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真菌感染相关研究进展

来源:本站原创 2018-09-05 14:40

201895日 讯 /生物谷BIOON/ --本期为大家带来的是真菌感染相关的最近研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。

1. iScience:揭示真菌炎症反应的新机制

DOI: 10.1016/j.isci.2018.08.007


白色念珠菌感染(念珠菌病)可引起皮肤,生殖器或口腔疼痛。许多研究试图了解念珠菌病的疼痛来源。然而,到目前为止,没有人提供过明确的解释。

最近在《iScience》杂志上发表的一项题目为“The ATP transporter VNUT mediates induction of Dectin-1-triggered Candida nociception”的研究中,大阪大学研究者们探究了Dectin-1(一种β-葡聚糖受体)在真菌感染中的作用。他们发现Dectin-1对于与真菌感染有关的疼痛的发作至关重要。 

念珠菌病是一种导致许多人皮肤或口腔疼痛的感染。它经常发生在免疫功能低下或糖尿病控制不佳的患者身上。此外,大部分女性受此影响。全世界大约75%的女性在其一生中的某些时间会出现患有外阴阴道疼痛,并且在一些哺乳期妇女中会引发严重的乳头疼痛。尽管已经有很多研究帮助理解念珠菌病中这种严重疼痛的机制,但主要的有效治疗方法仍然是解决感染。

“我们以前发现真菌感染通过Dectin-1等分子刺激引发疼痛,但我们不知道这些受体是否与念珠菌直接相互作用,该研究的第一作者Kenta Maruyama说。我们很高兴地发现在Dectin-1TRPV1 / TRPA1缺陷小鼠中β-葡聚糖诱导的疼痛被消除了。

在这项研究中,研究人员发现β-葡聚糖通过Dectin-1-PLC信号通路,刺激伤害感受器,激活神经元。值得注意的是,真菌细胞分泌的成分引起伤害感受器的相同活化。

“我们的分析显示,β-葡聚糖诱导的异常性疼痛依赖于细胞外ATPVNUT(一种ATP转运蛋白),”Maruyama说。我们发现VNUT抑制剂氯膦酸盐可用于治疗β-葡聚糖诱导的异常性疼痛。

除了确定阻断小鼠真菌疼痛的机制外,研究人员还发现了一种新的信号通路,并发现这种疼痛的最终激活对于解决真菌性炎症至关重要。


2.     Nature:大型宏基因组学研究表明土壤是潜在的抗生素和抗真菌剂聚宝盆

doi:10.1038/s41586-018-0207-y


在一项新的研究中,来自美国加州大学伯克利分校的研究人员指出能够在宏基因组学技术的帮助下对土壤---最好的抗生素来源---进行更加充分地挖掘以便发现新的药物和其他有用的化学物。他们报道对一勺土壤中的每一种微生物的基因组进行测序,即所谓的宏基因组测序,并从中发现数百个用于产生复杂的潜在有用的分子的基因。鉴于土壤中的绝大多数微生物不能够在培养皿中进行培养,采用其他的技术是很难发现这些分子的。这些基因中的多数来自之前未知的细菌群体。这些基因可能会产生这些微生物用来进行自我防御的抗生素或抗真菌剂。这些产生的抗生素或抗真菌剂也可能用于抵抗人体中的细菌或真菌感染。相关研究结果于2018613日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Novel soil bacteria possess diverse genes for secondary metabolite biosynthesis”

寻找新的抗生素已成为当务之急,这是因为致病细菌对当前药物的耐药性日益增加,而新型抗生素药物的开发速度已逐渐放慢脚步。据美国疾病控制与预防中心(CDC)估计,在美国,每年至少有200万人感染了抗生素耐药菌并且至少有2.3万人因这些感染直接死亡。

在这项研究中,从在美国加州北部的一处草地下416英寸深处获得的60个不同的样品(每个样品的重量为10克)中,这些研究人员能够组装出大约1000种不同微生物(细菌和古细菌)的基因组。他们如今将其中的360种微生物作为新鉴定出的能够产生复杂分子的细菌物种加以报道,而且许多复杂分子类似于已知的抗生素。

这些研究人员说,这是迄今为止最为复杂的通过宏基因组学技术进行测序和组装的微生物群落。据推测富含腐殖质的土壤含有成千上万种不同的微生物,它们中的大多数具有较低的数量。他们能够组装的这1000种微生物基因组在数量上相差很大:对其中的少数微生物基因组而言,每种微生物都代表土壤中大约1%的微生物物种,但是大多数微生物的数量比前者要少数百到数千倍。

论文通信作者、加州大学伯克利分校地球与行星科学系教授Jill Banfield博士说,从解析基因组的宏基因组学角度来看,土壤是最后的边界。它含有许多不同种类的微生物,其中的很多微生物存在着紧密的亲缘关系,而且具有比较低的丰度,因此这就很难区分它们。

抗生素和抗真菌剂

尽管这些研究人员迄今为止并不知道他们预测这些微生物产生的数百种复杂分子的确切化学结构,也并不知道它们发挥何种作用,但是他们已与其他的生物学家联手寻找答案。他们打算合成20多个新发现的基因,以便能够将这些基因插入到其他的有机体中,在那里它们经表达后产生蛋白。随后,他们将试图确定这些蛋白发挥的功能,而且如果它们是酶的话,也将试图确定它们制造出的复杂分子以及这些分子是否具有抗生素性质或其他的新性质。

除了具有抗生素或抗真菌剂活性外,这些分子可能具有可以适用于实验室或工业的功能,就像从细菌中获取的CRISPR-Cas9系统已成为一种革命性的新型基因编辑工具一样。在过去,土壤微生物一直是抗癌药物和用于阻止器官排斥的免疫抑制剂的来源。

Banfield说,大多数这些新的生物合成分子都是从人们所知道的土壤中最丰富的细菌中提取出来的,它们之前之所以没有被发现是因为人们没有确定出它们的基因组。我们期待发现新的抗生素,这可能会有益于人类,而且更广义地说,我们也期待发现新的药物。

Banfield说,虽然近年来一些研究人员已期待通过从土壤中提取DNA并将它随机插入到细菌中来观察会发生什么以便寻找新的抗生素,但是这种功能性宏基因组学技术可能会遗漏由较大的基因簇产生的分子。

论文第一作者、加州大学伯克利分校研究生Alexander Crits-Christoph说,传统上,人们已经获取土壤样品并试图在琼脂平板上分离出一些微生物,但是仅不到1%的微生物能够在琼脂平板上生长。这就是为什么我们今天使用的许多抗菌剂来自几个细菌家族。当从环境中组装它们的基因组时,就没有产生这种选择效果;你获得的所有东西实际上都存在于那里。这是一种靶向方法。

草地微生物

这些土壤样品是从加州门多西诺县(Mendocino County)安吉洛海岸山脉保护区(Angelo Coast Range Reserve)的一块草地上获得的,这些地块作为一项气候变化研究的一部分被监测了15年。作为美国能源部的一项关于土壤碳循环研究的一部分,60个土壤样品在美国能源部联合基因组研究所接受测序,并且测序出的DNABanfield实验室博士后研究员Spencer Diamond组装为基因组。这些研究人员估计这1000种微生物高质量基因组占这些土壤样本中的所有微生物的20%~40%。

Crits-Christoph扫描了1000种几乎完整的微生物基因组,以便寻找类似于其他的源自土壤的抗生素合成基因的基因。比如,红霉素是聚酮化合物,而万古霉素、达托霉素和杆菌肽都是非核糖体肽。他发现1000多个聚酮化合物和非核糖体肽合成基因来自大约三分之一的这些具有组装基因组的微生物。

他还在这项研究中鉴定出的基因簇附近寻找潜在的抗生素耐药性基因,这种搜索策略是有效的,这是因为产生抗生素的微生物必须首先让它们自己具有抵抗性而不会杀死自己。他期待观察这些已被鉴定出的基因簇何时与与微生物竞争行为和社会相互作用相关的基因同时激活,这是因为这些基因簇能够是土壤中微生物相互作用的重要介质。

Banfield说,这些微生物的化学生态学也是非常引人关注的。这些化学物是有机体用来沟通和争夺资源并获得资源的分子。其中的一些化学物可能对溶解矿物以便获得营养物是非常重要的。它们能够告诉我们这些有机体是如何相互作用的。

这些研究人员在酸杆菌门(Acidobacteria)的新成员中发现了大量的生物合成基因,其中酸杆菌门是土壤生物群落中最为丰富的细菌门。来自不同谱系的两种全新的酸杆菌基因组各自编码多达15个较大的抗生素样基因簇。

Diamond 说,两年前,如果你问人们抗生素来自哪些微生物,那么他们会说放线菌和杆菌---这两类真正地定义了微生物抗生素的微生物。如今,这项研究开辟了一片全新的森林,里面充满着全新种类的可能成为抗生素勘探目标的微生物。


3.     JEM:抗真菌药物伊曲康唑或能有效治疗肠癌

doi: 10.1084/jem.20171385


日前,一项刊登在国际杂志Journal of Experimental Medicine上的研究报告中,来自英国剑桥大学癌症研究中心的科学家们通过研究发现,一种用来治疗脚指甲感染的抗真菌药物或能帮助消灭肠道肿瘤中休眠的癌细胞。研究人员对小鼠进行研究发现,这种名为伊曲康唑的药物能够有效减缓特定类型肠癌的生长以及进展,下一步研究人员想通过深入研究观察这种药物在肠癌患者机体中是否也有效。

研究者Simon Buczacki博士表示,目前在治疗癌症上我们所面临的最大的挑战之一就是相同肿瘤中存在多样化的不同细胞,我们的目标是靶向杀灭肠道肿瘤中处于休眠状态的细胞,这些细胞对疗法并没有反应,而且还会使患者癌症复发的风险增加。文章中研究人员阐明了休眠状态的肠癌细胞所具有的分子特性,这些细胞能对包含化疗在内的多种癌症疗法产生耐受性,因此,即便我们通常看到一些疗法能够发挥作用,但实际上在疗法完成后,有些休眠状态的细胞随后才会苏醒秉着导致肿瘤复发。

研究者鉴别出了两种参与细胞休眠的关键通路,并且利用来自癌症小鼠细胞所衍生的微型肠道肿瘤进行研究,检测了不同药物靶向作用这些通路的效果,结果研究人员首次发现,抗真菌药物伊曲康唑能够阻断Wnt信号通路,并且阻断小鼠机体肿瘤的生长,同时还能消灭休眠状态的癌细胞,Wnt信号通路能参与多种癌症的生长和扩散。Simon Buczacki博士说道,让我们非常感兴趣的是这种药物似乎能对休眠和非休眠的癌细胞同时发挥狙杀作用,其迫使细胞进入了一个短暂的生长周期,从而有效抑制癌细胞的生长。

下一步研究人员将在人类机体中检测伊曲康唑的作用效果,研究人员希望能够尽快进行临床试验来检测伊曲康唑治疗恶性肠癌患者的作用效果,同时他们还想研究确定这种药物是否能够同诸如化疗等疗法联合使用。本文研究结果有望帮助研究人员解决癌症研究中所面临的一个巨大困难,肿瘤是由许多类型的癌细胞组成,这些癌细胞能够分别进化,并且对疗法产生不同的反应。

最后研究者指出,如今研究者在癌症研究中会面临癌细胞耐药性及休眠等问题,如果能够找到新方法来靶向作用肠癌中难以应付的癌细胞,那么或许就能够有效治疗肠癌患者。


4.     Science:若不干预抗真菌药物耐药性,真菌感染将变得越来越危险

doi:10.1126/science.aap7999


不断增加的抗真菌药物耐药性水平可能导致增加的疫情爆发,并影响世界各地的粮食安全。在一项新的研究中,由英国帝国理工学院和埃克塞特大学的研究人员领导的一个国际团队提醒道,需要改进现有药物的使用方式,以及更加着重关注发现新的药物,以避免让我们控制和抵抗真菌感染的能力遭受“全球崩溃”。相关研究结果作为一篇综述论文发表在Science期刊上,论文标题为“Worldwide emergence of resistance to antifungal drugs challenges human health and food security”

抗真菌药物耐药性的增加让人想起了对抗生素产生耐药性的细菌也已造成的威胁。

常见的真菌感染包括影响粮食作物的枯萎病以及人类和家畜中的酵母菌和霉菌相关感染,这些感染对具有潜在病症的人是致命性的。

这些研究人员说,许多用于治疗植物和动物真菌感染的药物都有可能变得没有疗效,并且担心那些用于人类真菌感染治疗的药物可能会发生同样的情况。

这些发现强调新出现的对常见抗真菌药物(antifungal drug, AFD)产生耐药性的真菌菌株在史无前例地增加。

根据这些研究人员的说法,过度使用现有的抗真菌化学物有助于耐药性扩散,并越来越使得治疗没有效果。这可能导致人类真菌疾病的全球增加以及真菌病原体对粮食作物和家畜造成的损失增加。

他们解释道,尽管抗生素耐药性问题是众所周知的,但是抗真菌剂耐药性的规模和严重程度却“未得到认可并被低估了”。

论文第一作者、帝国帝国理工学院的Matthew Fisher教授说,抗微生物剂耐药性的威胁已在细菌中得到很好地建立,但在真菌中很大程度上被忽视了。

Fisher教授补充道,迄今为止,这个问题的严重程度一直没有得到认可和并被低估,但对人类健康和食物链的威胁是严重的和直接的。除了药物发现和应对真菌病原体的新技术之外,我们迫切需要对现有的抗真菌剂进行更好的管理,以确保它们被正确地使用并保持有效性。随着新的真菌物种和变种在世界各地蔓延,真菌对人类和作物健康的威胁越来越大,因此我们必须有办法与之抗衡。但是,抗真菌药物的数量是非常有限的,这意味着耐药性的出现使得许多常见的真菌感染变得无法治愈。

真菌病原体是造成人类、动物和植物遭受一系列感染的原因。这些感染包括能够消灭粮食作物的枯萎病,能够导致人类和牲畜血液中毒的酵母菌感染以及蛙壶菌,即在世界各地造成“两栖动物瘟疫”从而消灭这些两栖动物的真菌。

据认为,破坏作物的真菌每年导致全球作物产量损失20%,而且它们对人类健康的直接威胁变得日益显著。

研究人员估计真菌疾病(通常影响免疫系统功能减弱的人)导致的人类死亡人数如今超过了疟疾和乳腺癌导致的死亡人数,并且与由结核病和HIV引起的死亡人数相当。弱势患者,比如癌症患者或接受过器官移植的患者尤其面临风险。

在这篇最新的综述论文中,这些作者描述了用于治疗植物和动物的常见抗真菌化学品的无效性在增加。

这些研究人员将全球贸易网络以及世界各地的人、动物和食物的加快流动视为有助真菌的耐药性菌株快速传播的关键促进因素。像细菌一样,真菌彼此间被认为能够互换基因,从而有助耐药性传播。它们的繁殖速度很快,意味着耐药菌株能够快速地增加它们的数量。

就粮食生产而言,集约化耕作方法以及种植相对较少的作物品种和过度使用现有化学品来保持它们免于疾病,这都会促进耐药性产生。

Fisher教授解释道,耐药性的出现正导致我们保护我们的作物免受真菌病原体伤害的能力下降,而且粮食生产的年度损失对全球范围的粮食安全造成了严重影响。

他补充道,农业中使用的杀真菌剂也正导致人类真菌病原体出现耐药性。

特别是一类抗真菌药物--一类被称作唑类(azole)的抗真菌药(在20世纪50年代被发现并用于治疗酵母菌感染)---的广泛使用被认为是真菌耐药性菌株出现的关键促进因素。

据信唑类抗真菌药占农业中使用的杀真菌剂的四分之一,但它们也被用作临床上的一线抗真菌剂。它们的广泛使用被认为会通过选择性地杀死非耐药性的真菌菌株并留下对抗真菌剂产生耐药性的菌株来增加杀真菌剂耐药性。当这种耐药性发生在烟曲霉(Aspergillus fumigatus---在腐烂的植物上茁壮成长的霉菌,它们也能够感染免疫系统受损的人,如癌症患者或接受器官移植的人---等真菌种类中时,人类健康就面临着危险。

根据这些研究人员的说法,除了更多地选择性地使用现有的抗真菌药物,并重点开发新药之外,旨在沉默真菌基因并阻止它们扩散的治疗可能有助于在与真菌病原体的斗争中扭转局势。

埃克塞特大学的Sarah Gurr教授说,出现的抗真菌药物耐药性在很大程度上并不引人注目,但是如果不加以干预的话,影响人类、动物和植物的真菌疾病将变得越来越难以对付。


5.     免疫细胞如何控制肠道真菌的感染?

DOI: 10.1126/science.aao1503


根据最近由康奈尔大学研究者们做出的研究成果,肠道中负责呈递食物与细菌抗原的免疫细胞能够调控肠道真菌的菌群结构。这些细胞的抗真菌能力的缺陷将会导致克罗恩氏病以及其它类型的炎症性肠炎。

这一发现发表在最近一期的《Science》杂志上,该结果揭示了肠道真菌、免疫细胞以及肠炎之间的密切联系,以及体用了新的治疗IBD的思路。

肠道内生活的大量微生物种群叫做微生物组,它对于消化食物以及代谢调控具有重要的作用,此外,它与免疫系统之间也存在密切的联系。免疫系统调控肠道微生物数量的能力的缺失会导致肠炎的产生,最终导致IBD的发生。研究者们称美国境内有三百万人患有克罗恩氏病或者溃疡性肠炎,均是主要类型的IBD

此前很多与肠道微生物组相关的研究都集中在细菌,而这一最新的研究则靶向了真菌。“利用目前的标准分子生物学手段难以研究真菌的DNADNA我们开发出了更加有效的工具。此外,我们还能够观察到真菌与宿主相互作用的现象。根据2012年发表在《Science》杂志上的文章,大量存在于肠道内的真菌对于IBD的发生具有重要的影响。

然而,免疫系统正常情况下调节肠道真菌的种群数量以及保护机体不受有害真菌伤害的机制一直不够清楚。在这项研究中,作者发现了一类特殊的白细胞,即CXCR1+单核细胞,这类细胞是调控肠道真菌的关键。

此前研究表明CXCR1+细胞存在于肠道组织,而且能够通过吞噬细菌保护肠道的健康。我们的研究则表明这类细胞对于清除肠道真菌感染同样重要

通过化学受到又到小鼠产生肠炎症状,之后移植真菌进入小鼠肠道观察其是否能够过量增殖。结果显示,缺乏CXCR1+细胞的小鼠更容易产生肠炎,抗真菌药物能够显著缓解疾病的严重程度,表明真菌的过量增殖或许是导致疾病发生的原因。

通过对携带CXCR1基因突变的克罗恩氏病患者进行研究,作者发现其肠道抗真菌反应明显较弱,与小鼠水平的研究结果十分相近。

对此,作者认为这一发现为肠炎的诊断与治疗提供了新的思路。


6.     Science:重大突破!揭示哺乳动物抵抗真菌肺部感染机制

doi:10.1126/science.aan0365

doi:10.1126/science.aao3086


在一项新的研究中,来自美国、德国和以色列的研究人员发现小鼠能够抵抗真菌肺部感染的原因在于它们的免疫系统导致真菌孢子死亡。相关研究结果发表在201798日的Science期刊上,论文标题为“Sterilizing immunity in the lung relies on targeting fungal apoptosis-like programmed cell death”。在这篇论文中,他们描述了他们发现小鼠如何能够抵抗真菌肺部感染的机制,以及他们的发现对患者而言可能意味着什么。

真菌就在我们的周围,如此之多以至于大多数人每天吸入大约1000个真菌孢子。但是人体抵抗真菌肺部感染的机制仍未得到理解。在这项新的研究中,这些研究人员研究了小鼠以便更好地理解它们如何抵抗它们的肺部中的真菌感染。

这些研究人员对一种烟曲霉(Aspergillus fumigates, 即一种常见的与导致人产生肺炎相关联的真菌)菌株进行修饰,从而使得当细胞死亡指令启动时,它会改变颜色。小鼠、人类和很多其他生物(包括真菌)具有携带着内置自毁指令的细胞,这就是我们维持新的细胞供应的方式。一旦细胞达到某个年龄或者遭受损伤,一种信号就发起一连串事件,从而导致细胞凋亡,或者说细胞死亡。在细胞死亡后,它就被身体清除。当这种细胞死亡过程被激活时,通过让这些烟曲霉孢子改变颜色,这些研究人员就可观察到这是在免疫细胞到达并开始与这些孢子相互作用不久后发生的。这导致这些孢子死亡,从而阻止真菌感染发生。

这些研究人员也发现烟曲霉具有一种被称作AfBIR1的基因,该基因的功能是抑制细胞死亡。在小鼠体内让这种基因更加活跃会导致更多的肺部感染,相反,降低它的活性会导致更少的肺部感染。他们注意到,这一发现可能为因免疫系统受损而更可能遭受真菌肺部感染的人提供新的疗法。可想像到的是,开发抑制感染人体的真菌中的AfBIR1基因活性的药物可能拯救很多人的生命。(生物谷 Bioon.com

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