$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Candida albicans — распространённый оппортунистический грибковый патоген, который бессимптомно заселяет 50-70% людей 1,2,3. Обычно безвредные комменсалы C. albicans могут перерасти при таких условиях, как дисбаланс микробиоты, использование антибиотиков, иммуносупрессия, нарушение эпителиального барьера или наличие медицинских устройств, что приводит к заболеваниям от поверхностных слизистых инфекций до опасного для жизни системного кандидоза 4,5. У людей с ослабленным иммунитетом — включая людей с ВИЧ/СПИДом, пациентов, проходящих химиотерапию или иммуносупрессивную терапию, людей с хроническими заболеваниями или тех, кто находится в отделениях интенсивной терапии — уровень смертности может превышать 70%, что подчёркивает значительную нагрузку инвазивного кандидоза для общественного здоровья 6,7,8. В мире инвазивные грибковые инфекции ежегодно затрагивают более 6,5 миллионов человек, при этом прямые расходы на здравоохранение только в США превышают 8 миллиардов долларов в год для инфекций, связанных с Кандидой, 9,10 миллиардов. Несмотря на доступные противогрибковые методы, показатели заболеваемости и смертности, связанные с инфекциями C. albicans, оставались в основном неизменными десятилетиями, что подчёркивает острую необходимость лучшего понимания взаимодействия хозяина и патогена при грибковых заболеваниях.
C. albicans использует разнообразный набор факторов вирулентности, которые поддерживают колонизацию, устойчивость и патогенез в различных условиях хозяина. К ним относятся адгезия к тканям хозяина, уклонение от иммунитета, ремоделирование клеточной стенки, секреция гидролитических ферментов, морфологическая пластичность и формированиебиопленок 11,12,13,14,15,16. В совокупности эти признаки позволяют C. albicans адаптироваться к разнообразным нишам хозяев, модулировать иммунные ответы и сопротивляться противогрибковой терапии 16,17,18,19,20,21. Объяснение того, как эти процессы формируют исходы инфекции — включая заболеваемость, смертность хозяина и устранение патогена — крайне важно для разработки более эффективных профилактических и терапевтических стратегий.
Для изучения динамики хозяина и патогена мы создали модельную систему, используя планарную Schmidtea mediterranea в качествехозяина 22,23,24. Эта модель служит универсальной платформой для изучения мультисистемного ответа хозяина на грибковую инфекцию, используя метод заражения на основе замачивания, который позволяет синхронно подвергать животных воздействию C. albicans. В следующем разделе представлены обновлённые пошаговые процедуры, которые усовершенствуют этот протокол, повышают воспроизводимость и способствуют согласованному внедрению в лабораториях.
Планарии — это свободно живущие беспозвоночные с исключительной регенеративной способностью, способные быстро восполнять ткани, потерянные из-за травм илиинфекции 25. Они лишены адаптивной иммунной системы и полностью полагаются на консервативные врожденные защитные механизмы — включая рецепторы распознавания образов, антимикробные пептиды, секрецию слизи и фагоцитарные клетки — чтобы очистить бактериальные и грибковые патогены втечение 26, 27, 28 и 29 дней. Поскольку врождённый иммунитет является первой линией защиты эукариот и остаётся недостаточно изученным вне млекопитающих27, планарии предоставляют возможность изучать эти процессы in vivo с клеточным и молекулярным разрешением. Их регенеративная способность обусловлена взрослыми плюрипотентными стволовыми клетками, известными как необласты, которые составляют примерно 30% взрослых клеток и способствуют восстановлению послезаражения 23,30. Эти особенности делают S. mediterranea мощной моделью для вскрытия вирулентности патогена и защиты хозяина на генетическим, клеточном, тканевом и организмном уровнях, позволяя нам решать вопросы, которые часто трудно изучать с помощью традиционных млекопитающих.
Кроме того, небольшой размер планарийцев (обычно несколько миллиметров в длину), низкая стоимость и простотаобслуживания поддерживают масштабные эксперименты, избегая финансовых, этических и регуляторных ограничений, присущих моделям позвоночных. Как и C. albicans, S. mediterranea геномно обработан, имеет полностью секвенированный и аннотированный геном, а также поддерживает передовые молекулярные и клеточные методы — включая транскрипционное профилирование, высокоразрешающую иммуногистохимию и гистологию, а также устойчивую РНК-интерференцию (РНКi)32,33,34,35,36,37,38. Эти инструменты позволяют параллельно анализировать реакции хозяина и патогена во время инфекции.
Для изучения грибковых инфекций использовалось несколько альтернативных доклинических моделей. Беспозвоночные хозяева, такие как Galleria mellonella (восковая мотыль), Caenorhabditis elegans (круглый червь) и Drosophila melanogaster (плодовая мушка), а также позвоночный Danio rerio (данио-рерио), каждый из них обладает особыми экспериментальными преимуществами, но также имеет заметные ограничения. Эти системы часто опираются на выживаемость как на основную конечную точку, поскольку инфекции быстро вызывают гибель хозяина, препятствуя детальной оценке заболеваемости, восстановлению и мультисистемных реакций — особенности, которые планарная модель легко отражает.
Модели млекопитающих, такие как Mus musculus (мышь), Rattus norvegicus (крыса), Oryctolagus cuniculus (кролик) и Cavia porcellus (морская свинка), более точно отражают физиологию человека, но ограничены высокими затратами, малыми размерами когорт, этическими и нормативными требованиями, а также сложностью различия врождённых от адаптивных иммунных ответов. Кроме того, десятилетия исследований грибкового патогенеза у мышей в основном сосредоточены на поздних стадиях системныхинфекций 39,40,41,42,43, часто упуская из виду ранние события, такие как нарушение эпителиального барьера и чрезмерный рост слизисты — наиболее распространённые пути возникновения грибковых заболеваний у человека 44,45,46.
Изучение взаимодействий хозяина и патогена важно для понимания биологических процессов, лежащих в основе вирулентности грибов, защиты хозяина и прогрессирования заболевания. Инвазивные грибковые инфекции представляют растущую глобальную угрозу, при этом многие виды уже проявляют устойчивость ко всем основным классам противогрибковых препаратов. По оценкам, более 1 миллиарда человек страдают от грибковых инфекций, а такие факторы, как изменение климата, широкое использование антимикробных препаратов и растущее число людей с ослабленным иммунитетом, ускоряют появление противогрибковых устойчивыхпатогенов 47, 48, 49, 50. Понимание того, как патогенные грибы колонизируют и взаимодействуют со своими хозяевами, крайне важно для разработки новых профилактических и терапевтических стратегий.
Ниже описывается пересмотренный и стандартизированный системный протокол инфекции взаимодействия S. mediterranea-C. albicans, направленный на стимулирование воспроизводимости и систематическое исследование грибкового патогенеза и защитных механизмов хозяина. Первоначальный протокол был использован в предыдущих публикациях22, 23, 24. Таблица 1 суммирует ключевые обновления, включённые в эту пересмотренную версию, включая улучшения процедур вакцинации грибов, уменьшение объёмов скважин, определённые критерии включения животных, определение инфекционных и летальных доз, а также обновленные рекомендации по животноводству. Этот рабочий процесс даёт подробные рекомендации по культивированию C. albicans, заражению планариев через замачивание и оценке вирулентности грибов и реакций хозяина с помощью качественных и количественных показаний при симптоматических и летальных дозах (Рисунок 1). Оптимизированные процедуры, представленные здесь, включают переменные, эмпирически выявленные как ключевые факторы, определяющие динамику инфекции и исходы хозяина, что повышает воспроизводимость и позволяет систематически оценивать взаимодействия хозяина и патогена.