Inductie van kleine kolonies in Candida glabraat via Bengaalse rozengemedieerde fotodynamische therapie
Summary
De betekenis van kleine kolonies in resistentie tegen geneesmiddelen tegen Candida spp. is nog niet volledig onderzocht. Antimicrobiële fotodynamische therapie (aPDT) biedt een veelbelovende strategie tegen resistente schimmelinfecties. Deze studie toont aan dat roos bengaal-gemedieerde aPDT Candida glabrata effectief deactiveert en kleine kolonies induceert, wat een unieke procedure oplevert.
Abstract
Geconfronteerd met een sterftecijfer van 40% bij candidemiepatiënten, blijven resistente Candida en hun kleine mutanten een grote uitdaging voor de behandeling. Antimicrobiële fotodynamische therapie (aPDT) richt zich op meerdere schimmelstructuren, in tegenstelling tot antibiotica/antischimmelmiddelen, waardoor resistentie mogelijk wordt gedwarsboomd. Traditionele methoden voor het induceren van kleine kolonies zijn gebaseerd op ethidiumbromide of fluconazol, die de gevoeligheid voor geneesmiddelen en stressreacties kunnen beïnvloeden. Deze studie onderzocht de toepassing van groen licht (piek 520 nm) en rozenbengaalse (RB) fotosensibilisator ter bestrijding van een resistent Candida glabrata-isolaat. De bevindingen toonden aan dat aPDT-behandeling de celgroei aanzienlijk remde (≥99,9% reductie) en effectief de vorming van kleine kolonies induceerde, zoals blijkt uit verminderde omvang en verlies van mitochondriale redoxindicatorkleuring. Deze studie levert het eerste bewijs dat aPDT in vitro kleine kolonies kan induceren in een multiresistente C. glabrata-stam, wat een potentieel transformatieve benadering biedt voor het bestrijden van resistente schimmelinfecties.
Introduction
Schimmelinfecties, met name die veroorzaakt door Candida albicans en in toenemende mate resistente Candida glabrata, vormen een ernstigewereldwijde bedreiging. Deze infecties kunnen dodelijk zijn, vooral voor gehospitaliseerde patiënten en mensen met een verzwakt immuunsysteem. Toenemende antischimmelresistentie bedreigt de bestrijding van invasieve candidiasis, een ernstige schimmelinfectie met hoge mortaliteit, vooral van Candida albicans2. Resistente stammen belemmeren een effectieve behandeling, waardoor zowel de complexiteit als de sterftecijfers kunnen toenemen. In Alameda County, Californië, VS, is C. glabrata de meest voorkomende invasieve soort geworden3. Deze verschuiving in de prevalentie en verspreiding van Candida-soorten kan worden beïnvloed door lokale gezondheidspraktijken, demografie van patiënten, het gebruik van antischimmelmiddelen en de prevalentie van risicofactoren voor Candida-infecties.
Kleine mutanten in Candida, zonder functionele mitochondriën, laten zien hoe deze organel de geneesmiddelrespons, virulentie en stressbestendigheid beïnvloedt 4,5. C. glabrata vormt deze kolonies gemakkelijk, wordt gevoeliger voor polyenen en verliest het aan azolen6. Azolgevoeligheid en ademhalingsfunctie zijn nauw met elkaar verbonden, waarbij verminderde ademhaling leidt tot resistentie via mitochondriaal DNA-verlies7. Kleine kolonies van C. glabrata met azolresistentie zijn geïsoleerd uit menselijke ontlastingsmonsters van een ontvanger van een beenmergtransplantatie die een behandeling met fluconazol onderging8 en uit bloedkweekflessen van patiënten met bloedbaaninfecties9. Hun mogelijke implicaties voor resistentie tegen geneesmiddelen, virulentie en stressrespons benadrukken hun klinische betekenis. Bovendien maken hun verschillende eigenschappen ze tot waardevolle hulpmiddelen voor het onderzoeken van fundamentele vragen in de mitochondriale biologie5. Naarmate het onderzoek naar kleine mutanten vordert, zullen hun toepassingen in zowel klinisch als fundamenteel onderzoek zich waarschijnlijk uitbreiden.
Deze studie ontdekte dat fotodynamische therapie (PDT) kleine kolonies in C. glabrata kan induceren, waardoor het scala aan methoden wordt uitgebreid buiten de traditionele technieken om C. glabrata bloot te stellen aan ethidiumbromide of fluconazol.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie onthult PDT als de eerste gerapporteerde methode om de vorming van kleine kolonies in Candida te induceren, en overtreft de gevestigde effecten van ethidiumbromide en fluconazol. Deze nieuwe waarneming vereist verder onderzoek om de implicaties ervan te ontrafelen voor zowel de uitroeiing van schimmels door het verminderen van virulentie als de opkomst van resistentiemechanismen.
RB-gemedieerde PDT remt effectief de groei van C. glabrata, wat een mogelijke alternatieve beh…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk heeft financiering ontvangen van het Ministerie van Wetenschap en Technologie, 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).
