Opportunista fertőzéseket okozó Chaetomium-szerű gombák az emberben: az extremotolerancia lehetséges szerepe

A fonalas penészgombák azonosítása a rutin klinikai laboratóriumban még mindig főként a sporuláló telepek mikroszkópos vizsgálatán alapul. Azokat a gombákat, amelyekből hiányoznak a sporocarpiumok vagy a jellegzetes spórák, nehéz azonosítani (Pounder és mtsai. 2007; Santos és mtsai. 2013). Jelen vizsgálatban 13 steril vagy nem diagnosztizálható törzset elemeztek. Fenotípusos jellemzők alapján az izolátumokat Papulaspora fajként azonosították, mivel csomókat vagy gumószerű struktúrákat képeztek (Vinod Mootha és mtsai. 2012). A különböző szubsztrátokkal és inkubációs körülményekkel történő sporuláció indukálására tett kísérletek során néhány törzs apró konídiumokat termelt rövid fiolákon, de ezek a konídiumok még így sem voltak diagnosztikailag használhatóak, és nem lehetett őket fajmeghatározásra használni.

A hat lokusz molekuláris és filogenetikai elemzésével a törzseket három új fajhoz tartozónak találtuk, amelyeket jelen tanulmányban írtunk le. Két faj a Subramaniula nemzetség típusfajával klasztereződött, míg egy faj két leírt Chaetomium fajjal volt testvér. Mind a Subramaniula, mind a Chaetomium a Chaetomiaceae család (Sordariales) tagjai. E család tagjaira jellemző, hogy az aszkospórák többé-kevésbé kiterjedt díszítésű peritéciákon belül deliquens aszkuszokban képződnek (Whiteside 1961). A Chaetomiaceae-fajok fenotípusos azonosítása leginkább az aszkómahajak alakjától, az aszkómák pigmentációjától és díszítettségétől, valamint az aszkospórák alakjától függ (Ames 1961; von Arx et al. 1984). A jelen tanulmányban leírt három faj szokatlan morfológiai jellemzőket mutatott azáltal, hogy az aszkómákban nem alakult ki az ivaros szaporodás. Ehelyett vastag falú, sötét pigmentált sejtek csoportjai voltak jelen. Nem világos, hogy ezek a struktúrák éretlen peritéciákat jelentettek-e (Davey et al. 2008). A gombák szinguláris nómenklatúrájának keretében (Taylor 2011) a fajokat itt mindazonáltal a Chaetomiaceae-n belüli filogenetikai helyzetük alapján szexuális nemzetségekben írjuk le.

A Subramaniulával csoportosuló két új faj klinikai forrásokból, főként szem- vagy bőrfertőzésekből származott. A Subramaniula koprofil nemzetség jelenleg két fajból ismert, amelyek az Achaetomiumból kerültek át, azaz a S. irregularis és a generikus típusfaj, a S. thielavioides (Cannon 1986; von Arx 1985; von Arx et al. 1978). A Subramaniula nemzetségre a széles apikális nyílásokkal rendelkező, glabrous fakó aszkómák jellemzőek (8. ábra), ismert aszexuális morfózis nélkül. Cannon (1986) “Néhány, jelentősen megduzzadt sejtekből álló láncokkal rendelkező hifáról számolt be, amelyek 8 μm átmérőjű, vékonyfalú, gömbölyded vagy ellipszoid alakú testeket hoznak létre, de valószínűleg nem szaporítóként funkcionálnak”. Egyes szerzők szerint ezek a testek a gomba aszexuális állapotához kapcsolódhatnak (Pastirčák és Pastirčáková 2009). A S. thielavioides ex-típusú törzsének (CBS 122.78) vizsgálatakor duzzadt sejtek láncolatait észleltük, de vékonyfalú testeket nem láttunk. A két új Subramaniula fajunkkal összehasonlítva, amelyekben konídiumokat figyeltünk meg, ezek a struktúrák valószínűleg nem a konídiumok, hanem túlélő szaporítóként működhetnek. A Subramaniula irregularis (syn. Achaetomiella irregulare) leírása szerint morfológiailag hasonló a S. thielavioides fajhoz, némi különbséggel az aszkospórák alakjában és méretében, valamint az aszkómák pigmentációjában, de erről a fajról nem áll rendelkezésre élő kultúra (Cannon 1986).

A Subramaniula thielavioides-t egy indiai trágyamintából izolálták, míg a S. irregularis csak dél-afrikai talajból ismert (Cannon 1986; von Arx et al. 1978). Eddig egyetlen emberi fertőzést sem tulajdonítottak a Subramaniulának. Cannon (1986) azonban beszámolt a S. thielavioides izolálásáról egy emberi körömből, és érdekes módon közölte, hogy “az orvosi mikológusoknak tisztában kell lenniük a létezésével”. A két újonnan leírt klinikai fajjal megerősítést nyert, hogy a Subramaniula nemzetség opportunista nemzetségként potenciálisan bőr-, szem- és körömfertőzéseket okozhat. A Vinod Mootha és munkatársai (2012) által egy szaruhártya-fekélyből származó CBS 123294 azonosítatlan törzset jelen tanulmányban Subramaniula asteroides néven új fajként írják le. A törzset egy kontaktlencsét viselő betegből nyerték ki, aki egy lóistállóban végzett munka során egy dróttal sérült meg. A dH 21571 törzs egy trópusi Indiában egy mezőgazdasági területen egy éles növényi levéllel okozott szemsérülést követően kialakult keratitisre vonatkozott. Két további, az Egyesült Államokból származó törzs szintén szaruhártya-fekélyekből származik. Két további, Spanyolországból származó szemfertőzésből származó törzs megfelelt a S. asteroidesnek; a CNM-CM 4314-et egy 27 éves férfi beteg szaruhártya-exsudátumából izolálták, a CNM-CM 7482 egy 47 éves immunszupprimált beteg endophthalmitiséből származott; az üvegtestben hifákat figyeltek meg, és a beteg elvesztette a szemét. A Subramaniula asteroides tehát úgy tűnik, hogy szoros kapcsolatban áll a traumás szemfertőzésekkel. E vizsgálat során egy másik, egy szaúd-arábiai beteg bőréből származó izolátumból (UTHSC 03-1315) származó szekvenciát is S. asteroides-ként azonosítottak. A S. asteroides egyetlen környezeti izolátuma szintén Szaúd-Arábiából származik, mégpedig szénhidrogén-hatás alatt álló homokos sivatagi talajból. Toluolos dúsítással nyerték ki (Zhao és mtsai. 2010), egy toxikus körülmények között tenyésző gombák izolálására kifejlesztett módszerrel.

A Subramaniula obscura-t ebben a tanulmányban egy 53 éves kuvaiti férfitól származó egyetlen törzsről írják le, aki lábujjfertőzéssel jelentkezett. A törzset kezdetben Chaetomium cuniculorumként azonosították. Megállapítottuk, hogy a C. cuniculorum törzsei filogenetikai rokonságban állnak a S. obscurával, mivel mind a riboszómális gének elemzése (ML-BS/PP, 84 %/1,0), mind a fehérjekódoló gének multilokuszi elemzése (ML-BS/PP, 100 %/0,99) alapján mindkettőt egyetlen, támogatott kládban találtuk (2. ábra). ITS-szekvenálással és korlátozott számú taxon felhasználásával a két faj elkülönítése valóban nehéz lehet. A S. obscura ex-típusú törzsének, a CBS 132916-nak az ITS-szekvenciája 97 %-os hasonlóságot mutatott a C. cuniculorum izolátumokkal. Az utóbbi faj feltehetően főként trágyán fordul elő, és a CBS tenyészgyűjteményében található C. cuniculorum törzsek mintegy fele növényevő állatok trágyájából származik. A S. obscura és a S. thielavioides ITS-hasonlósága 99,4%, de a fehérjéket kódoló gének következetesen különböznek, ezért a Subramaniula új fajának leírása indokolt.

A Subramaniula obscura makro- és mikromorfológiája hasonló a S. asteroideséhez, kivéve, hogy a S. obscura csomóit alkotó sejtek barnábbak és kerekebbek, a hifák pedig vastagabbak és szemölcsszerű kiemelkedésekkel rendelkeznek. A minimális növekedési hőmérséklet mindkét faj és a S. thielavioides esetében 6 °C, és mindannyian nagyon jól növekedtek 40 °C felett, ami a Subramaniula fajok hőtűrésére utal. Az optimális növekedés 33 és 36 °C között volt, és a 37 °C-on való következetes túlélés az emberi testhőmérsékleten való növekedési képességet, mint virulenciafaktort jelzi (Revankar és Sutton 2010).

A Chaetomium anamorphosum CBS 137114 törzsének új fajként való azonosítása, amelyet emberi hashártyagyulladásból nyertek, kezdetben morfológiai összehasonlítással történt a leírt Papulaspora fajokkal. Ez a törzs némi hasonlóságot mutatott a Papulaspora nishigaharanashoz a barna színű, vastag falú sejtek aggregátumainak képzése, valamint a phialoconidiumok termelése révén (Watanabe 1991). Az ITS és a 28S rRNS gén D1/D2 régiójának szekvenciáinak összehasonlítása a GenBankban nem mutatott homológiát egyetlen ismert szekvenált fajjal sem. A molekuláris filogenetikai megközelítéssel sikerült megoldani ennek az izolátumnak a taxonómiáját az aszkospórázó Chaetomium irregulare és C. fusisporum fajok közeli rokonaként (1., 2. és 9. ábra). Az újonnan azonosított faj nemcsak morfológiájában, hanem növekedési hőmérsékletében is különbözött a C. irregulare-tól és a C. fusisporum-tól. A C. anamorphosum optimális növekedési hőmérséklete 33-36 °C volt, és a növekedés még 40 °C-on is megfigyelhető volt, míg a C. irregulare esetében az optimum 30 °C volt, és 40 °C-on nem vagy csak gyengén növekedett. A Chaetomium irregulare-t Rodríguez és munkatársai (2004) az Achaetomium nemzetségbe sorolták át. Az Achaetomium globosum nemtípussal összehasonlítva azonban úgy találták, hogy távol áll tőle, és az Achaetomium irregulare név felesleges. Az új fajt és más, a Subramaniulával parafiletikusnak tekintett Chaetomium spp. fajokat tartalmazó klád taxonómiája és nomenklatúrája nem egyértelmű, mivel a generikus típusfajtól, a C. globosumtól viszonylag nagy a távolság. Ezenkívül az e kládba tartozó fajok aszkómáinak, aszkomatális szőröknek (ha vannak) és aszkospóráknak a morfológiája eltér a C. globosumétól. A Chaetomium, Achaetomium, Subramaniula és Achaetomiella nemzetségek morfológiailag hasonlóak, csak az aszkomataszőrök jelenléte és hiánya, az aszkómafal, az aszkospórák színe és a növekedési sebesség tekintetében mutatnak kevés különbséget (Cannon 1986). Ezek a karakterek a molekuláris adatok elérhetősége miatt nagyrészt irrelevánssá váltak. A Chaetomium rendszertani felülvizsgálatáig fenntartjuk a klaszter jelenlegi osztályozását ezen a nemzetségen belül, a Subramaniulát a Chaetomiumon belül beágyazott nemzetségként ismerve el.

A Chaetomium és rokonainak nagyszámú leírt faja ellenére keveset tudunk molekuláris taxonómiájukról, és csak néhány faj szekvenálása történt meg, amelyek nyilvános adatbázisokban elérhetőek (Wang et al. 2014). A korábbi tanulmányok többsége a ritka fajokra korlátozódott, és a mindenütt jelenlévő Chaetomium fajok filogenetikája továbbra is megoldatlan (Asgari és Zare 2011; Lee és Hanlin 1999; Wang és mtsai. 2014). A közelmúltban négy gén molekuláris elemzése alapján három új fajt írtak le a C. indicum csoportban (Wang et al. 2014). A Chaetomium másik molekuláris vizsgálatát Asgari és Zare (2011) végezte Iránban három gén filogenetikai elemzésével, ami hat új faj lehatárolását eredményezte. Ezek közül kettő a Chaetomium anamorphosum és a jelen dolgozatban leírt mindkét Subramaniula faj által képzettekhez hasonló aszexuális morfológiát mutatott. A Chaetomium rectangulare Asgari és Zare (2011) a C. globosum csoportba tartozik, amelyet a mi új fajunkéhoz nagyon hasonló fialidákkal és konídiumokkal rendelkező aszexuális morfok jellemeznek. Ez arra utalhat, hogy az új fajok valamilyen módon elvesztették az ivaros termésképzésre való képességüket, és ezt egy aszexuális sporulációs típussal helyettesítették. Az ivaros szaporodást szabályozó MAT-lókusz szekvenálása megmutathatja, hogy az ivaros morfiumok ezeknél a fajoknál hiányoznak-e vagy elnyomottak.

A Chaetomium, Subramaniula és Papulaspora fajok ismert természetes élőhelyei az állati trágya, a bomló növényi anyagok és a talaj. De Hoog és munkatársai (2013b) észrevették, hogy a Madurella nemzetség a Chaetomiumon belül fészkel, és hogy a Chaetomiaceae számos faja a trágyatársulást a száraz éghajlati viszonyokkal kombinálja. A Chaetomiumhoz hozzáadva a korábban nem azonosított, nem aszkospórázó fajokat, e nemzetség szerepe az emberi és állati megbetegedésekben jelentősen megnőtt. A Chaetomium-fajok filogenetikai fáján csoportosuló fajok, például a Chaetomidium és a Thielavia által okozott Chaetomium-fertőzésekről és fertőzésekről bőrből, hajból és körmökből számoltak be (Hubka és mtsai. 2011; Kaliamurthy és mtsai. 2011; Najafzadeh és mtsai. 2014; Vinod Mootha és mtsai. 2012). Ezenkívül a Chaetomiaceae számos fajáról jelentették, hogy súlyos opportunista fertőzéseket okoz immunhiányos betegeknél (Al-Aidaroos és mtsai. 2007; Guppy és mtsai. 1998; Hoppin és mtsai. 1983). Számos, a miénkhez hasonló C. anamorphosum peritonitiszes esetet jelentettek immunkompromittált egyéneknél, akik a fertőzést peritoneális dialízis során szerezték. Febré és munkatársai (1999) dialízisfolyadékot tartalmazó palackokból izolálták a C. globosumot; peritonitiszről Baer és munkatársai (2013) számoltak be. Egy érdekes, Issa és munkatársai (2013) által közzétett eset egy szaúd-arábiai Damamból származó, immunkompetens nőbeteg peritonitiszére vonatkozott, amelyet egy ismeretlen Chaetomium faj okozott. Nyilvánvalóan az immunkompetens egyének is ki vannak téve a Chaetomium vagy rokon gombák okozta mélyfertőzések kockázatának. Példaként egy Thielavia subthermophila által okozott, halálos kimenetelű agyi phaeohyphomycosisról számoltak be immunkompetens egyéneknél (Badali és mtsai. 2011). A Chaetomium atrobrunneumot, a C. perlucidumot és a C. strumariumot immár súlyos és életveszélyes fertőzéseket okozó neurotrop fajoknak tekintették (Abbott és mtsai. 1995; Barron és mtsai. 2003; Guppy és mtsai. 1998). Úgy tűnik, hogy a Chaetomiaceae tagjai valóban alábecsült klinikai potenciállal rendelkeznek, és a nemzetség humán patológiában betöltött szerepének újraértékelése sürgősen szükséges. Számos faj természetes élőhelye a száraz éghajlaton és a magas hőmérsékleten való túlélésük valószínűleg fokozza a túlélésüket az emlősök szövetében. Jó példa erre a C. anamorphosum azon képessége, hogy a C. irregulare-val ellentétben 36 °C-on is optimálisan képes növekedni. A fajok képesek áttörni az emberi szervezet termikus kizáró zónáját, és immunszuppresszió vagy egyéb immunológiai probléma esetén a gombák potenciális humán patogénekké válhatnak (Casadevall 2012).

A fenotípusos kritériumok alapján történő azonosítási nehézségek miatt a Chaetomium vagy Subramaniula fajok néhány régebbi esetét tévesen figyelmen kívül hagyhatták vagy Madurella vagy Papulaspora fertőzésként jelentették (Mohd-Tahir et al. 2012). Vizsgálataink egyértelműen azt mutatják, hogy a chaetomium-szerű fajok traumás és opportunista fertőzései gyakran nem vagy rosszul sporuláló törzseket eredményeznek tenyészetben (Najafzadeh et al. 2014; Vinod Mootha et al. 2012). Ezeknek a törzseknek a nemzetségen belüli külön taxonómiai entitásként való leírása mind klinikai, mind járványtani szempontból jelentős. Ezenkívül kevés a gombaellenes érzékenységi vizsgálat, és sürgősen szükség van kezelési protokollokra.

Vélemény, hozzászólás? Kilépés a válaszból