[Dranbleiben]

Ich habe jetzt mal die KI benutzt, um auf Basis der Veröffentlichungen alles besser zu verstehen. Ich hoffe, klärt dann auch Fragen von dir Borrärger

Borrelien-Ernährung

Aminosäuren & Peptide („Proteine“):

• ·   B. burgdorferi ist auxotroph für fast alle Aminosäuren (keine eigenen Herstellung möglich) → sie müssen aus dem Wirt importiert werden (über Oligopeptid-Transporter OppA1–5).
  

• Energiegewinn aus Aminosäuren findet aber nicht statt (kein TCA bzw. Citratzyklus). Sie dienen als Bausteine, nicht als ATP-Quelle.
  

Lipide/Fettsäuren:

• Keine de-novo-Synthese → Borrelien bauen Fettsäuren und Cholesterin direkt aus dem Wirt in ihre Membran ein.
  

Kohlenhydrate/Zucker:

• Energiegewinnung: Borrelien brauchen Glukose für die Glykolyse
  

• 6 verschiedenen Kohlenhydrate sind bisher für Borrelien als Energiequelle nachgewiesen nutzbar (z. B. Fraser 1997; Radolf & Samuels 2021)
  

• - Glukose (Ausgangsstoff der Glykolyse, fast alle anderen Kohlenhydratformen werden in Glucose umgewandelt, um verstoffwechselt werden zu können. Ausnahme: Glycerol(?))

1. - N-Acetylglukosamin (GlcNAc) wichtig, weil es im Zeckendarm (aus Chitin der Kutikula & Hämolymphe) vorkommt- Glycerol (via glp-Operon, besonders in der Zecke wichtig, wenn wenig/keine Glukose verfügbar ist, aber theoretisch auch in Säugetieren möglich, da vorhanden – Energetisch ungünstiger?)- Mannose, Fruktose, Ribose → es gibt Hinweise auf Transporter, aber weniger klar als für Glukose/GlcNAc (Verstehe ich auch so, dass Zucker vor ihrer Aufnahme extrazellulär zu Glukose umgewandelt werden)

• Anaerober Stoffwechsel: Borrelien können nicht so wie wir Sauerstoff atmen (nicht aerob).
  

• Glykolyse macht Energie zu nutzbar. Aber sie ist sehr ineffizient. Glycolyse (in ähnlicher Form?) benutzen wir Menschen auch, wenn wir sauerstoffarme Bedingungen in Zellen haben.
  

• Glykolyse ist ineffizient (2 bis 3 ATP aus einem Glukosemolekül). Das ist wesentlich weniger als es bei aerober Atmung, bei der CO2 und über 30 ATP entstehen.
  -   Wahrscheinlich der Grund für den langsamen Stoffwechsel und das langsame Wachstum.
  

• Pyruvat ist das Endprodukt der Glykolyse.
  
• Pyruvat wird verwendet, um das Oxidationsmittel NAD+ aus NADH zu regenerieren.
  
• NAD+ wird für die Aufrechterhaltung der Glycolyse gebraucht.
  
• Laktatdehydrogenase (LDH) ist das verantwortliche Enzym für diese Reaktion (Pyruvat + NADH → Laktat + NAD+)
  

 
Nicotinamid (Ausgangstoff für NAD+/NADH) kann von Borrelien aufgenommen werden. Eine eigene Synthese ist anscheinend noch nicht nachgewiesen, aber wahrscheinlich. Aus meiner eigenen Erfahrung würde ich ableiten, dass NAD+ selbst auch aufgenommen werden kann.

Vergleich anaerober vs. aerober Stoffwechsel
1. Klassischer aerober Stoffwechsel (z. B. E. coli)
Zucker → Pyruvat → Acetyl-CoA → TCA-Zyklus → Elektronentransportkette → ATP
 
2. Borrelien (Borrelia burgdorferi)
Zucker oder Glycerol → Pyruvat → Laktat (Fermentation) → geringe ATP-Ausbeute



Die Rolle von Laktat:
Das im menschlichen Körper reichlich vorhandene Laktat (z. B. aus Muskelstoffwechsel) ist für B. burgdorferi also nicht nutzbar, sondern das Bakterium produziert selbst Laktat, um NAD⁺ zurückzugewinnen.

1. Nutzen von Laktat für Borrelia burgdorferi selbst

• NAD⁺-Regeneration
  → absolut essentiell, da ohne Laktatbildung die Glykolyse stehen bleibt.
  
• ATP-Sicherung
  → nur durch kontinuierliche Pyruvat→Laktat-Reaktion können sie konstant 2 ATP pro Glukose machen.
  
• Radikalfänger
  → Laktat kann reaktive Sauerstoffspezies (ROS) wie Wasserstoffperoxid chemisch abfangen, schützt also vor Immunangriffen.
  
• Moderate Ansäuerung
  → leichter pH-Abfall kann Bakterienkonkurrenten hemmen.
  

❌ Aber: Borrelien wachsen schlecht, wenn das Milieu zu sauer wird (< pH 6). Sie sind also auf die Pufferkapazität von Wirt oder Medium angewiesen.
→ Zu viel Ansäuerung wäre für Borrelien also ebenfalls problematisch.

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2. Wirkung des ausgeschiedenen Laktats auf die Wirtsumgebung

• Hemmung von Konkurrenten
  → andere Bakterien, die im Zecken-Darm oder an Eintrittsstellen im Wirt leben, sind oft pH-sensitiv.
  
• Einfluss auf Immunabwehr
  
  • Niedriger pH kann die Funktion von Neutrophilen und Komplement schwächen.
    
  • Lactat moduliert auch Immunzellen direkt: In anderen Kontexten (Tumormikroumgebung) ist bekannt, dass hohe Laktatspiegel Immunzellen „müde“ machen. Ähnliche Effekte könnten Borrelien nutzen. (Außerdem veranlassen Borrelien auch einen erhöhten Laktatspiegel in den Wirtszellen, da sie dort auch die anaerobe Glykolyse, selbst bei ausreichenden Sauerstoffbedingungen initiieren)
    
• Gewebemodulation
  
  • Lokale Ansäuerung durch Laktat kann Matrix-Metalloproteinasen aktivieren → Gewebe wird „weicher“ und besser durchdringbar.
    

 


Mehr zu Pyruvat (keine Ahnung, warum da Sternchen sind):

[*]Alternative Pyruvat-abhängige Reaktionen

• Es gibt Hinweise, dass Pyruvat auch als Substrat für Redoxreaktionen dienen kann.
  
• Beispiel: Pyruvat kann als Elektronenakzeptor wirken, um NAD⁺ zu regenerieren, indem es zu Laktat reduziert wird (s. Punkt 1).
  
• Außerdem interagiert Pyruvat teilweise mit Enzymen, die für den Übergang in Persistenzformen wichtig sind.
  

[*]Extrazelluläre Rolle von Pyruvat

• Spannend: Studien zeigen, dass B. burgdorferi Pyruvat auch nutzt, um reaktive Sauerstoffspezies (ROS) des Wirtes abzufangen.
  
• Pyruvat kann Wasserstoffperoxid und Peroxynitrit chemisch abfangen → Schutz vor oxidativem Stress.
  
• Damit wirkt Pyruvat bei Borrelien nicht nur als Stoffwechsel-Zwischenprodukt, sondern auch als Schutzmolekül gegen die Immunabwehr.
  

---> Borrelien können Laktat aufnehmen. Möglicherweise führt das über die Laktatdehydrogenase zu mehr Bildung von Pyruvat, da es eine Gleichgewichtsreaktion ist und die Reaktion auch andersherum ablaufen kann. Dadurch könnten Angriffe des Wirtes mit reaktiven Sauerstoffspezies abgewehrt werde.


[*]CoA-Disulfid-Reduktase (CoADR) - ein Alternativer Weg der NAD+-Zurückgewinnung aus NADH 

• Bei oxidativer Umgebung (u.a. mit reaktiven Sauerstoffspezies)
  
• Bildung der Disulfidform von Coenzym A (CoA). -> Problem
  
• Produktion von CoA-Disulfid-Reduktase (CoADR) (kodiert durch bb728), 
  
• CoADR nutzt ausschließlich NADH als Cofaktor, um reduziertes CoA zu produzieren und NAD+ zu regenerieren (104, 105). 
  
• Enzym ist wichtig für die virulente Wirkung in Mäusen und das Überleben von Borrelien
  

Überlegung von mir: Könnte hier Disulfiram auch interagieren? - Mich triggert das "disulfi"