Новые данные о грибковом токсине открывают путь для лечения инфекций C. albicans
Токсин кандидализин дрожжей Candida albicans включается в необычную белковую структуру во время инфекции, состав которой до сих пор был неизвестен. Исследователям из Leibniz-HKI удалось расшифровать функцию этого необычного устройства.
Путём модификации белковой структуры удалось снизить патогенность грибка. Новые данные использовали для обезвреживания грибкового токсина с помощью искусственных антител. Это открывает новый путь лечения персистирующих форм вагинальной кандидозной инфекции.
Оппортунистический грибок
Дрожжи Candida albicans — часть человеческого микробиома и в норме живут в балансе с другими микроорганизмами. Однако при нарушении баланса грибок может бесконтрольно расти и вызывать инфекции. В виде «вагинальной молочницы» C. albicans ежегодно поражает миллионы женщин по всему миру. В некоторых случаях противогрибковое лечение не даёт эффекта, возникают хронические рецидивирующие грибковые инфекции, которые значительно снижают качество жизни и причиняют много страданий.
За повреждение клеток в человеческих тканях ответственен секретируемый грибком токсин кандидализин. Вагинальная инфекция обычно вызывает сильные воспалительные реакции, но для грибка они не страшны. Напротив, тяжесть заболевания увеличивается.
Кандидализин встроен в белок-предшественник Ece1 до высвобождения: всего восемь пептидных последовательностей образуют развёрнутую структуру, что очень необычно для таких токсинов. Ранее было неясно, почему токсин интегрирован в эту необычную структуру и какую роль играют отдельные компоненты.
В исследовании, опубликованном в Nature Microbiology, международная команда из Leibniz-HKI, Institut Pasteur Paris, King's College London, University of Wisconsin и Leibniz Research Center Borstel изучила структуру Ece1 и определённых пептидов из него, известных как NCEP (non-candidalysin Ece1 peptides).
Почти все микробные пептидные токсины требуют от производящих клеток принятия мер против самоотравления. Свободный кандидализин — исключение, так как не повреждает собственные грибковые клетки. Соответственно, его встраивание в комплексный белок-предшественник Ece1 нельзя объяснить самозащитой грибковой клетки. Причина необычной структуры Ece1 должна быть в чём-то другом.
В дальнейших экспериментах исследователи смогли показать, что токсин обладает крайней склонностью к самоагрегации и слипанию. Затем учёные изменили структуру Ece1, что нарушило правильное сворачивание белка. В лабораторных экспериментах эта манипуляция подавила образование грибковых гиф Candida albicans, что также нарушило высвобождение кандидализина: токсин слипался в клетках и становился неэффективным.
«Наши результаты указывают, что каждый отдельный пептид в белке-предшественнике Ece1 необходим для высвобождения кандидализина. Основная функция белка-предшественника, по-видимому, в том, чтобы предотвратить слипание токсина», — объясняет первый автор Рита Мюллер.
«Это позволяет грибковым клеткам, гифам, нормально функционировать, в то время как токсин может легко достигать клеток хозяина и причинять там повреждения», — добавляет второй первый автор Анника Кёниг.
Борьба с токсином с помощью нанотел
В другом исследовании, опубликованном в журнале mBio, учёные сосредоточились на новой стратегии нейтрализации кандидализина: использовании нанотел.
Нанотела — синтетически производимые антитела. Изначально их получали из крови верблюдов или лам. Они гораздо меньше и имеют более простую структуру, чем их человеческие аналоги, что делает их намного более гибкими, чем человеческие антитела.
Нанотела способны специфически стыковаться с участками связывания патогенов, с помощью которых те прикрепляются к клеткам хозяина. Таким образом они блокируют путь для патогенов и предотвращают инфекцию. Этот принцип впервые использовали для обезвреживания кандидализина.
При вагинальных инфекциях Candida albicans кандидализин вызывает повреждение ткани слизистой и тем самым способствует воспалительным гиперреакциям иммунной системы, которые усугубляют симптомы. Варианты лечения в настоящее время очень ограничены, особенно для хронической рецидивирующей формы вагинального кандидоза. При этом это заболевание ежегодно поражает около 138 миллионов женщин по всему миру.
Исследователи изучили влияние нанотел на грибковую инфекцию. Лабораторные тесты показали, что специальные нанотела действительно могут блокировать активность кандидализина. В лаборатории нанотела очень эффективно снижали вызванное токсином повреждение ткани, что также подавляло бы воспалительные вторичные реакции.
С помощью специального метода микроскопии — иммунофлуоресценции — исследователи локализовали нанотела непосредственно на участках ткани, колонизированных грибковыми гифами. С помощью дальнейшего моделирования в лаборатории и на компьютере также удалось предсказать дозировку и время добавления нанотел для нейтрализации токсина.
Таким образом, нанотела, направленные против кандидализина, могут быть полезны при лечении осложнённых рецидивирующих случаев вагинального кандидоза. Сравнение с часто используемым противогрибковым препаратом флуконазолом показало, что особенно эффективна комбинация обеих форм терапии.
«Вместе с этим противогрибковым препаратом использование нанотел может представлять реальный вариант лечения болезни», — говорит первый автор Мариса Валентайн.
«Благодаря нейтрализации кандидализина ослабляются гиперинфламаторные симптомы. Это может иметь большое значение для многих пациентов», — говорит её коллега Пол Рудольф, также первый автор исследования.