Coccidioides Immitis ir Posadasi; jų biologijos, genomikos, patogenezės ir šeimininko imuniteto apžvalga

Norėdami sužinoti daugiau informacijos, susisiekitedavid.wan@wecistanche.com

SANTRAUKA

Kokcidioidų imunitetasir C. posadas yra dvi labai patogeniškos dimorfinės grybų rūšys, kurios yra endeminės naujojo pasaulio sausringose ​​vietovėse, įskaitant regioną nuo vakarų Teksaso iki pietinės ir centrinės Kalifornijos JAV, sukeliančiose kokcidioidomikozę (taip pat žinomą kaip Slėnio karštligė). Labai endeminiuose regionuose, tokiuose kaip pietinė Arizona, iki 50 procentų ilgalaikių gyventojų buvo užsikrėtę. Nauja informacija apie grybų populiacijos genetiką.ekologija, epidemiologija ir šeimininko ir patogeno sąveika tampa prieinama, tačiau mūsų supratimas apie kai kuriuos kokcidioidomikozės aspektus vis dar nėra išsamus, įskaitant grybelio genetinio kintamumo mastą. genai, susiję su virulentiškumu, ir kaip genų ekspresijos pokyčiai organizmo dimorfinio gyvenimo ciklo metu yra susiję su transformacija iš laisvai gyvenančio pelėsio į parazitinę sferą. Deja, pastangos sukurti veiksmingą subvieneto vakciną dar nebuvo sukurtos, nors buvo sukurtos dvi potencialios vakcinos nuo gyvų grybų.

STRAIPSNIO ISTORIJA Gauta 2018 m. balandžio 13 d. Priimta 2018 m. liepos 31 d.

RAKTINIAI ŽODŽIAI Grybai; Cocidioides;kokcidioidomikozė;dimorfizmas; sfera;genomas; transriptomas;imunitetas; vakcina

Spustelėkite čia, kad sužinotumėte daugiau apie Cistanche

Įvadas

Kokcidioidomikozė mirtina išplitusi infekcija pirmą kartą buvo pripažinta prieš 120 metų, tačiau grybelinė etiologija buvo nustatyta tik po dviejų dešimtmečių, o visas skaitmeninis ligos spektras nebuvo suvoktas dar 40 metų po to [1]. Per pastarąjį dešimtmetį mūsų supratimas apie apsaugą buvo pažangusImuninis atsakaspelėms ir buvo padaryta nedidelė pažanga kuriant apsauginę vakciną. Molekulinės metodikos pažanga buvo panaudota siekiant išsiaiškinti patogeno taksonomiją, šių regioniniu požiūriu svarbių, dimorfinių, endeminių grybelinių patogenų epidemiologiją ir palyginti grybų genų ekspresiją skirtingomis morfologijomis. Vis dar sunku atlikti tikslias, tikslingas šių patogenų mutacijas, o tai apribojo mūsų galimybes nustatyti virulentiškumo veiksnius ir visiškai suprasti, kaip grybelis iš pelėsio virsta sudėtinga ir unikalia parazitine struktūra (sferule), kurios forma jis yra. šeimininko viduje. Kai kurios mūsų žinios apie šiuos klausimus bus aptartos šioje atrankinėje apžvalgoje.

Taksonomija

Coccidioides rūšys yra Ascomycete skyriaus, Eurotiomycetes klasės ir Onygenales būrio grybai [2,3]. Ši grupė apima įvairius dimorfinius žmogaus patogenus, galinčius sukelti invazines ligas imunologiškai normaliuose šeimininkuose, įskaitant Histoplasma capsular,Paracoccidioidesspp. ir Blastomyces spp. Šioje eilėje taip pat randamas monomorfinis pelėsis Aspergillus fumigatus, kuris yra oportunistinis patogenas. Šioje grupėje taip pat aptinkamos kelios nepatogeninės, bet glaudžiai susijusios rūšys (1 pav.). Coccidioides ir C. posada yra morfologiškai identiški, o jų prognozuojami baltymai yra daugiau nei 90 procentų homologiški [2]. Jų negalima atskirti serologiniais tyrimais, tačiau šias dvi rūšis galima atskirti pagal genetinį pobūdįpolimorfizmai, ir buvo pranešta apie kai kuriuos augimo charakteristikų skirtumus [4.5].C. posadas turi didesnį populiacijos dydį, kuris yra įvairesnis nei C. [6]. Didžiausias skirtumas tarp dviejų rūšių yra jų geografinis paplitimas. C daugiausia randamas Centrinės ir Pietų Kalifornijos dykumų regionuose (įskaitant Baja California), o C. posadas daugiausia randamas Nevados, Arizonos, Naujosios Meksikos, Vakarų Teksaso, Meksikos ir Centrinės bei Pietų Amerikos dykumose, o tai reiškia, kad reikšmingos geografinės kliūtys tuo metu, kai rūšis skyrėsi nuo bendro protėvio [6]. Tam tikras geografinis dviejų rūšių sutapimas taip pat vyksta Pietų Kalifornijoje ir Baja California [7]. Abi rūšys turi subpopuliacijų, kurios telkiasi mažesnėse geografinėse srityse [8].

1 pav. Dimorfinių grybų, kurie yra žmogaus patogenai, filogenetinis medis. Palyginimui parodyti keli artimi giminaičiai, kurie nėra dimorfiniai pirminiai patogenai (neparyškinti įdegio spalva). Užsakymai rodomi laukelių pavadinimų dešinėje. Organizmai kiekviename užsakyme yra supakuoti kartu. Filogenetiniai duomenys buvo gauti naudojant NCBI taksonomijos įrankį, o medis buvo sukurtas naudojant Philip-3.695.

Ekologija

Coccidioides sp. auga sausringoje, šarminėje dykumos dirvoje Kalifornijoje, tačiau dirvožemis yra labai sudėtingas [9], o užteršto dirvožemio savybės gali skirtis įvairiuose endeminiuose regionuose[10]. Kol kas nė vienas fizinių, biologinių ir cheminių savybių rinkinys neapibrėžia visų organizmo aptikimo vietų ir net vienoje „vietoje“ grybas dėl neaiškių priežasčių dirvožemyje pasiskirsto netolygiai. Yra tam tikrų įrodymų, kad užkrėstų smulkių žinduolių skerdenos yra svarbios dirvožemiuikolonizacija[7], kuris gali paaiškinti dėmėtą atsigavimą iš dirvožemio mėginių net tose vietose, kur buvo nedideli protrūkiai [1l], tačiau mažai tikėtina, kad užkrėsti gyvūnai būtų reikalingi dirvožemio kolonizacijai [12,13]. Be gyvūnų gaišenų urvuose , tikėtina, kad yra maisto likučių, kuriuos gyvūnai sunešė į urvus. Coccidioides genomai atskleidžia proteolitinių fermentų išsiplėtimą, o tai buvo aiškinama kaip netiesioginis įrodymas, kad grybelis savo aplinkos nišose naudoja baltymus (skerdenas) kaip anglies šaltinius, nes yra žinoma, kad maži dykumos graužikai, pavyzdžiui, kengūros žiurkės, dažnai turi kokus. - skaitmeninės granulomos jų plaučiuose [11]. Atgauti organizmą iš dirvožemio naudojant kultūrą gali būti sunku [14]. Organizmo atkūrimas inokuliuojant pele yra jautresnis, tačiau ši technologija taip pat turi savo apribojimų [151. Coccidioides DNR randama tik nedidelėje dalyje dirvožemio mėginių iš endeminių Baja California ir Arizonos regionų net atliekant jautrius tyrimus, tokius kaip PGR [12,15], tačiau nauja metodika gali padidinti DNR aptikimo jautrumą ir specifiškumą [16]. Buvo lengviau auginti C. Kalifornijos San Joaquin slėnio dirvožemyje netoli vietų, kuriose, kaip žinoma, buvo užsikrėtę žmonės [7,1ll,14]. Aptikdamasorganizmasiš atmosferos yra dar sunkiau nei rasti dirvožemyje, nors naujausių naujų metodų kūrimas gali pagerinti aerozolinės grybų DNR aptikimo jautrumą [17].

Epidemiologija

Apskaičiuota, kad 30-50 proc. žmonių labai endeminėse vietovėse buvo užsikrėtę, kaip nustatyta atliekant kokcidiozės odos testą [18]. Šie įvertinimai pagrįsti senais duomenimis, nes odos tyrimo reagentai nebuvo prieinami dešimtmečius ir nedidelio mastoepidemiologiniai tyrimai buvo atlikti nuo tada, kai neseniai atsirado sferulių odos tyrimo reagentas. Svarbu atsiminti, kad endeminės vietovės apima Finikso, Tuksono, Los Andželo ir San Diego miestų teritorijas, todėl norint užsikrėsti kokcidioidomikoze, nereikia keliauti į atvirą dykumą. Nors urbanizacija tikriausiai sumažina užsikrėtimo riziką, mažindama atviro užteršto dirvožemio plotą, ji taip pat padidina žmonių, kurie gali užsikrėsti oru plintančiomis artrokonidijomis, atsirandančiomis dėl dirvožemį trikdančios veiklos, pvz., statybos ir žemės drebėjimų, skaičių [19]. ,20]. Be to, vėjo platinamos sporos iš endeminės zonos gali užkrėsti žmones ir gyvūnus už daugelio mylių nuo endeminės zonos [21].Coccidioidesyra atsparūs druskai, todėl gali išgyventi pakrančių vandenyse, ir tai gali paaiškinti, kaip jie gali užkrėsti jūros žinduolius[7,22]. Žmonių užsikrėtimo atvejų skaičius kiekvienais metais šiek tiek skiriasi, galbūt dėl ​​oro sąlygų. Atrodo, kad drėgnos žiemos koreliuoja su didesniu infekcijų skaičiumi vėlesniais mėnesiais [23]. Be to, per pastaruosius 10 metų pastebima bendra tendencija, kad daugėja simptominių infekcijų [23,24]. Nors šio dažnio padidėjimo priežastys nėra visiškai nustatytos, Arizonoje jautresnių žmonių (įskaitant vyresnio amžiaus žmones) yra daugiau nei endeminių vietovių, o tai yra vienas iš galimų paaiškinimų. Nors Kalifornijos centrinio slėnio gyventojų skaičius neauga taip pat, atvejų skaičius priemiesčio Los Andželo apygardoje smarkiai išaugo plečiantis miestams [18]. Be to, endemijos viduryje buvo pastatyti keli nauji kalėjimai. vietovėje San Joaquin slėnyje, todėl kalinių ir sargybinių atakų dažnis yra nepriimtinas [25]. Neseniai nedidelis C. infekcijų skaičius buvo diagnozuotas sausringoje vietovėje rytinėje Vašingtono valstijoje. Organizmai taip pat buvo išskirti iš dirvožemio mėginių, kuriuose buvo gautos infekcijos, tūkstančius mylių į šiaurę nuo artimiausių žinomų Kalifornijos endeminių vietovių [26]. Dirvožemis ir žmogaus izoliatai buvo identiški, tačiau genetiškai skyrėsi nuo Centrinės ir Pietų Kalifornijos izoliatų C.

Yra keletas naujausių kokcidioidomikozės klinikinių apraiškų apžvalgų, kuriose pateikiama išsami klinikinė informacija [18, 27, 28].Plaučių simptomaiyra dažniausios priežastys, dėl kurių pacientai kreipiasi medicininės pagalbos, tačiau manoma, kad tik 30-50 proc. infekcijų yra simptominės[18]. Nors dauguma infekcijų nėra diagnozuojamos, didelę dalį ambulatorinės pneumonijos atvejų Arizonoje sukelia kokcidioidomikozė[29]. Beveik visos gretutinės pneumonijos praeina savaime, net ir tais atvejais, kai pacientams pasireiškia papildomos plaučių komplikacijos, tačiau kai kuriais atvejais pneumonija gali išlikti savaites ar mėnesius [27,29]. Kitais atvejais gali būti liekamųjų granulomų arba plonasienių ertmių, kurios išlieka ilgai po plaučių uždegimo išsprendimo.

Mažiau nei 5 procentai pacientų, turinčių imunitetą, suserga išplitusiomis ligomis [21,30]. Be ligos ar vaistų sukelto imunosupresijos, išplitusios ligos rizikai didelę įtaką daro šeimininko veiksniai, tokie kaip trečiasis nėštumo trimestras ir senatvė [30, 31]. Etninė priklausomybė taip pat yra pagrindinis sklaidos rizikos veiksnys. Daugelio tyrimų duomenimis, žmonės, kurie save apibūdina kaip afroamerikiečius, turi 2-10 kartų didesnę tikimybę susirgti išplitusia liga nei europiečių kilmės žmonės, net jei nėra akivaizdžių skirtumų tarp jų poveikio (pavyzdžiui, kalėjimuose ir kt. karinės bazės)[18,25.32]. Filipiniečiai taip pat labiau linkę užsikrėsti išplitusiomis infekcijomis [33]. Genai ir mechanizmai, lemiantys etninį polinkį į sklaidą, nebuvo nustatyti.

Genomai

Buvo nustatytos kelių C.immitis ir daugelio C. posadas izoliatų DNR sekos [8,34]. Ten yra šiek tiekhibridizacijatarp dviejų rūšių [6,35]. Daugelio klinikinių izoliatų seka Arizonoje parodė, kad beveik visi buvo genetiškai skirtingos C post padermės [8]. Izoliatų grupės iš Tuksono ir Finikso sričių yra genetiškai skirtingos. Atliekant tyrimą, kuriame buvo lyginami Phoenix dirvožemio izoliatai su toje pačioje vietovėje esančių pacientų izoliatais, nustatyta, kad aplinkos izoliatai buvo genetiškai įvairesni nei klinikiniai izoliatai, tačiau nebuvo įrodymų, kad būtų patogeniškesnių padermių, kurios galėtų paaiškinti didėjantį infekcijų dažnį. ta sritis [6,34].

Coccidioides spp. yra 28-29 megabazių (Mb). Bent keturichromosomosbuvo identifikuoti naudojant kontūro prispaustą homogeninę elektrinę gelio elektroforezę [36]. Genomai yra haploidiniai ir nepastebėta poravimosi rūšių viduje ar tarp jų, nors yra genų, koduojančių poravimosi funkcijas [2] ir vyksta genetinė rekombinacija [35]. Apie 18 procentų genomo sudaro pasikartojančios DNR. Coccidioides sp. Atrodo, kad turi pakartotinai sukeltų mutacijų mechanizmą, kuris kontroliuoja transpozonų proliferaciją [35]. Randama ir DNR, ir ilgo galinio kartojimo transpozonų; Gypsy, kuris yra į retrovirusą panašus transpozonas, paplitęs grybuose, yra labiausiai paplitęs transpozono tipas. Transpozonai dažniau aptinkami genominiuose regionuose, kuriuose yra nedaug struktūrinių genų, ir dažniausiai randami klasteriuose [37]. Dauguma transpozonų yra išsigimę ir neturi visų perkėlimui reikalingų domenų. Yra tam tikrų įrodymų, kad C. transpozonai pirmiausia yra susiję su genais, koduojančiais baltymų fosforilinimą. Be to, daugelis C. genų, besiribojančių su kai kuriomis transpozonų superšeimomis, yra prastai išreikšti [37]. Įdomu tai, kad naujai FDA licencijuotas PGR tyrimas, skirtas organizmams identifikuotiklinikiniai mėginiaiir nauja šio tyrimo modifikacija, kuri yra jautri ir specifinė naudoti dirvožemio mėginiams, skirta į kopiją panašų retrotranspozoną, kurio genome yra daug kopijų [16].

Genų šeimos, koduojančios fosfotransferazės aktyvumą, proteinkinazes ir proteinazes, įskaitant subtilazes ir keratinazes, yra išplėstos Coccidioides spp. palyginti su glaudžiai susijusiomis rūšimis [3]. Tai rodo, kad Coccidioides spp. galbūt specializuojasi baltymų, be angliavandenių, augimui. Yra beveik 800 genų, būdingų tik Coccidioides spp. o kai kurie pirmiausia transkribuojami sferulėmis (žr. toliau).

Dimorfizmas

Visi pirminiai grybelių sukėlėjai, išskyrus Cryptococcus spp. Pasižymi tokia savybe, kad yra termiškai dimorfiškas, dirvožemyje auga kaip pelėsiai ir žinduolių organizme skiriasi nuo mielių ar sferų. Coccidioides sp. auga kaip grybiena (pelėsiai) dirvožemyje ir bręstant susidaro sporos, žinomos kaip artrokonidijos (2 pav.).ArtrokonidijosIšsiskiria, kai pažeidžiamas užterštas dirvožemis, ir kiekvienas iš jų gali suformuoti naują grybieną, jei patenka į dirvą, arba sferą, jei užkrėsti jautrius gyvūnus. Gebėjimas formuoti sferules iš artrokonidijų reikalingas patogeniškumui. Dėl izotropinio augimo artrokonidijos suapvalėja ir tampa nesubrendusiomis sferulėmis. Sferulių brendimas susijęs su aplinkiniu organizmo patinimu ir sinchroniniu branduolių bei citoplazmos dalijimusi, kad galiausiai sfera būtų užpildyta šimtais 2-4 mikronų endosporų. Kai subrendusi sfera plyšta, tos endosporos išsiskiria ir kiekviena iš jų gali suformuoti kitą sferą. Endosporų diferenciacija į subrendusias sferas in vivo užtrunka apie 4-6 dienas, todėl sferulių skaičius gali padidėti labai greitai. Norint transformuotis iš artrokonidijų į sferules, kai jie auginami tam tikroje terpėje, reikia temperatūros poslinkio nuo 25 laipsnių iki 37 laipsnių ir padidinti atmosferos CO kiekį iki 10-14 procento [38]. Daroma prielaida, kad panašios sąlygos skatina sferos vystymąsi in vivo, tačiau taip pat yra įrodymų, kad kontaktas su neutrofilais gali paskatinti artrokonidijų virtimą sfera (39]). Lėtinėse bendrosiose plaučių ertmėse, kur nėra neutrofilų, kartais galima pastebėti atstatymą. į hifines formas, kuriose yra patinimų, kurie, atrodo, yra nesėkmingi bandymai padaryti sferules [40].

2 pav. Mvcelia, kurioje yra artrokonidijų ir subrendusi sfera su endosporomis. (a) Subrendusios grybienos, išaugintos in vitro, kuriose matomos tamsiai nudažytos artrokonidijos, besikeičiančios su branduoliais plonasieniais segmentais grybienos viduje (laktofenolio medvilnės mėlyna dėmė). (b) Sfera, kurioje yra endosporų audinyje (Periodinė rūgštis Schiff (PAS). Vaizdas buvo gautas iš CDC (HTTPS/Phil.Phil/details.asp). Šis skaičius anksčiau buvo paskelbtas Journal of Fungi [70].

Santykinai mažai žinoma apie transkripcijos programos pokyčius, kurie tarpininkauja ryškiai transformacijai iš artrokonidijų į sferules. Paskelbti tik du tyrimai, kuriuose grybienos transkriptas lyginamas su in vitro išaugintų sferulių transkriptu; vienas tyrė ir C., ir C. posadas, naudodamas RNR-seq, o kitas tyrė tik C., naudodamas viso genomo atvirojo skaitymo rėmelio mikromasyvą [41,42]. TheRNR-seqtyrime palygintos grybienos ir 4 dienos sferos ir dėmesys sutelktas į genus, kurie buvo skirtingai išreikšti abiejose rūšyse. 13 procentų genų buvo reguliuojami daugiau nei du kartus abiejų rūšių sferulėse, įskaitant su chitinu susijusius baltymus, -(1,3) gliukano sintazę ir sferulės išorinės sienelės glikoproteiną. Mikrogardelių tyrime C. immitis mycelia buvo lyginama su 2 dienos (transformacijos proceso pradžioje) ir 8 dienos (endo sporuliuojančia) sferulėmis. 22 procentų genų ekspresijos lygis buvo padidintas arba sumažintas daugiau nei du kartus 2 ar 8 dienos sferulėse, palyginti su grybiena. Taip pat buvo reikšmingų skirtumų tarp 2 ir 8 dienos sferulių transkriptų (3 pav.). Oksidoreduktazės (įskaitant ekstraląstelinę superoksido dismutazę, kuri gali padėti apsisaugoti nuo neutrofilų žudymo) yra reguliuojamos 2 dienos sferulėse, kaip ir cukraus pernešėjai, tioesterazė ir amilazė. Maždaug trečdalis genų, kurie yra reguliuojami in vivo, neturi priskirtos funkcijos, o 5 procentai randami tik Coccidioides spp [42]. Viena įdomiausių genų šeimų, kurios C. immitis sferulėse yra nepakankamai reguliuojamos, yra baltymų kinazės šeima; 28 iš 184 numatytų baltymų kinazės genų buvo sureguliuoti. Kai kurie žemyn reguliuojami proteinkinazės genai koduoja ląstelių ciklą, ląstelės sienelę ir su stresu susijusius baltymus. Ryšys tarp šių genų reguliavimo ir sferų susidarymo nėra aiškus.

3 pav. Genų, reguliuojamų trijų skirtingų brandų sferulėse, skaičius. Venno diagrama C. immitis genai buvo reguliuojami daugiau nei 2- kartus, palyginti su grybienos geno ekspresija. (a) 4 dienos sferų duomenys yra iš [41] ir (b) 2 dienos ir 8 dienos sferų duomenys yra iš [42].

Vienas iš reguliuojamų genų, aptiktų abiejų tyrimų metu, yra 4-hidrofenilpiruvato dioksigenazė (4-HPPD arba PDA). Šis fermentas yra genų, dalyvaujančių tirozino katabolizme, komplekso dalis. 4-HPPD skaido 4-hidroksifenilpiruvato homogentizatą, kuris yra toksiškas. Homogenizatas toliau katabolizuojamas arba oksiduojamas ir polimerizuojamas, kad susidarytų feomelaninas [43]. 4-Nustatyta, kad visų dimorfinių pirminių patogeninių grybų mielių fazėje HPPD yra sureguliuotas [44]. Talaromyces mar sutrikdžius 4-HPPD geną, mutantas negali augti ir diferencijuotis į mieles makrofaguose [45]. Šio tyrimo autoriai mano, kad mažai tikėtina, kad šis fenotipas būtų tiesiogiai susijęs su 4-HPPD poveikiu tirozino metabolizmui, nes kitos tirozino katabolizmo kelio mutacijos neturėjo tokio fenotipo, todėl mano, kad 4- HPPD gali turėti ir kitų neatrastų savybių.

Nepaisant eksperimentinio plano ir duomenų analizės skirtumų, abiejuose tyrimuose yra 152 genai, kurie buvo reguliuojami sferulėse, neatsižvelgiant į brendimo stadiją (3 pav.). Daugelis šių reguliuojamų genų randami sudėtingų angliavandenių metabolizmo fermentiniuose keliuose (1 lentelė). Genų praturtinimas sudėtinguose angliavandenių keliuose atrodo tikėtinas, nes norint transformuotis į sferules ir endosporas ir augti, reikia atlikti platų naujų ląstelių sienelių rekonstrukciją ir sintezę. Dvidešimt šeši įprasti genai, reguliuojami sferulėse, taip pat buvo reguliuojamiHistoplazmacapsulatum diferenciacija į mieles[46]. Be 4-HPPD, tai yra keli cukraus pernešėjai, sulfito transporteris, amilazė, ketoreduktazės, baltymų kinazė ir poliketido sintazės genas. Nebuvo paskelbta Coccidioides sferulių transkripto tyrimų in vivo. Proteomika yra dar vienas metodas, galintis identifikuoti išreikštus genus sferulėse ir patvirtinti vadinamuosius hipotetinius baltymus. Yra paskelbtas vienas tyrimas, naudojant šį metodą, kuriame buvo nustatyti baltymai C.posa-dashi grybienose ir sferulėse [47]. Jie aptiko 837 baltymus (8 procentus visų numatytų pagal DNR seką), iš kurių 88 procentai atitiko genomo analizės numatytus baltymus. Jie taip pat nustatė 172 naujus baltymus, kurių dauguma gali būti siejami su skirtingu genų susijungimu. Buvo išreikštas transpozono baltymas, o tai rodo, kad bent vienas transpozonas vis dar yra transkripciškai aktyvus. Tokie tyrimai neabejotinai pagerins genomo anotaciją.

Nors šie transkriptominiai duomenys gali identifikuoti genus, kurie pirmiausia yra ekspresuojami sferulėse, jie mums nepasako, kokie genai yra būtini, kad artrokonidijos išsiskirtų į sferas ir kokie ekspresijos pokyčiai yra transformacijos pasekmė [46]. Pats įtikinamiausias būdas nustatyti esminius sferulių susidarymo genus yra juos išmušti arba sumažinti jų ekspresiją reguliuojančia RNR ir stebėti fenotipą.

Buvo padaryti tik keli delecijos mutantai, nes sunku atlikti tikslines mutacijas. Chitinazės 2 ir 3 genai yra ekspresuojami didesniu lygiu sferulėse nei grybienose, ir buvo iškelta hipotezė, kad jie yra svarbūs pertvarkant bręstančių sferų ląstelių sienelę [48]. Dvigubas šių genų išjungimas lėmė mutantą, kuris negamina subrendusių sferų su endosporomis ir yra avirulentiškas pelėms. Šis mutantas buvo veiksminga gyva susilpninta vakcina pelėms. CPSI genas taip pat svarbus virulentiškumui, nes ištrynus geną susidarė sferulės, kurios augo lėčiau nei laukinio tipo, negalėjo endosporuliuoti, o mutantas buvo avirulentiškas net ir labai susilpnėjusioms pelėms [49]. CPSI geno produktas nėra gerai apibūdintas. Genas buvo pasirinktas kaip taikinys, nes jo homologas yra susijęs su patogeniškumu Cochiobolus hetero strophes. Mutantinėse sferulėse 33 genai buvo reguliuojami aukštyn arba žemyn, palyginti su laukinio tipo sferulėmis [49]. Sunku daryti išvadą apie CPSI funkciją iš aukštyn ir žemyn reguliuojamų genų. Šis mutantas taip pat yra veiksminga gyva vakcina pelėms. Sferos išorinės sienelės glikoproteiną koduojančio geno ištrynimas taip pat labai sumažino virulentiškumą[50]. Išorinės sienelės glikoproteinas gaminamas tik sferulėse ir sudaro atokiausią sluoksnį, kuris liečiasi su ląstelėmis-šeimininkėmis. Šis prolino turtingas baltymas taip pat yra adhezinas, kuris, kaip žinoma, jungiasi su lamininu.

Virulentiškumui taip pat svarbūs fermentai, dalyvaujantys amoniako apykaitoje. Užkrėsti pelių audiniai yra gana šarminiai, o Coccidioides sintetina ir ureazės fermentą, ir ureido glikolato hidrolazę – fermentą, kuris skaido ureido glikolatą iki amoniako ir glioksilato (UGH). Ureazės ir UGH dvigubo išmušimo mutantas gamina mažiau amoniako ir yra labai susilpnėjęs net genetiškai jautriose BALB/c pelėse, o tai rodo, kad gebėjimas šarminti aplinką yra svarbus patogeniškumui [51]. Tačiau kadangi glioksilato šuntas taip pat yra grybelių metabolizmo būdas energijai gaminti, kai nėra gliukozės, UGH mutacija gali turėti žalingą poveikį, išskyrus sumažėjusią amoniako gamybą.

Imunologija

Yra stiprus ryšys tarp žmonių imuninio atsako tipo ir ūminės plaučių kokcidioidomikozės prognozės. Dauguma žmonių serga savaime ribojančiomis plaučių infekcijomis ir jiems išsivysto uždelsto tipo padidėjęs jautrumas (DTH), išmatuotas teigiamais odos testais dėl kokcidiozės ar sferos, tačiau jie gamina tik mažus komplementą fiksuojančių (CF) antikūnų titrus. Priešingai, pacientams, kurie toliau platina infekciją, susidaro aukšti CF antikūnų titrai ir jiems neatsiranda DTH [30, 52]. Nors tai buvo žinoma daugelį dešimtmečių, mažai arba visai nesuprantama, kas skatina imuninį atsaką link TH1 (DTH, IFNy) žmonių, kuriems sekasi gerai. Akivaizdu, kad CD4 T ląstelės reikalingos, nes pacientams, kurių CD4 skaičius yra mažas dėl negydomo AIDS, yra didelė išplitusių infekcijų rizika [53] Pacientams, gydomiems naviko nekrozės faktoriaus inhibitoriais, taip pat yra didesnė rizika [54]. Iš retų žmogaus genetinių mutacijų taip pat žinome, kad nesugebėjimas gaminti ar reaguoti į IFNy kelia infekcijos plitimo riziką [55, 56]. Funkcijos mutacijos padidėjimas valstybėje taip pat skatina išplitusią kokcidioidomikozę ir histoplazmozę, tačiau mechanizmas (-ai), slepiantis (-i) dėl padidėjusio jautrumo invaziniams dimorfiniams grybams, nėra aiškus [57].

Imuninis atsakas į infekciją ir vakcinaciją buvo plačiai ištirtas su pelėmis. Visuotinai pripažįstama, kad įgimtas imuninis atsakas lemia adaptyvaus imuninio atsako pobūdį, ir tai pasakytina ir apie eksperimentinę kokcidioidomikozę. DBA/2, labai atspari pelių padermė, po užsikrėtimo sukuria daugiau IL-12p70, L-23p19, IFNy, State ir IL-17a ir mažiau IL-10. labai jautrioms padermėms, tiek in vivo, tiek in vitro[58,59]. Padidėjus pelių IL-10 gamybai, padidėja jautrumas, ir atvirkščiai, IL-10 KO pelės yra atsparesnės nei jautrios. tėvų štamas, labai panašus į DBA/2, atspariausią inbredinę padermę [60]. Vienintelis žinomas pelių skirtumų veiksnys yra dektinas{13}}, gliukano receptorius, ekspresuojamas dendritinėse ir kitose mieloidinėse ląstelėse [6]. Jautrioms B6 pelėms ir atsparioms DBA/2 pelėms Dectin-1 struktūra ir funkcija skiriasi, o tai pagrįsta alternatyviu koduojančio geno ClecZa sujungimu [59]. Tas genas taip pat yra alternatyviai sujungtas žmogaus ląstelėse [62, 63], tačiau nėra tyrimų, kaip tas diferencinis sujungimas veikia žmogaus atsaką į sferules.

Tikėtina, kad dektinas{0}} taip pat bent iš dalies yra atsakingas už TH17 imuninio atsako generavimą, nes sferulės stipriai sąveikauja su to C tipo lektino receptoriais [59]. IL-17 receptoriaus mutacija pablogina pelių gebėjimą susikurti imunitetą po vakcinacijos gyva avirulentiška C.posadasi paderme[64]. Pacientui, turinčiam STAT-3 mutaciją, kuri turi įtakos CD4 TH17 diferenciacijai, išsivystė individualus meningitas [65,66]. Kadangi STAT{10}} taip pat dalyvauja daugelyje kitų signalų perdavimo būdų, gali būti, kad žemas šių pacientų IL{11}} kiekis gali būti ne vienintelis jos jautrumo paaiškinimas.

Mechanizmas, kuriuo sferulės ir (arba) endosporos žūva in vivo, taip pat nežinomas, bet turi netiesiogiai priklausyti nuo CD4 ir T ląstelių, nes yra atvirkštinė koreliacija tarp bendro CD4 skaičiaus ir AIDS sergančių pacientų išplitusios kokcidioidomikozės rizikos [67]. Efektorinės molekulės, kurios iš tikrųjų naikina arba slopina grybelio dauginimąsi in vitro, nežinomos. Žmonės, sergantys lėtine granulomatine liga, akivaizdžiai nėra jautresni šiems patogenams, taip pat pelės, turinčios ortologinį genetinį defektą [68], todėl NADPH oksidazės nereikia. Yra tam tikras netikrumas dėl iNOS vaidmens. Plataus spektro NOS inhibitorius padidino DBA/2 pelių jautrumą C. immitis [69]. Priešingai, Nos2 mutantų pelių padermė nebuvo jautresnė [70]. Tačiau ši mutacija buvo atlikta C57BL/6 pelėms, kurios pačios gamina labai mažai NO, reaguodamos į šią infekciją [69].

Vakcinos pastangos

Atrodo, kad vakcinos sukeltas imunitetas nuo kokcidioidomikozės yra įmanomas, nes Coccidioides spp. yra ypač reti (negalima atmesti subklinikinių infekcijų, kurios stiprina imunitetą labai endeminėse srityse)[71]. Sėkmingai vakcinacijai reikalingas T-ląstelių sukeltas imuninis atsakas, o imuninis atsakas ir TH17 vaidina svarbų vaidmenį užtikrinant vakcinos sukeltą apsaugą [64]. Nėra įrodymų, kad antikūnų atsakas apsaugotų žmones, nes nėra ryšio tarp paveldimų ar įgytų imunoglobulino trūkumo ir išplitusios kokcidioidomikozės, tačiau pelių modeliuose yra prieštaringų įrodymų, ar B ląstelės reikalingos vakcinos sukeltam imunitetui [72,73 ]. Idealiu atveju vakcina užkirstų kelią infekcijai arba drastiškai sumažintų jų paplitimą, tačiau tokia, kuri galėtų užkirsti kelią simptominei infekcijai ir apsaugoti tuos, kuriems yra didelė išplitusios ligos rizika, būtų laikoma sėkminga skaitmeniniu požiūriu.

Visi kandidatai į vakciną iš pradžių buvo išbandyti su genetiškai jautriomis inbred pelėmis, o daugelis rekombinantinių baltymų vakcinų apsaugo jas nuo mažų, bet ne nuo didelių artrokonidijų inokuliacijų. Dabar įmanoma identifikuoti ir pagaminti rekombinantinius klonuotus baltymus, kurie gali būti tiriami kaip vakcinos antigenai, nes yra tiek C. immitis, tiek C. posadasii genomai, o yra pakankamai visiškai sekvenuotų genomų, kad būtų galima pasirinkti aukštą variantą. konservuoti baltymai. Deja, šiuo metu nėra būdo numatyti, kurie sferos baltymai sukels apsauginį imunitetą. Iš pradžių buvo manoma, kad labai išreikšti paviršiaus baltymai būtų geriausios vakcinos, tačiau ne visi ląstelių paviršiaus baltymai yra apsauginiai (nepaskelbti stebėjimai, TNK). 2 lentelėje parodyti kai kurie rekombinantiniai baltymai, kurie buvo išbandyti kaip vakcinos [71]. Apsauga buvo įvertinta pagal sumažėjusį grybelių kolonijų skaičių iš plaučių ir blužnies kiekybinės kultūros ir kai kuriais atvejais pagal išgyvenamumą. Tikslūs kriterijai skyrėsi nuo vieno tyrimo iki kito. Pavieniai antigenai geriausiu atveju paprastai turi nedidelę apsaugą [74-76]. Atrodė, kad taikant kelių baltymų / epitopų metodą gaunamos perspektyviausios subvienetinės vakcinos[77-79]. Viena dviejų baltymų vakcina buvo išbandyta su cynomolgus makakomis ir sumažėjo ligų našta, tačiau vakcinacija nesukūrė sterilizuojančio imuniteto [79]. Nepaisant daug žadančių rezultatų su pelėmis ir beždžionėmis, norint sukurti rekombinantinę baltymų vakciną, reikia priimti svarbius sprendimus dėl geriausių baltymų, šių baltymų kiekio, adjuvanto, sudėties ir kiek dozių reikės, kad būtų sukurta veiksminga vakcina. Turbūt svarbiausia, kad reikia farmacijos partnerio, norinčio gaminti produktą, atsižvelgiant į palyginti nedidelę infekcijos riziką. Taip pat labai svarbu kruopščiai planuoti klinikinį tyrimą. Dėl visų šių priežasčių nerealu tikėtis, kad vakcina artimiausiu metu bus paruošta klinikiniam įvertinimui.

Santrauka

Coccidioides spp. per pastarąjį dešimtmetį padarė didelę pažangą. Mūsų supratimas apie šių organizmų ekologiją ir populiacijos biologiją labai pagerėjo. Daugelio padermių genominės sekos prieinamumas buvo neįkainojamas daugeliui tyrimų aspektų, įskaitant kelių išmuštų padermių, kurios yra labai susilpnintos ir suteikia svarbių žinių apie patogenezę, sukūrimą. Kokcidioidomikozės ir Coccidioides spp. vakcinos yra geriau suprantamos. Deja, mūsų žiniose yra didelių spragų. Dar reikia daugiau informacijos apie šio organizmo ekologiją. Transformacijos iš grybienos į sferules biologijos supratimas geriausiu atveju yra ribotas. Taip pat reikia daugiau informacijos apie žmogaus imuninį atsaką į infekciją. Nepaisant daugelio baltymų klonavimo, ekspresijos ir bandymų, subvienetinė vakcina nebuvo sukurta. Šios ir kitos temos kelia daug iššūkių ateičiai.