Chaetomium-achtige schimmels die opportunistische infecties veroorzaken bij de mens: een mogelijke rol voor extremotolerantie

Identificatie van filamenteuze schimmels in het routinematige klinische laboratorium is nog steeds voornamelijk gebaseerd op microscopisch onderzoek van sporende kolonies. Schimmels die geen sporocarpen of karakteristieke sporen hebben, zijn moeilijk te identificeren (Pounder et al. 2007; Santos et al. 2013). In de huidige studie werden 13 steriele of ongediagnosticeerde stammen geanalyseerd. Op basis van fenotypische kenmerken werden de isolaten geïdentificeerd als Papulaspora-soorten vanwege de vorming van klonters of bolvormige structuren (Vinod Mootha et al. 2012). Bij pogingen om sporulatie te induceren met behulp van verschillende substraten en incubatieomstandigheden, produceerden sommige stammen minuscule conidia op korte fialiden, maar nog steeds waren deze conidia diagnostisch niet bruikbaar en konden ze niet worden gebruikt voor soortidentificatie.

Met moleculaire en fylogenetische analyse van zes loci, bleken de stammen te behoren tot drie nieuwe soorten die in de huidige studie worden beschreven. Twee soorten werden geclusterd met de typesoort van het genus Subramaniula, terwijl één soort zuster was van twee beschreven Chaetomium-soorten. Zowel Subramaniula als Chaetomium behoren tot de familie Chaetomiaceae (Sordariales). Leden van deze familie worden gekenmerkt door de vorming van ascospora in vervloeiende asci binnen min of meer uitgebreid versierde perithecia (Whiteside 1961). Fenotypische identificatie van soorten in Chaetomiaceae hangt meestal af van de vorm van de ascomatale haren, ascoma pigmentatie en ornamentatie, en ascosporevorm (Ames 1961; von Arx et al. 1984). De drie beschreven soorten in de huidige studie vertoonden ongewone morfologische kenmerken doordat ze geen geslachtelijke voortplanting in de ascomata vormen. In plaats daarvan waren er clusters van dikwandige, donker gepigmenteerde cellen aanwezig. Het is onduidelijk of deze structuren onrijpe perithecia vertegenwoordigden (Davey et al. 2008). In het kader van de enkelvoudige nomenclatuur voor schimmels (Taylor 2011) worden de soorten hier toch beschreven in geslachtelijke geslachten op basis van hun fylogenetische positie binnen de Chaetomiaceae.

De twee nieuwe soorten die geclusterd zijn met Subramaniula zijn afkomstig uit klinische bronnen, meestal oog- of huidinfecties. Het coprofiele geslacht Subramaniula is momenteel bekend van twee soorten die zijn overgebracht uit Achaetomium, namelijk S. irregularis en de generische typesoort, S. thielavioides (Cannon 1986; von Arx 1985; von Arx et al. 1978). Het geslacht Subramaniula wordt gekenmerkt door glabberkleurige bleke ascomata met brede apicale openingen (Fig. 8), zonder een bekende asexuele morf. Cannon (1986) meldde “Enkele hyphen met ketens van sterk opgezwollen cellen, die dunwandige globose of ellipsoïdale lichamen produceren tot 8 μm diam, maar die wellicht niet als propagule fungeren”. Sommige auteurs suggereerden dat deze lichamen verband zouden kunnen houden met de ongeslachtelijke toestand van deze schimmel (Pastirčák en Pastirčáková 2009). Bij het onderzoek van de ex-stam van S. thielavioides (CBS 122.78) vonden we ketens van opgezwollen cellen, maar er werden geen dunwandige lichaampjes gezien. In vergelijking met onze twee nieuwe Subramaniula-soorten waarbij conidia werden waargenomen, is het onwaarschijnlijk dat deze structuren de conidia zijn, maar zij kunnen fungeren als overlevingspropagulen. Subramaniula irregularis (syn. Achaetomiella irregulare) wordt beschreven als morfologisch gelijkend op S. thielavioides met enkele verschillen in vorm en grootte van de ascospora en pigmentatie van de ascomata, maar van deze soort is geen levende cultuur beschikbaar (Cannon 1986).

Subramaniula thielavioides is geïsoleerd uit een mestmonster uit India, terwijl S. irregularis alleen bekend is uit grond in Zuid-Afrika (Cannon 1986; von Arx et al. 1978). Tot dusver is nog geen infectie bij de mens toegeschreven aan Subramaniula. Cannon (1986) meldde echter de isolatie van S. thielavioides uit een menselijke nagel en meldde interessant genoeg: “Medische mycologen zouden op de hoogte moeten zijn van het bestaan ervan”. Met de twee nieuw beschreven klinische soorten wordt bevestigd dat het genus Subramaniula een potentieel heeft als opportunistisch genus dat uiteindelijk huid-, oog- en nagelinfecties kan veroorzaken. Een niet-geïdentificeerde stam uit een hoornvlieszweer, gepubliceerd door Vinod Mootha et al. (2012), CBS 123294, wordt in de huidige studie beschreven als een nieuwe soort Subramaniula asteroides. De stam werd verkregen bij een patiënt die een contactlens droeg en die tijdens werkzaamheden in een paardenstal gewond was geraakt met een draad. Stam dH 21571 betrof een keratitis die was ontstaan na een oogtrauma met een scherp plantenblad op een landbouwveld in tropisch India. Twee andere stammen uit de U.S.A. waren ook afkomstig van hoornvlieszweren. Twee andere stammen uit ooginfecties in Spanje kwamen overeen met S. asteroides; CNM-CM 4314 werd geïsoleerd uit hoornvliesexsudaat van een 27-jarige mannelijke patiënt, CNM-CM 7482 was afkomstig van een endophthalmitis van een 47-jarige immunosuppressieve patiënt; hyphyae werden waargenomen in het glasvocht en de patiënt verloor het oog. Subramaniula asteroides lijkt dus een sterke associatie te hebben met traumatische ooginfecties. In de loop van deze studie werd een andere sequentie, afkomstig van een isolaat (UTHSC 03-1315) van de huid van een patiënt uit Saoedi-Arabië, ook geïdentificeerd als S. asteroides. Het enige milieu-isolaat van S. asteroides was eveneens afkomstig uit Saoedi-Arabië, namelijk uit zandige woestijngrond onder invloed van koolwaterstoffen. Het werd teruggevonden door verrijking met tolueen (Zhao et al. 2010), een methode ontworpen voor de isolatie van schimmels die groeien onder toxische omstandigheden.

Subramaniula obscura wordt in dit artikel beschreven voor een enkele stam van een 53-jarige Koeweitse man die aanwezig was met een teeninfectie. De stam werd aanvankelijk geïdentificeerd als Chaetomium cuniculorum. Wij stelden vast dat stammen van C. cuniculorum fylogenetisch verwant zijn met S. obscura, aangezien beide gevonden werden in één enkele, ondersteunde clade op basis van zowel ribosomale genanalyse (ML-BS/PP, 84 %/1,0) als multilocusanalyse van eiwitcoderende genen (ML-BS/PP, 100 %/0,99) (Fig. 2). Met ITS-sequencing en gebruik makend van een beperkt aantal taxa, zou de scheiding van de twee soorten inderdaad moeilijk kunnen zijn. De ITS-sequentie van de ex-type stam van S. obscura, CBS 132916, vertoonde 97 % overeenkomst met C. cuniculorum isolaten. Van deze laatste soort wordt aangenomen dat ze vooral op mest voorkomt en ongeveer de helft van de C. cuniculorum-stammen in de CBS-kweekcollectie is afkomstig van mest van herbivore dieren. De ITS-overeenkomst van S. obscura met S. thielavioides is 99,4%, maar de eiwitcoderende genen zijn consistent verschillend en daarom is beschrijving van de nieuwe soort in Subramaniula gerechtvaardigd.

De macro- en micromorfologie van Subramaniula obscura is vergelijkbaar met die van S. asteroides, behalve dat de cellen die de klonters van S. obscura vormen bruiner en ronder zijn, en de hyfen dikker zijn en wratachtige uitsteeksels hebben. De minimale groeitemperatuur voor beide soorten en voor S. thielavioides is 6 °C, en ze groeiden allemaal zeer goed boven 40 °C, wat wijst op thermotolerantie van Subramaniula-soorten. De optimale groei lag tussen 33 en 36 °C, en consistente overleving bij 37 °C duidt op het vermogen om te groeien bij de menselijke lichaamstemperatuur als virulentiefactor (Revankar and Sutton 2010).

De identificatie van Chaetomium anamorphosum stam CBS 137114 als een nieuwe soort, gerecupereerd uit menselijke peritonitis, werd aanvankelijk uitgevoerd door morfologische vergelijking met beschreven Papulaspora-soorten. Deze stam vertoonde enige gelijkenis met Papulaspora nishigaharanas door de vorming van aggregaten van bruin gekleurde, dikwandige cellen, alsook door de productie van phialoconidia (Watanabe 1991). Vergelijking van de sequenties van ITS en van de D1/D2-regio van het 28S rRNA-gen in de GenBank bracht geen homologie aan het licht met enige bekende gesequenteerde soort. Met de moleculaire fylogenetische benadering konden we de taxonomie van dit isolaat oplossen als een nauwe verwant van de ascosporulerende soorten Chaetomium irregulare en C. fusisporum (Figs. 1, 2, en 9). De nieuw geïdentificeerde soort verschilde van C. irregulare en C. fusisporum, niet alleen in morfologie maar ook in de groeitemperatuur. De optimale groeitemperatuur van C. anamorphosum was 33-36 °C en er werd nog groei waargenomen bij 40 °C, terwijl voor C. irregulare het optimum 30 °C was en hij niet of slechts matig groeide bij 40 °C. Chaetomium irregulare werd door Rodríguez et al. (2004) overgebracht naar het genus Achaetomium. Bij vergelijking met het generische type Achaetomium globosum bleek het echter veraf te staan en is de naam Achaetomium irregulare overbodig. De taxonomie en nomenclatuur van de clade die de nieuwe soort en andere Chaetomium spp. als parafyletisch tot Subramaniula omvat, zijn onduidelijk vanwege de relatief grote afstand tot de generische typesoort, C. globosum. Bovendien verschilt de morfologie van de ascomata, de ascomatale haren indien aanwezig, en de ascospora van de soorten van deze clade van die van C. globosum. De genera Chaetomium, Achaetomium, Subramaniula, en Achaetomiella waren morfologisch vergelijkbaar met slechts enkele verschillen in de aan- en afwezigheid van ascomatale haren, de wand van de ascoma, de kleur van de ascospore, en in de groeisnelheid (Cannon 1986). Deze kenmerken zijn grotendeels irrelevant geworden door de beschikbaarheid van moleculaire gegevens. In afwachting van een taxonomische herziening van Chaetomium handhaven we de huidige indeling van de cluster binnen dit genus, met erkenning van Subramaniula als een genus genesteld binnen Chaetomium.

Ondanks het grote aantal beschreven soorten in Chaetomium en verwanten, is er weinig bekend over hun moleculaire taxonomie en slechts enkele soorten zijn gesequenced en beschikbaar in publieke databases (Wang et al. 2014). De meeste van de eerdere studies waren beperkt tot zeldzame soorten, en de fylogenie van meer alomtegenwoordige Chaetomium-soorten blijft onopgelost (Asgari en Zare 2011; Lee en Hanlin 1999; Wang et al. 2014). Onlangs werden drie nieuwe soorten in de C. indicum groep beschreven op basis van moleculaire analyse van vier genen (Wang et al. 2014). Een andere moleculaire studie van Chaetomium was die van Asgari en Zare (2011) in Iran met behulp van fylogenetische analyse van drie genen, resulterend in de afbakening van zes nieuwe soorten. Twee daarvan vertoonden asexuele morfologieën die vergelijkbaar zijn met die van Chaetomium anamorphosum en van beide Subramaniula-soorten die in dit artikel worden beschreven. Chaetomium rectangulare Asgari en Zare (2011) behoort tot de C. globosum groep en wordt gekenmerkt door asexuele morfonen met fialiden en conidia die sterk gelijken op die van onze nieuwe soort. Dit zou erop kunnen wijzen dat de nieuwe soorten op de een of andere manier hun vermogen tot seksuele vruchtvorming hebben verloren en dit hebben vervangen door een aseksuele vorm van sporulatie. Sequencing van de MAT-locus die de seksuele voortplanting regelt, zou kunnen aangeven of de seksuele morfologie bij deze soorten afwezig is of onderdrukt wordt.

Dierlijke mest, rottend plantaardig materiaal en grond zijn bekende natuurlijke habitats voor Chaetomium-, Subramaniula- en Papulaspora-soorten. De Hoog et al. (2013b) merkten op dat het genus Madurella genesteld is binnen Chaetomium en dat veel soorten in de Chaetomiaceae mestassociatie combineren met dorre klimatologische omstandigheden. Door de toevoeging van de voorheen niet-geïdentificeerde niet-ascosporulerende soorten aan Chaetomium is de rol van dit genus bij ziekten bij mens en dier aanzienlijk toegenomen. Chaetomium-infecties en infecties door soorten die clusteren in de Chaetomium-fylogenetische boom, zoals Chaetomidium en Thielavia, zijn gemeld van huid, haar en nagels (Hubka et al. 2011; Kaliamurthy et al. 2011; Najafzadeh et al. 2014; Vinod Mootha et al. 2012). Bovendien is van verscheidene soorten van de Chaetomiaceae gemeld dat zij ernstige opportunistische infecties veroorzaken bij immuungecompromitteerde patiënten (Al-Aidaroos et al. 2007; Guppy et al. 1998; Hoppin et al. 1983). Verscheidene gevallen van peritonitis vergelijkbaar met de onze bij C. anamorphosum zijn gemeld bij immuungecompromitteerde personen die de infectie hadden opgelopen tijdens peritoneale dialyse. Febré et al. (1999) isoleerden C. globosum uit flessen dialysevloeistof; peritonitis werd gerapporteerd door Baer et al. (2013). Een interessant geval gepubliceerd door Issa et al. (2013) betrof een peritonitis bij een immunocompetente vrouw uit Damam, Saoedi-Arabië, veroorzaakt door een onbekende Chaetomium-soort. Blijkbaar lopen ook immunocompetente personen het risico op diepe infecties door Chaetomium of verwante schimmels. Zo werd een geval van fatale cerebrale phaeohyphomycose, veroorzaakt door Thielavia subthermophila, gemeld bij immunocompetente personen (Badali et al. 2011). Chaetomium atrobrunneum, C. perlucidum, en C. strumarium werden nu beschouwd als neurotropische soorten die ernstige en levensbedreigende infecties veroorzaken (Abbott et al. 1995; Barron et al. 2003; Guppy et al. 1998). Het lijkt erop dat leden van de Chaetomiaceae inderdaad een onderschat klinisch potentieel hebben, en een herevaluatie van de rol van het genus in de menselijke pathologie is dringend nodig. De natuurlijke habitat van veel soorten in dorre klimaten en hun overleving bij hoge temperaturen bevorderen waarschijnlijk hun overleving in weefsel van zoogdieren. Het vermogen van C. anamorphosum om optimaal te groeien bij 36 °C, in tegenstelling tot C. irregulare, is een goed voorbeeld. De soorten zijn in staat om de thermische uitsluitingszone van het menselijk lichaam te doorbreken en in geval van immunosuppressie of andere immunologische problemen kunnen schimmels opduiken als potentiële humane pathogenen (Casadevall 2012).

Door moeilijkheden bij de identificatie op basis van fenotypische criteria, zijn sommige oudere gevallen van Chaetomium of Subramaniula soorten misschien ten onrechte genegeerd of gerapporteerd als gevallen van Madurella of Papulaspora infectie (Mohd-Tahir et al. 2012). Onze studies tonen duidelijk aan dat traumatische en opportunistische infecties door chaetomium-achtige soorten vaak niet- of slecht-sporulerende stammen in cultuur opleveren (Najafzadeh et al. 2014; Vinod Mootha et al. 2012). Beschrijving van deze stammen als afzonderlijke taxonomische entiteiten in het genus is zowel vanuit klinisch als epidemiologisch oogpunt van belang. Bovendien zijn antischimmelgevoeligheidsstudies schaars, en zijn behandelingsprotocollen dringend nodig.

Geef een antwoord Antwoord annuleren