Induktion af små kolonier i Candida-glabrat via rosenbengalmedieret fotodynamisk terapi
Summary
Betydningen af petite kolonier i Candida spp. lægemiddelresistens er ikke blevet undersøgt fuldt ud. Antimikrobiel fotodynamisk terapi (aPDT) tilbyder en lovende strategi mod lægemiddelresistente svampeinfektioner. Denne undersøgelse viser, at rose bengal-medieret aPDT effektivt deaktiverer Candida glabrata og inducerer petite kolonier, hvilket præsenterer en unik procedure.
Abstract
Med en dødelighed på 40% hos candidæmipatienter er lægemiddelresistente Candida og deres små mutanter fortsat en stor behandlingsudfordring. Antimikrobiel fotodynamisk terapi (aPDT) er rettet mod flere svampestrukturer, i modsætning til antibiotika / svampemidler, hvilket potentielt modvirker resistens. Traditionelle metoder til inducering af petite kolonier er afhængige af ethidiumbromid eller fluconazol, som kan påvirke lægemiddelfølsomhed og stressresponser. Denne undersøgelse undersøgte anvendelsen af grønt lys (peak 520 nm) og rose bengal (RB) fotosensibilisator til bekæmpelse af et lægemiddelresistent Candida glabrata-isolat . Resultaterne afslørede, at aPDT-behandling signifikant hæmmede cellevækst (≥99,9% reduktion) og effektivt inducerede dannelse af petite koloni, hvilket fremgår af reduceret størrelse og tab af mitokondriel redoxindikatorfarvning. Denne undersøgelse giver indledende bevis for, at aPDT kan inducere petite kolonier i en multiresistent C. glabrata stamme in vitro, hvilket giver en potentielt transformativ tilgang til bekæmpelse af resistente svampeinfektioner.
Introduction
Svampeinfektioner, især dem, der forårsages af Candida albicans og stadig mere lægemiddelresistente Candida glabrata, udgør en alvorlig global trussel1. Disse infektioner kan være dødelige, især for indlagte patienter og dem med svækket immunsystem. Stigende svampedræbende resistens truer kontrollen med invasiv candidiasis, en alvorlig svampeinfektion med høj dødelighed, især fra Candida albicans2. Resistente stammer hindrer effektiv behandling, hvilket potentielt øger både kompleksitet og dødelighed. I Alameda County, Californien, USA, er C. glabrata blevet den mest udbredte invasive art3. Dette skift i forekomsten og fordelingen af Candida-arter kan påvirkes af lokal sundhedspraksis, patientdemografi, brugen af svampedræbende midler og forekomsten af risikofaktorer for Candida-infektioner.
Små mutanter i Candida, der mangler funktionelle mitokondrier, afslører, hvordan denne organel påvirker lægemiddelrespons, virulens og stressresistens 4,5. C. glabrata danner let disse kolonier og får følsomhed over for polyener, mens den mister den til azoler6. Azolfølsomhed og åndedrætsfunktion er tæt forbundet, med nedsat åndedræt, der fører til resistens via mitokondrielt DNA-tab7. Små kolonier af C. glabrata med azolresistens er blevet isoleret fra humane afføringsprøver fra en knoglemarvstransplanteret modtager, der gennemgår fluconazolbehandling8, og fra bloddyrkningsflasker fra patienter med blodbaneinfektioner9. Deres potentielle implikationer i lægemiddelresistens, virulens og stressrespons fremhæver deres kliniske betydning. Derudover gør deres forskellige egenskaber dem til værdifulde værktøjer til at undersøge grundlæggende spørgsmål i mitokondriebiologi5. Efterhånden som forskningen i små mutanter fortsætter, vil deres anvendelser i både klinisk forskning og grundforskning sandsynligvis udvides.
Denne undersøgelse opdagede, at fotodynamisk terapi (PDT) kan fremkalde små kolonier i C. glabrata, hvilket udvider rækken af metoder ud over de traditionelle teknikker til at udsætte C. glabrata for ethidiumbromid eller fluconazol.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne undersøgelse afslører PDT som den første rapporterede metode til at inducere dannelse af petite kolonier i Candida, hvilket overgår de etablerede virkninger af ethidiumbromid og fluconazol. Denne nye observation kræver yderligere udforskning for at opklare dens konsekvenser for både svampeudryddelse ved faldende virulens og fremkomsten af resistensmekanismer.
RB-medieret PDT hæmmer effektivt væksten af C. glabrata, hvilket tyder på en potentiel alternativ behandlingsmet…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde har modtaget finansiering fra Ministeriet for Videnskab og Teknologi, 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 |
Riferimenti
- 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).
