Гладиолин заставляет Candida albicans переходить в дрожжевую форму

Исследователи из Австралии обнаружили, как бактериальный метаболит гладиолин обезвреживает Candida albicans, комменсальный грибок человека, который может становиться опасным патогеном. Переход между комменсальной колонизацией и оппортунистической инфекцией у C .albicans связан с обратимым переключением между гифами и дрожжевыми клетками. «Нитевидные гифы Candida albicans позволяют грибку проникать в ткани человека, повреждать их и образовывать устойчивые к лекарствам биопленки, приводя к опасным инфекциям, — объясняет профессор Ана Травен из Университета Монаша, руководительница работы. — Мы обнаружили, что гладиолин эффективно “отключает” это агрессивное поведение, возвращая грибок в его менее опасное “дрожжевое” состояние. Это дает нам другой подход к борьбе с грибковыми инфекциями: не просто убивать грибок, а обезвреживать его».

Ранее авторы описали противогрибковую активность гладиолина — поликетидного соединения, выделяемого бактериальным патогеном Burkholderia gladioli. Они обратили внимание, что помимо подавления роста C. albicans гладиолин повышал относительную долю дрожжевой формы в культуре. Теперь ученые количественно отследили переход от гифов к дрожжам в присутствии гладиолина, воспользовавшись штаммом C. albicans, который экспрессировал флуоресцентный белок tdTomato. 

С помощью прижизненной микроскопии авторы пронаблюдали морфологию C. albicans в культуре. В присутствии гладиолина гифы нормально росли, однако быстрее переходили в дрожжевую форму — дрожжи появлялись уже через 6 часов. Без гладиолина в культуре росли преимущественно гифы. 

Затем исследователи поставили аналогичный эксперимент на библиотеке штаммов с мутациями в различных транскрипционных факторах (ТФ), а также провели секвенирование РНК, чтобы охарактеризовать влияние гладиолина на транскриптом C. albicans. Соединение усиливало экспрессию 30 ТФ и подавляло шесть других, причем 10 из дифференциально экспрессируемых ТФ были связаны с изменением морфологии клеток.

Ученые обратили внимание, что гладиолин усиливал экспрессию генов, связанных с метаболизмом глюкозы, включая транспортеры гексозы, ферменты гликолиза, глюконеогенеза и метаболизма пирувата. Многие из них зависят от факторов транскрипции Tye7 и Gal4, активаторов гликолиза, экспрессия которых также повышалась под действием гладиолина.
Авторы предположили, что гладиолин ускорял истощение глюкозы в клетках C. albicans и тем самым стимулировал превращение в дрожжевую форму. Это подтвердилось в опытах с добавлением глюкозы или с заменой источника углерода на другой сахар. 

В переходе гиф в дрожжи участвуют два консервативных сигнальных пути: RAM (регулятор Ace2 и морфогенеза) и cAMP-Ras-PKA, реагирующий на питательные вещества. Ученые показали, что активация второго из них подавляет переход от гифов к дрожжам, вызванный гладиолином. 

Помимо метаболизма глюкозы, гладиолин также увеличивал экспрессию генов биосинтеза эргостерола. Авторы проверили, как метаболизм этого компонента клеточной мембраны влияет на переход от гифов к дрожжам. Опыты проводили на штамме с мутацией в UPC2, транскрипционному активатору генов биосинтеза эргостерола, — он также индуцировался гладиолином. Дисфункция этого ТФ замедляла рост гифов и способствовала их переходу к дрожжевой форме. Напротив, активация биосинтеза эргостерола поддерживала удлинение гиф и препятствовала накоплению дрожжей в культуре.

Таким образом, гладиолин перепрограммирует метаболизм C. albicans, ускоряя потребление глюкозы за счет активаторов гликолиза Tye7 и Gal4, что способствует переключению от гифов к дрожжевой форме. Также гладиолин стимулирует биосинтез эргостерола, который подавляет этот переход. Полученные результаты объясняют, как Candida albicans динамически регулирует морфологию, подстраиваясь под изменения окружающей среды, и также указывают на способ переключить грибок в менее патогенную дрожжевую форму. 

Грибок Candida albicans колонизирует кишечник здоровых мышей с помощью токсина кандидализина и адгезинов