Studies of immune responses to cell surface proteins of Helicobacter pylori and Borrelia burgdorferi by enzyme immunoassay and immunoblotting

Abstract

Helicobacter pylori and Borrelia burgdorferi s.l. can cause chronic infections by evading the immune system. These two human pathogens express a number of immunogenic cell surface proteins. The aims of this study were to gain further knowledge about these antigens and to analyse the serum antibody response in infected individuals. Both invasive and non-invasive diagnostic methods are available for the diagnosis of the infections. Diagnostic techniques based on non-invasive sampling have been evaluated in this study.



H. pylori infected patients can harbour more than one strain in the stomach. The specificity and sensitivity of serological methods varies with the antigens chosen. An immunoblot assay for detection of IgG antibodies to acid glycine extracted cell surface proteins of a H. pylori type strain was evaluated. Serum antibodies from culture positive patients specifically reacted with high and low molecular weight surface proteins and cross-reactivity was found with the medium- sized proteins. An optimised assay can now be defined by removing these cross-reacting proteins.



There is much evidence today that H. pylori are involved in the development of gastric cancer. Antibodies to the cytotoxin-associated CagA protein were significantly higher in gastric cancer cases than in a random adult population. The immunoblot was more sensitive than the recombinant CagA-EIA.



Variations in the antigenic and genetic profile of different Lyme Borrelia species occur. Antibody reactivity to a Borrelia-antigen preparation, lacking heat shock proteins and flagellin was compared with results obtained with a whole cell extract. An increase in test specificity was revealed with the purified Borrelia-fraction.



EIA and immunoblots with antigens of B.afzelii were found to detect a higher number of seropositive individuals suggesting that the reliability of serological assays could be increased when serum antibodies against antigens of Borrelia spp. predominant in the local geographical region are measured.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Upptäckten av Helicobacter pylori (Hp) (1982) har revolutionerat synen på uppkomsten av såväl magsår, magkatarr som magsäckskancer. Idag vet vi att Hp är en mycket starkt bidragande orsak till samtliga dessa sjukdomar och är en av våra vanligaste sjukdomsframkallande bakterier. Epidemiologiska studier har visat att mellan 50 och 80% av jordens befolkning är smittad. I Sverige är omkring hälften av vår vuxna befolkning infekterade med Hp, men endast 5-10% får symtom i form av magkatarr (gastrit) eller magsår. I vårt land är Hp-infektion ovanlig bland barn och ungdomar men i många u-länder infekteras så gott som samtliga individer redan tidigt i barnaåren. Bakterien är försedd med flera rörelseorgan s.k. flageller vilket gör att den snabbt kan simma genom den sura miljön i magsäcken ner genom dess slemlager och fästa till epitelytan. Den har utvecklat en rad unika egenskaper t.ex. enzymet ureas med vars hjälp denna mikrob kan bilda ammoniak som lokalt kan neutralisera magsäckens saltsyrautsöndring. Numera behandlas återkommande magsår med läkemedel som hämmar magsäckens saltsyra och med antibiotika för att eliminera bakterien. Borrelia-infektion (Lyme borreliosis) är en sjukdom som förekommer globalt och som sprids via fästingar. Trots den relativt låga incidensen av Borrelia-infektioner, i jämförelse med vissa andra infektionssjukdomar, så utgör denna ett stort hälsoproblem i många delar av världen såsom norra halvklotets tempererade regioner, främst kanske på grund av de allvarliga neurologiska, hjärt och ledkomplikationer som den kan orsaka vid kroniska infektioner. Olika Borrelia-isolat har visat på betydande genetiska och immunologiska skillnader och bakterien indelas i flera undergrupper, varav åtminstone tre, B. borrelia sensu stricto, B. afzelii och B. garinii är humanpatogena. Små däggdjur, ofta gnagare, är den huvudsakliga reservoaren för Borreliabakterien. Större däggdjur såsom hästar, klövdjur (hjortar och rådjur), hundar och katter fyller en viktig funktion för fästingens blodmåltider. För adekvat behandling av den enskilda patienten är det av stor betydelse att säkerställa diagnosen vid dessa två infektioner som annars kan leda till kroniska sjukdomstillstånd vilket i sin tur leder till en förlängd sjukvårdsperiod förenat med högre sjukvårdskostnader. Båda infektionerna ger upphov till ett immunologiskt svar hos den infekterade individen, vilket utnyttjas i serologisk laboratoriediagnostik med s.k. antikroppsanalyser. Den vanligaste använda metoden kallas EIA (enzyme immuno assay, en biokemisk analysmetod) och testet utförs med ett enkelt patientblodprov (serum). Syftet med denna studie har varit att kartlägga vilka av de båda bakteriernas ytproteiner (antigener) som är mest användbara i konfirmerande antikroppsanalyser av Helicobacter och Borrelia-infektioner. I den första Borrelia-studien undersöktes om den antigena specificiteten var bättre med upprenade membranproteiner, blandade från två olika Borrelia-stammar, i jämförelse med ett s.k. helcells antigen, vilket innehåller bakteriecellens alla beståndsdelar. Det upprenade extraktet visade minde korsreaktivitet d.v.s. en högre specificitet då sera från personer med närbesläktade infektioner inte reagerade. Sera från misstänkt infekterade individer bosatta i Syd-Sverige (endemiskt för Borrelia), analyserades mot antigena komponenter från Borrelia-stammar, isolerade i USA, Danmark, och Sverige. Resultaten från denna studie visar att en utförlig analys av den lokala stammens antigena egenskaper är av betydelse samt utvärdering av serodiagnostiska kriterier i aktuellt geografiskt område bör ske. För H. pylori utvärderades olika metoder för antigen-extraktion Proteinmönstret från olika stammar jämfördes efter separation med gel-elektroforetiska metoder. Vi fann att yt-proteiner, frigjorda med en mild kemisk metod som ej orsakar cell-lys visade hög sensitivitet och specificitet också i jämförelse maknadsförda test. Western immunoblot, är en metod där man fäster separerade proteiner på ett membran vilket förenklar inbindningen av antikroppar och ger metoden en högre grad av sensitivitet. Serumprover från både Hp-infekterade patienter och från personer med andra infektioner undersöktes med denna analysmetod. Avsikten var att skilja ut specifika Hp-ytproteiner, från s.k. korsreaktiva antigen (proteiner som kan förekomma hos flera olika bakterie-arter). Vi påvisade flera proteiner med hög specificitet som nu används i vår rutindiagnostik som markörer för konfirmation av svårtolkade EIA-resultat. Dessa yt-proteiner analyserades vidare med en annan högupplösande gel-elektroforetisk metod (2-D PAGE) som separerar proteiner efter deras molekylmassa (storlek) och laddning (isoelektrisk punkt). I samma studie undersöktes också om skillnader förelåg mellan ytproteiner från både den spirala och den sfäriska formen (troligen en överlevnadsform) av Hp. Åtskilligt fler ytproteiner kunde nu identifieras samt att skillnader mellan de två formernas ytproteiner förekom. Ytterligare karakterisering av dessa proteiner pågår.

• author: Nilsson, Ingrid
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Engstrand, Lars
• organization: Division of Medical Microbiology
• publishing date: 1998
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Microbiology in the medical area
• keywords: Mikrobiologi, mycology, virology, B. burgdorferi, H.pylori, cell surface proteins, gel-electrophoresis, enzyme immunoassay, Western immunoblotting, bacteriology, Microbiology, bakteriologi, virologi, mykologi
• pages: 120 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurocentrum, Sölvegatan 17, Lund
• defense date: 1998-11-20 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEMI-1033-SE
• ISBN: 91-628-3218-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 77707c44-2a55-457a-9e23-b41fb4d455f8 (old id 38997)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:03:20
• date last changed: 2018-11-21 21:08:44