Polymorphismus-Analyse virulenzassoziierter Gene bei Candida tropicalis-Isolaten

Polymorphismus-Analyse virulenzassoziierter Gene bei Candida tropicalis-Isolaten

Einleitung
Candida-Arten verursachen weltweit bedeutende Blutstrominfektionen, wobei Candida tropicalis insbesondere bei immungeschwächten Populationen, wie onkologischen Patienten und Personen mit langen Krankenhausaufenthalten, als kritischer Erreger hervortritt. Aufgrund hoher Mortalitätsraten sind die Virulenzeigenschaften von C. tropicalis—darunter Adhäsion, Biofilmbildung, Hyphenbildung und Sekretion hydrolytischer Enzyme—von klinischem Interesse. Trotz ihrer Relevanz sind umfassende genomische Studien zu Virulenzgenen von C. tropicalis im Vergleich zu C. albicans begrenzt. Diese Studie analysiert Polymorphismen in vier Schlüsselgenen (ALS2, LIP1, LIP4, SAPT1-4) bei 68 klinischen Isolaten, um deren genetische Diversität und phänotypische Korrelationen aufzuklären.

Genetische Polymorphismen in Virulenz-assoziierten Genen
Die vollständigen Sequenzen von ALS2, LIP1, LIP4 und SAPT1-4 wurden bei 68 Isolaten (2013–2017) bestimmt. Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) und Insertions-Deletions-Varianten (Indels) wurden systematisch kategorisiert.

1. Lipasegene (LIP1 und LIP4)

   • LIP1 (1.398 bp) zeigte 73 SNPs, während LIP4 (1.392 bp) 24 SNPs aufwies. Trotz dieser Variabilität wurde keine Lipaseaktivität nachgewiesen, was auf posttranskriptionelle Regulation oder funktionelle Redundanz hindeutet.
   • Phylogenetische Analysen ergaben 66 LIP1– und 36 LIP4-Genotypen, was eine erhebliche intraspezifische Diversität unterstreicht.

2. Sekretorische Aspartylproteinasegene (SAPT1-4)

   • SAPT1 (1.185 bp), SAPT2 (1.820 bp), SAPT3 (1.200 bp) und SAPT4 (1.920 bp) wiesen 17, 16, 13 bzw. 180 SNPs auf. SAPT4 erwies sich als hypervariabel, möglicherweise aufgrund seiner Rolle bei der Gewebsinvasion.
   • Konservierte Regionen in SAPT1-3 kontrastierten mit der Variabilität von SAPT4. Alle Isolate sezernierten Aspartylproteasen, jedoch korrelierte die SNP-Dichte nicht direkt mit der Enzymaktivität.

3. Agglutinin-ähnliches Sequenzgen (ALS2)

   • ALS2 (4.071 bp) wies strukturelle Varianten auf, darunter 209 SNPs und großflächige Indels. Vier Deletions-Hotspots (1482–1589, 1697–1925, 1962–2072, 2073–2272 bp) sowie zwei Insertionsregionen (1731–1841, 2163–2273 bp) wurden identifiziert.
   • Isolate mit Deletionen in den Regionen 1697–1925 und 2073–2272 bp zeigten reduzierte Adhäsion und Biofilmbildung auf Polymethylpenten (PMP). Der Blutstromisolat FXCT01 wies die geringste Adhäsionskapazität auf, bedingt durch Deletionen in allen vier Hotspots.

Phänotypische Charakterisierung der Virulenzeigenschaften
Adhäsion, Biofilmbildung und hydrolytische Enzymaktivitäten (Aspartylproteasen, Phospholipasen, Hämolysine) wurden untersucht:

1. Adhäsion und Biofilmbildung

   • Adhäsionsassays auf abiotischen (Polystyren) und biotischen (urothelialen Zellen) Oberflächen ergaben isolateabhängige Variabilität. ZRCT47 bildete den stärksten Biofilm auf PMP, bestätigt durch Kristallviolett-Assays.
   • ALS2-Deletionen korrelierten mit verminderter Adhäsion. Teildeletionen führten zu intermediären Adhäsionsfähigkeiten, verglichen mit FXCT01.

2. Enzymatische Aktivität

   • Alle Isolate sezernierten Aspartylproteasen und zeigten hämolytische Aktivität. ZRCT28 und ZRCT47 stachen durch hohe Protease- bzw. Hämolysinproduktion hervor. Phospholipaseaktivität fehlte jedoch durchgängig.
   • Trotz SNP-Variabilität in SAPT1-4 ließen sich Enzymaktivitäten (niedrig, mittel, hoch) nicht direkt auf spezifische genetische Marker zurückführen, was auf umweltbedingte oder regulatorische Einflüsse hindeutet.

Phylogenetische und evolutionäre Einblicke
Phylogenetische Bäume, basierend auf ALS2-, LIP– und SAPT-Sequenzen, offenbarten unterschiedliche Muster:

• ALS2: Hohe Heterogenität teilte Isolate in 60 Genotypen, wobei indel-reiche Stämme separate Kladen bildeten.
• LIP-Gene: Trotz SNP-Diversität folgten LIP1 und LIP4 konservierten evolutionären Pfaden, was auf reinigende Selektion hinweist.
• SAPT-Gene: Die Hypervariabilität von SAPT4 kontrastierte mit der Konservierung von SAPT1-3, was auf divergierende Funktionen schließen lässt.

Klinische Implikationen und mechanistische Erkenntnisse
Genetische Polymorphismen, insbesondere in ALS2, korrelierten mit verminderter Virulenz. Große Deletionen in ALS2 schwächten die Adhäsion—ein Schlüsselschritt der Kolonisation—ab, was klinisch mit reduzierter Pathogenität einherging. Das Fehlen von Lipaseaktivität trotz LIP1/LIP4-Expression deutet auf kompensatorische Mechanismen oder alternative Virulenzstrategien hin.

Fazit
Diese Studie liefert grundlegende Erkenntnisse zu Genotyp-Phänotyp-Beziehungen bei C. tropicalis. Die Identifizierung von ALS2 als Schlüsselfaktor der Adhäsion unterstreicht sein Potenzial als therapeutisches Target. Zukünftige Studien sollten regulatorische Netzwerke von SAPT4 und die Ursachen der Lipaseinaktivität erforschen. Diese Ergebnisse tragen zur Entwicklung verbesserter Diagnostik- und Therapiestrategien gegen Candidosen bei.

doi.org/10.1097/CM9.0000000000000069