Biofilm Candida PDF

Budowa strzępek i pseudostrzępek, jak i konidiów, które tworzą się egzogennie na strzępkach, pseudostrzępkach lub komórkach wegetatywnych, często na specjalnych odgałęzieniach (konidioforach), stanowi ważną cechę taksonomiczną np. dla Aspergillus i Penicillium. U dermatofitów ważną cechą taksonomicz...

Budowa strzępek i pseudostrzępek, jak i konidiów, które tworzą się egzogennie na strzępkach, pseudostrzępkach lub komórkach wegetatywnych, często na specjalnych odgałęzieniach (konidioforach), stanowi ważną cechę taksonomiczną np. dla Aspergillus i Penicillium. U dermatofitów ważną cechą taksonomiczną są małe, jednokomórkowe mikrokonidia lub duże, wielokomórkowe makrokonidia ( Epidermophyton, Microsporum, Trichophyton). III. Właściwości grzybów chorobotwórczych Grzyby, które najczęściej wywołują zakażenia u ludzi to grzyby z rodzaju Candida, Aspergillus, Histoplasma, Mucor, Rhizopus, Cryptococcus i dermatofity. Mogą to być gatunki chorobotwórcze lub oportunistyczne (zakażenie niektórymi gatunkami Candida, Aspergillus i Mucor). Do ważnych właściwości grzybów, dzięki którym mają one możliwość zakażenia gospodarza i kolonizacji tkanek należą: adherencja, czyli zdolność przylegania. Zapobiega usunięciu grzybów przez wydzieliny żywiciela. wytwarzanie enzymów hydrolitycznych, które zaburzają integralność błon komórkowych. właściwości hydrofobowe, zwiększają zdolność przylegania. zjawisko mimikry molekularnej (antygeny pasożyta wykazują molekularne podobieństwo do autoantygenów gospodarza, by uniknąć odpowiedzi ze strony układu immunologicznego gospodarza, w celu skolonizowania tkanek) podobieństwo budowy glikoproteinowych receptorów grzybów i błony podstawnej unikanie fagocytozy koadhezja, przyłączanie kolejnych komórek do blastosporów już zakotwiczonych w nabłonku mechanizmy oporności grzybów na niektóre leki przeciwgrzybicze wytwarzanie biofilmu IV. Mechanizm patogenności Candida Przebiega w trzech etapach: 1. Adhezja Zapoczątkowuje proces inwazji tkanek gospodarza. Złożony proces angażujący kilka typów adhezyn ( składników powierzchni komórek pasożyta, które ułatwiają adhezję do innych komórek lub powierzchni). Adhezyny są rodzajem czynników zjadliwości (wirulencji) grzyba. Czynniki wirulencji to cząsteczki wytwarzane przez pasożyta, które zwiększają ich skuteczność i umożliwiają im kolonizację niszy u gospodarza oraz unikanie odpowiedzi immunologicznej. 2. Tigmotropizm i inwazja Kontakt komórki grzyba z komórką gospodarza, co powoduje przejście z formy drożdżowej w formę strzępkową. Wytworzenie strzępki wiąże się z uszkodzeniem tkanek gospodarza i rozpoczęciem inwazji. 3. Formowanie biofilmu Biofilm to społeczna, heterogenna struktura mikroorganizmów związana z podłożem (powierzchnia biotyczną lub abiotyczną) i zamknięta w zewnątrzkomórkowej matrix. Składa się z komórek jednego lub większej ilości gatunków grzybów. Biofilm to struktura zorganizowana, posiadająca wyspecjalizowane funkcjonalnie warstwy. Umożliwia rozwój infekcji, ma duże znaczenie w patogenności i procesie zakażenia. Biofilm Candida powstaje często na biomateriałach takich jak implanty, cewniki, dreny oraz protezy. Cechą charakterystyczną szczepów grzybów, które tworzą biofilm jest ich oporność na większość leków stosowanych w terapii oraz możliwość ucieczki przed układem immunologicznym. 98 Etapy tworzenia biofilmu grzybów Candida spp. Tworzenie się biofilmu jest wielostopniowym procesem, który opiera się na adhezji i wytworzeniu macierzy pozakomórkowej. W procesie tym biorą udział adhezyny. Głównymi adhezynami u Candida są mannoproteiny, które są zawarte w ścianie komórkowej grzyba. Większe zdolności adhezyjne = większa patogenność. Oprócz zdolności adhezyjnych, pochodzący z mannoprotein wielocukier jest związkiem o działaniu degradującym tkanki i hamującym funkcję neutrofilów gospodarza. Główne adhezyny to produkty genu EPA (epithelial adhesin – nabłonkowe białka adhezyjne). Najistotniejszą rolę odgrywa EPA1 kodujący lektynę. Udowodniono, że mutanty pozbawione produktu genu EPA1 wykazują zredukowane właściwości przylegania do powierzchni kolonizowanej. Przyleganie komórek Candida do powierzchni zależy jeszcze od dwóch typów innych białek powierzchniowych ALS (agglutinin- like sequence, sekwencja genu przypominająca aglutyninę) i HWP1 (białko ściany charakterystyczne dla formy strzępkowej). Uważa się, że funkcjonują one jako wzajemnie uzupełniające się adhezyny powierzchniowe. Lekooporność biofilmu jest warunkowana ekspresją genów CDR i MDR. Podlega ona stałej regulacji podczas tworzenia biofilmu i jest ściśle zależna od fazy wzrostu biofilmu, co sugeruje, że mechanizm aktywnego wyrzutu leku odgrywa potencjalną rolę w oporności grzybów na leki. Geny CDR1 i MDR1 kodują białka systemu eFlux Pump (system białek transportujących niezbędnych do przenikania leku przez błonę komórkową), który wykorzystuje energię z ATP. Ekspresja tych genów warunkuje usuwanie leków przeciwgrzybiczych (np. azoli w tym flukonazolu). W tworzeniu pośredniej fazy biofilmu udział biorą także inne białka np. EFG1 (czynnik transkrypcyjny, kluczowy regulator morfogenezy, promujący morfologię strzępkową). Mutanty pozbawione geny EFG1 są silnie upośledzone pod kątem morfogenezy. Białko HWP1 (mannoproteina specyficzna dla formy nitkowatych strzępek) to białko powierzchniowe (adhezyna), które służy jako substrat dla transglutaminazy w trakcie zakotwiczania komórek grzyba do nabłonka gospodarza. Mutanty bez genu HWP1, charakteryzują się mocno obniżoną zjadliwością, gdyż nie są w stanie trwale przylegać do komórki nabłonka gospodarza. Dojrzała forma biofilmu w zależności od właściwości morfologicznych szczepu oraz warunków środowiska składa się z różnych komórek drożdżopodobnych i strzępek. Do powstawania dojrzałej formy biofilmu Candida niezbędne jest jeszcze jedno białko. Białko YWP1 - białko ściany Candida, które odgrywa rolę w dyspersji biofilmu. Komórki drożdży pozbawione tego białka wykazują wyższą zdolność adhezji i tworzą grubsze biofilmy. Działa więc ono przeciwadhezyjnie. 99 Wybrane metody patogenności Candida A. Dimorfizm Zdolność do wzrostu grzyba w formie jednokomórkowe, pseudostrzępkowej lub strzępkowej. Zmiana formy komórek podczas wzrostu uzależniona jest od zmieniających się warunków środowiska. Morfologiczna zmiana komórek grzyba z drożdżopodobnej na pseudostrzępkową jest jedną z najważniejszych cech umożliwiających kolonizację, inwazję oraz przeżycie w tkankach gospodarza. Zmienne formy odgrywają istotną rolę w różnych fazach rozwoju choroby. Cechuje różny stopień wirulencji: strzępki istotniejsze w trakcie inwazji (uszkadzają tkanki) formy drożdżakowate ważniejsze w procesie rozsiewu patogenów do tkanek żywiciela Obie formy są zdolne do wytwarzania struktury biofilmu. Morfologiczny dimorfizm Candida ma też związek z ucieczką grzyba przed odpowiedzią immunologiczną gospodarza. B. Transformacja fenotypowa W odpowiedzi na zmieniające się warunki środowiska jest odpowiedzialna za transformacje fenotypowo całej kolonii grzyba. Powoduje to zmianę całej morfologii kolonii oraz zmiany ekspresji cech fenotypowych, które są istotne w patogenezie zakażenia grzybiczego. Dochodzi do zmiany: ekspresji glikoprotein ściany komórkowej, aktywności enzymów proteolitycznych, wrażliwości na działanie enzymów lizosomalnych zmian w mechanizmach unikania odpowiedzi immunologicznej gospodarza C. Mechanizm adaptacji kolonii To przystosowanie szczepu do różnych niszy biologicznych gospodarza. pobieranie aminokwasów, wydzielanie amoniaku (alkalizacja środowiska zewnątrzkomórkowego), przyswajanie związków będących źródłem węgla i azotu pobieranie od gospodarza niezbędnych jonów metali (służących do metabolizmu komórkowego) odpowiedź na czynniki stresowe (udział białek Hsps) 100  V. Czynniki wirulencji grzybów Candida Ze względu na niski potencjał wirulencji grzybów z rodzaju Candida, jedynie korzystne warunki powstające panujące w organizmie gospodarza umożliwiają im rozwój infekcji. Enzymy wydzielane przez grzyby do środowiska są znanymi czynnikami wirulencji wszystkich grzybów drożdżopodobnych. Profil wydzielanych enzymów i ich aktywność może wskazywać na stopień zjadliwości danego szczepu. Wśród enzymów, które determinują wirulencję grzybów Candida wyróżnia się: a. Hydrolazy Pośredniczą w adhezji i inwazji komórki do tkanki gospodarza. α-mannozydoza hamuje migrację neutrofili i osłabia aktywność granulocytów obojętnochłonnych, esteraza, lipaza i fosfatazy umożliwiają dostarczenie grzybowi węgla niezbędnego do wszystkich procesów życiowych i do rozwoju zakażenia oraz umożliwiają penetrację patogenu do tkanek, przerwanie ich ciągłości i lizę błon komórkowych (szczególnie w jamie ustnej i drogach rodnych). b. Proteazy Degradują keratynę, kolagen i białka związane z odpowiedzią immunologiczną gospodarza (np. immunoglobuliny IgA, które są głównymi przeciwciałami wydzielanymi w wielu miejscach oraz łańcuch ciężki immunoglobuliny IgG). Proteazy aspartylowe Sap (Sap1 - Sap 10) produkowane przez komórki drożdżakowe i formy pseudostrzępkowe Candida albicans w początkowym stadium kolonizacji epithelium i podczas postępującego uszkadzania tkanek gospodarza. o Sap 4, Sap 6 wytwarzane są przez formy strzępkowe o wysokiej zjadliwości. Są odpowiedzialne za kandydozy układowe o Sap 5, Sap 8 mają znaczenie w tworzeniu biofilmu. Produkty kilku enzymów z rodziny Sap, posiadające różne optimum pH najprawdopodobniej umożliwiają grzybom kolonizację i infekcję różnych tkanek i środowisk. Proteazy Yps odgrywają ważną rolę w wirulencji (szczególnie Candida glabrata). Odpowiadają za utrzymanie integralności ściany komórkowej podczas zmiany fenotypowej szczepów, adherencję do komórek gospodarza i przeżycie komórek grzyba wewnątrz makrofagów. c. Fosfolipazy Biorą udział w adherencji komórek do tkanek gospodarza i ich penetracji. Fosfolipazy A, B, C, D są ważnym czynnikiem wirulencji u Candida albicans. Uczestniczą w procesie pączkowania, przemiany formy drożdżopodobnej w strzępkową (szczególnie sekrecja fosfolipazy C zachodzi podczas rozwoju strzępki, a ilość produkowanej fosfolipazy C różni się w zależności od szczepu i rodzaju infekcji). Inne czynniki wirulencji to: oporność na działanie peptydów pochodzących z płytek krwi wytwarzanie integryn glikoproteiny w ścianie grzyba i alkohol wytwarzany przez drożdżaki, powodują nasilenie reakcji zapalnych, poprzez pobudzenie mastocytów do wydzielania histaminy oraz prostaglandyn 101