3.2 Chemotaxis
多くの細菌は化学勾配に沿って細菌の運動を調整するために走化性に依存しています(Charon et al, 2012; Lux, Moter, & Shi, 2000; Porter, Wadhams, & Armitage, 2011; Wadhams & Armitage, 2004）。 B. burgdorferiの発生サイクルにおける運動性の重要性を考慮すると、細菌が環境因子の濃度変化を感知して反応する能力も持っていることは驚くべきことではありません。 B. burgdorferiのin vitro化学走性アッセイでは、ウサギ血清、グルコース、グルタミン酸、キトサンダイマー、グルコサミン、N-アセチルグルコサミン (GlcNAc) が化学誘引物質であることが示されています (Bakker et al., 2007; Shi et al., 1998)。 研究はまた、摂食する成体Ixodesダニからの唾液腺抽出物へのB. burgdorferiの移動を実証した（Shih、Chao、& Yu、2002年）。 これらの後者の発見は、哺乳類組織中のスピロヘータがマダニの摂食部位に引き寄せられ、効率的な細菌の取り込みと哺乳類からマダニへの感染を促進する潜在的なメカニズムを強調するものであり、特に興味深いものである。
化学走性において、化学誘引物質は、メチル受容性化学走性タンパク質 (MCP) として知られる膜貫通化学受容体を介して細菌によって感知されます (Bren & Eisenbach, 2000; Hazelbauer, 2012; Porter et al.・・・。 2011). 化学走性の古典的モデルでは、MCPは次に、CheAセンサーキナーゼを活性化し、その自動リン酸化を誘発する信号を送信する。 CheWは細胞質タンパク質であり、MCPの細胞質ドメインとCheAを結合させるアダプターとして機能する。 CheAが活性化されると、CheY応答制御因子をリン酸化し、活性化されたCheYは鞭毛スイッチ複合体の構成要素と相互作用して、鞭毛の回転方向の逆転を誘導する。 べん毛の回転を本来の方向に戻すには、細菌種によって異なるが、CheY特異的ホスファターゼがCheYを不活性化し、べん毛モーターから解離させる。
鞭毛構造成分と同様に、B. burgdorferiの化学走性システムの個々の構成要素の役割は、当初、他の細菌で記述されている既知の化学走性機構との相同性に基づいていた。 B. burgdorferiでは、5つの推定MCP、MCP1（BB0578）、MCP2（BB0596）、MCP3（BB0597）、MCP4（BB0680）およびMCP5（BB0681）がある（Fraser et al.、1997）。 B. burgdorferiで最も豊富なMCPの2つであるMCP3とMCP5は、両極に集まっていることが観察され、低温電子顕微鏡では、これらのMCPが鞭毛モーター構造に平行かつ隣接するアレイに配置されていることが示された（Xu、Raddi、Liu、Charon、& Li、2011）。 これらのデータは、スピロヘータの両端が化学走性シグナルを感知し、それに反応する可能性を持っていることを示している。 さらに、感覚構造がモーターに近接して局在していることで、化学走性シグナルに対する迅速な反応が可能になる。 B. burgdorferiのゲノムには、複数のCheWアダプター分子もコードされている（Fraser et al.、1997）。 これは鞭毛虫の中では特に珍しいことではないが、そのうちの2つが同じ化学感覚カスケードで作動し、B. burgdorferiの走化性に絶対不可欠であることが実験的に示されている（Zhang、Liuら、2012年）。 具体的には、CheW1 (BB0312) またはCheW3 (BB0670) を欠く欠失変異体は運動性がなく、CheW2 (BB0565) の変異は化学走性または運動性に顕著な影響を与えなかった。 この活性の違いは、B. burgdorferiの特徴的なCheA分子の認識と相関している可能性がある。 B. burgdorferiのゲノムには、CheA1 (BB0567) とCheA2 (BB0669) という2つのCheAホモログがコードされているが（Fraserら、1997）、それらの機能は重複していないようである（Liら、2002）。 CheA1変異体は化学走性において顕著な欠損を示さないが、CheA2欠損スピロヘータは走行を続け、もはや化学走性を示さない。 興味深いことに、CheW1とCheW3の両方がCheA2と相互作用するのに対し、CheW2はCheA1と相互作用することも実験的に示されている（Zhang, Liu, et al.、2012）。 CheA2変異株は、マダニ内にコロニーを形成して生存することができたが、CheA2変異株における化学走性反応の欠陥のために、この変異株が針またはマダニ感染を介してチャレンジしたときにマウスに感染できなかったことは驚くことではない（Szeら、2012年）。 B. burgdorferiは、CheY1 (BB0551), CheY2 (BB0570), CheY3 (BB0672) と呼ばれる複数のCheYホモログを有している (Fraser et al., 1997)。 各CheYホモログの役割を評価するための突然変異解析において、CheY3突然変異体は、化学走性において明確な欠陥を有する唯一の突然変異体であった（Motalebら、2005年）。 CheY3の不活性化により、変異株は常に走化するようになった。 In vitroリン酸化アッセイでは、CheA2がCheA1よりも効率的にCheY3をリン酸化していることも示唆された。 B. burgdorferiでは、CheYホスファターゼは1つしか確認されておらず、他の細菌種のCheXタンパク質との相同性からCheX（BB0671）と呼ばれている（Fraser et al.、1997）。 CheX欠失変異体では、細胞が継続的に屈曲し、運動性の非翻訳的状態に固定されていたため、全体的な運動性が損なわれている（Motaleb et al.） CheX変異体は翻訳性運動ができないので、化学誘引剤にも反応しなかった。 この表現型は、リン酸化されたCheYが鞭毛モーターを逆方向に回転させ続けているためと推定される。 B. burgdorferiのFliGモータースイッチタンパク質も研究されている(Li et al., 2010)。 免疫蛍光法により、FliG1（BB0221）は細菌細胞内の一方の極に局在し、FliG2（BB0290）は両極に局在することが示された。 この局在の違いは、2つのFliGタンパク質が独自の機能を持つ可能性を示唆している。 FliG2は鞭毛形成に必須であり、そのためFliG2変異体は運動性がなく、棒状であった。 一方、FliG1欠損変異体は、機能的な鞭毛を形成することができたが、細胞の片端だけが活発に回転し、粘性の高い培地での運動性が損なわれていることがわかった。
運動システムの主要な構成要素の多くは変異研究でその機能が確認されているが、B. burgdorferiの走化性についてはまだ多くのことが分かっていない。 CheA2およびCheY3は走化性に必須であることが知られているが、CheA1、CheY1およびCheY2の役割を決定する研究はなされていない。 B. burgdorferiは、その侵入サイクルの間、非常に異なる微小環境の中に存在し、適応しなければならないため、これらの他の構成要素が関連する特定のニッチ（複数可）は、まだ特定されていない可能性がある。 興味深いことに、現在、化学走性において役割を果たすことが知られている多くの遺伝子は、単一のオペロンで構成されている（例えば、flaA-cheA2-cheW3-cheX-cheY3）。cheW2-cheA1-cheY2、これらはすべて運動性における役割を実証していないが、別のオペロン内で見られる（Li et al.、2002）。 このことから、研究者は、CheW1/CheW3-CheA2-CheY3が、in vitroで作動し、哺乳類感染に必須な化学感覚経路を表し、CheW2-CheA1-CheY2および/またはCheY1が、まだ取り上げられていないボレリアのライフサイクルのダニ段階（例えば、ダニの中での生存/移動またはダニ媒介感染）に寄与するかもしれない第2の経路を表すと仮定した（Charon他, 2012; Li他, 2002）
は、ボレリア菌の感染経路が化学感覚経路と化学感受経路からなることを示す。