Candidamykose - Candida albicans

Candida albicans ist ein diploider Pilz, der sowohl als Hefe und filamentöse Zellen und ein ursächlicher Erreger opportunistischer oraler und genitaler Infektionen beim Menschen, als auch als Onychomykose, eine Infektion der Nagelplatte, wächst. Das RNA-bindende Protein Slr1 wurde kürzlich entdeckt, um eine Rolle bei der Anregung der Hyphenbildung und Virulenz von C. albicans zu spielen. Systemische Pilzinfektionen (Fungemien), auch durch C. albicans, haben sich als wichtige Ursachen für Morbidität und Mortalität bei immunsupprimierten Patienten herausgestellt (z. B. AIDS, Krebs-Chemotherapie, Organ- oder Knochenmarktransplantation). C. albicans Biofilme können sich auf der Oberfläche von implantierbaren medizinischen Geräten bilden. Darüber hinaus sind im Krankenhaus erworbene Infektionen durch C. albicans zu einer Ursache für große Gesundheitsprobleme geworden.

C. albicans ist Kommensal und Bestandteil der normalen Darmflora, die Mikroorganismen umfasst, die im menschlichen Mund und Magen-Darm-Trakt leben. C. albicans lebt zu 80% in der menschlichen Bevölkerung ohne schädliche Wirkungen zu verursachen, obwohl eine Überwucherung des Pilzes zu einer Candidiasis (Kandidose) führt. Candidiasis wird häufig bei immungeschwächten Personen wie HIV-infizierten Patienten beobachtet. Eine häufige Form der Candidiasis, die sich auf die Schleimhäute im Mund oder in der Vagina beschränkt, ist die Candidiasis, die bei Menschen ohne Immunschwäche meist leicht heilbar ist. So wurde beispielsweise bei jungen Menschen mit Zungenpiercing eine höhere Prävalenz der Kolonisation von C. albicans im Vergleich zu unverdünnten, unverdünnten, aufeinander abgestimmten Personen beobachtet. Um das Wirtsgewebe zu infizieren, reagiert die übliche einzellige hefeähnliche Form von C. albicans auf Umwelteinflüsse und wechselt in eine invasive, multizelluläre, filamentöse Form, die als Dimorphose bezeichnet wird.

Genom

Eines der wichtigsten Merkmale des Genoms von C. albicans ist das Auftreten numerischer und struktureller chromosomaler Rearrangements als Mittel zur Erzeugung genetischer Diversität, genannt Chromosomenlängenpolymorphismen (Kontraktion/Expansion von Wiederholungen), reziproker Translokationen, Chromosomen-Deletionen und Trisomie einzelner Chromosomen. Diese karyotypischen Veränderungen führen zu Veränderungen des Phänotyps, der eine Anpassungsstrategie dieses Pilzes ist. Diese Mechanismen werden mit der vollständigen Analyse des Genoms von C. albicans besser verstanden.

Eine Besonderheit der Gattung Candida ist, dass in vielen ihrer Arten (einschließlich C. albicans und C. tropicalis, aber nicht etwa C. glabrata) das Codon CUG, das normalerweise Leucin angibt, Serin in diesen Arten angibt. Dies ist ein ungewöhnliches Beispiel für eine Abweichung vom universellen genetischen Code, und die meisten dieser Abweichungen befinden sich in Startcodons oder, für Eukaryoten, in mitochondrialen genetischen Codes. Diese Veränderung kann in einigen Umgebungen diesen Candida-Arten helfen, indem sie eine dauerhafte Stressantwort induziert, eine allgemeinere Form der Hitzeschockreaktion.

Das Genom von C. albicans ist hochdynamisch, und diese Variabilität wurde vorteilhaft für molekulare epidemiologische Studien und Populationsstudien an dieser Spezies genutzt. Die Genom-Sequenz hat für die Identifizierung der Anwesenheit eines parasexuellen Zyklus (keine erkannt meiotischen Teilung) in C. albicans. Diese Studie über die Entwicklung der sexuellen Reproduktion in sechs Candida-Arten fand die jüngsten Verluste in den Komponenten der wichtigsten meiotischen Crossover-Bildungsweg, sondern die Beibehaltung einer kleinen Pfad. Die Autoren schlugen vor, dass Candida-Arten, wenn sie einer Meiose ausgesetzt sind, mit reduzierten Maschinen oder anderen Maschinen behandelt werden, und deuteten darauf hin, dass es bei vielen Arten unerkannte meiotische Zyklen geben könnte. In einer anderen evolutionären Studie führte die Einführung einer partiellen Neudefinition der CUG-Identität (von Candida-Arten) in die Klone der Saccharomyces cerevisiae zu einer Stressreaktion, die sich negativ auf die sexuelle Fortpflanzung auswirkte. Diese Neudefinition der CUG Identität, die bei den Vorfahren der Candida-Arten auftrat, sollte diese Art in einen diploiden oder polyploiden Zustand mit einer möglichen Blockade der sexuellen Fortpflanzung einschließen.

Dimorphismus

Obwohl oft als "dimorph" bezeichnet, ist C. albicans tatsächlich polyphenisch. Bei der Kultivierung in Standard-Hefelabormedium wächst C. albicans als ovale Hefezellen. Milde Umweltveränderungen in Temperatur und pH-Wert können jedoch zu einer morphologischen Verschiebung des pseudohyphen Wachstums führen. Pseudohyphen haben viele Ähnlichkeiten mit Hefezellen, aber ihre Rolle während der Candidiasis ist unbekannt. Wenn C. albicans-Zellen in einem Medium gezüchtet werden, das die physiologische Umgebung eines menschlichen Wirts nachahmt, wachsen sie als "wahre" Hyphen. Ihre Fähigkeit, Hyphen zu bilden, wurde als Virulenzfaktor vorgeschlagen, da diese Strukturen häufig in das Gewebe eindringen und Stämme, die keine Hyphen bilden können, eine Infektion verursachen.

In einem Prozess, der oberflächlich dem Dimorphismus ähnelt, durchläuft C. albicans einen Prozess, der als phänotypisches Switching bezeichnet wird, bei dem spontan verschiedene zelluläre Morphologien erzeugt werden. Von den klassisch untersuchten Stämmen ist WO-1 einer, der phänotypisch umgeschaltet wird und aus zwei Phasen besteht: einer, der als runde Zellen in glatten, weißen Kolonien wächst und einer, der stäbchenartig ist und als flache, graue Kolonien wächst. Der andere bekannte Stamm, der bekannt ist, dass er sich einem Wechsel unterzieht, ist 3153A; dieser Stamm produziert mindestens sieben verschiedene Koloniemorphologien. Sowohl bei den WO-1- als auch bei den 3153A-Stämmen wandeln sich die verschiedenen Phasen spontan und niederfrequent in die anderen (s) um. Die Umschaltung ist reversibel, und Kolonietyp kann von einer Generation auf eine andere vererbt werden. Während mehrere Gene, die in verschiedenen Koloniemorphologien unterschiedlich exprimiert werden, identifiziert wurden, konzentrieren sich einige der jüngsten Versuche auf die Frage, was diese Veränderungen kontrollieren könnte. Weiterhin stellt sich die Frage, ob eine potentielle molekulare Verbindung zwischen Dimorphismus und phänotypischer Umschaltung besteht.

Im 3153A-Stamm wurde ein Gen namens SIR2 (für Silent Information Regulator) gefunden, das für die phänotypische Umschaltung wichtig zu sein scheint. SIR2 wurde ursprünglich in Saccharomyces cerevisiae (Brauerhefe) gefunden, wo es an der chromosomalen Stillegung beteiligt ist - einer Form der transkriptionellen Regulation, bei der Regionen des Genoms durch Veränderungen der Chromatinstruktur reversibel inaktiviert werden (Chromatin ist der Komplex von DNA und Proteinen, die Chromosomen bilden). In Hefe, Gene, die an der Kontrolle der Paarung Typ sind in diesen stillen Regionen, und SIR2 verdrängt ihre Expression durch die Aufrechterhaltung einer silent-kompetenten Chromatin-Struktur in dieser Region. Die Entdeckung eines C. albicans SIR2, das in der phänotypischen Schaltung impliziert wird, schlägt vor, dass es auch sie stille Regionen hat, die durch SIR2 gesteuert werden, in dem die phänotyp-spezifischen Gene liegen können.

Ein weiteres mögliches regulatorisches Molekül ist Efg1p, ein Transkriptionsfaktor im WO-1-Stamm, der den Dimorphismus reguliert. Efg1p wird nur im weißen und nicht im grauen Zelltyp ausgedrückt, und eine Überexpression von Efg1p in der grauen Form bewirkt eine schnelle Umwandlung in die weiße Form.

Bislang gibt es nur wenige Daten, die auf Dimorphismus und phänotypische Schaltvorgänge hindeuten, die gemeinsame molekulare Komponenten verwenden. Es ist jedoch nicht unvorstellbar, dass phänotypische Schaltvorgänge als Reaktion auf Veränderungen in der Umgebung auftreten und spontan eintreten können. Wie SIR2 selbst in S. cerevisiae reguliert wird, mag noch Hinweise auf die Schaltmechanismen von C. albicans liefern.

Heterozygotie

Die Heterozygotie des Candida-Genoms übertrifft die anderer Genome und ist unter klinischen Isolaten weit verbreitet. Nonsynonyme einbasige Polymorphismen führen zu zwei Proteinen, die sich in einer oder mehreren Aminosäuren unterscheiden und für jedes Protein funktionelle Unterschiede aufweisen können. Diese Situation erhöht die Zahl der verschiedenen Proteine, die das Genom kodiert, erheblich.

Anwendung im Maschinenbau

Candida albicans wurde in Kombination mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) verwendet, um stabile elektrisch leitfähige Bio-Nano-Komposit-Gewebe-Materialien herzustellen, die als Temperaturfühler verwendet wurden.