Войти
| Aspergillus fumigatus | |
|---|---|
 | |
| Научная классификация | |
| Домен: | Eukaryota |
| Царство: | Грибы |
| Подразделение: | Ascomycota |
| Класс: | Eurotiomycetes |
| Отряд: | Eurotiales |
| Семейство: | Trichocomaceae |
| Род: | Aspergillus |
| Виды: | А. fumigatus |
| Биномиальное название | |
| Aspergillus fumigatus . Fresenius 1863 | |
| Синонимы | |
Neosartorya fumigata . O'Gorman, Fuller Dyer 2008 | |
Aspergillus fumigatus является видом грибка из рода Aspergillus, и является одним из наиболее распространенных видов Aspergillus, вызывающих заболевание у лиц с иммунодефицитом.
Aspergillus fumigatus, сапротрофом широко распространен в природе, обычно обнаруживается в почве и разлагающемся органическом веществе, например, в компостных кучах, где он играет важную роль в рециркуляции углерода и азота. Колонии гриба образуются из конидиеносных ; тысячи мельчайших серо-зеленых конидий (2–3 мкм), которые легко переносятся по воздуху. В течение многих лет считалось, что A. fumigatus размножается только бесполым путем, поскольку ни спаривания, ни мейоза никогда не наблюдалось. В 2008 году было показано, что A. fumigatus обладает полностью функциональным половым репродуктивным циклом, спустя 145 лет после его первоначального описания Фрезениусом. Хотя A. fumigatus встречается в районах с совершенно разными климатами и средами, он демонстрирует низкую генетическую изменчивость и отсутствие генетической дифференциации популяций в глобальном масштабе. Таким образом, способность к сексу сохраняется, хотя генетические вариации незначительны.
Грибок способен расти при 37 ° C или 99 ° F (нормальная температура человеческого тела ) и может расти при температуре до 50 ° C или 122 ° F, с конидиями. выживает при температуре 70 ° C или 158 ° F - условиях, с которыми он регулярно сталкивается в самонагревающихся компостных кучах. Его споры распространены в атмосфере повсеместно, и каждый вдыхает примерно несколько сотен спор каждый день; как правило, у здоровых людей они быстро устраняются иммунной системой. У лиц с ослабленным иммунитетом, таких как реципиенты трансплантата органов и люди с СПИДом или лейкемией, грибок с большей вероятностью станет патогенным, чем -управление ослабленной защитой хозяина и вызов ряда заболеваний, обычно называемых аспергиллезом. В связи с недавним увеличением использования иммунодепрессантов для лечения заболеваний человека, по оценкам, A. fumigatus может быть причиной более 600 000 смертей ежегодно с уровнем смертности от 25 до 90%. Несколько факторов вирулентности были постулированы для объяснения этого оппортунистического поведения.
При скрининге ферментационного бульона A. fumigatus было выявлено несколько индольных алкалоиды с анти митотическими свойствами. Представляющие интерес соединения относятся к классу, известному как трипростатины, при этом спиротрипростатин B представляет особый интерес как противораковое лекарственное средство.
Aspergillus fumigatus, выращенный на определенных строительных материалах, может производить генотоксические и цитотоксические микотоксины, такие как глиотоксин.
Aspergillus fumigatus имеет стабильный гаплоид геном из 29,4 миллиона пар оснований. Последовательности генома трех видов Aspergillus - Aspergillus fumigatus, Aspergillus nidulans и Aspergillus oryzae - были опубликованы в Nature в декабре 2005 года.
Aspergillus fumigatus является наиболее частой причиной инвазивной грибковой инфекции у лиц с ослабленным иммунитетом, включая пациентов, получающих иммуносупрессивную терапию от аутоиммунных или неопластических заболеваний, реципиентов трансплантатов органов и больных СПИДом. A. fumigatus в первую очередь вызывает инвазивную инфекцию легких и является основной причиной заболеваемости и смертности у этих людей. Кроме того, A. fumigatus может вызывать хронические легочные инфекции, аллергический бронхолегочный аспергиллез или аллергические заболевания у иммунокомпетентных хозяев.
Воздействие воздушно-капельных конидий через дыхательные пути продолжается из-за их повсеместного распространения в окружающей среде. Однако у здоровых людей врожденная иммунная система является эффективным барьером для инфекции A. fumigatus. Большая часть вдыхаемых конидий очищается за счет мукоцилиарного действия респираторного эпителия. Из-за небольшого размера конидий многие из них откладываются в альвеолах, где они взаимодействуют с эпителиальными и врожденными эффекторными клетками. Альвеолярные макрофаги фагоцитируют и разрушают конидии в своих фагосомах. Эпителиальные клетки, особенно пневмоциты типа II, также интернализируют конидии, которые перемещаются в лизосомы, где проглоченные конидии разрушаются. Иммунные клетки первой линии также служат для рекрутирования нейтрофилов и других воспалительных клеток посредством высвобождения цитокинов и хемокинов, индуцированных лигированием определенных грибковых мотивов для распознавания патогенов. рецепторы. Нейтрофилы необходимы для устойчивости к аспергиллезу, как показано у лиц с нейтропенией, и способны секвестрировать как конидии, так и гифы посредством различных нефагоцитарных механизмов. Гифы слишком велики для клеточно-опосредованной интернализации, и, таким образом, нейтрофил-опосредованное повреждение, вызванное НАДФН-оксидазой, представляет собой доминирующую защиту хозяина от гиф. В дополнение к этим клеточным механизмам выведения, антимикробные пептиды, секретируемые эпителием дыхательных путей, способствуют защите хозяина.
Схема инвазивной инфекции Aspergillus: гифы прорастают либо в эпителиальной клетке, либо в альвеолах.. Гифы проходят через эпителиальные клетки, в конечном итоге вторгаясь и пересекая эндотелиальные клетки сосудистой сети. В редких случаях фрагменты гиф отламываются и распространяются по кровотоку. Люди с ослабленным иммунитетом восприимчивы к инвазивной инфекции, вызванной A. fumigatus, которая чаще всего проявляется как инвазивный легочный аспергиллез. Вдыхаемые конидии, которые ускользают от иммунного разрушения хозяина, являются прародителями инвазивного заболевания. Эти конидии выходят из состояния покоя и морфологически переключаются на гифы, прорастая в теплой, влажной, богатой питательными веществами среде легочных альвеол. Прорастание происходит как внеклеточно, так и в эндосомах пневмоцитов типа II, содержащих конидии. После прорастания рост нитчатых гиф приводит к проникновению эпителия и последующему проникновению в эндотелий сосудов. Процесс ангиоинвазии вызывает повреждение эндотелия и вызывает провоспалительный ответ, экспрессию тканевого фактора и активацию каскада свертывания. Это приводит к внутрисосудистому тромбозу и локализованному тканевому инфаркту, однако диссеминация фрагментов гиф обычно ограничена. Распространение через кровоток происходит только у людей с тяжелым иммунодефицитом.
Как это часто бывает с опухолевыми клетками и другими патогенами, инвазивные гифы A. fumigatus подвергаются гипоксии (низкий уровень кислорода, ≤ 1%) микросреды в очаге инфекции в организме хозяина. Текущие исследования показывают, что при инфицировании некроз и воспаление вызывают повреждение тканей, что снижает доступную концентрацию кислорода из-за местного снижения перфузии, прохождения жидкости к органам. В частности, у A. fumigatus было обнаружено, что вторичные метаболиты ингибируют развитие новых кровеносных сосудов, что приводит к повреждению тканей, ингибированию восстановления тканей и, в конечном итоге, к локализованной гипоксической микросреде. Точные последствия гипоксии для грибкового патогенеза в настоящее время неизвестны, однако такая среда с низким содержанием кислорода уже давно связана с отрицательными клиническими исходами. Из-за значительной корреляции, выявленной между гипоксией, грибковыми инфекциями и отрицательными клиническими исходами, механизмы, с помощью которых A. fumigatus адаптируется при гипоксии, становятся все более важной областью для новых мишеней для лекарственных средств.
Было показано, что два хорошо охарактеризованных белка, связывающих стерол-регуляторный элемент, SrbA и SrbB, вместе с их путями обработки, влияют на приспособленность A. fumigatus в условиях гипоксии. Фактор транскрипции SrbA является главным регулятором грибковой реакции на гипоксию in vivo и играет важную роль во многих биологических процессах, включая гомеостаз железа, устойчивость к противогрибковым азолам и вирулентность. Следовательно, потеря SrbA приводит к неспособности A. fumigatus расти в условиях низкого содержания железа, более высокой чувствительности к противогрибковым азольным препаратам и полной потере вирулентности в моделях мышей IPA (инвазивный легочный аспергиллез). Мутанты с нокаутом SrbA не обнаруживают никаких признаков роста in vitro при низком содержании кислорода, что, как полагают, связано с ослабленной вирулентностью. Функциональность SrbA при гипоксии зависит от предшествующего процесса расщепления, осуществляемого белками RbdB, SppA и Dsc A-E. SrbA отщепляется от эндоплазматического ретикулума, в котором находится белок-предшественник из 1015 аминокислот, до функциональной формы из 381 аминокислоты. Потеря любого из вышеупомянутых процессинговых белков SrbA приводит к дисфункциональной копии SrbA и последующей потере роста in vitro при гипоксии, а также к ослабленной вирулентности. Исследования иммунопреципитации хроматина с белком SrbA привели к идентификации второго регулятора гипоксии, SrbB. Хотя мало что известно об процессинге SrbB, этот фактор транскрипции также оказался ключевым игроком в вирулентности и ответе грибковой гипоксии. Подобно SrbA, мутант с нокаутом SrbB привел к потере вирулентности, однако не было ни повышенной чувствительности к противогрибковым препаратам, ни полной потери роста в условиях гипоксии (снижение SrbB на 50% вместо 100% снижения SrbA). Таким образом, как SrbA, так и SrbB, как было показано, имеют решающее значение для адаптации A. fumigatus у млекопитающего-хозяина.
Aspergillus fumigatus должен получать питательные вещества из внешней среды, чтобы выжить и процветать внутри своего хозяина. Было показано, что многие из генов, участвующих в таких процессах, влияют на вирулентность посредством экспериментов с генетическими мутациями. Примеры поглощения питательных веществ включают поглощение металлов, азота и макромолекул, таких как пептиды.
Предлагаемый путь биосинтеза сидерофоров Aspergillus fumigatus: sidA катализирует первый этап биосинтеза как внеклеточного сидерофора триацетилфузарина C, так и внутриклеточного феррикроцина приобретениеЖелезо является необходимым кофактором для многих ферментов и может действовать как катализатор в системе транспорта электронов. A. fumigatus имеет два механизма поглощения железа: восстановительное приобретение железа и опосредованное сидерофором. Приобретение восстановительного железа включает преобразование железа из трехвалентного (Fe) в двухвалентное (Fe) состояние и последующее поглощение через FtrA, железо пермеазу. Направленная мутация гена ftrA не вызывала снижения вирулентности в модели инвазии A. fumigatus на мышах . Напротив, нацеленная мутация sidA, первого гена в пути биосинтеза сидерофоров, доказала, что опосредованное сидерофором поглощение железа важно для вирулентности. Мутация нижележащих генов биосинтеза сидерофоров sidC, sidD, sidF и sidG привела к появлению штаммов A. fumigatus с аналогичным снижением вирулентности. Эти механизмы поглощения железа, по-видимому, работают параллельно, и оба активируются в ответ на железное голодание.
Aspergillus fumigatus может выжить на множестве различных азота источников, и ассимиляция азота имеет клиническое значение, поскольку, как было показано, влияет на вирулентность. Белки, участвующие в ассимиляции азота, транскрипционно регулируются геном AfareA у A. fumigatus. Направленная мутация гена afareA показала снижение начала смертности на мышиной модели инвазии. Регулируемый Ras белок RhbA также участвует в ассимиляции азота. Было обнаружено, что транскрипционная регуляция RhbA повышается после контакта A. fumigatus с человеческими эндотелиальными клетками, и штаммы с целевой мутацией гена rhbA показали снижение роста на бедных источниках азота и снижение вирулентности in vivo.
Легкое человека содержит большие количества коллагена и эластина, белков, которые обеспечивают гибкость тканей. Aspergillus fumigatus продуцирует и секретирует эластазы, протеазы, которые расщепляют эластин, чтобы расщепить эти макромолекулярные полимеры для поглощения. Существенная корреляция между количеством продукции эластазы и проникновением в ткани была впервые обнаружена в 1984 году. Было также обнаружено, что клинические изоляты обладают большей эластазной активностью, чем экологические штаммы A. fumigatus. Был охарактеризован ряд эластаз, включая эластазы из семейств сериновых протеаз, аспарагиновых протеаз и металлопротеаз. Тем не менее, большая избыточность этих эластаз препятствует идентификации специфических эффектов на вирулентность.
Ряд исследований показали, что ответ развернутого белка способствует вирулентности A. fumigatus.
Фактор транскрипции LaeA регулирует экспрессию нескольких генов, участвующих в производстве вторичных метаболитов у Aspergillus spp. Жизненный цикл мицелиальных грибов, включая Aspergillus spp. состоит из двух фаз: фазы роста гиф и фазы репродукции (споруляции ). Переключение между фазами роста и размножения этих грибов частично регулируется уровнем образования вторичных метаболитов. Считается, что вторичные метаболиты производятся для активации споруляции и пигментов, необходимых для структур споруляции. Передача сигналов G-белка регулирует выработку вторичных метаболитов. Секвенирование генома выявило 40 потенциальных генов, участвующих в выработке вторичных метаболитов, включая микотоксины, которые продуцируются во время споруляции.
Глиотоксин - это микотоксин, способный изменять защитные силы хозяина посредством иммуносупрессии. Нейтрофилы являются основной мишенью глиотоксина. Глиотоксин нарушает функцию лейкоцитов, ингибируя миграцию и производство супероксида, и вызывает апоптоз в макрофагах. Глиотоксин нарушает провоспалительный ответ посредством ингибирования NF-κB.
LaeA и GliZ - факторы транскрипции, которые, как известно, регулируют выработку глиотоксина. LaeA - универсальный регулятор продукции вторичных метаболитов у Aspergillus spp. LaeA влияет на экспрессию 9,5% генома A. fumigatus, включая многие гены биосинтеза вторичных метаболитов, такие как нерибосомные пептидные синтетазы. Продукция многочисленных вторичных метаболитов, включая глиотоксин, была нарушена у мутантного штамма LaeA (ΔlaeA). Мутант ΔlaeA показал повышенную чувствительность к фагоцитозу макрофагов и снижение способности убивать нейтрофилы ex vivo. Токсины, регулируемые LaeA, помимо глиотоксина, вероятно, играют роль в вирулентности, поскольку потеря выработки глиотоксина сама по себе не воспроизводит гиповирулентный патотип ∆laeA.
Современные неинвазивные методы борьбы с грибковыми инфекциями состоят из класса лекарств, известных как азолы. Азольные препараты, такие как вориконазол, итраконазол и имидазол, убивают грибы, подавляя выработку эргостерола - критического элемента клеточных мембран грибов. Механически эти препараты действуют путем ингибирования грибкового фермента цитохрома p450, известного как 14α-деметилаза. Однако устойчивость A. fumigatus к азолам возрастает, возможно, из-за использования низких уровней азолов в сельском хозяйстве. Основной способ устойчивости - мутации в гене cyp51a. Однако наблюдались другие виды устойчивости, составляющие почти 40% устойчивости клинических изолятов. Наряду с азолами существуют другие классы противогрибковых препаратов, такие как полиены и эхинокандины. Хотя было показано, что эти препараты, в частности азолы, успешно борются с патогенезом A. fumigatus у здоровых хозяев с ослабленным иммунитетом, новые лекарственные мишени имеют важное значение из-за роста во всем мире штаммов грибов, устойчивых к лекарствам.
Conidia phialoconidia A. fumigatus
Колония в чашке Петри
A. fumigatus, выделенный из лесной почвы
Слайд инфицированного мозга индейки
