Borrelia is een geslacht van spirocheetbacteriën dat drie belangrijke clades omvat: de Lyme-borreliose (LB) -groep, de relapsing fever (RF) -groep en een minder goed gekarakteriseerde groep die schijnbaar beperkt is tot reptielen. Borrelia-taxonomie is in beweging met de komst van moleculaire methodologieën die genoom- en proteoomvergelijkingen mogelijk maken, zoals geldt voor de meeste andere taxonomische groepen 1,2,3,4,5,6,7. De LB-groep (ook wel de ziekte van Lyme-groep genoemd) wordt van oudsher Borrelia burgdorferi sensu lato genoemd naar zijn best gekarakteriseerde lid Borrelia burgdorferi sensu stricto. Dit artikel gebruikt de momenteel meest gebruikte terminologie: de LB, de RF en de reptielen-geassocieerde groep, en beschrijft de kweekprotocollen voor de LB- en de RF-groepen.
Zoals te verwachten is voor een lid van de familie Spirochaetaceae, kan Borrelia de opvallend lange en dunne spiraalvorm aannemen, meestal 20-30 μm lang en 0,2-0,3 μm breed. Borrelia-cellen zijn echter zeer pleomorf en kunnen vele andere vormen aannemen in zowel cultuur als in vivo 1,8 als gevolg van hun complexe cellulaire en genetische structuur. In zijn spirochetale vorm is de morfologie van de vlakke sinusgolf het resultaat van zijn axiale endoflagella die roteert in de periplasmatische ruimte tussen de binnenste en buitenste membranen. Deze structuur stelt de cellen in staat om zeer beweeglijk te zijn, waarbij het buitenmembraan eiwitten bevat die de cel in staat stellen om te interageren met gastheerweefsels 9,10. De expressie van de buitenste membraaneiwitten is strak gereguleerd en beïnvloedt niet alleen de invasie van gastheerweefsel, maar ook de interactie met het immuunsysteem van de gastheer11. Deze complexe genexpressie stelt de Borrelia-cellen in staat om te pendelen tussen de zeer verschillende omgevingen van gewervelde gastheren en ongewervelde vectoren. Het genoom van Borrelia is ongebruikelijk onder prokaryoten, bestaande uit een lineair in plaats van een cirkelvormig chromosoom. Naast het lineaire chromosoom bevatten Borrelia-soorten 7-21 plasmiden, sommige lineair en sommige cirkelvormig. De plasmiden herbergen de meerderheid van de genen die nodig zijn voor gastheeraanpassing en virulentie, en de circulaire plasmiden afgeleid van profagen worden verondersteld verantwoordelijk te zijn voor de meerderheid van de horizontale genstroom tussen spirochetale cellen12,13. In overeenstemming met een rol in gastheeradaptatie, verliezen sommige, mogelijk veel of alle, leden van de Lyme-borreliosegroep plasmiden in cultuur14. De best bestudeerde "laboratorium aangepaste" stam van B. burgdorferi, B31, heeft slechts zeven van de negen plasmiden gevonden in wilde isolaten van deze soort15. Evenzo verliest B. garinii plasmiden in cultuur16. Sommige studies hebben aangetoond dat RF-soorten en B. miyamotoi plasmiden behouden wanneer ze worden gekweekt14,17, maar recent werk toont veranderde plasmiden en infectiviteit met langdurige in vitro kweek 18.
Op cultuur gebaseerde methoden blijven de gouden standaard voor de laboratoriumdetectie van bacteriële infecties, voor zowel onderzoek als klinisch werk14,17. De kweek van pathogenen uit lichaamsvloeistoffen of weefsels detecteert direct replicerende pathogenen en levert bronmateriaal voor onderzoek14,17. Dit protocol demonstreert de methodologie en recepten die nodig zijn om de spirocheten van de LB-groep en RF Borrelia en B. miyamotoi met succes te kweken. Het basismedium voor het kweken van Borrelia spirocheten is het Barbour-Stoenner-Kelly medium (BSK-II of het in de handel verkrijgbare BSK-H), met of zonder antibiotica om de groei van vervuilende prokaryoten te verminderen. Dit medium werd aangepast van een medium dat oorspronkelijk werd gebruikt om RF Borrelia19 te ondersteunen, verder aangepast door Stoenner20 en vervolgens door Barbour21. Sindsdien zijn er veel modificaties ontwikkeld, elk met effecten op de bacteriële fysiologie die de groei, infectiviteit en pathogeniciteit kunnen beïnvloeden22. Dit medium ondersteunt op betrouwbare wijze de groei van spirocheten in gevestigde culturen en is gebruikt om spirocheten te isoleren uit teken-, zoogdier- en klinische monsters23. De meer recent ontwikkelde variatie, gemodificeerd Kelly-Pettenkofer (MKP) medium, kan zorgen voor een beter isolatiesucces, morfologie en beweeglijkheid bij het isoleren van nieuwe Borrelia-isolaten uit omgevingsmonsters, wanneer het aantal spirocheten dat aanwezig is in het monster dat beschikbaar is om de cultuur te zaaien laagis 23,24. In alle gevallen is het succes van de teelt kritisch afhankelijk van het vers bereide medium en het gebruik van geschikte ingrediënten; Niet alle commerciële ingrediënten produceren een medium van hoge kwaliteit. Geënte culturen kunnen gemakkelijk worden geïncubeerd zonder te schudden in een conventionele 32-34 °C incubator in de aanwezigheid van een kleine hoeveelheid resterende omgevingszuurstof. Borrelia spirocheten zijn anaëroben, maar worden in de natuur blootgesteld aan schommelingen in zuurstof- en koolstofdioxideconcentraties en reageren met veranderingen in genexpressie26,27,28,29. Genexpressie, groei en andere metabole studies moeten dus controleren op zuurstof- en koolstofdioxideniveaus met behulp van een zuurstofgestuurde incubator of anaerobe kamer. In cultuur worden culturen wekelijks, of vaker, gecontroleerd op de aanwezigheid van spirocheten met darkfieldmicroscopie of fasecontrastmicroscopie. Kweekuitstrijkjes kunnen worden gekleurd met zilvervlekken, immunohistochemie of door het gebruik van fluorescerend gelabelde stammen29,30. PCR gevolgd door DNA-sequencing is een gevoelige en specifieke methode om de Borrelia-soort te detecteren en genetisch te identificeren of te bevestigen30,31,32,33.
Er bestaan veel kleine variaties op BSK-II en sommige zijn in de handel verkrijgbaar. Het hier in deel 1 beschreven protocol is overgenomen uit Barbour (1984)21. Vloeibaar MKP-medium is een recenter ontwikkeld medium en wordt beschreven in rubriek 2. Het wordt bereid volgens een eerder gerapporteerd protocol33,34, dat, net als BSK-medium, uit twee stappen bestaat: bereiding van basismedium en bereiding van volledig medium. Borrelia kweekmedium kan worden bereid met of zonder antibiotica, zoals beschreven in rubriek 3; de antibioticawet ter vermindering van verontreinigende bacteriën die worden geïntroduceerd bij het inenten met klinische of omgevingsmonsters, zoals beschreven in rubriek 4; bij inenten met pure Borrelia sp. cultuur zijn antibiotica mogelijk niet nodig. Het maken van Borrelia-aandelen op lange termijn is vaak belangrijk en een protocol hiervoor wordt beschreven in hoofdstuk 5. Rubriek 6 beschrijft het gebruik van deze media om zuivere Borrelia sensu lato-klonen te isoleren uit klinische of omgevingsmonsters. Er zijn een aantal benaderingen mogelijk36; Hieronder is er een die effectief blijkt te zijn. Het beplatingsmedium dat in dit protocol wordt gebruikt, is een modificatie van BSK-II-platingmedium37 en MKP-medium 34 (met konijnenserum verhoogd tot 10%38).