Intranet Areál web

Fyziologický ústav AV ČR

Špičková věda pro zdraví

Transportéry patogenních kvasinek jako cíl nových léčiv


Patogenní kvasinky rodu Candida mají ve svých membránách některé transportéry, které se svou strukturou a aktivitou liší od transportérů v buňkách hostitelského organismu. Tyto transportéry se tak mohou stát cílem působení nových typů léčiv, které poškodí buňky kvasinek, ale ne buňky hostitele.

Z více než 1400 známých druhů lidských patogenů tvoří houbové a kvasinkové mikroorganismy 22 % a jsou tak druhou nejpočetnější skupinou po bakteriích (38 %). Kvasinky rodu Candida patří mezi nejčastější původce kvasinkových infekcí. Tyto kvasinky jsou součástí normální lidské mikroflóry, jakmile je však imunitní systém člověka oslaben (např. v důsledku AIDS, transplantací orgánů a kostní dřeně, či léčby rakoviny), stávají se rázem z do té doby komenzálně žijících mikroorganismů patogeny, které dokážou v případě zanedbání léčby člověka i zabít.

Roku 1929 ukázal sir Alexander Fleming objevem penicilinu lidstvu cestu, jak bojovat s bakteriálními infekcemi. Od té doby byla vyvinuta celá kolekce různých antibiotik včetně širokospektrálních. Vývoj antimykotik není zdaleka tak jednoduchý. Kvasinky i lidské buňky jsou eukaryoty fungujícími na velmi podobných principech, na rozdíl od prokaryotních bakterií. Díky této evoluční příbuznosti není snadné vytvořit taková léčiva, která by nezahubila s patogenem i lidského hostitele. Navíc buňky patogenních kvasinek si v průběhu evoluce osvojily řadu způsobů, které jim umožňují přežít v nepříznivých podmínkách a které jim nyní pomáhají k získání odolnosti vůči antimykotikům.

 

Podíly jednotlivých druhů rodu Candida na výskytu kandidóz (Pfaller a kol., 2012):
C. albicans 42,1 %
C. glabrata 26,7 %
C. parapsilosis 15,9 %
C. tropicalis 8,7 %
C. krusei 3,4 %
C. lusitaniae 1,1 %
C. dubliniensis 0,9 %
C. guilliermondii 0,4 %
Ostatní  0,8 %

 

Candida albicans je schopna reverzibilně měnit svou morfologii mezi kvasinkovou (vlevo) a hyfovou formou (vpravo) v závislosti na vnějších podnětech – teplotě, pH, přítomnosti živin, lidských hormonů apod. Zatímco kvasinková forma umožňuje efektivnější šíření C. albicans, hyfová forma je lépe uzpůsobena k pronikání do tkání hostitele a jejich destrukci.

 

V našem výzkumu patogenních kvasinek se ubíráme dvěma směry:

 

  1. Studujeme draselné transportéry v kvasinkách rodu Candida, jež se liší od transportérů draslíku v lidských buňkách, a představují tudíž potenciální cíl nových antimykotik.

 

​Draselné kationty jsou nezbytné pro mnoho fyziologických procesů (pro kompenzaci negativního náboje makromolekul, regulaci vnitrobuněčného pH, membránového potenciálu nebo buněčného objemu). Kvasinky jsou nuceny soupeřit o K+ s buňkami hostitele, proto se u nich vyvinuly efektivní draselné transportéry, jež se řadí do tří skupin: TRK, HAK a ACU. Zatímco v C. albicans se vyskytují všechny tři druhy transportérů K(Husekova et al., 2016; Elicharova et al., 2016), genom C. glabrata obsahuje jen jediný gen kódující transportní systém Trk1 (Llopis-Torregrosa et al., 2016). Pro charakterizaci transportních vlastností těchto systémů používáme kombinaci dvou přístupů:
  1. deleci genů kódujících draselné transportéry v kvasinkách rodu Candida
  2. heterologní expresi transportérů K+ z Candid v kmeni S. cerevisiae, který postrádá své vlastní transportéry K+ (BYT12, trk1∆ trk2∆)
Přítomnost transportérů CaTrk1 z C. albicans a CgTrk1 z C. glabrata zlepšuje schopnost buněk BYT12 S. cerevisiae růst v prostředí s nízkými koncentracemi K+.

 

  1. Snažíme se přispět k řešení lékové rezistence, která v současné době představuje velice závažný medicínský problém především při léčbě mikrobiálních infekcí u pacientů se sníženou imunitou, komplikuje však i léčbu rakoviny. Příčinou mnohačetné lékové rezistence je schopnost buňky aktivně vylučovat léčiva membránovými transportéry – MDR pumpami. Také buňky patogenních kvasinek dokážou efektivně vyloučit látky, které by je mohly poškodit. Řešením problému je vývoj nových léků, které by omezily činnost těchto MDR transportérů. Takovéto inhibitory by bylo možné podávat pacientům spolu s konvenčními léky na léčbu bakteriálních a kvasinkových infekcí či nádorů. V konečném důsledku by kombinovaná terapie mohla vést k používání léků v nižších koncentracích a omezení jejich případných negativních vedlejších účinků.

 

Aktivní odstraňování léčiv je hlavním mechanismem rezistence u patogenních mikroorganismů i rakovinných buněk. Transportní proteiny aktivně odstraňují antimikrobiální látky či cytostatika z buněk a tím zabraňují tomu, aby jejich vnitrobuněčná koncentrace přesáhla toxickou úroveň. Podle zdroje energie, který využívají k transportu substrátu, se dělí do dvou hlavních kategorií:
  1. primárně aktivní transportéry, nazývané také pumpy, které získávají energii z hydrolýzy ATP a řadí se do rodiny ABC proteinů, jež obsahují tzv. ATP-vazebnou kazetu (ATP-binding cassette);
  2. sekundárně aktivní transportéry, které využívají elektrochemického gradientu protonů nebo sodných iontů přes membránu. Tyto proteiny, patřící do rodiny PMF, přenášejí molekuly cizorodých látek ven z buněk a současně H+ (Na+) do buněk.
Kvasinky rodu Candida mají ve svých membránách oba druhy transportérů zodpovědné za mnohačetnou lékovou rezistenci. Jejich substrátová specifita se často překrývá, např. ABC proteiny Cdr1 a Cdr2 poskytují C. albicans odolnost k flukonazolu stejně jako PMF transportér Mdr1.
Rezistence kvasinek C. glabrata k flukonazolu je dána činností MDR pump Cdr1 a Cdr2. Vlevo je vidět, že absence genu pro pumpu Cdr1 (cdr1∆) v buňkách C. glabrata vede k neschopnosti růstu v přítomnosti vyšších koncentrací flukonazolu. Vpravo je ukázáno, že vložení genu CgCDR1 do kvasinky S. cerevisiae AD1-8, jež má odstraněny své vlastní MDR pumpy, propůjčí buňkám rezistenci k flukonazolu.