$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Candida albicans is een veelvoorkomend opportunistisch schimmelpathogeen dat asymptomatisch 50-70% van de mensen koloniseert 1,2,3. Typisch kan een onschuldige commensal, C. albicans, overgroeien onder omstandigheden zoals microbiota-disbalans, antibioticagebruik, immunosuppressie, verstoornis van de epitheelbarrière of de aanwezigheid van medische hulpmiddelen, wat kan leiden tot ziekten variërend van oppervlakkige mucosale infecties tot levensbedreigende systemische candidiasis 4,5. Bij immuungecompromitteerde personen – waaronder mensen met HIV/AIDS, patiënten die chemotherapie of immunosuppressieve therapieën ondergaan, personen met chronische ziekten of patiënten op intensive care – kan de sterftecijfers boven de 70% uitkomen, wat de aanzienlijke volksgezondheidslast van invasieve candidiasis 6,7,8 benadrukt. Wereldwijd treffen invasieve schimmelinfecties jaarlijks meer dan 6,5 miljoen mensen, waarbij de directe zorgkosten in de Verenigde Staten alleen al meer dan 8 miljard dollar per jaar bedragen voor Candida-gerelateerde infecties 9,10. Ondanks beschikbare antischimmelbehandelingen zijn de morbiditeit- en sterftecijfers die samenhangen met C. albicans-infecties decennialang grotendeels onveranderd gebleven, wat de dringende noodzaak benadrukt om de interacties tussen gastheer en pathogeen bij schimmelziekten beter te begrijpen.
C. albicans maakt gebruik van een divers repertoire aan virulentiefactoren die kolonisatie, persistentie en pathogenese ondersteunen in diverse gastheeromgevingen. Deze omvatten adhesie aan gastheerweefsels, immuunontwijking, celwandremodelering, secretie van hydrolytische enzymen, morfologische plasticiteit en biofilmvorming 11,12,13,14,15,16. Gezamenlijk stellen deze eigenschappen C. albicans in staat zich aan te passen aan diverse gastniches, immuunresponsen te moduleren en resistente therapieën te weerstaan 16,17,18,19,20,21. Het verduidelijken hoe deze processen infectieuitkomsten beïnvloeden – waaronder morbiditeit van de gastheer, sterfte en het verwijderen van ziekteverwekkers – is essentieel voor het ontwikkelen van effectievere preventieve en therapeutische strategieën.
Om deze gastheer-pathogeen dynamiek te onderzoeken, hebben we een modelsysteem opgesteld met de planaire Schmidtea mediterranea als gastheer 22,23,24. Dit model dient als een veelzijdig platform voor het bestuderen van de multisysteemgastheerrespons op schimmelinfecties, waarbij een op inwekking gebaseerde infectiemethode wordt gebruikt die gelijktijdige blootstelling van dieren aan C. albicans mogelijk maakt. De volgende sectie presenteert bijgewerkte stapsgewijze procedures die dit protocol verfijnen, reproduceerbaarheid verbeteren en consistente implementatie in laboratoria faciliteren.
Planarians zijn vrijlevende ongewervelden met een uitzonderlijk regeneratievermogen, in staat om snel weefsels te vervangen die verloren zijn gegaan door letsel of infectie25. Ze missen een adaptief immuunsysteem en vertrouwen volledig op geconserveerde aangeboren verdedigingen – waaronder patroonherkenningsreceptoren, antimicrobiële peptiden, slijmafscheiding en fagocytaire cellen – om bacteriële en schimmelpathogenen binnen dagen 26,27,28,29 te verwijderen. Omdat aangeboren immuniteit de eerste verdedigingslinie vormt bij eukaryoten en buiten zoogdiersystemen nog onderbelichtis, bieden planarianen de mogelijkheid om deze processen in vivo te onderzoeken met cellulaire en moleculaire resolutie. Hun regeneratieve vermogen wordt aangedreven door volwassen pluripotente stamcellen, bekend als neoblasten, die ongeveer 30% van de volwassen cellen uitmaken en bijdragen aan herstel na infectie23,30. Deze kenmerken maken S. mediterranea tot een krachtig model om ziekteverwekkersvirulentie en gastheerverdediging te analyseren op genetische, cellulaire, weefsel- en organismale schaal, waardoor we vragen kunnen beantwoorden die vaak moeilijk te bestuderen zijn met traditionele zoogdiersystemen.
Bovendien ondersteunen de kleine omvang van planarianen (meestal enkele millimeters lang), lage kosten en onderhoudsgemakgrootschalige experimenten terwijl ze de financiële, ethische en regelgevende beperkingen die inherent zijn aan gewervelde modellen vermijden. Net als C. albicans is S. mediterranea genomisch hanteerbaar, met een volledig gesequenced en geannoteerd genoom, en ondersteunt het geavanceerde moleculaire en cellulaire technieken – waaronder transcriptieprofilering, hoogresolutie immunohistochemie en histologie, en robuuste RNA-interferentie (RNAi)32,33,34,35,36,37,38. Deze tools maken parallelle analyse van gastheer- en pathogeenreacties tijdens infectie mogelijk.
Verschillende alternatieve preklinische modellen zijn gebruikt om schimmelinfecties te bestuderen. Ongewervelde gastheren zoals Galleria mellonella (wasmot), Caenorhabditis elegans (rondworm) en Drosophila melanogaster (fruitvlieg), evenals de gewervelde Danio rerio (zebravis), bieden elk duidelijke experimentele voordelen maar hebben ook opmerkelijke beperkingen. Deze systemen zijn vaak afhankelijk van overleving als primaire eindpunt, omdat infecties snel de dood van de gastheer veroorzaken, waardoor gedetailleerde beoordeling van morbiditeit, herstel en multisysteemreacties wordt verhinderd – kenmerken die het planarianmodel gemakkelijk vastlegt.
Zoogdiermodellen zoals Mus musculus (muis), Rattus norvegicus (rat), Oryctolagus cuniculus (konijn) en Cavia porcellus (cavia) recapituleren de menselijke fysiologie nauwkeuriger, maar worden beperkt door hoge kosten, kleine cohortgroottes, ethische en regelgevende eisen, en de uitdaging om aangeboren van adaptieve immuunresponsen te onderscheiden. Bovendien hebben decennia van schimmelpathogenese onderzoek bij muizen zich voornamelijk gericht op een systemische infectie in een laat stadium 39,40,41,42,43, waarbij vaak vroege gebeurtenissen zoals verstoring van de epitheliale barrière en overgroei van het slijmvlies – de meest voorkomende wegen van het ontstaan van schimmelziekten bij mensen – over het hoofd worden gezien.
Het bestuderen van gastheer-pathogeen interacties is daarom essentieel om de biologische processen te begrijpen die ten grondslag liggen aan schimmelvirulentie, gastheerverdediging en ziekteprogressie. Invasieve schimmelinfecties vormen een toenemende wereldwijde bedreiging, waarbij meerdere soorten nu resistentie vertonen tegen alle belangrijke antischimmelgeneesmiddelklassen. Er wordt geschat dat meer dan 1 miljard mensen getroffen zijn door schimmelinfecties, en factoren zoals klimaatverandering, wijdverbreid gebruik van antimicrobiële middelen en het toenemende aantal immuungecompromitteerde personen versnellen de opkomst van antischimmelresistente ziekteverwekkers 47,48,49,50. Begrijpen hoe pathogene schimmels hun gastheren koloniseren en ermee interageren is cruciaal voor het ontwikkelen van nieuwe preventieve en therapeutische strategieën.
Het volgende beschrijft een herzien en gestandaardiseerd systeem infectieprotocol voor interacties tussen S. mediterranea en C. albicans, ontworpen om reproduceerbaarheid te bevorderen en systematisch onderzoek naar schimmelpathogenese en gastheerverdedigingsmechanismen mogelijk te maken. Het oorspronkelijke protocol werd gevolgd in eerdere publicaties 22,23,24. Tabel 1 vat de belangrijkste updates samen die in deze herziene versie zijn opgenomen, waaronder verbeteringen in schimmelinoculatieprocedures, verminderde putvolumes, gedefinieerde dierinclusiecriteria, bepaling van infectieuze en dodelijke doses, en bijgewerkte aanbevelingen voor veeteelt. Deze workflow biedt gedetailleerde richtlijnen voor het kweken van C. albicans, het infecteren van planarians door blootstelling aan het weken, en het beoordelen van schimmelvirulentie en gastheerresponsen met behulp van kwalitatieve en kwantitatieve uitlezingen onder symptomatische en dodelijke doseringsomstandigheden (Figuur 1). De hier geoptimaliseerde procedures bevatten variabelen die empirisch zijn geïdentificeerd als belangrijke bepalende factoren van infectiedynamiek en gastheeruitkomsten, waardoor de reproduceerbaarheid verbetert en systematische beoordeling van gastheer-pathogeen interacties mogelijk is.