Anpassung von Borrelia afzelii und Borrelia burgdorferi sensu stricto, Erreger der Lyme-Krankheit, an verschiedene Nagetier-Reservoirwirte

Abstract

Sowohl Vögel als auch Nagetiere sind für Borrelia burgdorferi sensu stricto als Reservoirwirte kompetent. Trotzdem kommt diese Genospezies in wirtssuchenden Zecken in Europa weit seltener vor als die ebenfalls humanpathogenen Spirochäten B. afzelii und B. garinii. Bei der Übertragung durch die wirtsunspezifische Zecke Ixodes ricinus sollte eigentlich die Wahrscheinlichkeit, dass B. burgdorferi s.s. auf kompetente Wirte übertragen wird, höher sein als für die anderen Genospezies, die nur an bestimmte Wirte angepaßt sind (Levine et al. 1985, Olsen et al. 1995, Richter et al. 2000). Ebenfalls würde man erwarten, dass Zecken vergleichsweise häufiger mit B. burgdorferi s.s. doppelt-infiziert sind. Die daraus zu folgernde höhere Prävalenz von B. burgdorferi s.s. in wirtssuchenden Zecken läßt sich aber bei Freilanduntersuchungen nicht bestätigen. B. afzelii ist im Stadtpark von Göttingen viermal und B. garinii sogar zehnmal häufiger in Nymphen zu finden als B. burgdorferi s.s. Möglicherweise wird das unterschiedlich häufige Vorkommen von B. afzelii und B. burgdorferi s.s. durch bestimmte Eigenschaften ihrer Wirte beeinflußt. Die Reservoirkompetenz einfach- und mehrfach- infizierter Nagetiere und die Übertragungshäufigkeit und geschwindigkeit von B. afzelii und B. burgdorferi s.s. nach Mehrfachpassagen sollte über den Einfluß der Wirte auf die Prävalenz von B. burgdorferi sensu lato in wirtssuchenden Zecken Aufschluß geben. Waldmäuse, Apodemus sylvaticus, und Mongolische Wüstenrennmäuse, kurz Gerbil, Meriones unguiculatus, wurden mittels Nymphen entweder mit B. afzelii oder B. burgdorferi s.s. infiziert. Die Infektiösität dieser Wirte für Zecken wurde vergleichend durch Xenodiagnosen über einen Zeitraum von acht Monaten bestimmt. Dabei waren die mit B. afzelii-Spirochäten infizierten Wirte für Vektorzecken infektiöser als die mit B. burgdorferi s.s. infizierten Wirte, und mehr Zecken nahmen Spirochäten von Gerbilen auf als von Waldmäusen. Waldmäuse waren hingegen länger infektiös für Zecken als Gerbile. Wanderratten, Rattus norvegicus, wurden ebenfalls mittels monoinfizierter Nymphen mit jeweils einer der drei humanpathogenen Genospezies infiziert. Bei anschließenden Xenodiagnosen waren mit B. afzelii-infizierte Ratten anfänglich stärker infektiös für Vektorzecken als mit B. burgdorferi s.s.-infizierte Ratten. Dagegen blieb die Infektionsrate der xenodiagnostischen Zecken mit B. burgdorferi s.s.-infizierter Ratten nach sieben Monaten auf einem höheren Niveau. Nach einer Re-Infektion mit derselben Genospezies stieg die Infektiösität für Zecken wieder an, die Ratten hatten also keine Immunität gegen B. burgdorferi s.l. entwickelt. Wanderratten infizierten über den gesamten Untersuchungszeitraum eine ähnliche Anzahl von Zecken mit B. afzelii und B. burgdorferi s.s., aber sehr viel weniger Zecken mit B. garinii Serotyp 6. Um das Verhalten der Genospezies bei Mehrfachinfektionen zu untersuchen, wurden verschiedene Nagetiere mit B. afzelii oder B. burgdorferi s.s. infiziert und zu bestimmten Zeitpunkten mit der jeweils anderen Genospezies superinfiziert. B. afzelii dominierte in xenodiagnostischen Zecken, die an superinfizierten Waldmäusen oder Gerbilen gesogen hatten. Nur unter bestimmten Bedingungen konnte B. burgdorferi s.s. bei den Gerbilen in den Vektorzecken überwiegen. Dazu musste B. burgdorferi s.s. diese Wirte im chronischen Stadium der B. afzelii-Erstinfektion superinfiziert haben. Die absolute Antikörpermenge im Serum der superinfizierten Wirte korrelierte dabei nicht mit der vorherrschenden Genospezies, die sie auf xenodiagnostische Zecken übertrugen. Anschließend wurde untersucht, welche Genospezies bei adulten Zecken dominiert, wenn die Larve und Nymphe an unterschiedlich infizierten Wirten gesogen hatte. Die dominierende Genospezies in einfach infizierten adulten Zecken hing von der Wirtstierart ab, an der sie als Nymphen gesogen hatten. Um die Genospeziesverteilung in der Zecke nach einer zweiten Wirtspassage des Erregers zu ermitteln, wurden die von Gerbilen stammenden xenodiagnostischen Zecken der Superinfektion, die teilweise mit B. afzelii, B. burgdorferi s.s. oder mit beiden Genospezies infiziert waren, an Hausmäuse, Mus musculus, angesetzt. Diese Wirte infizierten ihre xenodiagnostischen Zecken überwiegend mit B. afzelii. Wenn die Wirte der 1. Passage hauptsächlich B. burgdorferi s.s. auf ihre Zecken übertragen hatten, war diese Genospezies in den xenodiagnostischen Larven der Hausmäuse häufiger nachweisbar, in den resultierenden Nymphen jedoch nur vereinzelt. Nur von einer Hausmaus nahmen die Zecken mehr B. burgdorferi s.s.- als B. afzelii-Spirochäten auf. Die Dominanz von B. afzelii in wirtssuchenden Zecken im Vergleich zu B. burgdorferi s.s. ist möglicherweise auch durch eine schnellere Übertragung von der infizierenden Nymphe auf ihren Wirt bedingt. Infizierte Nymphen durften für eine definierte Dauer an haarlosen Hausmäusen saugen, deren Infektionsstatus zwei Wochen später untersucht wurde. I. ricinus übertrug keine der beiden Genospezies vor 24 h nach Saugbeginn auf den Wirt. Die Übertragung von B. afzelii war im Vergleich zu der von B. burgdorferi s.s. aber effizienter. Lyme-Spirochäten, die auf bestimmte Reservoirwirte in der Natur spezialisiert sind, so wie B. afzelii, sind besser an diese Wirte angepaßt als weniger spezialisierte Erreger, so wie B. burgdorferi s.s., und sie sind besser an diese Wirte als an Laborwirte angepaßt. Der Spezialist B. afzelii wird effizienter übertragen als der Generalist B. burgdorferi s.s.

Both, birds and rodents, are competent reservoir hosts for Borrelia burgdorferi sensu stricto. Nevertheless, this genospecies infects questing ticks less frequently in Central Europe than do B. afzelii- and B. garinii- spirochetes, the other pathogenic spirochetes. Because each of the genospecies is transmitted by Ixodes ricinus, a vector with a broad host array, one would expect that B. burgdorferi s.s. is more likely to be transmitted to a competent host than the more host adapted genospecies (Levine et al. 1985, Olsen et al. 1995, and Richter et al. 2000). Similarly a higher rate of double-infections with B. burgdorferi s.s. in ticks would be expected. B. burgdorferi s.s., however, is not the most prevalent genospecies in questing ticks in nature. For each questing nymph collected in the Stadtpark of Göttingen that is infected by B. burgdorferi s.s., more than four ticks are infected by B. afzelii and more than ten by B. garinii. This difference in prevalence of B. afzelii and B. burgdorferi s.s. might be influenced by certain characteristics of their hosts. The reservoir competence of mono- and double-infected rodents and the transmission dynamics of multi-passaged B. afzelii and B. burgdorferi s.s. may reveal the influence of the host on the prevalence of B. burgdorferi s.l. in questing ticks. Woodmice, Apodemus sylvaticus, and mongolian jirds, Meriones unguiculatus, were infected with B. afzelii or B. burgdorferi s.s. by means of mono-infected nymphs. The infectivity of these hosts for ticks was compared by xenodiagnosis throughout an eight-month period. B. afzelii-infected hosts were more infectious for their vector ticks than B. burgdorferi s.s.-infected hosts and more ticks acquired spirochetes from jirds than from woodmice. Woodmice, however, remained infectious for ticks for a longer period than jirds. Brown rats, Rattus norvegicus, were also infected by means of infected nymphs with one of the three pathogenic genospecies. Subsequent xenodiagnosis revealed an initially higher infectivity of B. afzelii-infected rats for their vector ticks than B. burgdorferi s.s.-infected rats. However, B. burgdorferi s.s.-infected rats remained more infectious to xenodiagnostic ticks after seven months. After re-infection with the same genospecies, infectivity for vector ticks increased again, thus, rats did not develop an immunity against B. burgdorferi s.l. Brown rats infected nearly the same number of ticks either with B. afzelii and B. burgdorferi s.s. throughout the entire time span but far fewer ticks acquired B. garinii serotype 6-spirochetes from rats. To examine how genospecies interact in multi-infected hosts, different rodents were infected with either B. afzelii or B. burgdorferi s.s. and subsequently super-infected with the other genospecies after a period of two or eight weeks. B. afzelii predominated in xenodiagnostic ticks fed on super-infected woodmice or jirds. Jirds infected xenodiagnostic vector ticks with B. burgdorferi s.s. solely if this genospecies super-infected them during the chronic stage of B. afzelii-infection. The absolute amount of specific antibodies in the serum of super-infected hosts did not correlate with the predominantly transmitted genospecies. Subsequently, we determined which genospecies predominated in the adult tick if the larva and the nymph fed on differently infected hosts. The predominant genospecies in single-infected adult ticks depended on the kind of host on which the nymph had fed. To determine which genospecies will infect a vector tick after a second host passage of the pathogen, xenodiagnostic ticks from super-infected jirds were permitted to infest house mice, Mus musculus. This simultaneous exposure of hosts to B. afzelii and B. burgdorferi s.s. resulted in xenodiagnostic ticks infected mainly by B. afzelii. If the host of the first passage infected their vector ticks predominantly with B. burgdorferi s.s., this genospecies could be found more frequently in the xenodiagnostic larvae of the house mice but were mostly lost in the resulting nymphs. Only from one house mouse, more xenodiagnostic ticks acquired B. burgdorferi s.s.- than B. afzelii- spirochetes. The predominance of B. afzelii in questing ticks compared to that of B. burgdorferi s.s. may also be explained by more rapid transmission from the infected nymph to its host. Infected nymphs were allowed to feed on hairless house mice for a defined period of time, followed by xenodiagnosis two weeks later. Neither of the genospecies was transmitted earlier than 24 hours after I. ricinus nymphs had started their bloodmeal. B. afzelii, however, was transmitted more efficiently compared to B. burgdorferi s.s. Lyme disease spirochetes that specialize in particular kinds of reservoir hosts in nature, such as B. afzelii, are better adapted to those hosts than are more generalist pathogens, such as B. burgdorferi s.s., and they are better adapted to those hosts than to a laboratory model. The specialist B. afzelii is more efficiently transmitted than the generalist B. burgdorferi s.s.