Induksjon av petite kolonier i Candida glabrate via Rose Bengal-mediert fotodynamisk terapi
Summary
Betydningen av små kolonier i Candida spp. stoffresistens har ikke blitt fullstendig utforsket. Antimikrobiell fotodynamisk terapi (aPDT) tilbyr en lovende strategi mot stoffresistente soppinfeksjoner. Denne studien viser at rose bengal-mediert aPDT effektivt deaktiverer Candida glabrata og induserer petite kolonier, og presenterer en unik prosedyre.
Abstract
Overfor en dødelighet på 40% hos candidemi-pasienter, er stoffresistent Candida og deres petite mutanter fortsatt en stor behandlingsutfordring. Antimikrobiell fotodynamisk terapi (aPDT) retter seg mot flere soppstrukturer, i motsetning til antibiotika / antifungale midler, som potensielt hindrer resistens. Tradisjonelle metoder for å indusere petite kolonier stole på ethidiumbromid eller flukonazol, noe som kan påvirke stofffølsomhet og stressresponser. Denne studien undersøkte anvendelsen av grønt lys (topp 520 nm) og rose bengal (RB) fotosensibilisator for å bekjempe et stoffresistent Candida glabrata-isolat . Funnene viste at aPDT-behandling signifikant hemmet cellevekst (≥99,9% reduksjon) og effektivt induserte petite kolonidannelse, som det fremgår av redusert størrelse og tap av mitokondriell redoksindikatorfarging. Denne studien gir innledende bevis på at aPDT kan indusere petite kolonier i en multidrugresistent C. glabrata-stamme in vitro, og tilbyr en potensielt transformativ tilnærming for å bekjempe resistente soppinfeksjoner.
Introduction
Soppinfeksjoner, spesielt de som er forårsaket av Candida albicans og stadig mer stoffresistente Candida glabrata, utgjør en alvorlig global trussel1. Disse infeksjonene kan være dødelige, spesielt for pasienter på sykehus og de med svekket immunforsvar. Økende soppdrepende resistens truer kontrollen av invasiv candidiasis, en alvorlig soppinfeksjon med høy dødelighet, spesielt fra Candida albicans2. Resistente stammer hindrer effektiv behandling, noe som potensielt øker både kompleksiteten og dødsraten. I Alameda County, California, USA, har C. glabrata blitt den mest utbredte invasive arten3. Dette skiftet i utbredelsen og distribusjonen av Candida-arter kan påvirkes av lokal helsepraksis, pasientdemografi, bruk av antifungale midler og forekomsten av risikofaktorer for Candida-infeksjoner.
Petite mutanter i Candida, som mangler funksjonelle mitokondrier, avslører hvordan denne organellen påvirker legemiddelrespons, virulens og stressmotstand 4,5. C. glabrata danner lett disse koloniene, og får følsomhet for polyener mens de mister den til azoler6. Azolfølsomhet og respirasjonsfunksjon er intrikat forbundet, med redusert respirasjon som fører til resistens via mitokondrielt DNA-tap7. Petitekolonier av C. glabrata med azolresistens er isolert fra avføringsprøver fra benmargstransplanterte som gjennomgår flukonazolbehandling8 og fra blodkulturflasker hos pasienter med blodbaneinfeksjoner9. Deres potensielle implikasjoner i stoffresistens, virulens og stressrespons fremhever deres kliniske betydning. I tillegg gjør deres distinkte egenskaper dem til verdifulle verktøy for å undersøke grunnleggende spørsmål i mitokondriebiologi5. Etter hvert som forskningen på små mutanter fortsetter, vil deres anvendelser i både klinisk og grunnleggende forskning sannsynligvis utvides.
Denne studien oppdaget at fotodynamisk terapi (PDT) kan indusere petite kolonier i C. glabrata, og utvide rekkevidden av metoder utover de tradisjonelle teknikkene for å eksponere C. glabrata for ethidiumbromid eller flukonazol.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne studien avslører PDT som den første rapporterte metoden for å indusere petite kolonidannelse i Candida, som overgår de etablerte effektene av ethidiumbromid og flukonazol. Denne nye observasjonen nødvendiggjør videre utforskning for å avdekke implikasjonene for både sopputryddelse ved å redusere virulens og fremveksten av resistensmekanismer.
RB-mediert PDT hemmer effektivt veksten av C. glabrata, noe som tyder på en potensiell alternativ behandlingstilnærming for Can…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet har mottatt finansiering fra departementet for vitenskap 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 |
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).
