Индукция миниатюрных колоний у Candida glabrate с помощью фотодинамической терапии, опосредованной Rose Bengal
Summary
Значение миниатюрных колоний в лекарственной устойчивости Candida spp. до конца не изучено. Антимикробная фотодинамическая терапия (аФДТ) предлагает многообещающую стратегию против лекарственно-устойчивых грибковых инфекций. Это исследование демонстрирует, что аФДТ, опосредованная бенгальской розой, эффективно деактивирует Candida glabrata и индуцирует миниатюрные колонии, представляя собой уникальную процедуру.
Abstract
Сталкиваясь с 40% смертностью у пациентов с кандидемией, лекарственно-устойчивые Candida и их миниатюрные мутанты остаются серьезной проблемой лечения. Антимикробная фотодинамическая терапия (аФДТ) нацелена на несколько грибковых структур, в отличие от антибиотиков/противогрибковых препаратов, потенциально препятствуя резистентности. Традиционные методы индуцирования миниатюрных колоний основаны на бромиде этидия или флуконазоле, которые могут влиять на чувствительность к лекарствам и реакцию на стресс. В этом исследовании изучалось применение зеленого света (пик 520 нм) и фотосенсибилизатора розовой бенгалии (RB) для борьбы с лекарственно-устойчивым изолятом Candida glabrata . Результаты показали, что лечение аФДТ значительно ингибировало рост клеток (снижение на ≥99,9%) и эффективно индуцировало образование миниатюрных колоний, о чем свидетельствует уменьшение размера и потеря окрашивания митохондриальных окислительно-восстановительных индикаторов. Это исследование предоставляет первоначальные доказательства того, что аФДТ может индуцировать миниатюрные колонии в штамме C. glabrata с множественной лекарственной устойчивостью in vitro, предлагая потенциально трансформационный подход к борьбе с устойчивыми грибковыми инфекциями.
Introduction
Грибковые инфекции, особенно вызванные Candida albicans и все более устойчивой к лекарствам Candida glabrata, представляют серьезную глобальную угрозу1. Эти инфекции могут быть смертельными, особенно для госпитализированных пациентов и людей с ослабленной иммунной системой. Растущая устойчивость к противогрибковым препаратам угрожает борьбе с инвазивным кандидозом, тяжелой грибковой инфекцией с высокой смертностью, особенно от Candida albicans2. Резистентные штаммы препятствуют эффективному лечению, потенциально увеличивая как сложность, так и смертность. В округе Аламеда, штат Калифорния, США, C. glabrata стал наиболее распространенным инвазивным видом3. На этот сдвиг в распространенности и распространении видов Candida могут влиять местные методы здравоохранения, демографические данные пациентов, использование противогрибковых препаратов и распространенность факторов риска инфекций Candida.
Миниатюрные мутанты у Candida, лишенные функциональных митохондрий, показывают, как эта органелла влияет на реакцию на лекарства, вирулентность и стрессоустойчивость 4,5. C. glabrata легко образует эти колонии, приобретая чувствительность к полиенам, но теряя ее к азолам6. Чувствительность к азолам и дыхательная функция тесно связаны, при этом снижение дыхания приводит к резистентности из-за потери митохондриальной ДНК7. Миниатюрные колонии C. glabrata с резистентностью к азолам были выделены из образцов стула человека от реципиента трансплантата костного мозга, проходящего лечение флуконазолом8, и из флаконов для посева крови пациентов с инфекциями кровотока9. Их потенциальное влияние на лекарственную устойчивость, вирулентность и реакцию на стресс подчеркивает их клиническую значимость. Кроме того, их отличительные свойства делают их ценными инструментами для исследования фундаментальных вопросов митохондриальной биологии5. По мере продолжения исследований миниатюрных мутантов их применение как в клинических, так и в фундаментальных исследованиях, вероятно, будет расширяться.
Это исследование показало, что фотодинамическая терапия (ФДТ) может индуцировать миниатюрные колонии у C. glabrata, расширяя диапазон методов за пределы традиционных методов воздействия на C. glabrata бромида этидия или флуконазола.
Protocol
Representative Results
Discussion
Это исследование раскрывает ФДТ как первый зарегистрированный метод индуцирования образования миниатюрных колоний у Candida, превосходящий установленные эффекты бромида этидия и флуконазола. Это новое наблюдение требует дальнейших исследований, чтобы разгадать его последствия как для…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа получила финансирование от Министерства науки и технологий Тайваня [MOST 110-2314-B-006-086-MY3], Национального университета Ченг Кун [K111-B094], [K111-B095], Национальной больницы Университета Чэн Кун, Тайвань [NCKUH-11204031], [NCKUMCS2022057].
Materials
| 0.22 μm filter | Merck, Taipei, Taiwan | Millex, SLGVR33RS | |
| 1.5 mL microfuge tube | Neptune, San Diego, USA | #3745 | |
| 20% Triphenyltetrazolium chloride (TTC) | Sigma-Aldrich, MO, USA | T8877 | |
| 5 mL polypropylene round bottom tube | Corning, AZ, USA | 352059 | |
| 5 mL round-bottom tube with cell strainer cap | Corning, AZ, USA | Falcon, #352235 | |
| 96-well plate | Alpha plus, Taoyuan Hsien, Taiwan | #16196 | |
| Agar | BRS, Tainan, Taiwan | AG012 | |
| Blank disk | Advantec, Tokyo, Japan | 49005040 | |
| Centrifuge | Eppendorf, UK | 5415R | |
| Ethidium bromide solution | Sigma-Aldrich, MO, USA | E1510 | |
| Fluconazole, 2 mg/mL | Pfizer, NY, USA | BC18790248 | |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | Version 7.0 | |
| Green light emitting diode (LED) strip | Nanyi electronics Co.,Ltd, Tainan, Taiwan | 5050 | Excitation wave: 500~550 nm |
| Low Temperature. shake Incubators | Yihder, Taipei, Taiwan | LM-570D (R) | |
| Mouth care cotton swabs | Good Verita Enterprise, Taipei, Taiwan | 161357 | |
| Muller Hinton II agar | BD biosciences, California, USA | 211438 | |
| Multimode microplate reader | Molecular Devices | SpectraMax i3x | |
| OD600 spectrophotometer | Biochrom, London, UK | Ultrospec 10 | |
| Rose Bengal | Sigma-Aldrich, USA | 330000 | stock concentration 40 mg/mL = 4%, prepare in PBS, stored at 4 °C |
| Sterilized glass tube | Sunmei, Tainan, Taiwan | AK45048-16100 | |
| Yeast Extract Peptone Dextrose Medium | HIMEDIA, India | M1363 |
References
- Soriano, A., et al. Invasive candidiasis: current clinical challenges and unmet needs in adult populations. J Antimicrob Chemother. 78 (7), 1569-1585 (2023).
- Pappas, P. G., Lionakis, M. S., Arendrup, M. C., Ostrosky-Zeichner, L., Kullberg, B. J. Invasive candidiasis. Nat Rev Dis Primers. 4, 18026 (2018).
- Meyahnwi, D., Siraw, B. B., Reingold, A. Epidemiologic features, clinical characteristics, and predictors of mortality in patients with candidemia in Alameda County, California; a 2017-2020 retrospective analysis. BMC Infect Dis. 22 (1), 843 (2022).
- Whittaker, P. A. The petite mutation in yeast. Subcell Biochem. 6, 175-232 (1979).
- Hatab, M. A., Whittaker, P. A. Isolation and characterization of respiration-deficient mutants from the pathogenic yeast Candida albicans. Antonie Van Leeuwenhoek. 61 (3), 207-219 (1992).
- Defontaine, A., et al. In-vitro resistance to azoles associated with mitochondrial DNA deficiency in Candida glabrata. J Med Microbiol. 48 (7), 663-670 (1999).
- Brun, S., et al. Relationships between respiration and susceptibility to azole antifungals in Candida glabrata. Antimicrob Agents Chemother. 47 (3), 847-853 (2003).
- Bouchara, J. P., et al. In-vivo selection of an azole-resistant petite mutant of Candida glabrata. J Med Microbiol. 49 (11), 977-984 (2000).
- Badrane, H., et al. Genotypic diversity and unrecognized antifungal resistance among populations of Candida glabrata from positive blood cultures. Nat Commun. 14 (1), 5918 (2023).
- Shantal, C. -. J. N., Juan, C. -. C., Lizbeth, B. -. U. S., Carlos, H. -. G. J., Estela, G. -. P. B. Candida glabrata is a successful pathogen: An artist manipulating the immune response. Microbiol Res. 260, 127038 (2022).
- Gamarra, S., Mancilla, E., Dudiuk, C., Garcia-Effron, G. Candida dubliniensis and Candida albicans differentiation by colony morphotype in Sabouraud-triphenyltetrazolium agar. Rev Iberoam Micol. 32 (2), 126-128 (2015).
- Hung, J. H., et al. Rose bengal-mediated photodynamic therapy to inhibit Candida albicans. J Vis Exp. (181), e63558 (2022).
- Cardoso, D. R., Franco, D. W., Olsen, K., Andersen, M. L., Skibsted, L. H. Reactivity of bovine whey proteins, peptides, and amino acids toward triplet riboflavin as studied by laser flash photolysis. J Agric Food Chem. 52 (21), 6602-6606 (2004).
- Hall, R. M., Trembath, M. K., Linnane, A. W., Wheelis, L., Criddle, R. S. Factors affecting petite induction and the recovery of respiratory competence in yeast cells exposed to ethidium bromide. Mol Gen Genet. 144 (3), 253-262 (1976).
- Chen, X. J., Clark-Walker, G. D. The petite mutation in yeasts: 50 years on. Int Rev Cytol. 194, 197-238 (2000).
- Piskur, J. Inheritance of the yeast mitochondrial genome. Plasmid. 31 (3), 229-241 (1994).
- Wong, T. W., Wang, Y. Y., Sheu, H. M., Chuang, Y. C. Bactericidal effects of toluidine blue-mediated photodynamic action on Vibrio vulnificus. Antimicrob Agents Chemother. 49 (3), 895-902 (2005).
- Wong, T. W., et al. Indocyanine green-mediated photodynamic therapy reduces methicillin-resistant Staphylococcus aureus drug resistance. J Clin Med. 8 (3), 411 (2019).
- Warrier, A., Mazumder, N., Prabhu, S., Satyamoorthy, K., Murali, T. S. Photodynamic therapy to control microbial biofilms. Photodiagnosis Photodyn Ther. 33, 102090 (2021).
- Hung, J. H., et al. Recent advances in photodynamic therapy against fungal keratitis. Pharmaceutics. 13 (12), 2011 (2021).
