2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
A gombás betegségek megértésének modellrendszereként patogén gombákat használva két kutatócsoport új munkáról számol be, amelyek betekintést nyújtanak abba, hogy a szén-dioxid (CO2) hogyan szabályozza azokat a morfogén változásokat, amelyek lehetővé teszik a patogén gombák túlélését a különböző környezetekben és behatolást. az emberi testet, és új bizonyítékot szolgáltatnak arra vonatkozóan, hogy a CO2-érzékelés és -anyagcsere hogyan használja fel az evolúciósan konzervált enzimeket a patogén mikrobák növekedésének és szexuális szaporodásának szabályozására.
A két tanulmányról Joseph Heitman és munkatársai a Duke University Medical Centerben, valamint Fritz Mühlschlegel, a Kenti Egyetem munkatársa, Jochen Buck a Cornell Egyetemen és munkatársaik számoltak be.
Az, hogy az organizmusok sejtszinten hogyan érzékelik és reagálnak a CO2-re, nem teljesen ismert, de nagyon fontos a mikrobák, növények és állatok biológiájának megértésében. Például a CO2-szint szabályozza a zsákmány kimutatását a nőstény szúnyogok által, szabályozza az emlősök légzését, és természetesen kritikus szabályozó szerepet játszik az algák és növények fotoszintézisében; emellett a CO2-érzékelés és -transzport számos sejtfolyamatban és különféle patogén baktériumok és gombák virulenciájában vesz részt – mind az Anthraxot okozó B. anthracis, mind az agyhártyagyulladást okozó C. neoformans esetében a CO2 cukor alapú anyagok termelését idézi elő. kapszulák, amelyek körülveszik és megvédik a behatoló sejtet a gazdaszervezettől a fertőzés során.
Új munkájukban Mühlschlagel és munkatársai a CO2-érzékelés funkcióját tanulmányozták két fő emberi gombakórokozóban, a C.albicans és C. neoformans. Mindkettő életveszélyes, invazív fertőzéseket okoz immunhiányos betegeknél – például HIV-fertőzötteknél vagy csontvelő-transzplantáción átesőknél. A két gomba, amelyek evolúciójában távoli rokonságban állnak egymással, különböző tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek szabályozzák virulenciájukat az emberekben. A C. albicans esetében a különböző morfológiai formák ("élesztő" és "szálas" formák) közötti átmenet játszik fő szerepet, míg a C. neoformans esetében a poliszacharid kapszula szintézise a kulcsfontosságú.
Az emlősök testében a CO2-koncentráció több mint 150-szer magasabb (5%), mint a légköri levegőben (0,033%). Következésképpen a C. albicans és a C. neoformans drámaian megnövekedett CO2-koncentrációnak van kitéve, amikor szisztémás betegséget okoz. A szerzők kutatásaik során a CO2-t olyan fiziológiai jelként azonosítják, amely a patogén fonalas átmenetet indukálja C. albicansban; azt is bemutatják, hogy az adenilil-ciklázoknak nevezett enzimek egy ősi csoportja az úgynevezett kemoszenzorok, amelyek közvetítik a C-ben a CO2-függő filamentációt.albicans és a kapszula bioszintézise C. neoformansban. A szerzők azt mutatják be, hogy a C. albicans CO2-érzékelése elengedhetetlen a felszíni (bőr)fertőzésekhez, amelyekben az élesztőgombának a bőrfelületen jelen lévő jelentősen csökkent CO2-szint ellenére is képesnek kell lennie szaporodni. Eredményeik alapján a szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a CO2-érzékelés a gombák virulenciájának létfontosságú közvetítője a különböző gazdakörnyezetekben – például a test különböző helyein.
Egy kapcsolódó cikkben Joseph Heitman és munkatársai, akik a C. neoformanst is modellrendszerként használják a gombás betegségek megértéséhez, új bizonyítékot szolgáltatnak arra vonatkozóan, hogy a CO2-érzékelés és anyagcsere szabályozza ennek a kórokozó mikrobának a növekedését, szexuális szaporodását és virulenciáját.
Ebben a munkában a kutatók a C. neoformans CO2-érzékelő mechanizmusát vizsgálták. Ez a kórokozó általában a levegőből (alacsony CO2) fertőzi meg az emberi gazdaszervezetet (magas CO2-tartalmú környezet), és halálos gombás agyhártyagyulladást okoz. A szerzők azt találták, hogy a szénsav-anhidráz (CA) nevű enzim kritikus szerepet játszik az élesztő környezeti levegőben történő növekedésében; a CA enzim ezt úgy éri el, hogy bikarbonát szubsztrátokat biztosít a zsírsav-bioszintézishez és más sejtfolyamatokhoz. Ezzel szemben a CA enzim nélkülözhetetlen az élesztő túléléséhez a gazdaszervezet magas CO2-tartalmú környezetében. A munka másik fontos megállapítása, hogy a C. neoformans esetében a magas CO2 gátolja a szexuális differenciálódást, amely köztudottan kulcsfontosságú folyamat a fertőző spórák előállításában, és a CA enzim központi szerepet játszik ebben a folyamatban. Mühlschlegel és munkatársai kísérő munkájával együtt ez a tanulmány a CO2 kulcsfontosságú szerepet játszik a gombavilág növekedésében és differenciálódásában.
A CO2-érzékelés és a gombás virulencia közötti kapcsolat azonosítása széles körű következményekkel járhat a mikrobiális kórokozók és az adenilil-cikláz CO2 általi virulenciajellemzők szabályozásában betöltött szerepe szempontjából. Ezenkívül idővel elősegítheti az antimikrobiális szerek új osztályának kifejlesztését.
A Heitman-csoport kutatói közé tartozott Yong-Sun Bahn, Gary M. Cox, John R. Perfect és Joseph Heitman, a durhami Duke University Medical Center munkatársa, Észak-Karolina. Ezt a munkát a NIAID R01 AI39115 és AI50113 támogatások támogatták J. H. és a NIAID P01 program AI44975 számú projekttámogatása a Duke Egyetem Mikológiai Kutatóegységének.
Bahn et al.: "Szén-anhidráz és CO2 érzékelés a Cryptococcus neoformans növekedése, differenciálódása és virulenciája során." Megjelenés: Current Biology, Vol. 2013-2020. 15., 2005. november 22., DOI 10.1016/j.cub.2005.09.047, www.current-biology.com
A Mühlschlegel/Buck csoport kutatói között szerepelt Torsten Klengel, Wei-Jun Liang, Claudia Ruoff, Sabine E. Eckert, Estelle Gewiss Mogensen, Mick F. Tuite és Fritz A. Mühlschlegel, a Kenti Egyetem munkatársa. Kent, Egyesült Királyság; James Chaloupka, Lonny R. Levin és Jochen Buck a New York-i Cornell Egyetem Joan és Sanford I. Weill Orvosi Főiskolájáról; Klaus Schröppel, az Erlangen-i Universität Erlangen (Németország) munkatársa (jelenlegi címe: Robert-Bosch-Hospital in Stuttgart, Németország); Julian R. Naglik, a londoni King's College munkatársa; Ken Haynes, a londoni Imperial College London munkatársa. Ezt a kutatást a The Wellcome Trust (az F. A. M.-nek), a BBSRC (az F. A. M.-nek), az EU (az F. A. M.-nek), az EU (az F. A. M.-nek), az NIH (J. B.-nek és L. R. L.-nek), az Ellison Medical Foundation (J. B.-nek) és a Hirschl/Weill-Caulier Alapítvány támogatta. L. R. L.).
Klengel et al.: "A gombás adenilil-cikláz integrálja a CO2-érzékelést a cAMP-jelátvitellel és a virulenciával." Megjelenés: Current Biology, Vol. 15, 2021-2026, 2005. november 22., DOI 10.1016/j.cub.2005.10.040 www.current-biology.com
