Исследование патогенных паттернов и молекулярных механизмов у возбудителей грибковых заболеваний человека и животных с помощью омики (аннотация)Исследование патогенных паттернов и молекулярных механизмов у возбудителей грибковых заболеваний человека и животных с помощью омики
Высокопроизводительные омические технологии в значительной степени ускорили развитие наук о жизни, однако большинство достижений и применений ограничиваются модельными видами и не способствуют значительному развитию исследований патогенеза грибков.
Поэтому представляется интересным стимулировать применение омических технологий для изучения грибковых патогенов человека и животных. В рамках данного обзора собраны результаты шести последних исследований, проведенных с использованием различных омических технологий, включая геномику, транскриптомику, метаболомику, метагеномику и микробиом кишечника. Среди патогенных грибов, рассматриваемых в данном обзоре, - возбудитель заболеваний животных Metschnikowia bicuspidate, возбудители заболеваний человека Candida albicans, Cryptococcus neoformans, а также многие грибки кишечника крыс и человека. Представленные работы дают ценное представление о применении омических технологий для изучения грибковых патогенов человека и животных и ускорения понимания патогенеза грибковых заболеваний.
M. bicuspidata - патогенные грибки, распространенные во всем мире и вызывающие серьезное снижение производства и значительные экономические потери в отрасли аквакультуры. Jang, Bao, Xing, Cao et al. выделили новый штамм этого вида из китайского рукавичного краба Eriocheir sinensis и секвенировали его геном. Они провели высококачественную сборку генома M. bicuspidata и получили проект генома размером 16,13 Мб. Для генома было предсказано 5567 предполагаемых генов, из которых 331 был уникален для данного штамма, а 30 были предположительно связаны с патогенностью. Поскольку многие исследования патогенеза грибковых заболеваний основаны на изучении геномных последовательностей, данная работа позволит значительно лучше понять патогенез M. bicuspidate, а также разработать терапевтические мероприятия для лечения инфекций, вызванных M. bicuspidata.
Другое исследование, также проведенное Jang, Bao, Xing, Li et al., было посвящено инфекции M. bicuspidate в организме хозяина. Авторы изучали изменения метаболизма и микробиоты кишечника краба E. sinensis после инфицирования M. bicuspidata. Они обнаружили, что грибковая инфекция приводит к значительным изменениям уровней 420 соединений, которые включены в 58 метаболических путей. Также было установлено, что при заражении M. bicuspidata в кишечнике E. sinensis увеличивается количество анаэробов и уменьшается количество аскомицетов. Данное исследование дает важные сведения о патогенезе грибковых заболеваний крабов, а также потенциальные идеи для профилактики и лечения этих заболеваний в будущем.
Li H. et al. сравнили микробиоту кишечника пациентов с криптококковым менингитом (КМ) и здоровых людей в контрольной группе и определили влияние противогрибковых препаратов. Авторы сообщили об изменении бактериальной и грибковой микрофлоры у пациентов с КМ. Они также обнаружили, что состав микробиоты кишечника ассоциируется с клиническими симптомами. Например, появление слуховых симптомов положительно коррелирует с наличием Enterococcus lactis и Saccharomyces cerevisiae. Неожиданно оказалось, что лечение противогрибковыми препаратами увеличило богатство бактерий и грибов у большинства людей, что оставляет вопросы о том, почему эти препараты не уменьшили грибковое разнообразие. Данное исследование предоставляет новую информацию, которая послужит основой для будущих более масштабных популяционных и механистических исследований.
В другом микробиомном исследовании Li W. et al. изучалось, изменяет ли преднизон состав грибов кишечника и взаимодействие между микобиомом кишечника и бактериомом/метаболомом фекалий у крыс. Авторы не обнаружили изменений в богатстве микобиома кишечника крыс после лечения преднизоном, однако разнообразие значительно возросло. В частности, существенно возросло относительное количество Aspergillus glabripes, а Triangularia mangenotii и Ciliophora sp. снизилось. Также было обнаружено изменение взаимодействия грибов и бактерий в кишечнике крыс после лечения преднизоном. Кроме того, некоторые виды грибов, такие как Triangularia и Ciliophora, коррелировали со многими метаболитами. Таким образом, данное исследование показывает, что лечение преднизоном вызывает дисбиоз грибковой микробиоты и может изменить экологическое взаимодействие между микобиомом и бактериомом кишечника у крыс.
Yang et al. исследовали взаимосвязь между C. albicans и микробиомом полости рта. На основе метагеномного секвенирования они сравнили наддесневую микробиоту 23 здоровых пациентов и 31 пациента с поражениями в виде белых пятен (white spot lesions) (ПБП), прошедших ортодонтическое лечение, и обнаружили, что C. albicans обогащена в ортодонтических поражениях белых пятен и играет потенциальную роль в формировании очагового наддесневого бактериома. В частности, в группе ПБП обнаружено меньше видов Neisseria и Cardiobacterium, но больше видов Leptotrichia по сравнению с группой здоровых. В группе ПБП 45% пациентов были носителями C. albicans, в то время как в группе здоровых C. albicans не выявлялась. В данном исследовании было выдвинуто предположение о возможной взаимосвязи между ПБП и Candida, что имеет важное научное значение в сложных экологических взаимоотношениях между бактериями, грибками и хозяевами.
Li Z. et al. изучили противогрибковое действие химического вещества растительного происхождения - аллицина. Используя C. neoformans в качестве объекта исследования, авторы оценивали противогрибковый эффект, сравнивая аллицин с коммерческими противогрибковыми препаратами флуконазолом и амфотерицином В. Они обнаружили, что аллицин обладает сравнимой с флуконазолом противогрибковой активностью и даже более эффективен в отношении штаммов, резистентных к амфотерицину В. Используя транскриптомный анализ в сочетании с электронной микроскопией и визуализацией живых клеток, авторы установили, что механизм противогрибкового действия аллицина осуществляется посредством повреждения и пермеабилизации клеточной мембраны грибков. Данное исследование было посвящено изучению противогрибковых эффектов и механизмов действия препаратов, что будет способствовать разработке более эффективных терапий для лечения инфекций, вызванных C. neoformans.
В целом, исследования, включенные в данный обзор, показывают, как использование высокопроизводительных омических технологий для грибковых патогенов позволяет получить более широкое представление о патогенных паттернах и молекулярных механизмах. Эти исследования также демонстрируют микробно-экологические эффекты грибковых патогенов в организме человека и животных. Применение многих других омических технологий, широко используемых на модельных видах, к грибковым патогенам человека и животных еще больше расширит этот перечень. Однако мы уверены, что все отобранные исследования также вносят важный и долговременный вклад в наше понимание грибковых патогенов и их биологии.
