Borrelia to rodzaj bakterii krętkowych, który obejmuje trzy główne klady: grupę boreliozy z Lyme (LB), grupę z nawracającą gorączką (RF) i mniej dobrze scharakteryzowaną grupę, pozornie ograniczoną do. Taksonomia Borrelia zmienia się wraz z pojawieniem się metodologii molekularnych, które umożliwiają porównywanie genomu i proteomu, podobnie jak w przypadku większości innych grup taksonomicznych1,2,3,4,5,6,7. Grupa LB (zwana również grupą z boreliozą) jest tradycyjnie określana jako Borrelia burgdorferi sensu lato od jej najlepiej scharakteryzowanego członka Borrelia burgdorferi sensu stricto. W artykule użyto obecnie najczęściej używanej terminologii: LB, RF i grupy związanej z oraz opisano protokoły hodowli dla grup LB i RF.
Jak można się spodziewać po członku rodziny Spirochaetaceae, Borrelia może przyjąć charakterystycznie długi i cienki spiralny kształt, zwykle o długości 20-30 μm i szerokości 0,2-0,3 μm. Jednak komórki Borrelia są wysoce pleomorficzne i mogą przybierać wiele innych kształtów zarówno w hodowli, jak i in vivo1,8 w wyniku ich złożonej struktury komórkowej i genetycznej. W postaci krętkowej płaska morfologia fali sinusoidalnej wynika z jej osiowej endoflagelli obracającej się w przestrzeni peryplazmatycznej między błoną wewnętrzną i zewnętrzną. Ta struktura sprawia, że komórki są bardzo ruchliwe, a zewnętrzna błona zawiera białka, które umożliwiają komórce interakcję z tkankami gospodarza9,10. Ekspresja białek błony zewnętrznej jest ściśle regulowana i wpływa nie tylko na inwazję tkanek gospodarza, ale także na interakcję z układem odpornościowym gospodarza11. Ta złożona ekspresja genów umożliwia komórkom Borrelia przemieszczanie się między bardzo różnymi środowiskami gospodarzy kręgowców i wektorów bezkręgowców. Genom Borrelia jest niezwykły wśród prokariontów, składa się z chromosomu liniowego, a nie kołowego. Oprócz chromosomu liniowego gatunki Borrelia zawierają 7-21 plazmidów, niektóre liniowe, a niektóre okrągłe. Plazmidy zawierają większość genów wymaganych do adaptacji gospodarza i zjadliwości, a koliste plazmidy pochodzące z profagów są uważane za odpowiedzialne za większość poziomego przepływu genów między komórkami krętka12,13. Zgodnie z rolą w adaptacji gospodarza, niektórzy, być może wielu lub wszyscy, członkowie grupy boreliozy z Lyme tracą plazmidy w culture14. Najlepiej przebadany "przystosowany laboratoryjnie" szczep B. burgdorferi, B31, ma tylko siedem z dziewięciu plazmidów znalezionych w dzikich izolatach tego gatunku15. Podobnie, B. garinii traci plazmidy w culture16. Niektóre badania wykazały, że gatunki RF i B. miyamotoi zachowują plazmidy podczas hodowli14,17, ale ostatnie prace pokazują zmienione plazmidy i zakaźność przy długotrwałej hodowli in vitro18.
Metody oparte na kulturach pozostają złotym standardem w laboratoryjnym wykrywaniu infekcji bakteryjnych, zarówno w badaniach, jak i w pracy klinicznej14,17. Hodowla patogenów z płynów ustrojowych lub tkanek bezpośrednio wykrywa replikujące się patogeny i dostarcza materiału źródłowego do badań14,17. Protokół ten demonstruje metodologię i receptury wymagane do pomyślnego wyhodowania krętków z grupy LB, a także RF Borrelia i B. miyamotoi. Podstawowym podłożem do hodowli krętków Borrelia jest pożywka Barboura-Stoennera-Kelly'ego (BSK-II lub dostępna na rynku BSK-H), z antybiotykami lub bez nich w celu ograniczenia wzrostu zanieczyszczających prokariontów. To medium zostało zaadaptowane z medium pierwotnie używanego do obsługi RF Borrelia19, następnie zmodyfikowane przez Stoenner20, a następnie przez Barbour21. Od tego czasu opracowano wiele modyfikacji, z których każda ma wpływ na fizjologię bakterii, co może wpływać na wzrost, zakaźność i chorobotwórczości22. To podłoże niezawodnie wspiera wzrost krętków w uznanych kulturach i było używane do izolowania krętków od kleszczy, ssaków i próbek klinicznych23. Niedawno opracowana odmiana, zmodyfikowana pożywka Kelly'ego-Pettenkofera (MKP), może zapewnić lepszy sukces izolacji, morfologię i ruchliwość podczas izolowania nowych izolatów Borrelia od próbek środowiskowych, gdy liczba krętków obecnych w próbce dostępnej do wysiewu kultury jest niska23,24. We wszystkich przypadkach sukces uprawy zależy w decydującym stopniu od świeżo przygotowanego podłoża i użycia odpowiednich składników; Nie wszystkie komercyjne składniki dają wysokiej jakości podłoże. Zaszczepione kultury można wygodnie inkubować bez wstrząsania w konwencjonalnym inkubatorze o temperaturze 32-34 °C w obecności niewielkiej ilości resztkowego tlenu w otoczeniu. Krętki Borrelia są beztlenowcami, ale w naturze są narażone na wahania stężeń tlenu i dwutlenku węgla i reagują zmianami w ekspresji genów26,27,28,29. Tak więc ekspresja genów, wzrost i inne badania metaboliczne powinny kontrolować poziom tlenu i dwutlenku węgla za pomocą inkubatora kontrolowanego tlenem lub komory beztlenowej. W hodowli posiewy są sprawdzane co tydzień lub częściej pod kątem obecności krętków za pomocą mikroskopii ciemnego pola lub mikroskopii z kontrastem fazowym. Rozmazy hodowlane mogą być barwione za pomocą barwników srebra, immunohistochemii lub za pomocą fluorescencyjnie znakowanych szczepów29,30. PCR, a następnie sekwencjonowanie DNA to czuła i specyficzna metoda wykrywania i genetycznej identyfikacji lub potwierdzania gatunku Borrelia30,31,32,33.
Istnieje wiele drobnych odmian BSK-II, a niektóre są dostępne na rynku. Protokół opisany tutaj w sekcji 1 został zaadaptowany z Barbour (1984)21. Płynna pożywka MKP jest pożywką powstałą niedawno i jest opisana w punkcie 2. Jest on przygotowywany zgodnie z wcześniej zgłoszonym protokołem33,34, który, podobnie jak podłoże BSK, składa się z dwóch etapów: przygotowania podłoża podstawowego i przygotowania podłoża kompletnego. Pożywkę do hodowli bakterii Borrelia można przygotować z antybiotykami lub bez antybiotyków, jak opisano w punkcie 3; antybiotyki działają w celu zmniejszenia liczby bakterii skażających wprowadzanych podczas inokulacji próbkami klinicznymi lub środowiskowymi, jak opisano w sekcji 4; w przypadku inokulacji czystą kulturą Borrelia sp. antybiotyki mogą nie być potrzebne. Tworzenie długoterminowych zapasów Borrelia jest często ważne, a protokół w tym zakresie opisano w sekcji 5. W sekcji 6 opisano użycie tych pożywek do izolacji czystych klonów Borrelia sensu lato z próbek klinicznych lub środowiskowych. Możliwych jest kilka podejść36; Poniżej znajduje się jeden, który okazał się skuteczny. Pożywka galwaniczna używana w tym protokole jest modyfikacją podłoża do powlekania BSK-II37 i MKP medium34 (z surowicą króliczą zwiększoną do 10%38).