Уникальный механизм позволяет патогенному грибку прилипать к коже и медицинскому оборудованию

Грибок Candida auris — новый патоген, который впервые был описан в 2009 году. С тех пор он получил широкое распространение и стал причиной множества вспышек внутрибольничных (нозокомиальных) инфекций, угрожающих жизни зараженных пациентов. C. auris вызывает резистентные к лечению кожные заболевания и подолгу выживает на различных поверхностях, в том числе на медицинском оборудовании и даже внутривенных катетерах. Положение дел осложняет отсутствие эффективных методов диагностики и профилактики. Новая публикация в Science ученых из США и Ганы посвящена молекулярным основам «прилипчивости» C. auris, делающей грибок таким успешным патогеном.

Известно, что колонизация поверхности клетками начинается с их физической ассоциации с субстратом. В случае патогенных грибков этот процесс опосредуют специализированные белки адгезины. У представителей рода Candida генетическая экспансия привела к формированию семейств адгезинов, содержащих гены, схожие по последовательности и доменной структуре, которые кодируют белки с избыточными или специфичными адгезивными свойствами. В геноме C. auris ранее были обнаружены 12 генов, гомологичных представителям двух эволюционно консервативных семейств адгезинов: ALS (Agglutinin-Like Sequence) и IFF/HYR (IPF Family F/Hyphally Regulated). Однако их влияние на фенотип грибка не до конца понятно.

Авторы статьи показали, что прикрепление C. auris к субстрату не зависит от «стандартных» консервативных адгезинов. Вместо них грибок использует собственный уникальный адгезин — фактор колонизации поверхности 1 (Surface Colonization Factor 1, SCF1), который и определяет прочное «прилипание» патогена к живым и неживым поверхностям.

Чтобы установить это, ученые сначала создали мутантные линии C. auris на основе I клады — одной из пяти известных клад грибка. Каждый мутант нес делеции в одном из кодирующих адгезины генов, что позволило оценить их значение для прикрепления клеток к поверхности. Эффективность адгезии оценили с помощью теста на основе проточной цитометрии, в ходе которого клетки в суспензии осаждались на микросферы из полистирола. Лишь одна из 12 мутаций нарушила адгезию, в то же время не предотвращая осаждение клеток полностью.

Чтобы выявить возможную роль других факторов в этом процессе, авторы провели скрининг библиотеки из 2560 мутантов с инсерциями. Оказалось, сильнее всего способность к адгезии снизилась у двух мутантов — tnSWI1 и tnBCY1. Линия tnSWI1 при этом не имела серьезных нарушений в регуляции транскрипции адгезинов семейств ALS и IFF/HYR. Это предполагает участие альтернативных механизмов и других белков-адгезинов.

Среди генов линии tnSWI1 сильнее всего изменилась экспрессия одной из открытых рамок считывания. Эта последовательность не гомологична другим известных генам, однако предсказанная структура кодируемого белка имела сходство с каноничными адгезинами грибков, заякоренными гликозилфосфатидилинозитолом (GPI).

Экспрессия того же гена была заметно снижена у tnBCY1 — другой мутантной линии со значительным снижением адгезии. Этот ген и назвали «фактор колонизации поверхности», SCF1. Эпитопная метка, присоединенная к белку SCF1, подтвердила его локализацию на поверхности клетки.

Помимо этого, у C. auris описан Iff4109 — консервативный адгезин. Его делеция при отсутствии SCF1 не снижала дополнительно способность грибка к адгезии.

Примечательно, что гомологи SCF1 обнаружены только у C. auris и его близкого родственника — C. haemulonii, причем у второго грибка этот ген не является необходимым для адгезии.

Далее авторы установили, насколько универсальна потребность в SCF1 для адгезии у разных штаммов C. auris. Они замерили интенсивность процесса осаждения клеток для 23 изолятов этого грибка, представляющих все пять известных клад. Для них были характерны различные способности к адгезии. При этом интенсивность адгезии положительно коррелировала с уровнем транскрипции SCF1. Оверэкспрессия SCF1 в изолятах со слабой адгезией усиливала это свойство.

Опыты с поверхностью, обработанной низкотемпературной плазмой для гидрофилизации, показали, что SCF1 способен взаимодействовать с сильно гидрофильным субстратом. Это отличает его от адгезинов, которые осаждают клетки только на гидрофобные поверхности — их механизм работы основан именно на таких взаимодействиях.

Выходит, принцип действия уникального адгезина иной. Действительно, N-концевой домен SCF1 оказался обогащен остатками аргинина и лизина — аминокислот с положительным зарядом — по сравнению с адгезинами других грибков. Это наводит на мысль, что необычный адгезин работает за счет катионных взаимодействий. Такой механизм адгезии ранее был описан у некоторых морских животных (двустворчатых моллюсков и усоногих раков), а также бактерий рода Vibrio. Гипотезу подтвердили эксперименты, в ходе которых насыщенный раствор катионов у поверхности субстрата подавил адгезию C. auris.

Оказалось, что адгезины C. auris SCF1 и IFF4109 имеют критически важное значение для формирования биопленок in vitro, эффективной колонизации центрального венозного катетера in vivo, закрепления патогена на коже человека (ex vivo) и мыши (in vivo), а также для его вирулентности и распространения в целом. Описание уникального механизма действия адгезина C. auris может лечь в основу новых способов лечения этой опасной инфекции.

Патогенные резистентные дрожжи обнаружены на фруктах