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Verlieren, um zu gewinnen: Wie Pilze Probleme bei Mukoviszidose verursachen

2019

Wikipedia

Mukoviszidose (Mukoviszidose, CF) betrifft etwa 30.000 Amerikaner, die eine Vielzahl von Symptomen haben, die von Magen-Darm-Problemen bis zu den bekannteren Komplikationen der Atemwege reichen. Der Zustand wird durch eine Mutation im Erbgut von Individuen verursacht, die nicht in der Lage sind, die Salzkonzentrationen in der Zelle zu kontrollieren. Durch diese einmalige Veränderung können Bakterien und Pilze in der Lunge frei wachsen, was zu wiederkehrenden und / oder chronischen Infektionen führt.

In der Lunge nutzen Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa die veränderte Salzkonzentration und die anschließende Schleimproduktion zur Bildung von Biofilmen, was zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit für Infektionen und Atemwegserkrankungen führt. Die Pilze nutzen das geschwächte Immunsystem und finden in der warmen, feuchten und mit Schleim gefüllten Umgebung ein Zuhause. Einige Arten wie Aspergillus fumigatus sind von Natur aus pathogen und müssen sofort behandelt werden. Noch eine andere Gruppe von Pilzen, Hefen, scheinen in ihrer Fähigkeit, Probleme zu verursachen, zu variieren.

Wenn eine Hefezelle in die Lunge gelangt, kann sie als Zuschauer fungieren, die Umwelt genießen und keinen bösen Willen zeigen. Aber im Laufe der Zeit kann die Hefe eine Festung bilden und von einem zellulären zu einem verzweigten Erscheinungsbild übergehen, das auch als Hyphen bezeichnet wird. In diesem Fall wird es bald Ärger geben. Das Immunsystem kann nicht mit diesen größeren Strukturen umgehen und versuchen, andere Wege zu finden, um die wachsende Kolonie zu bekämpfen. Leider führt dies zu einer Reaktion ähnlich einer Allergie, die die Person mit noch mehr Atembeschwerden zurücklässt. Ohne angemessene Behandlung kann der Prozess lebensbedrohlich werden.

Die schlimmen Folgen der Hyphenbildung haben die Forscher veranlasst, herauszufinden, wie Hefezellen von harmlosen Besiedlern zu potenziellen Killern werden können. Die meisten Arbeiten konzentrierten sich auf polymikrobielle Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Pilzen durch chemische Kommunikation, auch bekannt als Quorum Sensing. Im Jahr 2011 schlugen Forschungen jedoch vor, dass Bakterien die Bildung von Hyphen auf diesem Weg verhinderten. Bis 2013 erwies sich die Beziehung als eher schwierig als für beide Seiten vorteilhaft.

Aufgrund der verwechslungsreichen Ergebnisse mussten Hefen einen anderen Weg finden, um die Bildung von Hyphen auszulösen. Da das Immunsystem und jetzt keine Bakterien mehr in Frage kamen, war die einzige mögliche Option innerhalb der Pilzzelle auf genetischer Ebene. Um festzustellen, welche Gene dafür verantwortlich waren, musste eine umfassende Analyse durchgeführt werden.

Letzte Woche ist diese Studie passiert. Ein kanadisches Forscherteam stellte die erste globale Analyse von Pilzen in der Mukoviszidose-Lunge in der Hoffnung vor, den Grund für die Pathogenität von Hefen zu ermitteln. Was sie fanden, deutete darauf hin, dass das alte Sprichwort des Opferns im Namen des größeren Gewinns in der mikrobiellen Welt lebendig und wohlauf ist.

Die Gruppe untersuchte 111 Sputumproben von 28 verschiedenen CF-Patienten. Die Proben wurden dann analysiert, um die Vielfalt der in der Lunge lebenden Pilzarten zu bestimmen. Standardtests wie Wachstumsvariabilität und Anfälligkeit für Antimykotika wurden durchgeführt, um zu untersuchen, ob einer der Patienten in Bezug auf seine Pilzpopulation Ausreißer von den anderen waren. Wenn das vorbei war, konnte die Untersuchung nach dem Auslöser beginnen.

Die Pilzart der Wahl war Candida albicans . Es ist bekannt, dass es in der Humanökologie eine doppelte Rolle sowohl als Zuschauer als auch als hyphenproduzierender Erreger spielt. Isolate wurden auf genetischer Ebene in der Hoffnung untersucht, irgendeine Art von Mutation zu finden, die zu Virulenz führen könnte. Während eine Vielzahl von Mutationen gefunden wurden, waren die meisten für das Isolat einzigartig. Es gab jedoch eine Änderung, die global präsent zu sein schien und auch den Übergang von der Zelle zu den Hyphen steuern konnte.

Es heißt NRG1 und wirkt als negativer Regulator von Glukose-verdrängten Genen. Es wurde ursprünglich in einer anderen Hefeart gefunden, Saccharomyces cerevisiae, obwohl es auch in Candida gefunden wird. Das Gen ist dafür verantwortlich, die zelluläre Form der Hefe zu erhalten und Hyphen zu verhindern. Eine geringere Expression ermöglicht den Übergang von einer harmlosen Entität zu einem wachsenden Krankheitserreger.

Als die Forscher das Ausmaß der Veränderung von NRG1 untersuchten, erwarteten sie eine geringe Veränderung des Gen-Aufbaus. In fast allen Fällen wurde jedoch die tatsächliche Reihenfolge geändert. Das Ergebnis war ein vollständiger Funktionsverlust. NRG1 funktionierte einfach nicht. Dies bedeutete, dass sich die Pilzzellen ohne Einschränkungen in Hyphen verwandeln konnten. Bakterien, die in der Lage sind, diesen Schalter zu steuern, waren völlig ineffektiv.

Die Ergebnisse dieser Studie sind für CF-Patienten weniger als ermutigend. Nach Ansicht der Autoren ist dieser Verlust von NRG1 höchstwahrscheinlich auf den beständigen Druck zurückzuführen, der versucht, die Bildung von Hyphen zu verhindern. Wenn alles andere fehlschlägt, wird das Gen geopfert, damit der Übergang stattfinden kann.

In Zukunft könnte diese Studie eine schnellere Analyse von Pilzen in der Lunge ermöglichen und eine Einschätzung der Situation anhand des Status des Gens ermöglichen. Wenn die Mutation gefunden wird, wissen Beamte des öffentlichen Gesundheitswesens, dass dies Probleme bedeutet, und können eine Antimykotikum-Strategie einleiten, um die Eindringlinge zu beseitigen. Dies bedeutet zwar mehr Medikamente für die Patienten, hilft jedoch, sowohl kurzfristige als auch dauerhafte Konsequenzen zu vermeiden, die die Lebensqualität und letztendlich das Leben selbst beeinträchtigen könnten.

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