Ein kürzlich Naturmikrobiologie untersucht den Mechanismus, der für die Amphotericin B (AmB)-Toleranz verantwortlich ist Cryptococcus neoformans.
Studie: Gehirnglukose induziert bei Meningitis eine Toleranz von Cryptococcus neoformans gegenüber Amphotericin B. Bildnachweis: Kateryna Kon / Shutterstock.com
Hintergrund
C. neoformans ist ein Pilzerreger, der Meningitis verursacht, die weltweit jährlich etwa 180.000 Todesfälle verursacht. Derzeit ist AmB das einzige verfügbare fungizide Medikament zur Behandlung von Pilzmeningitis.
Eine genetische Resistenz gegen AmB ist bei Meningitis verursachenden Pilzen kein häufiges Phänomen C. neoformans. Die klinischen Ergebnisse einer Kryptokokken-Meningitis hängen jedoch erheblich von der AmB-Resistenz ab.
Die fungistatische Toleranz beschreibt die Fähigkeit einer Pilzsubpopulation, bei Arzneimittelkonzentrationen über der minimalen Hemmkonzentration (MHK) zu wachsen. Es ist unbedingt zu verstehen, ob eine AmB-Toleranz ausgelöst werden kann in vivo durch Wirtsfaktoren.
Über die Studie
Der Einfluss von Wirtsmetaboliten auf die Wirksamkeit von AmB bei der Eliminierung C. neoformans wurde auf der Grundlage einer Metaboliten-Wirkstoff-Screening-Strategie bewertet. Zu diesem Zweck wurde für das Screening ein BIOLOG-Phänotyp-Microarray mit 340 Metaboliten verwendet.
Zur Quantifizierung der Pilztoleranz gegenüber AmB wurden Ansätze auf der Basis von Zeittötungskurven verwendet, beispielsweise die Bestimmung der Mindestdauer für die Abtötung von 99 % der Zellen (MDK99).
Studienergebnisse
Ein höherer durchschnittlicher Zellüberlebensprozentsatz wurde bei Zellen beobachtet, die in Kulturmedien gezüchtet wurden, die Metaboliten auf Phosphor-, Stickstoff- und Schwefelbasis enthielten. Im Gegensatz dazu wurde diese Art von Toleranz nicht bei Zellen beobachtet, die in Medien gezüchtet wurden, die Metaboliten auf Kohlenstoffbasis enthielten. Da BIOLOG-Stickstoff-, -Phosphor- und -Schwefelplatten einen hohen Anteil an Glukose als Kohlenstoffquelle enthielten, ist es möglich, dass Glukose eine AmB-Toleranz hervorrief.
Basierend auf experimentellen Ergebnissen wurde eine positive Korrelation zwischen der Glukosekonzentration und der AmB-Toleranz festgestellt. Wenn jedoch Glucose durch Galactose ersetzt wurde, wurde diese Art der Pilztoleranz gegenüber AmB nicht beobachtet. Wichtig ist, dass die glukoseinduzierte AmB-Toleranz unabhängig von Makronährstoffen war.
Die MDK99-Bewertung ergab, dass Gehirnglukose zwischen zwei und fünf Millimolar (mM) die AmB-Toleranz stark induzieren könnte. Für die weitere Untersuchung wurde menschliche Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit (CSF) verwendet, da sie der Hauptstandort von ist C. neoformans Infektion während einer Meningitis.
In der Kontroll-CSF-Probe wurde Glukose mithilfe einer auf Glukoseoxidase (GOX) basierenden Strategie entfernt. Hier wurde eine AmB-Toleranz beobachtet C. neoformans-infiziert menschliche Liquorproben. Interessanterweise wurde keine AmB-Toleranz beobachtet C. neoformans Zellen, die in glukosefreien, enzymatisch behandelten Liquorproben kultiviert wurden.
Es wurde festgestellt, dass der Pilzregulator Mig1 ein entscheidender Faktor ist, der bei lebensbedrohlicher Kryptokokken-Meningitis zu einer glukoseinduzierten AmB-Toleranz führt. Das Mausmodell der Kryptokokken-Meningitis zeigte dies am meisten C. neoformans-infiziert Zellen im Gehirngewebe von Mäusen zeigten eine nukleare Lokalisierung von Mig1. Somit kann Gehirnglukose Mig1-vermittelte GR induzieren und AmB-Toleranz ausüben.
Weitere Tierversuche bestätigten die Rolle von Mig1 bei der Virulenz von Kryptokokken. Wichtig ist, dass Mig1 keinen Einfluss auf die AmB-Resistenz hat; Es handelt sich jedoch um ein Gen, das spezifisch für die Antimykotika-Toleranz ist.
Der zugrunde liegende Mechanismus, durch den Mig1 die AmB-Toleranz vermittelt, besteht in der Hemmung der Synthese von Ergosterol, dem Hauptziel von AmB. Mig1 fördert auch die Produktion von Inositolphosphorylceramid (IPC), das mit AmB um Ergosterin konkurriert.
Lipidomanalysen zeigten, dass die Störung von Mig1 zu Veränderungen in mehreren Lipidkomponentenspiegeln der Membran führt, was darauf hindeutet, dass Mig1 eine wichtige Rolle bei der Verknüpfung von AmB-Toleranz und Membranintegrität spielen könnte. Insgesamt hat die Identifizierung von Mig1 als toleranzspezifisches Gen viele potenzielle medizinische Implikationen, da es als therapeutisches Ziel zur Verbesserung klinischer Ergebnisse eingesetzt werden könnte.
Die aktuelle Studie beleuchtete auch die Rolle von AbA bei der Verstärkung der AmB-Aktivität gegen Toleranten C. neoformans Zellen. Obwohl AbA allein eine begrenzte Wirksamkeit bei der Behandlung von Kryptokokken-Hirninfektionen zeigte, wurde in einem Mausmodell für Kryptokokken-Meningitis in Kombination mit AmB eine bessere therapeutische Wirkung beobachtet. Bemerkenswert ist, dass die therapeutische Wirksamkeit von AbA-AmB die klinisch empfohlene Kombination aus AmB und Flucytosin übertraf.
Schlussfolgerungen
Die aktuelle Studie ergab, dass Glukose, die im Gehirn reichlich vorhanden ist, bei Meningitis durch den Glukose-Repressionsregulator Mig1 eine pilzliche AmB-Toleranz induziert. Zukünftige Forschung ist erforderlich, um besser zu verstehen, ob andere Wirtsfaktoren als Glukose die Arzneimitteltoleranz beeinflussen. Darüber hinaus sind weitere Studien erforderlich, um festzustellen, ob ein hoher Blutzuckerspiegel die Fungizidtoleranz während einer Fungämie beeinflusst.
Zeitschriftenreferenz:
- Chen. L., Tian, X., Zhang, L., et al. (2024) Gehirnglukose induziert die Toleranz von Cryptococcus neoformans gegenüber Amphotericin B während einer Meningitis. Naturmikrobiologie 1-13. doi:10.1038/s41564-023-01561-1
