Coccidioides Immitis ja Posadasi; ülevaade nende bioloogiast, genoomikast, patogeneesist ja peremeesorganismi immuunsusest

Lisateabe saamiseks võtke palun ühendustdavid.wan@wecistanche.com

ABSTRAKTNE

Koktsidioidide immuunsusja C. posadas on kaks väga patogeenset dimorfset seeneliiki, mis on endeemilised uue maailma kuivades piirkondades, sealhulgas piirkonnas Lääne-Texase kuni Lõuna- ja Kesk-Californiani USA-s, mis põhjustab koktsidioidomükoosi (tuntud ka kui orupalavik). Väga endeemilistes piirkondades, nagu Lõuna-Arizona, on nakatunud kuni 50 protsenti pikaajalistest elanikest. Uus teave seente populatsiooni geneetika kohta.ökoloogia, epidemioloogia ja peremees-patogeeni koostoimed on muutumas kättesaadavaks, kuid meie arusaam koktsidioidomükoosi mõnest aspektist, sealhulgas seene geneetilise varieeruvuse ulatusest, on endiselt puudulik. virulentsuses osalevad geenid ja kuidas muutused geeniekspressioonis organismi dimorfse elutsükli jooksul on seotud muundumisega vabalt elavast hallitusest parasiitseks sfääriks. Kahjuks ei ole jõupingutusi tõhusa subühikuvaktsiini väljatöötamiseks veel toodetud, kuigi on välja töötatud kaks potentsiaalset elusseene vaktsiini.

ARTIKLI AJALUGU Saabunud 13. aprill 2018 Vastu võetud 31. juulil 2018

MÄRKSÕNAD Seened; Koksidioidid; koktsidioidomükoos; dimorfism; kera;genoom; transriptoom;immuunsus; vaktsiin

Cistanche kohta lisateabe saamiseks klõpsake siin

Sissejuhatus

Koktsidioidomükoos tunnistati esmakordselt surmaga lõppenud levikuks nakkuseks 120 aastat tagasi, kuid seente etioloogia tehti kindlaks alles kaks aastakümmet hiljem ja haiguse täielikku digitaalset spektrit ei realiseeritud veel 40 aastat pärast seda [1]. Viimasel kümnendil on meie arusaamises kaitsest toimunud edusammeimmuunvastushiirtel ja kaitsva vaktsiini loomisel tehti tagasihoidlikke edusamme. Molekulaarse metoodika edusamme on kasutatud selleks, et selgitada patogeeni taksonoomiat, nende piirkondlikult oluliste, dimorfsete, endeemiliste seenpatogeenide epidemioloogiat ja võrrelda seente geeniekspressiooni selle erinevates morfoloogiates. Nendes patogeenides on endiselt raske teha täpseid ja sihipäraseid mutatsioone, mis on piiranud meie võimet tuvastada virulentsusfaktoreid ja täielikult mõista, kuidas seen muutub hallitusest keerukaks ja ainulaadseks parasiitstruktuuriks (sfääriks), millisel kujul see võtab. hosti sees. Selles valikulises ülevaates arutatakse mõningaid meie praeguseid teadmisi nende küsimuste kohta.

Taksonoomia

Coccidioides liigid on seened, mis kuuluvad Ascomycete'i rühma, Eurotiomycetes'i klassi ja Onygenales'i seltsi [2,3]. See järjekord hõlmab mitmesuguseid dimorfseid inimese patogeene, mis võivad põhjustada invasiivseid haigusi immunoloogiliselt normaalsetes peremeesorganismides, sealhulgas Histoplasma capsular,Paracoccidioidesja Blastomyces spp. Selles järjekorras leidub ka monomorfset hallitust Aspergillus fumigatus, mis on oportunistlik patogeen. Selles järjekorras leidub ka mitmeid mittepatogeenseid, kuid lähedalt seotud liike (joonis 1). Coccidioides ja C. posada on morfoloogiliselt identsed ja nende prognoositavad valgud on enam kui 90 protsendi ulatuses homoloogsed [2]. Neid ei saa seroloogiliste testidega eristada, kuid neid kahte liiki saab eristada geneetiliseltpolümorfismid, ja on teatatud mõningatest erinevustest kasvuomadustes [4.5].C. posadadel on suurem populatsioon, mis on mitmekesisem kui C. [6]. Suurim erinevus kahe liigi vahel on nende geograafiline levik. C-d leidub peamiselt Kesk- ja Lõuna-California (sealhulgas Baja California) kõrbepiirkondades, samas kui C. posadas leidub peamiselt Nevada, Arizona, New Mexico, Lääne-Texase, Mehhiko ning Kesk- ja Lõuna-Ameerika kõrbepiirkondades, mis tähendab, et olulised geograafilised tõkked ajal, mil liik lahknes ühisest esivanemast [6]. Teatav geograafiline kattumine kahe liigi vahel esineb ka Lõuna-Californias ja Baja Californias [7]. Mõlemad liigid sisaldavad alampopulatsioone, mis koonduvad väiksematesse geograafilistesse piirkondadesse [8].

Joonis 1. Dimorfsete seente fülogeneetiline puu, mis on inimese patogeenid. Võrdluseks on toodud mõned lähisugulased, kes ei ole dimorfsed primaarsed patogeenid (pole pruunpruuniga esile tõstetud). Tellimused kuvatakse lahtrisse pandud nimedest paremal. Igas tellimuses olevad organismid on kastitud. Fülogeneetilised andmed saadi NCBI taksonoomia tööriista abil ja puu konstrueerimiseks kasutati Philip-3.695.

Ökoloogia

Coccidioides sp. kasvab Californias kuivas leeliselises kõrbepinnases, kuid pinnas on väga keeruline [9] ja saastunud pinnase omadused võivad endeemilistes piirkondades erineda[10]. Seni ei ole ükski füüsikaliste, bioloogiliste ja keemiliste omaduste kogum kirjeldanud kõiki organismi leidmispaiku ja isegi ühes "kohas" on seen ebaselgetel põhjustel mullas ebaühtlaselt jaotunud. Nakatunud väikeimetajate korjuste tähtsuse kohta mulla jaoks on mõned tõendidkoloniseerimine[7], mis võib seletada pinnaseproovidest täpilist taastumist isegi kohtades, kus on esinenud väikesed haiguspuhangud [1l], kuid on ebatõenäoline, et mulla koloniseerimiseks on vaja nakatunud loomi [12,13].Lisaks loomakorjustele urgudes , on tõenäoline, et loomad on urgudesse toonud toidujääke. Coccidioides'i genoomid näitavad proteolüütiliste ensüümide laienemist, mida on tõlgendatud kui kaudset tõendit selle kohta, et seen kasutab oma keskkonnaniššides süsinikuallikana valke (rümpasid), kuna on teada, et väikestel kõrbenärilistel, näiteks kängururottidel, on sageli kookid. -digitaalsed granuloomid nende kopsudes [11]. Organismi mullast kultuuri abil taastamine võib olla keeruline [14]. Organismi taastamine hiire inokuleerimisega on tundlikum, kuid sellel tehnoloogial on ka oma piirangud [151. Coccidioides DNA-d leitakse vaid väikeses osas Baja California ja Arizona endeemiliste piirkondade mullaproovidest isegi tundlike testidega, nagu PCR [12,15], kuid uus metoodika võib suurendada DNA tuvastamise tundlikkust ja spetsiifilisust [16]. C.-d on olnud lihtsam kasvatada Californias San Joaquini oru pinnasest selliste kohtade läheduses, kus teadaolevalt on inimesed nakatunud [7,1ll,14]. Tuvastadesorganismatmosfäärist on veelgi keerulisem kui selle leidmine pinnasest, kuigi hiljutine uute tehnikate väljatöötamine võib parandada aerosoolitud seente DNA tuvastamise tundlikkust [17].

Epidemioloogia

Hinnanguliselt on 30-50 protsenti kõrge endeemiliste piirkondade inimestest nakatunud, nagu tuvastati koktsidioosi nahatestiga [18]. Need hinnangud põhinevad vanadel andmetel, kuna nahatestide reaktiivid ei olnud aastakümneid saadaval ja mittesuuremahulisedepidemioloogilisi uuringuid on tehtud alates spherules nahatesti reaktiivi hiljutisest kättesaadavusest. Oluline on meeles pidada, et endeemiliste piirkondade hulka kuuluvad Phoenixi, Tucsoni, Los Angelese ja San Diego linnapiirkonnad, seega ei pea koktsidioidomükoosi nakatumiseks lagedesse kõrbesse reisima. Kuigi linnastumine vähendab tõenäoliselt nakatumisohtu, vähendades katmata saastunud pinnase pindala, suurendab see ka inimeste arvu, kes võivad nakatuda õhus levivatesse artrokoniidiatesse, mis tekivad pinnast häirivate tegevuste, näiteks ehituse ja maavärinate tagajärjel [19]. ,20]. Lisaks võivad endeemilise piirkonna tuulega levivad eosed nakatada inimesi ja loomi endeemilisest piirkonnast mitme miili kaugusel [21].Coccidioideson soolale vastupidavad, nii et nad võivad rannikuvetes ellu jääda ja see võib selgitada, kuidas nad võivad mereimetajaid nakatada[7,22]. Teatatud inimeste nakkuste esinemissagedus varieerub aasta-aastalt, võib-olla ilmastikutingimuste tõttu. Niisked talved näivad korreleeruvat suurema arvu nakkuste arvuga järgnevatel kuudel [23]. Lisaks on üldine tendents sümptomaatiliste infektsioonide arvu suurenemise suunas viimase 10 aasta jooksul [23,24]. Kuigi esinemissageduse suurenemise põhjused ei ole täielikult kindlaks tehtud, liigub Arizonas vastuvõtlikumaid inimesi (sealhulgas vanemaid inimesi) endeemilistest piirkondadest endeemilistesse piirkondadesse, mis on üks võimalik selgitus. Kuigi California keskoru elanikkond ei kasva samal viisil, on juhtumite arv Los Angelese maakonna äärelinnas linna laienemisega järsult kasvanud [18]. Lisaks ehitati endeemilise vaevuse keskel mitu uut vanglat. piirkonnas San Joaquini orus, mille tulemuseks on vangide ja valvurite seas lubamatult kõrge rünnakumäär [25]. Hiljuti diagnoositi Washingtoni osariigi idaosas kuivas piirkonnas väike arv C. nakkusi. Organisme eraldati ka mullaproovidest, kus nakkused saadi, tuhandeid miile lähimatest teadaolevatest endeemilistest piirkondadest Californias põhja pool [26]. Pinnas ja inimese isolaadid olid identsed, kuid erinesid geneetiliselt Kesk- ja Lõuna-California isolaatidest C.

Koktsidioidomükoosi kliiniliste ilmingute kohta on hiljuti tehtud mitmeid ülevaateid, mis sisaldavad üksikasjalikku kliinilist teavet [18, 27, 28].Kopsu sümptomidon kõige levinumad põhjused, miks patsiendid pöörduvad arsti poole, kuid hinnanguliselt on ainult 30-50 protsenti infektsioonidest sümptomaatilised[18]. Kuigi enamikku nakkusi ei diagnoosita, on suur osa ambulatoorse kopsupõletiku juhtudest Arizonas põhjustatud koktsidioiddomükoosist[29]. Peaaegu kõik kaaskopsupõletikud taanduvad iseenesest, isegi juhtudel, kui patsientidel esinevad kopsuvälised tüsistused, kuid mõnel juhul võib kopsupõletik püsida nädalaid kuni kuid [27,29]. Muudel juhtudel võivad esineda jääk-granuloomid või õhukese seinaga õõnsused, mis jäävad alles kaua pärast kopsupõletiku lahendamist.

Vähem kui 5 protsendil immuunkompetentsetest patsientidest tekib dissemineerunud haigus [21,30]. Lisaks haigusele või ravimitest põhjustatud immunosupressioonile mõjutavad levinud haiguse riski tugevalt peremeesfaktorid, nagu raseduse kolmas trimester ja vanadus [30, 31]. Etniline kuuluvus on ka levitamise peamine riskitegur. Paljudes uuringutes on end afroameeriklasteks kirjeldavatel inimestel 2-10 korda suurem tõenäosus haigestuda levivasse haigusse kui eurooplastest inimestel, isegi kui nende kokkupuutel ei ole ilmseid erinevusi (nt vanglates ja mujal). sõjaväebaasid)[18,25.32]. Samuti on filipiinlastel suurem tõenäosus nakatuda levima [33]. Levimise etnilise eelsoodumuse geene ja mehhanisme ei ole kindlaks tehtud.

Genoomid

Määratud on mitmete C. immitise ja paljude C. posadas isolaatide DNA järjestused [8,34]. Natuke onhübridisatsioonkahe liigi vahel [6,35]. Arizonas paljude kliiniliste isolaatide järjestamine näitas, et peaaegu kõik olid geneetiliselt mitmekesised C-posti tüved [8]. Tucsoni ja Phoenixi piirkondade isolaatide rühmad on geneetiliselt erinevad. Uuringus, milles võrreldi Phoenixi pinnase isolaate samas piirkonnas asuvate patsientide isolaatidega, leiti, et keskkonna isolaadid olid geneetiliselt mitmekesisemad kui kliinilised isolaadid, kuid puudusid tõendid patogeensemate tüvede alamhulga kohta, mis võiks seletada nakkuste esinemissageduse suurenemist see piirkond [6,34].

Coccidioides spp. on 28-29 megabaasi (Mb). Vähemalt nelikromosoomidon tuvastatud kontuuriga kinnitatud homogeense elektrilise leidgeelelektroforeesi abil [36]. Genoomid on haploidsed ja paaritumist ei ole täheldatud liikide sees ega vahel, kuigi paaritumisfunktsioone kodeerivad geenid on olemas[2] ja toimub geneetiline rekombinatsioon [35]. Umbes 18 protsenti genoomist koosneb korduvast DNA-st. Coccidioides sp. näib omavat korduva indutseeritud mutatsioonimehhanismi, mis kontrollib transposoonide proliferatsiooni [35]. Leitakse nii DNA-d kui ka pikki terminaalseid korduvaid transposoone; Mustlane, mis on seentes levinud retroviirusetaoline transposoon, on kõige levinum transposooni tüüp. Transposoone leidub sagedamini genoomsetes piirkondades, millel on vähe struktuurseid geene ja mida leidub tavaliselt klastrites [37]. Enamik transposoonidest on degenereerunud ja neil ei ole kõiki transponeerimiseks vajalikke domeene. On tõendeid selle kohta, et C. transposoonid on eelistatult seotud valgu fosforüülimist kodeerivate geenidega. Lisaks on paljud C. geenid, millega külgnevad mõned transposoonide superperekonnad, halvasti ekspresseeritud [37]. Huvitav on äsja FDA litsentsitud PCR-analüüs organismide tuvastamisekskliinilised proovidja selle testi uus modifikatsioon, mis on nii tundlik kui ka spetsiifiline pinnaseproovides kasutamiseks, on sihtmärgiks Copia-sarnasele retrotransposoonile, mis esineb genoomis suure koopiaarvuga [16].

Geeniperekonnad, mis kodeerivad fosfotransferaasi aktiivsust, proteiinkinaase ja proteinaase, sealhulgas subtilaase ja keratinaase, on laienenud Coccidioides spp. võrreldes lähedaste liikidega [3]. See viitab sellele, et Coccidioides spp. võib-olla on spetsialiseerunud lisaks süsivesikutele ka valkude kasvatamisele. Seal on peaaegu 800 geeni, mis on ainulaadsed Coccidioides spp. ja mõned transkribeeritakse eelistatavalt sfäärides (vt allpool).

Dimorfism

Kõik peamised seenpatogeenid, välja arvatud Cryptococcus spp. on termiliselt dimorfne, kasvavad mullas hallitusseentena ja eristuvad imetajate sees pärmi või kerakujuliseks. Coccidioides sp. kasvab seeneniidistikuna (hallitusena) mullas ja moodustab küpsedes seeneniidistikus artrokoniididena tuntud eoseid (joonis 2).Artrokoniididvabanevad saastunud pinnase häirimisel ja igaüks neist võib pinnasesse sattudes moodustada uue seeneniidistiku või sfääri, kui see nakatab vastuvõtlikke loomi. Patogeensuse tagamiseks on vajalik võime moodustada artrokoniididest kerakesi. Artrokoniidid ümarduvad ja muutuvad isotroopse kasvu tõttu ebaküpseteks sfäärideks. Sfääride küpsemine hõlmab organismi ümbermõõdu paisumist ning tuumade ja tsütoplasma sünkroonset jagunemist, et lõpuks täita kera sadade 2-4 mikronite endospooridega. Kui küps kera rebeneb, vabanevad need endospoorid ja igaüks neist võib moodustada teise kera. Endospooride diferentseerumine küpseteks sfäärideks võtab in vivo aega umbes 4-6 päeva, nii et sfääride arv võib väga kiiresti suureneda. Artrokoniididest keradeks muutumine, kui seda kasvatatakse kindlaksmääratud söötmes, nõuab temperatuuri muutust 25 kraadilt 37 kraadile ja atmosfääri CO sisalduse suurenemist 10-14 protsendini [38]. Eeldatakse, et sarnased tingimused soodustavad sfääride arengut in vivo, kuid on ka tõendeid selle kohta, et kontakt neutrofiilidega võib stimuleerida artrokoniidide muundumist sfäärideks (39). Kroonilistes kaaskopsuõõnes, kus neutrofiilid puuduvad, võib mõnikord näha pöördumist. hüüfivormidele, mis sisaldavad paistetust, mis näivad olevat ebaõnnestunud katsed kerakesi teha [40].

Joonis 2. Mvcelia, mis sisaldab artrokoniidiat ja küpset sfäärilist endospooridega, (a) Küps mütseel, mis on kasvatatud in vitro, näitab tumedalt värvunud artrokoniidide vaheldumisi tuumaliste õhukeseseinaliste segmentidega mütseeli sees (laktofenoolpuuvillasinine plekk). (b) Sfäär, mis sisaldab koes endospoore (Periodic Acid Schiff (PAS). Pilt saadi CDC-st (HTTPS/Phil.Phil/details.asp). See arv on varem avaldatud ajakirjas Journal of Fungi [70]).

Suhteliselt vähe on teada muutustest transkriptsiooniprogrammis, mis vahendab silmatorkavat transformatsiooni artrokoniididest sfäärideks. On ainult kaks avaldatud uuringut, mis võrdlevad mütseeli transkriptoomi in vitro kasvatatud sfääride omaga; üks uuris nii C. kui ka C. posadasid RNA-seq abil ja teine ​​ainult C., kasutades kogu genoomi avatud lugemisraami mikrokiibi [41,42]. TheRNA-sequuringus võrreldi mütseeli ja 4. päeva sfääre ning keskenduti geenidele, mida ekspresseeriti mõlemas liigis erinevalt. 13 protsenti geenidest oli mõlema liigi sfäärides ülesreguleeritud enam kui kahekordselt, sealhulgas kitiiniga seotud valgud, -(1,3)-glükaani süntaas ja sfääri välisseina glükoproteiin. Mikrokiibi uuringus võrreldi C. immitis mütseelit 2. päeva (transformatsiooniprotsessi alguses) ja 8. päeva (endosporuleerivad) sfääridega. 22 protsendi geenide ekspressioonitase oli 2. või 8. päeva sfäärides kas üles- või allapoole reguleeritud rohkem kui kaks korda võrreldes seeneniidistikuga. Samuti esines olulisi erinevusi 2. ja 8. päeva sfääride transkriptoomide vahel (joonis 3). Oksüdoreduktaasid (sealhulgas ekstratsellulaarne superoksiiddismutaas, mis võib aidata kaitsta neutrofiilide tapmise eest) on 2. päeva sfäärides ülesreguleeritud, nagu ka suhkru transportijad, tioesteraas ja amülaas. Umbes kolmandikul in vivo ülesreguleeritud geenidest ei ole määratud funktsiooni ja 5 protsenti leidub ainult Coccidioides spp [42]. Üks huvitavamaid geeniperekondi, mis C. immitis spherules'is on allareguleeritud, on proteiinkinaasi perekond; 184 ennustatud proteiinkinaasi geenist 28 olid allareguleeritud. Mõned allareguleeritud proteiinkinaasi geenid kodeerivad rakutsüklit, rakuseina ja stressireaktsiooniga seotud valke. Nende geenide allareguleerimise ja sfääride moodustumise vaheline seos pole selge.

Joonis 3. Kolme erineva küpsusastmega sfäärides ülesreguleeritud geenide arv. C. immitise geenide Venni diagramm reguleeris mütseeli geeniekspressiooniga võrreldes rohkem kui 2- korda. (a) 4. päeva sfääride andmed pärinevad [41] ja (b) 2. ja 8. päeva sfääride andmed pärinevad [42].

Üks mõlemas uuringus leitud ülesreguleeritud geenidest on 4-hüdrofenüülpüruvaadi dioksügenaas (4-HPPD või PDA). See ensüüm on osa türosiini katabolismiga seotud geenide kompleksist. 4-HPPD lagundab 4-hüdroksüfenüülpüruvaadi homogentisaati, mis on toksiline. Homogentisaat kataboliseeritakse või oksüdeeritakse ja polümeriseeritakse, moodustades feomelaniini [43]. 4-On leitud, et HPPD on kõigi dimorfsete primaarsete patogeensete seente pärmi faasis ülesreguleeritud [44]. Talaromyces mari 4-HPPD geeni katkestamine ei too kunagi kaasa mutanti, mis ei suuda makrofaagides kasvada ega diferentseeruda pärmiks [45]. Selle uuringu autorid usuvad, et see fenotüüp ei ole tõenäoliselt otseselt seotud 4-HPPD mõjuga türosiini metabolismile, kuna teistel türosiini katabolismi raja mutatsioonidel seda fenotüüpi ei olnud, mistõttu nad viitavad sellele, et 4- HPPD-l võib olla muid avastamata omadusi.

Vaatamata erinevustele eksperimentaalses ülesehituses ja andmeanalüüsis on mõlemas uuringus sfäärides ülesreguleeritud 152 geeni, olenemata küpsemise staadiumist (joonis 3). Paljusid neist ülesreguleeritud geenidest leidub keerukate süsivesikute metabolismi ensümaatilistes radades (tabel 1). Geenide rikastamine keerulistes süsivesikute radades näib olevat usutav, kuna sfäärideks ja endospoorideks transformeerimiseks ja kasvuks peab olema vajalik uute rakuseinte ulatuslik remodelleerimine ja süntees. 26 tavalistest sfäärides ülesreguleeritud geenidest olid samuti ülesreguleeritudHistoplasmacapsulatum'i diferentseerumine pärmiks[46]. Lisaks 4-HPPD-le hõlmavad need mitut suhkru transportijat, sulfiti transportijat, amülaasi, ketoreduktaase, proteiinkinaasi ja polüketiidi süntaasi geeni. Coccidioides'i sfääride in vivo transkriptsiooniuuringuid ei ole avaldatud. Proteoomika on veel üks lähenemisviis, mis suudab tuvastada sfäärides ekspresseeritud geene ja kinnitada niinimetatud hüpoteetilisi valke. On avaldatud üks seda lähenemisviisi kasutav uuring, mis tuvastas valke C.posa-dashi mütseeli ja sfääride puhul [47]. Nad tuvastasid 837 valku (8 protsenti DNA järjestuse põhjal ennustatud koguarvust), millest 88 protsenti vastas genoomianalüüsiga ennustatud valkudele. Nad tuvastasid ka 172 uudset valku, millest enamiku võis seostada geenide erineva splaissimisega. Ekspresseeriti transposoonvalk, mis näitab, et vähemalt üks transposoon on endiselt transkriptsiooniliselt aktiivne. Sellised uuringud parandavad kahtlemata genoomi annotatsiooni.

Kuigi need transkriptoomilised andmed suudavad tuvastada geene, mida eelistatult ekspresseeritakse sfäärides, ei ütle need meile, millised geenid on vajalikud artrokoniidide sfäärideks diferentseerumiseks ja millised muutused ekspressioonis on transformatsiooni tagajärg [46]. Kõige veenvam viis sfääride moodustumise jaoks oluliste geenide tuvastamiseks on need välja lüüa või nende ekspressiooni reguleeriva RNA-ga alla reguleerida ja fenotüüpi jälgida.

Sihtmutatsioonide tegemise raskuste tõttu on tehtud vaid mõned deletsioonmutandid. Kitinaas 2 ja 3 geene ekspresseeritakse sfäärides kõrgemal tasemel kui mütseelites ja eeldati, et need on olulised küpsevate sfääride rakuseina ümberkujundamiseks [48]. Nende geenide kahekordne väljatõrjumine andis tulemuseks mutandi, mis ei tooda endospooridega küpseid sfääre ja on hiirtel avirulentne. See mutant oli tõhus nõrgestatud elusvaktsiin hiirtel. CPSI geen on oluline ka virulentsuse seisukohalt, kuna geeni deletsiooni tulemusel tekkisid sfäärid, mis kasvasid aeglasemalt kui metsiktüüp, ei saanud end sporuleerida ja mutant oli avirulentne isegi tugeva immuunpuudulikkusega hiirtel [49]. CPSI geeniprodukti pole hästi iseloomustatud. Geen valiti sihtmärgiks, kuna selle homoloog on seotud Cochiobolus hetero strophes patogeensusega. Mutantsetes sfäärides reguleeriti 33 geeni metsikut tüüpi sfääridega võrreldes üles või alla [49]. CPSI funktsiooni on üles- ja allareguleeritud geenide põhjal raske järeldada. See mutant on ka tõhus elusvaktsiin hiirtel. Sfääri välisseina glükoproteiini kodeeriva geeni kustutamine vähendas samuti virulentsust märkimisväärselt[50]. Välisseina glükoproteiin toodetakse eranditult sfäärides ja see moodustab kõige välimise kihi, mis puutub kokku peremeesrakkudega. See proliinirikas valk on ka adhesiin, mis teadaolevalt seondub laminiiniga.

Ammoniaagi metabolismis osalevad ensüümid on samuti olulised virulentsuse jaoks. Nakatunud koed hiirtel on üsna leeliselised ja Coccidioides sünteesib nii ureaasi ensüümi kui ka ureidoglükolaadi hüdrolaasi, ensüümi, mis lagundab ureidoglükolaadi ammoniaagiks ja glüoksülaadiks (UGH). Ureaasi ja UGH topeltknockout mutant toodab vähem ammoniaaki ja on tugevalt nõrgenenud isegi geneetiliselt vastuvõtlikes BALB/c hiirtes, mis viitab sellele, et võime nende keskkonda leelistada on patogeensuse seisukohalt oluline [51]. Kuna aga glüoksülaadi šunt on ka seente metaboolne rada energia tootmiseks glükoosi puudumisel, võib UGH mutatsioonil olla muid kahjulikke mõjusid peale ammoniaagi tootmise vähenemise.

Immunoloogia

Inimeste immuunvastuse tüübi ja ägeda kopsu koktsidioidmükoosi prognoosi vahel on tugev seos. Enamikul inimestel on iseeneslikult taanduvad kopsuinfektsioonid ja neil areneb välja hilinenud tüüpi ülitundlikkus (DTH), mida mõõdetakse koktsidioosi või sfäärilise sissetungi positiivsete nahatestidega, kuid nad toodavad ainult madalaid komplementi fikseerivate (CF) antikehade tiitreid. Seevastu patsientidel, kes jätkavad infektsiooni levitamist, tekivad kõrged CF-antikehade tiitrid ja neil ei teki DTH-d [30,52]. Kuigi see on olnud teada juba mitu aastakümmet, on vähe või üldse mitte arusaamine sellest, mis juhib immuunvastust TH1 (DTH, IFNy) rajale inimestel, kellel läheb hästi. On selge, et CD4 T-rakud on vajalikud, kuna ravimata AIDS-i tõttu madala CD4 arvuga patsientidel on suur risk levinud infektsioonide tekkeks [53] Tuumorinekroosifaktori inhibiitoritega ravitud patsientidel on samuti suurem risk [54]. Haruldaste inimese geneetiliste mutatsioonide põhjal teame ka, et võimetus IFNy-d tekitada või sellele reageerida on nakkuse leviku oht [55,56]. Funktsioonimutatsiooni suurenemine osariigis soodustab ka dissemineerunud koktsidioidomükoosi ja histoplasmoosi, kuid mehhanism(id) selle suurenenud vastuvõtlikkuse taga invasiivsete dimorfsete seente suhtes ei ole selge [57].

Immuunvastust infektsioonile ja vaktsineerimisele on hiirtel põhjalikult uuritud. On üldtunnustatud, et kaasasündinud immuunvastus määrab adaptiivse immuunvastuse olemuse ja see kehtib ka eksperimentaalse koktsidioidomükoosi puhul. Väga resistentne hiiretüvi DBA/2 tekitab pärast nakatumist rohkem IL-12p70, L-23p19, IFNy, State ja IL-17a ning vähem IL-10. väga vastuvõtlikele tüvedele, nii in vivo kui ka in vitro[58,59]. Hiirtel põhjustab suurenenud IL-10 produktsioon suurenenud vastuvõtlikkust ja vastupidi, IL-10 KO hiired on resistentsemad kui vastuvõtlikud hiired. vanemtüvi, mis sarnaneb väga resistentseima sisearetatud tüve DBA/2 [60]. Ainus teadaolev nende erinevuste põhjustaja hiirtel on dektiin-1, glükaani retseptor, mida ekspresseeritakse dendriit- ja muudel müeloidrakkudel [6]. Tundlike B6 hiirte ja resistentsete DBA/2 hiirte Dectin{15}} struktuur ja funktsioon erinevad, mis põhineb kodeeriva geeni ClecZa alternatiivsel splaissimisel [59]. See geen on alternatiivselt splaissitud ka inimese rakkudes [62, 63], kuid puuduvad uuringud selle kohta, kuidas see erinev splaissing mõjutab inimese reaktsiooni sfääridele.

On tõenäoline, et dektiin{0}} vastutab vähemalt osaliselt ka TH17 immuunvastuse tekitamise eest, kuna sfäärid interakteeruvad tugevalt seda C-tüüpi lektiini retseptoritega [59]. IL-17 retseptori mutatsioon kahjustab hiirte võimet arendada immuunsust pärast vaktsineerimist C. posadasi elava avirulentse tüvega[64]. Patsiendil, kellel oli STAT-3 mutatsioon, mis mõjutab CD4 TH17 diferentseerumist, tekkis individuaalne meningiit [65,66]. Kuna STAT{10}} osaleb ka paljudes teistes signaaliradades, on võimalik, et nendel patsientidel leitud madal IL{11}}tase ei pruugi olla ainus seletus tema vastuvõtlikkusele.

Sfääride ja/või endospooride in vivo surmamise mehhanism ei ole samuti teada, kuid see peab kaudselt sõltuma CD4 pluss T-rakkudest, kuna CD4 koguarvu ja AIDS-iga patsientidel leviva koktsidioidomükoosi riski vahel on pöördvõrdeline korrelatsioon [67]. Efektormolekulid, mis tegelikult tapavad või pärsivad seene in vitro paljunemist, pole teada. Kroonilise granulomatoosse haigusega inimesed ei ole ilmselt nende patogeenide suhtes vastuvõtlikumad, samuti ei ole ortoloogilise geneetilise defektiga hiired [68], seega pole NADPH oksüdaasi vaja. iNOSe rolli osas valitseb teatav ebakindlus. Laia toimespektriga NOS-i inhibiitor suurendas DBA/2 hiirte vastuvõtlikkust C. immitise suhtes [69]. Seevastu Nos2 mutantne hiiretüvi ei olnud vastuvõtlikum [70]. See mutatsioon tehti aga C57BL/6 hiirtel, kes ise toodavad sellele infektsioonile vastuseks väga vähe NO [69].

Vaktsiini püüdlused

Vaktsiinist põhjustatud immuunsus koktsidioidomükoosi vastu näib olevat teostatav, kuna Coccidioides spp. on erakordselt haruldased (ei saa välistada subkliinilisi infektsioone, mis tugevdavad immuunsust väga endeemilistes piirkondades)[71]. Edukas vaktsineerimine eeldab T-rakkude poolt vahendatud immuunvastust, kus nii TH17 kui ka immuunvastus mängivad rolli vaktsiini vahendatud kaitses [64]. Puuduvad tõendid selle kohta, et antikeha vastus on inimestel kaitsev, kuna puudub seos päriliku või omandatud immunoglobuliinide puudulikkuse ja levinud koktsidioidomükoosi vahel, kuid hiiremudelite puhul on vastuolulised tõendid selle kohta, kas vaktsiinist põhjustatud immuunsuse jaoks on vaja B-rakke [72,73 ]. Ideaalis hoiaks vaktsiin ära või vähendaks oluliselt nakatumise esinemissagedust, kuid vaktsiini, mis suudaks ära hoida sümptomaatilist nakatumist ja kaitsta neid, kellel on suur risk levinud haiguste tekkeks, peetakse digitaalsest vaatenurgast edukaks.

Vaktsiinikandidaate testiti algselt geneetiliselt vastuvõtlikel sisearetatud hiirtel ja paljud rekombinantsed valguvaktsiinid kaitsevad neid väikeste, kuid mitte suurte artrokoniidide inokulaadi eest. Nüüd on võimalik identifitseerida ja toota rekombinantseid kloonitud valke, mida saab testida vaktsiini antigeenidena, sest nii C. immitise kui ka C. posadasii genoomid on saadaval ning täielikult sekveneeritud genoome on piisavalt palju, et saaks valida suure hulga genoome. konserveeritud valgud. Kahjuks ei ole praegu võimalik ennustada, millised sfäärivalgud tekitavad kaitsva immuunsuse. Algselt arvati, et kõrgelt ekspresseeritud pinnavalgud on parimad vaktsiinid, kuid mitte kõik rakupinna valgud ei ole kaitsvad (avaldamata tähelepanekud, TNK). Tabelis 2 on toodud mõned rekombinantsed valgud, mida on vaktsiinidena testitud [71]. Kaitset hinnati seente kolooniate arvu vähenemise järgi kopsude ja põrna kvantitatiivsest kultuurist ning mõnel juhul ellujäämise järgi. Täpsed kriteeriumid olid uuringuti erinevad. Üksikud antigeenid kaitsevad parimal juhul mõõdukalt [74-76]. Mitme valgu/epitoobi lähenemine näis andvat kõige lootustandvamad subühikuvaktsiinid[77-79]. Ühte kahe valguga vaktsiini testiti cynomolgus makaakidel ja haiguskoormus vähenes, kuid vaktsineerimine ei tekitanud steriliseerivat immuunsust [79]. Vaatamata paljutõotavatele tulemustele hiirte ja ahvide puhul nõuab rekombinantse valguvaktsiini väljatöötamine olulisi otsuseid selle kohta, millised on parimad valgud, nende valkude kogus, adjuvant, ravimvorm ja mitu annust on tõhusa vaktsiini valmistamiseks vaja. Võib-olla kõige olulisem on see, et on vaja ravimipartnerit, kes on valmis seda toodet tootma, arvestades suhteliselt väikest nakkusohtu. Kriitiline on ka kliinilise uuringu hoolikas planeerimine. Kõigil neil põhjustel on ebareaalne eeldada, et vaktsiin on lähitulevikus kliiniliseks hindamiseks valmis.

Kokkuvõte

Coccidioides spp. on viimase kümnendi jooksul teinud märkimisväärseid edusamme. Meie arusaam nende organismide ökoloogiast ja populatsioonibioloogiast on dramaatiliselt paranenud. Paljude tüvede genoomse järjestuse kättesaadavus on olnud hindamatu paljude uurimistöö aspektide jaoks, sealhulgas mitmete väljalülitatud tüvede loomisel, mis on tugevalt nõrgestatud ja annavad olulisi teadmisi patogeneesi kohta. Koktsidioidomükoosi ja Coccidioides spp. vaktsiinid on paremini mõistetavad. Kahjuks on meie teadmistes olulisi lünki. Veel on vaja rohkem teavet selle organismi ökoloogia kohta. Mütseelilt keradeks muutumise bioloogia mõistmine on parimal juhul piiratud. Samuti on vaja rohkem teavet inimese immuunvastuse kohta infektsioonile. Vaatamata mitmete valkude kloonimisele, ekspressioonile ja testimisele ei ole subühikvaktsiini välja töötatud. Need ja teised teemad pakuvad tulevikuks palju väljakutseid.