1. Candida albicans Biologia
Hrefna Katrín Guðmundsdóttir
Stúdentarapport 23. febrúar 2007
Barnaspítali Hringsins

2. Sögulegt
Hippocrates lýsti þrusku í munni af völdum Candida á fimmtu öld fyrir Krist
1853 lýsti Charles Robin “budding cells and filaments in epithelial scrapings”
Oidium albicans
Nú er búið að raðgreina erfðamengi Candida
Hippocrates lýsti fyrstur Candidasýkingu í manni á fimmtu öld fyrir Krist og var það þruska í munni.
Árið 1853 lýsti Charles Robin “budding cells and filaments in epithelial scrapings” og kallaði sveppinn Oidium albicans og fékk sveppurinn a.m.k. 160 mismunandi nöfn áður en menn sættust á nafnið Candida albicans.
Nú er töluvert mikið meira vitað um þennan gersvepp og búið er að raðgreina erfðamengi hans

3. Candida gersveppir Meira en 160 tegundir
Finnast í mönnum og öðrum spendýrum, fuglum, skordýrum, fiskum, plöntum o.fl.
Einnig meðal annars í hunangi, mjólkurvörum, jarðvegi, sjó og ferskvatni
Í Candida gersveppaættkvíslinni eru meira en 160 tegundir og finnast tegundirnar í mönnum og öðrum spendýrum, fuglum, skordýrum, fiskum, plöntum og fleiri lífverum. Einnig í efnum sem hafa hátt sykurinnihald eins og hunang og þar sem gerjun hefur átt sér stað eins og í mjólkurvörum, jarðvegi, sjó og ferskvatni.

4. Candida gersveppir
Hluti af normal bakteríuflóru hjá um það bil 50% manna
Munnkok (oropharyngeal cavity)
Meltingarvegur
Vagina
C. albicans er algeng lífvera og hluti af normal bakteríuflórunni hjá um það bil helmingi manna. Hún lifir í munnkokinu, meltingarveginum og í leggöngum. Yfirleitt er hún þar bara í friði og spekt en getur valdið tækifærissýkingum ef truflun verður á normal flórunni (t.d. eftir langa sýklalyfja- eða sterakúra), rof verður í mucocutaneous barrier eða ef verður einhvers konar defect í frumubundnu ónæmi.
Candida sýkingar geta verið akút eða krónískar, staðbundnar eða systemískar. Dreifðar candidasýkingar eru lífshættulegar.

5. Candida gersveppir
Að minnsta kosti 13 Candida tegundir sem valda sýkingum í mönnum
C. albicans algengust
Flestar tegundirnar tvílitna (diploid)
C. albicans og C. dubliniensis eru mjög líkar og pörun getur orðið milli þessara tegunda
Vitað er til þess að a.m.k. 13 Candida tegundir valdi sýkingum í mönnum og er C. albicans sú algengasta af þeim og líklegust til að valda sýkingum. Mjög lík henni er C. dubliniensis og er ekki ljóst hvort sé marktækur klíniskur munur á þessum tegundum þó að þær séu ekki nákvæmlega eins.
Þessar tegundir eru allar diploid, eða tvílitna (nema C. glabrata sem er haploid). Pörun og genaendurröðun verður í C. albicans í parasexual hringferli þar sem hún fer í gegnum tetraploidy eða fjórlitna stig. Ferlið er svipað hjá C. dubliniensis og pörun getur orðið á milli þessa tegunda.

6. Morphologia Næstum eins in vitro og in vivo
C. albicans: Ellipsulaga frumur sem skjóta öngum (budding cells) og geta einnig myndað þræði (filament)
C. albicans er polymorphic - getur myndað þræði, hyphae og pseudohyphae auk þess að mynda anga
Morphologia Candida tegundanna er næstum eins hvort sem skoðað er in vitro eða in vivo.
C. albicans eru ellipsulaga frumur sem skjóta frá sér öngum (budding cells) og þær geta einnig myndað þróaða þræði eða filament úr mörgum frumum. Það gerist sérstaklega þegar þær komast í snertingu við þétt efni eins og vefi í mönnum eða agaræti. Mynd. Einnig eru til Candida tegundir (t.d C. glabrata) sem halda sig við einfrumustigið. Mynd?

7. Candida albicans

8. Einfrumu Candida

9. Sveppaþræðir
Pseudohyphae: Fruma sendir frá sér anga (bud) sem ekki losna í sundur. Geta orðið mjög langir og greinóttir þræðir. Þrengingar sjást í þráðunum við upphaf hvers anga.
Hyphae: Lengjast apicalt án angaskots (budding) og engir angar á þráðendunum
=> engar þrengingar á þráðunum.
Candida tegundirnar eru flokkaðar í dimorphic og polymorphic og telst C. albicans til síðarnefnda hópsins. Er það vegna þess að hún getur myndað tvenns konar þræði, hyphae (sem sumar hinna geta ekki) og pseudohyphae, auk þess að mynda anga (buds).
Pseudohyphae myndast með öngum sem losna ekki í sundur heldur haldast saman og mynda því smám saman þráð. Fruman sendir frá sér anga og lenging stöðvast áður en sá angi sendir frá sér nýjan anga og þetta gerist aftur. Og aftur og aftur. Með þessu geta orðið til mjög langir og greinóttir þræðir, en hliðargreinar myndast á sama hátt. Við upphaf hvers nýs anga sést aðeins þrenging í þræðinum. Mynd.
Hyphae lengjast apicalt frá frumunum með ferli sem ekki felur í sér angaskot og eru engir angar á þráðendunum. Það sjást því engar þrengingar á þráðunum, eins og þær sem einkenna pseudohyphae. Mynd.
Candida er ekki eini sýkillinn sem getur myndað anga og þræði í sýktum vef og ef aðeins er notuð histologia til að greina getur sýking af völdum nokkurra tækifærissýkla (eins og Paecilomyces lilacinus) verið greind sem Candidasýking og er þess vegna mælt með því að það sé líka ræktað til þess að staðfesta greininguna.

10. Hyphae vs. pseudohyphae
Setja inn mynd!

11. Septum Septu frá innra byrði frumuveggjarins og inn að miðju.
Sjást á öllum vaxtarstigum.
Veita þráðunum stuðning og göt í miðju septanna sjá til þess að umfrymi frumanna sé samfellt.
Septu verða til í Candida frumunni, frá innra borði frumuveggjarins og stefna inn að miðju. Þau sjást í frumunum hvort sem þær eru á angastigi, sem hyphae eða pseudohyphae. Septun veita þessum tubular þráðum stuðning og göt í miðju þeirra sjá til þess að umfrymi frumanna sé samfellt.

12. Vöxtur Candida
Vaxtarmerki: Sýrustig, kolefni og nitur, súrefni, serum hormón og þéttleiki Candida í hýslinum
Tvö gen þekkt (PHR1 og PHR2) sem eru háð sýrustigi og hafa að gera með vöxt og morphologiu C. albicans
Mismunandi vægi eftir staðsetningu sýkingar
Smátt og smátt er að verða ljóst hvað það er sem veldur því hvernig Candida vex. Vaxtarmerkin geta verið sýrustig, framboð kolefnis og niturs, súrefnismagn, serum hormón og þéttleiki Candida fruma í hýslinum.
Nú eru þekkt tvö gen sem hafa að gera með vöxt og morphologiu C. albicans og eru næm fyrir sýrustigi. Það eru PHR1 sem er tjáð þegar sýrustig umhverfisins er 5,5 eða hærra og PHR2 sem er tjáð í súrara umhverfi, þ.e. undir 5,5 eins og í vagina. Það er því sennilega mismunandi eftir sýkingastöðum hvort þessara gena er mikilvægara. Þetta hefur t.d. verið sýnt fram á með rannsókn þar sem Candida með stökkbreytt og óvirkt PHR1 gat ekki valdið system sýkingu í mús en hélt hæfileikanum til þess að valda sýkingu í vaginu músarinnar þar sem pH var um 4,5 og öfugt ef músin var sýkt með Candida með óvirku PHR2.

13. Vöxtur Candida
Mismunandi gen sem hafa að gera með myndun frumuveggjarins - eitt tjáð við lágt sýrustig og annað við hátt sýrustig - bæði nauðsynleg
Genin EFG1, CPH1 og CaRSR1 hafa áhrif á hvort myndist angar eða þræðir þegar Candida fjölgar sér
Prótein kínasar úr Cdc2 fjölskyldunni - stjórnun á vexti þráðanna
Einnig eru þekkt gen sem hafa að gera með myndun frumuveggjarins og eru annað hvort tjáð við hátt eða lágt sýrustig. Þessi gen þurfa bæði að vera tjáð til þess að fruman geti vaxið eðlilega, skotið öngum og myndað þræði og ef stjórnsvæði (regulator) þessara gena er eytt getur Candida fruman ekki myndað þræði.
Nokkur gen sem stjórna því að fruman fer milli angavaxtar og þráðvaxtar. Ef EFG1 og CPH1 eru stökkbreytt verður fruman föst í angavexti og getur ekki myndað þræði þrátt fyrir að umhverfið hvetji til þess. EFG1 genið táknar Efg1 prótein sem virðist virkja myndun pseudohyphae en draga úr myndun hyphae. Genið CaRSR1 er nauðsynlegt fyrir hyphae myndun og stökkbreyting í því veldur minnkuðum virulens C. albicans.
Einnig eru þekktir ýmsir prótein kínasar úr Cdc2 fjölskyldunni sem hafa að gera með stjórnun á vexti þráðanna.

14. Angar og þræðir
Einfrumuangar geta auðveldað blóðborna dreifingu ef Candida kemst inn í æðar
Þráðlaga frumur eiga auðveldara með að komast um þétta vefi
Thigmotropismi / chemotropismi
Angar og þræðir virðast hafa mismunandi hlutverk í candidasýkingum í mönnum. Einfrumuangarnir geta auðveldað blóðborna dreifingu sveppsins ef hann kemst inn í æðar en þráðlaga frumurnar eiga auðveldara með að komast um þétta vefi með því að grafa sig í gegnum þá. Sumir telja að hyphae C.albicans ráðist inn í epithel frumur með thigmotropism (hreyfing sem byggist á snertingu) en aðrir telja chemotropisma mikilvægari.

15. Greining Candida sýkinga
Vöxtur í ræktunarskál eftir eina nótt
Molecular sequence analysis / physiologisk próf
Byrjandi hyphae vöxtur eftir 2-3 klst. ef látnar vera í próteinríkum vökva við 35-36°C
Fljótlegar litamælingar á ensímum
Chromogenískt æti fyrir C. albicans, C. tropicalis og C. krusei
Næringarpróf
Ræktun við 45°C
Skoða pseudohyphae
Aerob / anaerob
Ef Candida er sett í ræktun getur maður átt von á vexti í skálinni strax eftir eina nótt. Hægt er að gera mjög nákvæma molecular sequence analysu til greiningar en physiologisk próf eru töluvert praktískari. Til dæmis það að fylgjast með byrjandi hyphae vexti þegar frumurnar eru látnar vera í próteinríkum vökva eins og plasma, við 35-36°C í 2-3 klst. eða með fljótlegum litamælingum á ensímum (L-proline aminopeptíðasi eða β-galactosamíníðasi). Auk þess hefur verið búið til sérstakt chromogenískt æti sem hægt er að nota til þess að rækta C. albicans, C. tropicalis og C. krusei. Hægt er að greina einangraðar frumur enn frekar með næringarprófum sem taka 2-3 daga. Þau duga reyndar ekki til að greina milli C. albicans og C. dubliniensis en það er hægt að gera með ræktun við 45°C sem aðeins C. albicans þolir.
Með því að skoða mismunandi pseudohyphae algengustu Candida tegundanna fást sterkar vísbendingar um hvaða tegund ræðir. Margar Candidategundir geta bæði lifað við aerob og anaerob aðstæður.

16. Virulens þættir
Virulens þættir gætu haft mismunandi hlutverk eftir staðsetningu og stigi sýkingar
Sýrustig og calcineurin
Hyphae yfirborðspróteinið Hwp1
Candida yfirborðspróteinið INT1
Bóluefni? Lyf?
Mannosyl transferasi
Gen sem stjórna breytingu frá angavexti í þráðvöxt
Extracellular próteinasar, phospholípasar, lípasar, hydrolýtisk ensím og adhesin
Candida tegundirnar eru í raun ekki mjög virulent (gætu annars ekki lifað í sátt og samlyndi við menn og dýr) en þrátt fyrir þetta hefur tíðni candidasýkinga aukist undanfarin tíu ár og þáttur annarra tegunda en C. albicans hefur farið vaxandi.
Nokkuð hefur verið um gena- og sameindarannsóknir á virulens þáttum Candida og benda þær til þess að virulens þættirnir geti haft mismunandi hlutverk á mismunandi sýkingastöðum og mismunandi stigum sýkingarinnar. Sýnt hefur verið fram á að sýrustig og calcineurin (ensím sem er stýrt af calcium) eru mikilvægir virulens þættir.
Ýmsir þættir hafa áhrif á getu Candida frumanna til að loða við vefi hýsilsins, eða aðskotahluti úr plasti ef út í það er farið.
Hwp1 sem er hyphae yfirborðsprótein er nauðsynlegt til þess að mynda stöðuga tengingu við epithel frumur og skortur á því leiðir til þess að virulens minnkar.
Skemmdir á yfirborðspróteini á Candida frumunum, INT1, leiða til minnkaðs hyphae vaxtar, erfiðleika með viðloðun og minnkaðs virulens. Þetta hefur vakið vonir um að próteinið sé mögulegur kandidat sem skotmark bóluefnis eða lyfja, þar sem það er utan á Candida frumunni.
Mannosyl transferasi hefur einnig að gera með viðloðunarhæfni og virulens C. albicans.
Stökkbreyting í genum sem stjórna breytingu frá angavexti yfir í sveppaþráðaform leiddu til avirulent Candida fruma.
Mögulegir virulens þættir eru einnig extracellular próteinasar, phospholipasar, lípasar, hydrolýtisk ensím og adhesin og hafa breytingar eða truflanir á þessum þáttum haft áhrif á virulens Candida fruma í músamódelum.

17. Frumuveggurinn Margfaldur frumuveggur
Glucan
Mannan
Mannoprótein
Prótein
Chitin
Sum efnin valda ónæmisviðbrögðum en önnur styrkja og stöðga vegginn.
Frumuveggur C. albicans er margfaldur og samanstendur af efnunum glucan, mannan, mannoproteinum, próteinum og chitini. Þessi efni, nema kannski glucön og chitin, geta sett af stað ónæmisviðbrögð.
Hlutverk glucana og chitina er frekar að styrkja frumuvegginn og auka stöðugleika hans.
Ef eitthvert þessara efna vantar verða til minna virulent afbrigði C. albicans.
Frumuveggsefnin geta bæði valdið frumubundnu og vessabundnu ónæmissvari og auk þess geta extracellular próteinasar C. albicans hrint af stað bæði staðbundnum og system ónæmisviðbrögðum.

18. Frumubundið ónæmissvar
Mjög mikilvægt í vörnum hýsils gegn Candida sýkingum
IL-12 hefur mikilvægt hlutverk í Th1 svari músa við C. albicans
Hlutverk interferon γ virðist flókið, getur bæði haft áhrif til góðs og ills
IL-10 knock out mýs varðar fyrir systemiskri sýkingu en ekki GI sýkingu
Neutrofilar gætu átt þátt í vörnum
Frumubundna ónæmissvarið er mjög mikilvægur hluti af vörnum hýsils gegn Candida sýkingu en það sést á hærri tíðni sýkinga hjá þeim einstaklingum sem hafa skert frumubundin ónæmissvör þótt ekki sé nákvæmlega vitað ennþá hvernig á þessu stendur.
Í músum virðist interleukin 12 hafa mikilvægt hlutverk í Th 1 svari við C. albicans en mýs sem skorti það voru bæði viðkvæmari fyrir sýkingu um meltingarveginn og einnig fyrir endursýkingu.
Hlutverk interferón-γ virðist vera flóknara. Interferón-γ knock out mýs voru viðkvæmari fyrir sýkingu en ef Candida-sýktum músum var gefið interleukin 12 olli það banvænum sjúkdómi nema ef interferón-γ var gefið samtímis, þá lifðu 70% músanna af.
Interleukin 10 knock out mýs voru resistant fyrir systemiskri sýkingu en ekki sýkingu í meltingarvegi.
Neutrofilar gætu einnig átt þátt í vörnum hýsils gegn Candida sýkingu. Nokkrar rannsóknir hafa sýnt fram á að G-CSF (granulocyte colony stimulating factor) eykur þann skaða sem neutrofilar valda á pseudohyphae C. albicans.

19. Vessabundið ónæmissvar
Óljóst og umdeilt hlutverk
Bæði monoclonal og polyclonal mótefni hafa verndandi áhrif á mýs með candida sýkingar
Mannan IgG mótefni ræsa kompliment kerfið, bæði klassíska ferlið og alternative ferlið
Bóluefni? Stuttverkandi mótefni?
C. albicans mótefni finnast bæði í sýktum og ósýktum
Hlutverk vessabundna ónæmiskerfisins í Candida sýkingum er enn bæði óljóst og umdeilt. Þó hefur nýlega verið sýnt fram á verndandi áhrif bæði monoclonal og polyclonal mótefna í músamódelum með candida sýkingar. Sýnt hefur verið fram á að sértæk Mannan IgG mótefni ræsi kompliment kerfið, bæði um klassísku og alternative leiðina. Þessar niðurstöður styrkja það að þróun bóluefna eða stuttverkandi verndandi mótefna sé möguleg og rannsókn hefur sýnt að bóluefni hafði áhrif til góðs bæði í ónæmisbældum músum sem og músum með eðlilegt ónæmiskerfi, sem sýktar voru með C. albicans.
Það að C. albicans mótefni geta bæði fundist í sýktu og ósýktu fólki hefur valdið erfiðleikum í þróun sértækra serologiskra prófa fyrir C. albicans en rannsóknir til þess að finna sérstök Candida mótefni eru enn í gangi.

20. Imidazole (heitir líka Fluconazole)

21. Heimildir www.uptodate.com Biology of Candida infections
Janeway, Travers, Walport, Shlomchik. Immunobiology, the immune system in health and disease. 6th edition. Garland Science Publishing. 2005