Грибок, вызывающий менингит, устойчив к антибиотику за счет глюкозы из тканей мозга

Cryptococcus neoformans — самый распространенный возбудитель грибкового менингита, который переносится птицами. Заболевание ежегодно уносит около 180 тысяч жизней. Как показали предшествующие исследования, на исход инфекции влияет наличие у изолята C. neoformans, инфицирующего конкретного пациента, устойчивости к антибиотику амфотерицину B. Тем не менее, оставалось неясным, влияют ли на нее факторы, связанные с организмом пациента. Авторы исследования, опубликованного в Nature Microbiology, установили, что резистентность к амфортерицину B у клеток C. neoformans связана с глюкозой в мозге пациента.

Чтобы установить, какие именно соединения отвечают за устойчивость к амфотерицину, ученые провели скрининг при помощи микрочипа BIOLOG. Микрочип содержит 340 метаболитов, которые разделены на вещества, влияющие на метаболизм углерода, азота, фосфора и серы. Далее эффективность перспективных по данным скрининга соединений была оценена в клетках C. neoformans. Оказалось, что на углеродсодержащих метаболитах C. neoformans растет сильно хуже, чем на соединениях, вовлеченных в метаболизм азота, фосфора или серы.

В качестве источника углерода среды с амфотерицином B и метаболитами азота, серы или фосфора содержали глюкозу в высокой концентрации. Исследователи предположили, что именно глюкоза ответственна за устойчивость грибка к этому фунгициду. Более того, для устойчивости C. neoformans достаточно такой же концентрации глюкозы, как в мозге человека, поэтому ученые выдвинули гипотезу, что глюкоза в головном мозге вызывает устойчивость C. neoformans к амфотерицину B. Чтобы это проверить, они собрали образцы цереброспинальной жидкости пациентов, зараженных устойчивым к амфотерицину B C. neoformans. Оказалось, что ферментативное разрушение глюкозы подавляло резистентность грибка к препарату.

У многих грибов переход к питанию глюкозой обеспечивается активацией пути катаболической (глюкозной) репрессии, благодаря чему блокируется использование в качестве источника углерода других соединений, например, галактозы. У C. neoformans ортологом белков-активаторов пути глюкозной репрессии выступает Mig1, и авторы исследования доказали его роль в активации этого пути экспериментально. Они делетировали Mig1 в клетках C. neoformans. При доступе глюкозы выживаемость таких клеток в присутствии амфотерицина B резко снижалась. Эти результаты были подтверждены и на образцах спинномозговой жидкости.

Чтобы изучить роль Mig1 в ответе клеток C. neoformans на глюкозу, ученые ввели в клетки грибка ген Mig1, сшитого с флуоресцентным белком mCherry. Ядра клеток при этом были помечены ядрышковым белком Nop1, сшитым с GFP. Выяснилось, что в присутствии галактозы Mig1 находится преимущественно в цитоплазме, а при наличии глюкозы перемещается в ядро. Кроме того, Mig1 находился в ядрах большинства клеток C. neoformans, детектированных в цереброспинальной жидкости инфицированных пациентов.

Дальнейшие эксперименты ученые провели на мышах, которых заражали C. neoformans с нокаутом Mig1. Опыты показали, что применение амфотерицина B в этом случае позволяло успешно сопротивляться инфекции. Выяснилось, что Mig1 влияет на устойчивость к амфотерицину B, подавляя биосинтез эргостерола — непосредственной мишени упомянутого фунгицида.

Есть и еще один фактор, влияющий на устойчивость к амфотерицину B. Авторы статьи показали, что инозитолфосфорилцерамид (IPC) — консервативный компонент клеточной мембраны у грибов — конкурирует с амфотерицином B за связывание с эргостеролом. Ингибирование фермента, синтезирующего IPC, при помощи ауреобазидина A повышало устойчивость мышей к криптококковому менигиту. Его комбинация с амфотерицином B действовала на порядок эффективнее, чем принятое в современных клинических рекомендациях сочетание — амфотерицин B и флуцитозин.

Таким образом, исследователи описали механизм устойчивости C. neoformans, опосредованной глюкозой в мозге. Активация Mig1 при доступе глюкозы приводит к ингибированию синтеза эргостерола — мишени амфотерицина B — и стимулирует продукцию IPC, который конкурирует с амфотерицином B за связывание эргостерола. Ингибирование синтеза IPC повысило эффективность терапии амфотерицином B в мышиной модели и действовало успешнее, чем принятый в клинике метод лечения.

Новый механизм распространения инфекции при криптококковом менингите