetieren auftritt und die bei Vögeln vorkommende B. garinii.
Um die Rolle der Haut und des Zeckenspeichels einschätzen zu können, erfolgte die Infektion der Tiere auf dreierlei Art: durch subkutane Injektion, durch Infektion über den Bauchraum oder direkt durch den Biss infizierter Zecken.
Die Haut ist immer infiziert
Behandelte man die Haut der Tiere mit einer Corticosteroid-haltigen Salbe, vermehrten sich die Bakterien dort schlagartig. Das liegt daran, dass die Hormonsalbe die Immunabwehr der Mäuse außer Kraft setzt. Diese kann die Hautinfektion mit Borrelien nicht beseitigen, aber einigermaßen in Schach halten.
Welche Bakterienproteine in der Haut eignen sich für eine Detektion?
Der neuartige Ansatz der Strasburger Wissenschaflter berücksichtigt weder DNA noch Antikörper, sondern bakterielle Proteine, die in der Haut zu finden sind. Um solche ausfindig zu machen, bedienten sich die Forscher der Proteomik.
Als Proteom bezeichnet man die Gesamtheit aller Eiweiße eines Organismus, ähnlich wie das Genom die gesamte Erbsubstanz kennzeichnet. Dafür gibt es spezielle Untersuchungsmethoden, wie eine massenspektroskopische Analyse der in einem elektrischen Feld aufgetrennten Proteine.
Die Wissenschaftler verwendeten mit Corticosteroidsalbe behandelte Haut, in der sich die Bakterien unabhängig von der Immunabwehr vermehren konnten. Darin suchten sie mit der bei Borreliose-Tests üblichen Polymerase-Kettenreaktion (PCR) nach DNA-Bruchstücken und fanden die meisten Bakterien in Mäusen mit B. afzelii. Von diesen Mäusen nahmen sie Hautstanzen und untersuchten diese massenspektroskopisch auf Bestandteile der Bakterien.
Dabei fanden sie eine ganze Reihe von Bakterienproteinen. Die beiden wichtigsten waren Flagellin und VlsE. Flagellin ist das Eiweiß der Geißeln (Flagellen), mit deren Hilfe sich die Bakterien bewegen. VsLE (Variable major protein-like sequence expressed) ist mittlerweile als Antigen bei einigen Antikörpertests auf Lyme-Borreliose gebräuchlich. Dabei handelt es sich um ein Lipoprotein auf der Zelloberfläche der Bakterien. Während einer Infektion verändert es sich ständig und macht die Zellen für die Immunabwehr des Wirts unsichtbar [5]. VsLE ist hauptverantwortlich dafür, dass sich die Bakterien in der Haut so lange zu behaupten vermögen.
Was bringen die Untersuchungen?
Dass die Haut bei einer Infektion immer und schon früh befallen ist, macht sie für ein Testsystem interessant. Bereits in einer früheren Publikation konnten die Strasburger zeigen, dass die Borrelien bereits eine Woche nach Infektion in der Haut nachweisbar waren [6]. Das bleibt über Monate so [4] – beste Voraussetzungen für eine Detektierbarkeit in jedem Stadium des Befalls.
Noch sind die proteomischen Untersuchungen noch wesentlich aufwendiger als die verbreiteten ELISA- und PCR-Methoden. Da ein frühzeitiger Borreliose-Test klinisch dringend benötigt wird, dürfte es nicht lange dauern, bis die Methode für den Einsatz im Routinelabor einsatzfähig wird. Danach genügt eine kleine Hautstanze, um binnen weniger Tage Aussagen über eine Infektion machen zu können.
Quellen, Links und weiterführende Literatur
- Grillon A, Westermann B, Cantero P, Jaulhac B, Voordouw MJ, Kapps D, Collin E, Barthel C, Ehret-Sabatier L, Boulanger N.:
Identification of Borrelia protein candidates in mouse skin for potential diagnosis of disseminated Lyme borreliosis.
Sci Rep. 2017 Dec 1;7(1):16719. doi: 10.1038/s41598-017-16749-9. PDF>>.
- Schnell G, Boeuf A, Westermann B, Jaulhac B, Lipsker D, Carapito C, Boulanger N, Ehret-Sabatier L.:
Discovery and targeted proteomics on cutaneous biopsies infected by borrelia to investigate lyme disease.
Mol Cell Proteomics. 2015 May;14(5):1254-64. doi: 10.1074/mcp.M114.046540. Epub 2015 Feb 24. PDF>>.
- Asbrink E, Hovmark A.
Successful cultivation of spirochetes from skin lesions of patients with erythema chronicum migrans Afzelius and acrodermatitis chronica atrophicans.
Acta Pathol Microbiol Immunol Scand B. 1985 Apr;93(2):161-3.
- Barthold SW, de Souza MS, Janotka JL, Smith AL, Persing DH.
Chronic Lyme borreliosis in the laboratory mouse.
Am J Pathol. 1993 Sep;143(3):959-71. PDF>>.
- Jacek E, Tang KS, Komorowski L, Ajamian M, Probst C, Stevenson B, Wormser GP, Marques AR, Alaedini A:
Epitope-Specific Evolution of Human B Cell Responses to Borrelia burgdorferi VlsE Protein from Early to Late Stages of Lyme Disease.
J Immunol. 2016 Feb 1;196(3):1036-43. doi: 10.4049/jimmunol.1501861. Epub 2015 Dec 30. PDF>>.
- Schnell G, Boeuf A, Jaulhac B, Boulanger N, Collin E, Barthel C, De Martino S, Ehret-Sabatier L:
Proteomic analysis of three Borrelia burgdorferi sensu lato native species and disseminating clones: relevance for Lyme vaccine design.
Proteomics. 2015 Apr;15(7):1280-90. doi: 10.1002/pmic.201400177. Epub 2015 Feb 4.