השראת מושבות קטנות בקנדידה מבריקה באמצעות טיפול פוטודינמי בתיווך בנגל
Summary
המשמעות של מושבות קטנות בקנדידה spp. עמידות לתרופות לא נחקרה במלואה. טיפול פוטודינמי אנטי-מיקרוביאלי (aPDT) מציע אסטרטגיה מבטיחה נגד זיהומים פטרייתיים עמידים לתרופות. מחקר זה מדגים כי aPDT בתיווך בנגל ורד מבטל ביעילות קנדידה גלברטה וגורם למושבות קטנות, ומציג הליך ייחודי.
Abstract
מול שיעור תמותה של 40% בחולי קנדידמיה, קנדידה עמידה לתרופות והמוטציות הקטנות שלהם נותרו אתגר טיפולי גדול. טיפול פוטודינמי אנטי-מיקרוביאלי (aPDT) מכוון למבנים פטרייתיים מרובים, בניגוד לאנטיביוטיקה/אנטי-פטרייתיות, מה שעלול לסכל עמידות. שיטות מסורתיות לגרימת מושבות קטנות מסתמכות על אתידיום ברומיד או פלוקונזול, שיכולים להשפיע על רגישות לתרופות ותגובות לחץ. מחקר זה בדק את היישום של אור ירוק (שיא 520 ננומטר) ופוטונסיטייזר ורד בנגלי (RB) כדי להילחם במבודד קנדידה גלברטה עמיד לתרופות. הממצאים הראו כי טיפול ב- aPDT עיכב באופן משמעותי את צמיחת התאים (הפחתה של ≥99.9%) וגרם ביעילות להיווצרות מושבות קטנות, כפי שמעידה הקטנת גודל ואובדן צביעת מחוון חיזור מיטוכונדריאלי. מחקר זה מספק ראיות ראשוניות לכך ש-aPDT יכול לגרום למושבות קטנות בזן C. glabrata עמיד לתרופות במבחנה, ומציע גישה בעלת פוטנציאל טרנספורמטיבי למאבק בזיהומים פטרייתיים עמידים.
Introduction
זיהומים פטרייתיים, במיוחד אלה הנגרמים על ידי קנדידה אלביקנס וקנדידה גלברטה עמידה יותר ויותר לתרופות, מהווים איום עולמי רציני1. זיהומים אלה יכולים להיות קטלניים, במיוחד עבור חולים מאושפזים ואלה עם מערכת חיסונית מוחלשת. עלייה בעמידות האנטי פטרייתית מאיימת על השליטה בקנדידה פולשנית, זיהום פטרייתי חמור עם תמותה גבוהה, במיוחד מקנדידה אלביקנס2. זנים עמידים מעכבים טיפול יעיל, מה שעלול להגדיל הן את המורכבות והן את שיעורי התמותה. במחוז אלאמדה, קליפורניה, ארה”ב, C. glabrata הפך למין הפולש הנפוץ ביותר3. שינוי זה בשכיחות ובתפוצה של מיני קנדידה עשוי להיות מושפע משיטות בריאות מקומיות, דמוגרפיה של מטופלים, שימוש בחומרים אנטי פטרייתיים ושכיחות גורמי סיכון לזיהומי קנדידה.
מוטנטים קטנים בקנדידה, חסרי מיטוכונדריה פונקציונלית, חושפים כיצד אברון זה משפיע על התגובה לתרופות, אלימות ועמידות ללחץ 4,5. C. glabrata יוצר בקלות מושבות אלה, רוכש רגישות לפוליאנים תוך שהוא מאבד אותו לאזולים6. רגישות לאזול ותפקוד נשימתי קשורים זה לזה באופן מורכב, עם נשימה מופחתת המובילה להתנגדות באמצעות אובדן DNA מיטוכונדריאלי7. מושבות קטנות של C. glabrata עם עמידות לאזול בודדו מדגימות צואה אנושיות ממושתל מח עצם שעבר טיפול פלוקונזול8 ומבקבוקי תרבית דם של חולים עם זיהומים בזרם הדם9. ההשלכות האפשריות שלהם על עמידות לתרופות, אלימות ותגובה ללחץ מדגישות את המשמעות הקלינית שלהם. בנוסף, התכונות הייחודיות שלהם הופכות אותם לכלים רבי ערך לחקר שאלות בסיסיות בביולוגיה מיטוכונדריאלית5. ככל שהמחקר על מוטנטים קטנים נמשך, היישומים שלהם במחקר קליני ובסיסי כאחד צפויים להתרחב.
מחקר זה גילה כי טיפול פוטודינמי (PDT) יכול לגרום למושבות קטנות ב – C. glabrata, להרחיב את מגוון השיטות מעבר לטכניקות המסורתיות של חשיפת C. glabrata לאתידיום ברומיד או fluconazole.
Protocol
Representative Results
Discussion
מחקר זה חושף את PDT כשיטה המדווחת הראשונה לגרימת היווצרות מושבות קטנות בקנדידה, העולה על ההשפעות המבוססות של אתידיום ברומיד ופלוקונזול. תצפית חדשנית זו מחייבת חקירה נוספת כדי לפענח את השלכותיה הן על מיגור פטריות על ידי הפחתת האלימות והן על הופעתם של מנגנוני התנגדות.
PDT בתיוו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו קיבלה מימון ממשרד המדע והטכנולוגיה, טייוואן [MOST 110-2314-B-006-086-MY3], האוניברסיטה הלאומית צ’נג קונג [K111-B094], [K111-B095], בית החולים האוניברסיטאי הלאומי צ’נג קונג, טייוואן [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).
