Induktion av små kolonier i Candida glabrate via Rose Bengal-medierad fotodynamisk terapi
Summary
Betydelsen av små kolonier för Candida spp. läkemedelsresistens har inte utforskats fullt ut. Antimikrobiell fotodynamisk terapi (aPDT) erbjuder en lovande strategi mot läkemedelsresistenta svampinfektioner. Denna studie visar att rosenbengalmedierad aPDT effektivt inaktiverar Candida glabrata och inducerar små kolonier, vilket utgör en unik procedur.
Abstract
Med en dödlighet på 40 % hos candidemipatienter är läkemedelsresistent Candida och deras små mutanter fortfarande en stor behandlingsutmaning. Antimikrobiell fotodynamisk terapi (aPDT) riktar sig mot flera svampstrukturer, till skillnad från antibiotika/svampdödande medel, vilket potentiellt kan motverka resistens. Traditionella metoder för att inducera små kolonier förlitar sig på etidiumbromid eller flukonazol, som kan påverka läkemedelskänslighet och stressreaktioner. Denna studie undersökte tillämpningen av grönt ljus (topp 520 nm) och rosenbengal (RB) fotosensibilisator för att bekämpa ett läkemedelsresistent Candida glabrata-isolat . Resultaten visade att aPDT-behandling signifikant hämmade celltillväxt (≥99,9 % minskning) och effektivt inducerade bildning av små kolonier, vilket framgår av minskad storlek och förlust av mitokondriell redoxindikatorfärgning. Denna studie ger initiala bevis för att aPDT kan inducera små kolonier i en multiresistent C. glabrata-stam in vitro, vilket erbjuder ett potentiellt transformativt tillvägagångssätt för att bekämpa resistenta svampinfektioner.
Introduction
Svampinfektioner, särskilt de som orsakas av Candida albicans och den alltmer läkemedelsresistenta Candida glabrata, utgör ett allvarligt globalt hot1. Dessa infektioner kan vara dödliga, särskilt för patienter som är inlagda på sjukhus och de med försvagat immunförsvar. Ökande svampdödande resistens hotar kontrollen av invasiv candidiasis, en allvarlig svampinfektion med hög dödlighet, särskilt från Candida albicans2. Resistenta stammar hindrar effektiv behandling, vilket kan öka både komplexiteten och dödligheten. I Alameda County, Kalifornien, USA, har C. glabrata blivit den vanligaste invasiva arten3. Denna förändring i prevalensen och distributionen av Candida-arter kan påverkas av lokala hälso- och sjukvårdsmetoder, patientdemografi, användningen av svampdödande medel och förekomsten av riskfaktorer för Candida-infektioner.
Petite-mutanter i Candida, som saknar funktionella mitokondrier, avslöjar hur denna organell påverkar läkemedelssvar, virulens och stressresistens 4,5. C. glabrata bildar lätt dessa kolonier och blir känsligare för polyener medan den förlorar sig till azoler6. Azolkänslighet och andningsfunktion är intrikat kopplade, med minskad andning som leder till resistens via mitokondriell DNA-förlust7. Petite kolonier av C. glabrata med azolresistens har isolerats från humana avföringsprover från en benmärgstransplanterad mottagare som genomgår flukonazolbehandling8 och från blododlingsflaskor från patienter med blodinfektioner9. Deras potentiella implikationer för läkemedelsresistens, virulens och stressrespons belyser deras kliniska betydelse. Dessutom gör deras distinkta egenskaper dem till värdefulla verktyg för att undersöka grundläggande frågor inom mitokondriell biologi5. I takt med att forskningen om små mutanter fortsätter kommer deras tillämpningar inom både klinisk och grundforskning sannolikt att expandera.
Denna studie upptäckte att fotodynamisk terapi (PDT) kan inducera små kolonier i C. glabrata, vilket utökar utbudet av metoder utöver de traditionella teknikerna för att exponera C. glabrata för etidiumbromid eller flukonazol.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie presenterar PDT som den första rapporterade metoden för att inducera bildning av små kolonier i Candida, vilket överträffar de etablerade effekterna av etidiumbromid och flukonazol. Denna nya observation kräver ytterligare utforskning för att reda ut dess implikationer för både svamputrotning genom minskad virulens och uppkomsten av resistensmekanismer.
RB-medierad PDT hämmar effektivt tillväxten av C. glabrata, vilket tyder på en potentiell alternativ behandl…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete har fått finansiering från ministeriet för vetenskap och teknik, Taiwan [MOST 110-2314-B-006-086-MY3], National Cheng Kung University [K111-B094], [K111-B095], National Cheng Kung University Hospital, Taiwan [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).
