Coccidioides Immitis và Posadasi; Đánh giá về sinh học, gen, sinh bệnh học và miễn dịch vật chủ của chúng

Để tìm hiểu thêm thông tin, xin vui lòng liên hệdavid.wan@wecistanche.com

TRỪU TƯỢNG

Coccidioides miễn dịchvà C. posadas là hai loài nấm lưỡng hình có khả năng gây bệnh cao, đặc hữu ở các khu vực khô cằn của thế giới mới, bao gồm khu vực từ tây Texas đến nam và trung tâm California ở Hoa Kỳ gây ra bệnh coccidioidomycosis (còn được gọi là Sốt Thung lũng). Ở những vùng có dịch bệnh cao như miền nam Arizona, có tới 50 phần trăm cư dân sống lâu năm đã bị nhiễm bệnh. Thông tin mới về di truyền quần thể nấm.sinh thái học, dịch tễ học, và tương tác giữa vật chủ - mầm bệnh đang trở nên khả dụng, Tuy nhiên, hiểu biết của chúng ta về một số khía cạnh của bệnh coccidioidomycosis vẫn chưa đầy đủ, bao gồm cả mức độ biến đổi di truyền của nấm. các gen liên quan đến độc lực và cách những thay đổi trong biểu hiện gen trong chu kỳ sống lưỡng hình của sinh vật có liên quan đến sự biến đổi từ mốc sống tự do thành spherule kí sinh. Thật không may, những nỗ lực để phát triển một loại vắc-xin tiểu đơn vị hiệu quả vẫn chưa được tạo ra, mặc dù hai loại vắc-xin nấm sống tiềm năng đã được phát triển.

LỊCH SỬ BÀI VIẾT Đã nhận ngày 13 tháng 4 năm 2018 Được chấp nhận ngày 31 tháng 7 năm 2018

TỪ KHÓA Nấm; Cocidioides; cocidioidomycosis; lưỡng hình; hình cầu; bộ gen; transriptome; miễn dịch; vắc xin

Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về Cistanche

Giới thiệu

Coccidioidomycosis lần đầu tiên được công nhận là một bệnh nhiễm trùng lan truyền gây tử vong cách đây 120 năm, nhưng căn nguyên của nấm chỉ được xác định hai thập kỷ sau đó, và phổ kỹ thuật số đầy đủ của căn bệnh này đã không được công nhận trong 40 năm sau đó [1]. Trong thập kỷ qua, đã có những tiến bộ trong hiểu biết của chúng ta về việc bảo vệphản ứng miễn dịchở chuột, và những tiến bộ khiêm tốn đã đạt được trong việc tạo ra một loại vắc-xin bảo vệ. Những tiến bộ trong phương pháp phân tử đã được sử dụng để làm rõ phân loại của mầm bệnh, dịch tễ học của các tác nhân gây bệnh nấm đặc hữu, lưỡng hình, quan trọng ở khu vực này và để so sánh sự biểu hiện gen của nấm ở các hình thái khác nhau của nó. Vẫn còn khó khăn để tạo ra các đột biến chính xác, có mục tiêu trong các mầm bệnh này, điều này đã hạn chế khả năng của chúng ta trong việc xác định các yếu tố độc lực và hiểu đầy đủ cách nấm biến đổi từ nấm mốc thành cấu trúc ký sinh phức tạp và độc đáo (spherule) là hình thức mà nó có. trong máy chủ. Một số kiến ​​thức hiện tại của chúng tôi về những vấn đề này sẽ được thảo luận trong bài đánh giá có chọn lọc này.

Phân loại học

Các loài Coccidioides là nấm trong bộ Ascomycete, lớp Eurotiomycetes và bộ Onygenales [2,3]. Thứ tự này bao gồm nhiều loại mầm bệnh đa hình ở người có khả năng gây bệnh xâm lấn ở các vật chủ bình thường về mặt miễn dịch, bao gồm cả Histoplasma capsular,Paracoccidioidesspp và Blastomyces spp. Nấm mốc đơn hình, Aspergillus fumigatus, là một mầm bệnh cơ hội, cũng được tìm thấy theo thứ tự này, Một số loài không gây bệnh nhưng có quan hệ họ hàng gần cũng được tìm thấy trong thứ tự này (Hình 1). Coccidioides và C. posada giống nhau về mặt hình thái và các protein dự đoán của chúng là tương đồng hơn 90% [2]. Chúng không thể được phân biệt bằng các xét nghiệm huyết thanh học, nhưng hai loài có thể được phân biệt bằng di truyềnđa hình, và một số khác biệt về đặc điểm sinh trưởng đã được báo cáo [4.5] .C. posadas có kích thước quần thể lớn hơn, đa dạng hơn C. [6]. Sự khác biệt lớn nhất giữa hai loài là sự phân bố địa lý của chúng. C chủ yếu được tìm thấy ở các vùng sa mạc ở Trung và Nam California (bao gồm Baja California), trong khi C. posadas chủ yếu được tìm thấy ở các vùng sa mạc của Nevada, Arizona, New Mexico, Tây Texas, Mexico và Trung và Nam Mỹ ngụ ý rằng các rào cản địa lý đáng kể vào thời điểm các loài khác xa tổ tiên chung [6]. Một số trùng lặp về địa lý giữa hai loài cũng xảy ra ở Nam California và Baja California [7]. Cả hai loài đều chứa các quần thể con tập trung trong các khu vực địa lý nhỏ hơn [8].

Hình 1. Cây phát sinh loài của nấm lưỡng hình là mầm bệnh cho người. Một số họ hàng gần không phải là mầm bệnh chính lưỡng hình được hiển thị để so sánh (không được đánh dấu bằng màu rám nắng). Các Đơn đặt hàng được hiển thị ở bên phải của các tên được đóng hộp. Các sinh vật trong mỗi Đơn hàng được đóng hộp cùng nhau. Dữ liệu phát sinh loài được thu thập bằng cách sử dụng công cụ phân loại NCBI và cây được xây dựng bằng cách sử dụng Philip -3. 695.

Sinh thái học

Coccidioides sp. mọc trên đất sa mạc khô cằn, kiềm ở California, nhưng đất rất phức tạp [9] và các đặc tính của đất bị ô nhiễm có thể khác nhau giữa các vùng đặc hữu [10]. Cho đến nay, không có một bộ đặc điểm vật lý, sinh học và hóa học nào mô tả tất cả các vị trí nơi sinh vật được tìm thấy, và thậm chí ở một “địa điểm”, nấm phân bố không đồng đều trong đất vì những lý do không rõ ràng. Một số bằng chứng tồn tại cho tầm quan trọng của xác động vật có vú nhỏ bị nhiễm bệnh đối với đấtthuộc địa hóa[7], điều này có thể giải thích sự phục hồi vết đốm từ các mẫu đất ngay cả ở những nơi đã xảy ra các vụ dịch nhỏ [1l], nhưng không chắc rằng động vật bị nhiễm bệnh là cần thiết để xâm chiếm đất [12,13]. Ngoài xác động vật trong hang , rất có thể là thức ăn thừa mà gia súc mang vào hang. Bộ gen của Coccidioides tiết lộ sự mở rộng của các enzym phân giải protein, được coi là bằng chứng gián tiếp cho thấy nấm sử dụng protein (xác thịt) làm nguồn carbon trong các hốc môi trường của nó, vì người ta biết rằng các loài gặm nhấm sa mạc nhỏ như chuột kangaroo thường có cầu khuẩn. -u hạt kỹ thuật số trong phổi của họ [11]. Việc phục hồi sinh vật từ đất bằng cách nuôi cấy có thể khó khăn [14]. Phục hồi sinh vật bằng cách cấy chuột nhạy cảm hơn nhưng công nghệ đó cũng có những hạn chế của nó [151. Coccidioides DNA chỉ được tìm thấy trong một phần nhỏ mẫu đất từ ​​các vùng đặc hữu ở Baja California và Arizona ngay cả bằng các xét nghiệm nhạy cảm như PCR [12,15], nhưng một phương pháp mới có thể làm tăng độ nhạy và độ đặc hiệu của việc phát hiện DNA [16]. Dễ dàng phát triển C. từ đất ở Thung lũng San Joaquin của California gần các địa điểm mà con người được biết là đã bị nhiễm bệnh [7,1ll, 14]. Phát hiệnsinh vậttừ khí quyển thậm chí còn khó hơn việc tìm thấy nó trong đất mặc dù sự phát triển gần đây của các kỹ thuật mới có thể cải thiện độ nhạy của việc phát hiện DNA nấm được sol khí hóa [17].

Dịch tễ học

Người ta ước tính rằng 30-50 phần trăm số người ở các khu vực lưu hành dịch bệnh cao đã bị nhiễm bệnh, khi được phát hiện bằng xét nghiệm da do cầu trùng [18]. Những ước tính này dựa trên dữ liệu cũ vì thuốc thử kiểm tra da không có sẵn trong nhiều thập kỷ và khôngquy mô lớncác nghiên cứu dịch tễ học đã được thực hiện kể từ khi gần đây có thuốc thử kiểm tra da spherules. Điều quan trọng cần nhớ là các khu vực lưu hành bao gồm các khu vực đô thị của Phoenix, Tucson, Los Angeles và San Diego, vì vậy người ta không cần phải đi đến sa mạc mở để mắc bệnh coccidioidomycosis. Mặc dù đô thị hóa có thể làm giảm nguy cơ lây nhiễm bằng cách giảm diện tích bề mặt của đất bị ô nhiễm tiếp xúc, nhưng nó cũng làm tăng số người có khả năng bị nhiễm bởi động vật chân đốt trong không khí được tạo ra bởi các hoạt động làm xáo trộn đất, chẳng hạn như xây dựng và động đất [19 , 20]. Ngoài ra, các bào tử trong gió từ khu vực lưu hành có thể lây nhiễm sang người và động vật cách khu vực lưu hành nhiều dặm [21].Coccidioidescó khả năng chịu mặn nên chúng có thể tồn tại ở các vùng nước ven biển, và điều này có thể giải thích cách chúng có thể lây nhiễm cho các loài động vật có vú ở biển [7,22]. Tỷ lệ nhiễm trùng ở người được báo cáo thay đổi một chút giữa các năm, có lẽ do các kiểu thời tiết. Mùa đông ẩm ướt dường như tương quan với số lượng ca nhiễm trùng lớn hơn trong những tháng tiếp theo [23]. Mặc dù lý do cho sự gia tăng tỷ lệ mắc bệnh này không hoàn toàn được xác định, nhưng ở Arizona có nhiều người nhạy cảm hơn (bao gồm cả những người lớn tuổi) di chuyển từ các khu vực không lưu hành sang các khu vực lưu hành, đó là một trong những lời giải thích có thể xảy ra. Trong khi dân số của Thung lũng Trung tâm của California không tăng theo cùng một cách, số lượng các trường hợp ở ngoại ô Quận Los Angeles đã tăng lên đáng kể cùng với sự mở rộng đô thị [18]. ở Thung lũng San Joaquin, dẫn đến tỷ lệ tấn công giữa các tù nhân và lính canh cao đến mức không thể chấp nhận được [25]. Gần đây, một số lượng nhỏ các trường hợp nhiễm C. đã được chẩn đoán ở một khu vực khô cằn ở phía đông Bang Washington. Các sinh vật cũng được phân lập từ các mẫu đất nơi nhiễm bệnh, hàng nghìn dặm về phía bắc của các khu vực lưu hành gần nhất đã biết ở California [26]. Các phân lập đất và người giống hệt nhau nhưng khác biệt về mặt di truyền với các phân lập C. ở Trung và Nam California.

Có một số đánh giá gần đây về các biểu hiện lâm sàng của bệnh coccidioidomycosis có chứa thông tin lâm sàng chi tiết [18,27,28].Triệu chứng phổilà những lý do phổ biến nhất mà bệnh nhân tìm kiếm trợ giúp y tế, nhưng ước tính chỉ 30-50 phần trăm trường hợp nhiễm trùng là có triệu chứng [18]. Mặc dù hầu hết các trường hợp nhiễm trùng không được chẩn đoán, nhưng một phần lớn các trường hợp viêm phổi ngoại trú ở Arizona là do coccidioi-domycosis [29]. Gần như tất cả các bệnh đồng phổi đều tự giới hạn, ngay cả trong trường hợp bệnh nhân có biến chứng ngoài phổi, nhưng trong một số trường hợp, viêm phổi có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng [27,29]. các hốc có vách mỏng tồn tại lâu sau khi hết viêm phổi.

Ít hơn 5 phần trăm bệnh nhân suy giảm miễn dịch phát triển bệnh lan tỏa [21,30]. Ngoài khả năng ức chế miễn dịch do thuốc hoặc do thuốc, nguy cơ mắc bệnh lan tỏa còn bị ảnh hưởng mạnh bởi các yếu tố vật chủ, chẳng hạn như ba tháng cuối của thai kỳ và tuổi già [30,31]. Sắc tộc cũng là một yếu tố nguy cơ chính cho sự phổ biến. Trong nhiều nghiên cứu, những người tự mô tả mình là người Mỹ gốc Phi có nguy cơ mắc bệnh phổ biến cao hơn 2-10 lần so với những người gốc châu Âu, ngay cả khi không có sự khác biệt rõ ràng về mức độ phơi nhiễm của họ (chẳng hạn như xảy ra trong nhà tù và trên căn cứ quân sự) [18,25.32]. Người Philippines cũng có nhiều khả năng bị lây lan hơn [33]. Các gen và các cơ chế đằng sau khuynh hướng phổ biến của sắc tộc vẫn chưa được thiết lập.

Bộ gen

Trình tự DNA của một số chủng vi khuẩn C.immitis và nhiều phân lập C. posadas đã được xác định [8,34]. Có một sốsự lai tạogiữa hai loài [6,35]. Việc xác định trình tự một số lượng lớn các chủng phân lập lâm sàng ở Arizona cho thấy hầu hết tất cả đều là các chủng C post đa dạng về mặt di truyền [8]. Các nhóm phân lập từ khu vực Tucson và Phoenix khác biệt về mặt di truyền. Một nghiên cứu so sánh các phân lập trong đất từ ​​Phoenix với các phân lập từ các bệnh nhân trong cùng khu vực cho thấy rằng các phân lập trong môi trường đa dạng hơn về mặt di truyền so với các phân lập lâm sàng, nhưng không có bằng chứng cho một tập hợp con của nhiều chủng gây bệnh hơn có thể giải thích tỷ lệ nhiễm trùng ngày càng tăng ở khu vực đó [6,34].

Bộ gen của Coccidioides spp. là 28-29 megabases (Mb). Ít nhất bốnnhiễm sắc thểđã được xác định bằng phương pháp điện di gel đồng nhất kẹp đường viền [36]. Các bộ gen là đơn bội và không có sự giao phối nào được quan sát thấy trong hoặc giữa các loài, mặc dù các gen mã hóa chức năng giao phối có mặt [2] và sự tái tổ hợp di truyền xảy ra [35]. Khoảng 18 phần trăm bộ gen bao gồm DNA lặp lại. Coccidioides sp. dường như có một cơ chế gây đột biến lặp lại để kiểm soát sự gia tăng của các transposon [35]. Cả DNA và các transposon lặp lại đầu cuối dài đều được tìm thấy; Gypsy, là một transposon giống retrovirus thường gặp ở nấm, là loại transposon phổ biến nhất. Transposon được tìm thấy thường xuyên hơn ở các vùng gen có ít gen cấu trúc và thường được tìm thấy trong các cụm [37]. Phần lớn các chuyển vị đã bị thoái hóa và không có tất cả các miền cần thiết để chuyển vị. Có một số bằng chứng cho thấy các transposon của C. liên kết ưu tiên với các gen mã hóa cho quá trình phosphoryl hóa protein. Ngoài ra, nhiều gen C. được bao bọc bởi một số siêu họ transposon được biểu hiện kém [37]. Quan tâm là một xét nghiệm PCR mới được FDA cấp phép để xác định các sinh vật trongbệnh phẩm lâm sàngvà một sửa đổi mới của xét nghiệm đó vừa nhạy cảm vừa đặc hiệu để sử dụng trên các mẫu đất, xét nghiệm nhắm mục tiêu vào một retro-transposon giống Copia có số lượng bản sao cao trong bộ gen [16].

Các họ gen mã hóa hoạt động phosphotransferase, protein kinase và proteinase, bao gồm subtilase và keratinase, được mở rộng trong Coccidioides spp. so với các loài có quan hệ họ hàng gần [3]. Điều này cho thấy rằng Coccidioides spp. có thể chuyên biệt cho sự phát triển của protein ngoài carbohydrate. Có gần 800 gen chỉ có ở Coccidioides spp. và một số được ưu tiên phiên mã dưới dạng spherules (xem bên dưới).

Lưỡng hình

Tất cả các vi nấm gây bệnh chính ngoại trừ Cryptococcus spp. có chung đặc điểm là lưỡng hình nhiệt, phát triển như nấm mốc trong đất và phân biệt thành nấm men hoặc bào tử ở động vật có vú. Coccidioides sp. phát triển như sợi nấm (nấm mốc) trong đất và hình thành bào tử được gọi là arthroconidia trong sợi nấm khi chúng trưởng thành (Hình 2).Arthroconidiađược thải ra khi đất bị ô nhiễm bị xáo trộn và mỗi sợi có khả năng hình thành một sợi nấm mới nếu nó rơi vào đất, hoặc một mầm nếu nó lây nhiễm cho các động vật nhạy cảm. Khả năng hình thành các bào tử từ arthroconidia là cần thiết để gây bệnh. Chân khớp tròn lên và trở thành các quả cầu non do sự phát triển đẳng hướng. Sự trưởng thành của bào tử bao gồm sự phình to theo chu vi của sinh vật và sự phân chia đồng bộ của nhân và tế bào chất để cuối cùng lấp đầy túi bào tử với hàng trăm 2-4 micrômet nội bào tử. Khi một bào tử trưởng thành vỡ ra, những nội bào tử đó sẽ được giải phóng và mỗi bào tử trong số chúng có khả năng hình thành một bào tử khác. Quá trình phân hóa nội bào tử thành các thể bào tử trưởng thành mất khoảng 4-6 ngày trong cơ thể sống nên số lượng các thể bào tử có thể tăng lên rất nhanh. Sự biến đổi từ bào tử chân đốt thành bào tử mầm khi phát triển trong một môi trường xác định đòi hỏi sự thay đổi nhiệt độ từ 25 độ đến 37 độ và sự gia tăng CO trong khí quyển, lên 10-14 phần trăm [38]. Người ta cho rằng các điều kiện tương tự sẽ thúc đẩy sự phát triển của bào tử trong cơ thể sống, nhưng cũng có bằng chứng cho thấy việc tiếp xúc với bạch cầu trung tính có thể kích thích bào tử chân đốt chuyển đổi bào tử (39]. Trong các khoang đồng phổi mãn tính, nơi không có bạch cầu trung tính, đôi khi người ta có thể thấy sự đảo ngược đối với các dạng sợi nấm có chứa các khối phồng có vẻ như đang cố gắng phá thai để tạo ra các quả cầu [40].

Hình 2. Các sợi nấm có chứa bào tử chân đốt và một bào tử trưởng thành có nội bào tử, (a) Các sợi nấm trưởng thành được nuôi cấy trong ống nghiệm cho thấy các tế bào chân đốt có màu sẫm xen kẽ với các phân đoạn có thành mỏng có nhân bên trong sợi nấm (vết màu xanh trên bông lactophenol). (b) Một bào tử có chứa nội bào tử trong mô (Periodic Acid Schiff (PAS). Hình ảnh thu được từ CDC (HTTPS / Phil.Phil / details.asp). Hình ảnh này trước đây đã được công bố trên Tạp chí Nấm [70].

Người ta biết tương đối ít về sự thay đổi trong chương trình phiên mã làm trung gian cho sự biến đổi nổi bật từ thể bào tử chân đốt thành thể bào tử. Chỉ có hai nghiên cứu được công bố so sánh bản sao của sợi nấm với bản sao của các quả cầu được nuôi cấy trong ống nghiệm; một nghiên cứu cả C. và C. posadas bằng cách sử dụng RNA-seq và nghiên cứu khác chỉ nghiên cứu C., sử dụng microarray khung đọc mở toàn bộ gen [41,42]. CácRNA-seqnghiên cứu so sánh sợi nấm và các chồi ngày 4 và tập trung vào các gen biểu hiện khác biệt ở cả hai loài. 13% số gen đã được điều chỉnh nhiều hơn gấp hai lần trong các quả cầu của cả hai loài, bao gồm các protein liên kết với chitin, - (1,3) glucan synthase, và glycoprotein vách ngoài của spherule. Nghiên cứu microarray đã so sánh sợi nấm C. immitis với spherules ngày thứ 2 (giai đoạn đầu trong quá trình biến nạp) và ngày thứ 8 (endo sporcting). Mức độ biểu hiện của 22 phần trăm gen được điều chỉnh tăng hoặc giảm nhiều hơn gấp hai lần trong các thể bào tử ngày thứ 2 hoặc ngày thứ 8 so với sợi nấm. Cũng có sự khác biệt đáng kể giữa transcriptomes của spherules ngày 2 và ngày thứ 8 (Hình 3). Các cơ chế oxy hóa (bao gồm superoxide dismutase ngoại bào có thể giúp bảo vệ chống lại sự tiêu diệt bạch cầu trung tính) được điều chỉnh tối đa trong các quả cầu ngày 2, cũng như các chất vận chuyển đường, thioesterase và amylase. Khoảng một phần ba số gen được điều hòa in vivo không có chức năng được chỉ định và 5 phần trăm chỉ được tìm thấy ở Coccidioides spp [42]. Một trong những họ gen thú vị nhất bị điều hòa ở C. Immitis spherules là họ protein kinase; 28 trong số 184 gen protein kinase được dự đoán đã bị điều hòa. Một số gen kinase của protein được điều chỉnh giảm mã cho chu kỳ tế bào, thành tế bào và các protein liên quan đến phản ứng căng thẳng. Mối quan hệ giữa quy định giảm của các gen này và sự hình thành phôi là không rõ ràng.

Hình 3. Số lượng gen được điều chỉnh trong các tinh bào của ba thời kỳ trưởng thành khác nhau. Biểu đồ Venn của các gen C. immitis được điều hòa nhiều hơn 2- lần so với biểu hiện gen của sợi nấm. (a) Dữ liệu cho các chồi ngày 4 là từ [41] và (b) dữ liệu cho các chồi ngày 2 và ngày 8 là từ [42].

Một trong những gen điều chỉnh được tìm thấy trong cả hai nghiên cứu là 4- hydro phenylpyruvate dioxygenase (4- HPPD, hoặc PDA). Enzyme này là một phần của phức hợp gen liên quan đến quá trình dị hóa tyrosine. 4- HPPD phân hủy 4- hydroxyphenylpyruvate homogentisate, là chất độc. Homogentisate tiếp tục bị dị hóa hoặc oxy hóa và polyme hóa để tạo thành pheomelanin [43]. 4- HPPD đã được phát hiện là có khả năng điều hòa trong giai đoạn nấm men của tất cả các loại nấm gây bệnh sơ cấp lưỡng hình [44]. Sự gián đoạn của gen 4- HPPD trong Talaromyces mar-không bao giờ dẫn đến một đột biến không thể phát triển và biệt hóa thành nấm men bên trong đại thực bào [45]. Các tác giả của nghiên cứu này tin rằng kiểu hình này không có khả năng liên quan trực tiếp đến ảnh hưởng của 4- HPPD lên chuyển hóa tyrosine vì các đột biến khác trong con đường dị hóa tyrosine không có kiểu hình đó nên họ cho rằng 4- HPPD có thể có các đặc tính khác chưa được khám phá.

Mặc dù có sự khác biệt trong thiết kế thí nghiệm và phân tích dữ liệu, có 152 gen được điều chỉnh tối đa trong các quả cầu trong cả hai nghiên cứu, bất kể giai đoạn trưởng thành (Hình 3). Nhiều gen điều chỉnh này được tìm thấy trong các con đường enzym chuyển hóa carbohydrate phức tạp (Bảng 1). Việc làm giàu các gen trong các con đường carbohydrate phức hợp có vẻ hợp lý vì cần phải có sự tái cấu trúc và tổng hợp rộng rãi các thành tế bào mới để chuyển đổi thành và phát triển các bào tử và nội bào tử. 26 trong số các gen phổ biến được điều chỉnh trong các quả cầu cũng được điều chỉnh trong quá trìnhHistoplasmaphân biệt capsulatum thành nấm men [46]. Ngoài 4- HPPD, chúng bao gồm một số chất vận chuyển đường, chất vận chuyển sulfit, amylase, keto-reductases, một protein kinase và một gen tổng hợp polyketide. Không có nghiên cứu phiên mã nào được công bố về Coccidioides spherules in vivo. Proteomics là một cách tiếp cận khác có thể xác định các gen biểu hiện trong các quả cầu và xác nhận cái gọi là protein giả định. Có một nghiên cứu đã được công bố sử dụng cách tiếp cận này đã xác định các protein trong sợi nấm và quả cầu C.posa-dashi [47]. Họ đã phát hiện ra 837 protein (8% trong tổng số dự đoán từ chuỗi DNA), 88% trong số đó tương ứng với các protein được dự đoán bằng phân tích bộ gen. Họ cũng xác định được 172 protein mới, hầu hết trong số đó có thể là do sự liên kết khác biệt của các gen. Một protein transposon đã được biểu hiện, chỉ ra rằng ít nhất một transposon vẫn còn hoạt động phiên mã. Những nghiên cứu như thế này chắc chắn sẽ cải thiện việc chú thích bộ gen.

Mặc dù dữ liệu phiên mã này có thể xác định các gen được ưu tiên biểu hiện trong các quả bào tử, nhưng chúng không cho chúng ta biết những gen nào cần thiết để tế bào tử cung phân biệt thành các thể bào tử và những thay đổi nào trong biểu hiện là kết quả của quá trình biến nạp [46]. Cách kết luận nhất để xác định các gen cần thiết cho sự hình thành phôi là loại bỏ chúng hoặc điều chỉnh sự biểu hiện của chúng bằng ARN điều hòa và quan sát kiểu hình.

Chỉ một số đột biến xóa được thực hiện do khó tạo đột biến mục tiêu. Các gen chitinase 2 và 3 được biểu hiện ở mức độ cao hơn trong bào tử so với trong sợi nấm, và chúng được cho là quan trọng đối với việc tái cấu trúc thành tế bào của các tinh trùng trưởng thành [48]. Việc loại bỏ hai lần các gen đó đã dẫn đến một đột biến không tạo ra các bào tử trưởng thành có nội bào tử và có khả năng sinh sản ở chuột. Dị nhân này là một loại vắc-xin sống giảm độc lực hiệu quả ở chuột. Gen CPSI cũng rất quan trọng đối với độc lực vì việc loại bỏ gen này dẫn đến các quả cầu phát triển chậm hơn so với loại hoang dã, không thể tạo bào tử và thể đột biến này có khả năng sinh sản ngay cả ở những con chuột bị suy giảm miễn dịch cao [49]. Sản phẩm gen CPSI không được đặc trưng tốt. Gen này được chọn làm mục tiêu vì tính tương đồng của nó có liên quan đến khả năng gây bệnh ở các cây dị chủng Cochiobolus. Ở spherules đột biến, 33 gen được quy định tăng hoặc giảm so với spherules kiểu hoang dã [49]. Rất khó để suy ra chức năng của CPSI từ các gen quy định lên và xuống, Loại đột biến này cũng là một loại vắc xin sống hiệu quả ở chuột. Việc xóa gen mã hóa glycoprotein vách ngoài của spherule cũng làm giảm độc lực đáng kể [50]. Glycoprotein ở vách ngoài được sản xuất độc quyền trong các quả cầu và tạo thành lớp ngoài cùng tiếp xúc với tế bào vật chủ. Protein giàu proline này cũng là một chất kết dính được biết là liên kết với laminin.

Các enzym tham gia vào quá trình chuyển hóa amoniac cũng rất quan trọng đối với độc lực. Các mô bị nhiễm ở chuột khá kiềm và Coccidioides tổng hợp cả enzym urease và ureido glycolat hydrolase, một enzym phân giải ureido glycolat thành amoniac và glyoxylat (UGH). Một đột biến loại trực tiếp kép urease và UGH tạo ra ít amoniac hơn và giảm độc lực cao ngay cả ở chuột BALB / c nhạy cảm về mặt di truyền, cho thấy rằng khả năng kiềm hóa môi trường của chúng là rất quan trọng đối với khả năng gây bệnh [51]. Tuy nhiên, vì glyoxylate shunt cũng là một con đường trao đổi chất ở nấm để tạo ra năng lượng trong điều kiện không có glucose, đột biến UGH có thể có những tác động có hại khác ngoài việc giảm sản xuất amoniac.

Miễn dịch học

Có một mối tương quan chặt chẽ giữa loại phản ứng miễn dịch mà mọi người thực hiện và tiên lượng của bệnh coccidioidomycosis phổi cấp tính. Phần lớn mọi người bị nhiễm trùng phổi tự giới hạn và họ phát triển quá mẫn loại chậm (DTH) được đo bằng các xét nghiệm da dương tính với cầu trùng hoặc cầu trùng, nhưng họ chỉ tạo ra hiệu giá thấp của kháng thể cố định bổ thể (CF). Ngược lại, những bệnh nhân tiếp tục lây nhiễm sẽ tạo ra hiệu giá kháng thể CF cao và không phát triển DTH [30,52]. Mặc dù điều này đã được biết đến trong nhiều thập kỷ, nhưng có rất ít hoặc không có hiểu biết về điều gì thúc đẩy phản ứng miễn dịch đối với con đường TH1 (DTH, IFNy) ở những người có kết quả tốt. Rõ ràng, tế bào T CD4 là cần thiết vì những bệnh nhân có số lượng CD4 thấp do không được điều trị AIDS có nguy cơ cao bị nhiễm trùng lan tỏa [53] Bệnh nhân được điều trị bằng thuốc ức chế yếu tố hoại tử khối u cũng có nguy cơ cao hơn [54]. Chúng tôi cũng biết từ các đột biến gen hiếm gặp ở người rằng việc không có khả năng tạo ra hoặc đáp ứng với IFNy là một nguy cơ cho sự lây lan của nhiễm trùng [55,56]. Sự tăng đột biến chức năng ở Bang cũng có khuynh hướng dẫn đến bệnh coccidioidomycosis và histoplasmosis, nhưng (các) cơ chế đằng sau sự gia tăng tính nhạy cảm này đối với nấm lưỡng hình xâm nhập vẫn chưa được rõ ràng [57].

Phản ứng miễn dịch đối với nhiễm trùng và tiêm chủng đã được nghiên cứu rộng rãi trên chuột. Người ta thường chấp nhận rằng phản ứng miễn dịch bẩm sinh quyết định bản chất của phản ứng miễn dịch thích ứng và điều đó cũng đúng trong bệnh coccidioidomycosis thực nghiệm. DBA / 2, một chủng chuột có sức đề kháng cao tạo ra nhiều IL -12 p70, L -23 p19, IFNy, State và IL -17 a và ít IL -10 hơn sau khi nhiễm bệnh so với đối với các chủng nhạy cảm cao, cả ở Vivo và in vitro [58,59]. Ở chuột, việc sản xuất IL -10 tăng lên dẫn đến tăng tính nhạy cảm và ngược lại, chuột IL -10 KO kháng nhiều hơn so với chuột nhạy cảm dòng bố mẹ, gần giống với DBA / 2, dòng lai cận huyết kháng nhất [60]. Động cơ duy nhất được biết đến của những khác biệt đó ở chuột là Dectin -1, thụ thể glucan, được biểu hiện trên các tế bào đuôi gai và các tế bào tủy khác [6]. Có một sự khác biệt về cấu trúc và chức năng của Dectin -1 ở chuột nhạy cảm B6 và chuột kháng DBA / 2 dựa trên sự ghép nối thay thế của gen mã hóa, ClecZa [59]. Gen đó cũng được ghép xen kẽ trong tế bào người [62,63], nhưng không có nghiên cứu nào về cách nối khác biệt ảnh hưởng đến phản ứng của con người đối với spherules.

Có khả năng Dectin -1 cũng chịu trách nhiệm ít nhất một phần trong việc tạo ra phản ứng miễn dịch TH17 khi các quả cầu tương tác mạnh với Ctype của thụ thể lectin [59]. Một đột biến của thụ thể IL -17 làm suy giảm khả năng phát triển khả năng miễn dịch của chuột sau khi tiêm chủng bởi một chủng C.posadasi sống độc hại [64]. Một bệnh nhân có đột biến STAT -3, ảnh hưởng đến sự biệt hóa CD4 TH17, đã phát triển bệnh viêm màng não cá nhân [65,66]. Vì STAT -3 cũng tham gia vào nhiều con đường tín hiệu khác nên có thể mức IL -17 thấp được tìm thấy ở những bệnh nhân này có thể không phải là lời giải thích duy nhất cho tính nhạy cảm của cô ấy.

Cơ chế mà bào tử và / hoặc nội bào tử bị tiêu diệt trong cơ thể sống cũng chưa được biết rõ nhưng phải phụ thuộc gián tiếp vào CD4 cộng với tế bào T vì có mối tương quan nghịch giữa tổng số CD4 và nguy cơ mắc bệnh coccidioidomycosis lan tỏa ở bệnh nhân AIDS [67]. Các phân tử tác động thực sự tiêu diệt hoặc ức chế sự nhân lên của nấm trong ống nghiệm vẫn chưa được biết. Những người mắc bệnh u hạt mãn tính dường như không nhạy cảm hơn với những mầm bệnh này, cũng như những con chuột bị khiếm khuyết di truyền chính thống [68], vì vậy NADPH oxidase là không cần thiết. Có một số điều không chắc chắn về vai trò của iNOS. Một chất ức chế NOS phổ rộng làm tăng tính nhạy cảm của chuột DBA / 2 đối với C. Immitis [69]. Ngược lại, dòng chuột đột biến Nos2 không nhạy cảm hơn [70]. Tuy nhiên, đột biến đó được tạo ra ở chuột C57BL / 6, bản thân chúng tạo ra rất ít NO để phản ứng với nhiễm trùng này [69].

Nỗ lực tiêm chủng

Khả năng miễn dịch do vắc-xin chống lại coccidioidomycosis có vẻ khả thi vì nhiễm trùng thứ hai có triệu chứng với Coccidioides spp. cực kỳ hiếm (không thể loại trừ các nhiễm trùng cận lâm sàng làm tăng khả năng miễn dịch ở những vùng lưu hành bệnh cao) [71]. Tiêm chủng thành công cần đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào T với cả đáp ứng miễn dịch TH17 và đáp ứng miễn dịch đều đóng vai trò trong việc bảo vệ qua trung gian vắc xin [64]. Không có bằng chứng cho thấy đáp ứng kháng thể có tác dụng bảo vệ ở người vì không có mối liên quan giữa thiếu hụt globulin miễn dịch di truyền hoặc mắc phải và bệnh coccidioidomycosis phổ biến, nhưng trên các mô hình chuột, có bằng chứng mâu thuẫn về việc liệu tế bào B có cần thiết cho miễn dịch do vắc xin hay không [72,73 ]. Lý tưởng nhất, một loại vắc-xin sẽ ngăn ngừa hoặc giảm đáng kể tỷ lệ nhiễm trùng, nhưng một loại vắc-xin có thể ngăn ngừa nhiễm trùng có triệu chứng và bảo vệ những người có nguy cơ cao mắc bệnh lây lan sẽ được coi là thành công từ quan điểm kỹ thuật số.

Các ứng cử viên vắc-xin đều được thử nghiệm ban đầu trên những con chuột lai nhạy cảm về mặt di truyền, và nhiều vắc-xin protein tái tổ hợp bảo vệ chúng chống lại các chủng vi khuẩn arthroconidia nhỏ nhưng không xâm nhập. Hiện nay, việc xác định và sản xuất các protein nhân bản tái tổ hợp có thể được kiểm tra làm kháng nguyên cho vắc xin là khả thi bởi vì bộ gen của cả C. immitis và C.posadasii đều có sẵn và có đủ gen-omes được giải trình tự hoàn toàn để người ta có thể lựa chọn cao. protein được bảo tồn. Thật không may, hiện tại không có cách nào để dự đoán protein spherule nào sẽ tạo ra khả năng miễn dịch bảo vệ. Ban đầu người ta tin rằng các protein bề mặt được biểu hiện cao sẽ tạo ra vắc xin tốt nhất, nhưng không phải tất cả các protein bề mặt tế bào đều có khả năng bảo vệ (các quan sát chưa được công bố, TNK). Bảng 2 cho thấy một số protein tái tổ hợp đã được thử nghiệm làm vắc xin [71]. Khả năng bảo vệ được đánh giá bằng sự giảm số lượng khuẩn lạc nấm từ việc nuôi cấy định lượng phổi và lá lách, và trong một số trường hợp bằng khả năng sống sót. Các tiêu chí chính xác thay đổi từ nghiên cứu này sang nghiên cứu khác. Các kháng nguyên đơn lẻ có xu hướng bảo vệ tốt nhất một cách khiêm tốn [74-76]. Phương pháp tiếp cận nhiều protein / epitope dường như tạo ra các vắc xin tiểu đơn vị hứa hẹn nhất [77-79]. Một loại vắc xin kép protein đã được thử nghiệm trên khỉ cynomolgus và có tác dụng giảm gánh nặng bệnh tật nhưng việc tiêm vắc xin này không tạo ra miễn dịch khử trùng [79]. Bất chấp những kết quả đầy hứa hẹn ở chuột và khỉ, việc phát triển vắc-xin protein tái tổ hợp đòi hỏi những quyết định quan trọng về loại protein tốt nhất, số lượng protein đó, chất bổ trợ, công thức và cần bao nhiêu liều để tạo ra vắc xin hiệu quả. Có lẽ quan trọng nhất, cần phải có một đối tác dược phẩm sẵn sàng sản xuất sản phẩm, do dân số tương đối nhỏ có nguy cơ nhiễm bệnh. Lập kế hoạch cẩn thận cho một thử nghiệm lâm sàng cũng rất quan trọng. Vì tất cả những lý do này, việc hy vọng một loại vắc-xin sẵn sàng để đánh giá lâm sàng trong tương lai gần là không thực tế.

Bản tóm tắt

Nghiên cứu về Coccidioides spp. đã có những bước tiến đáng kể trong thập kỷ qua. Sự hiểu biết của chúng ta về sinh thái học và sinh học quần thể của những sinh vật này được cải thiện đáng kể. Sự sẵn có của trình tự bộ gen của một số chủng là vô giá đối với nhiều khía cạnh nghiên cứu, bao gồm cả việc tạo ra một số chủng loại trực tiếp có độc lực cao và cung cấp kiến ​​thức quan trọng về bệnh sinh. Miễn dịch học của coccidioidomycosis và Coccidioides spp. vắc xin được hiểu rõ hơn. Thật không may, có những khoảng trống đáng kể trong kiến ​​thức của chúng tôi. Vẫn cần thêm thông tin về hệ sinh thái của sinh vật này. Hiểu biết về sinh học của quá trình biến đổi từ sợi nấm thành quả cầu bị hạn chế nhiều nhất. Cũng cần thêm thông tin về phản ứng miễn dịch của con người đối với bệnh nhiễm trùng. Mặc dù nhân bản, biểu hiện và thử nghiệm một số loại protein, vắc xin tiểu đơn vị vẫn chưa được phát triển. Những chủ đề này và các chủ đề khác cung cấp nhiều thách thức cho tương lai.