Ciuperci asemănătoare Chaetomium care cauzează infecții oportuniste la om: un posibil rol pentru extremotoleranță

Identificarea mucegaiurilor filamentoase în laboratorul clinic de rutină se bazează încă în principal pe examinarea microscopică a coloniilor sporulante. Ciupercile care nu au sporocarpe sau spori caracteristici sunt dificil de identificat (Pounder et al. 2007; Santos et al. 2013). În studiul de față au fost analizate 13 tulpini sterile sau nediagnosticabile. Pe baza caracteristicilor fenotipice, izolatele au fost identificate ca fiind din specia Papulaspora, datorită formării de ciorchini sau de structuri asemănătoare bulbilor (Vinod Mootha et al. 2012). Cu încercări de a induce sporularea folosind diferite substraturi și condiții de incubare, unele tulpini au produs conidii minuscule pe fialide scurte, dar, cu toate acestea, aceste conidii nu au fost utile din punct de vedere al diagnosticului și nu au putut fi utilizate pentru identificarea speciilor.

Cu ajutorul analizei moleculare și filogenetice a șase loci, s-a constatat că tulpinile aparțin la trei specii noi care sunt descrise în prezentul studiu. Două specii s-au grupat cu specia tip a genului Subramaniula, în timp ce una a fost soră cu două specii descrise de Chaetomium. Atât Subramaniula, cât și Chaetomium sunt membri ai familiei Chaetomiaceae (Sordariales). Membrii acestei familii se caracterizează prin formarea ascosporilor în asce deliquescente în interiorul unor peritecii mai mult sau mai puțin ornamentate (Whiteside 1961). Identificarea fenotipică a speciilor din Chaetomiaceae depinde în principal de forma firelor de păr ascomatale, de pigmentarea și ornamentarea ascomului și de forma ascosporilor (Ames 1961; von Arx et al. 1984). Cele trei specii descrise în studiul de față au prezentat caracteristici morfologice neobișnuite prin eșecul de a forma reproducere sexuală în ascomate. În schimb, au fost prezente grupuri de celule cu pereți groși, pigmentate închis. Nu este clar dacă aceste structuri reprezentau peritecii imature (Davey et al. 2008). În cadrul nomenclaturii singulare pentru ciuperci (Taylor 2011), speciile sunt totuși descrise aici în genuri sexuale pe baza poziției lor filogenetice în cadrul Chaetomiaceae.

Cele două specii noi care se grupează cu Subramaniula provin din surse clinice, în principal infecții oculare sau cutanate. Genul coprofil Subramaniula este cunoscut în prezent din două specii care au fost transferate de la Achaetomium, și anume S. irregularis și specia tip generică, S. thielavioides (Cannon 1986; von Arx 1985; von Arx et al. 1978). Genul Subramaniula se caracterizează prin ascomate palide glabre cu deschideri apicale largi (Fig. 8), fără o morfologie asexuată cunoscută. Cannon (1986) a raportat „Câteva hifele cu lanțuri de celule considerabil umflate, care produc corpuri globuloase sau elipsoidale cu pereți subțiri cu diametrul de până la 8 μm, dar este foarte posibil să nu funcționeze ca propagule”. Unii autori au sugerat că aceste corpuri ar putea fi legate de starea asexuată a acestei ciuperci (Pastirčák și Pastirčáková 2009). În urma examinării tulpinii ex-tip de S. thielavioides (CBS 122.78), am detectat lanțuri de celule umflate, dar nu au fost observate corpuri cu pereți subțiri. În comparație cu cele două specii noi de Subramaniula la care au fost observate conidii, este puțin probabil ca aceste structuri să fie conidii, dar pot acționa ca propagule de supraviețuire. Subramaniula irregularis (syn. Achaetomiella irregulare) este descrisă ca fiind asemănătoare din punct de vedere morfologic cu S. thielavioides, cu unele diferențe în ceea ce privește forma și dimensiunea ascosporilor și pigmentarea ascomatelor, dar nu este disponibilă nicio cultură vie pentru această specie (Cannon 1986).

Subramaniula thielavioides a fost izolată dintr-o probă de bălegar din India, în timp ce S. irregularis este cunoscută doar din solul din Africa de Sud (Cannon 1986; von Arx et al. 1978). Până în prezent, nicio infecție umană nu a fost atribuită lui Subramaniula. Cu toate acestea, Cannon (1986) a raportat izolarea lui S. thielavioides dintr-o unghie umană și, în mod interesant, a declarat: „Micologii medicali ar trebui să fie conștienți de existența acestei specii”. Cu cele două specii clinice nou descrise, se confirmă că genul Subramaniula are un potențial de gen oportunist care poate provoca în cele din urmă infecții ale pielii, ochilor și unghiilor. O tulpină neidentificată de la un ulcer cornean publicată de Vinod Mootha et al. (2012), CBS 123294, este descrisă în prezentul studiu ca fiind o nouă specie Subramaniula asteroides. Tulpina a fost recuperată de la un pacient care purta o lentilă de contact și care a fost rănit cu o sârmă în timp ce lucra într-un grajd de cai. Tulpina dH 21571 se referea la o cheratită apărută după un traumatism al ochiului cu o frunză de plantă ascuțită pe un câmp agricol din India tropicală. Alte două tulpini din S.U.A. provin, de asemenea, din ulcere corneene. Alte două tulpini provenite din infecții oculare din Spania se potrivesc cu S. asteroides; CNM-CM 4314 a fost izolată din exsudatul cornean al unui pacient de sex masculin în vârstă de 27 de ani, iar CNM-CM 7482 provine dintr-o endoftalmită a unui pacient imunodeprimat în vârstă de 47 de ani; au fost observate hifii în umoarea vitreană, iar pacientul a pierdut ochiul. Astfel, Subramaniula asteroides pare să aibă o asociere puternică cu infecțiile oculare traumatice. Pe parcursul acestui studiu, o altă secvență derivată dintr-un izolat (UTHSC 03-1315) din pielea unui pacient din Arabia Saudită a fost, de asemenea, identificată ca fiind S. asteroides. Singurul izolat ecologic de S. asteroides provenea, de asemenea, din Arabia Saudită, și anume din solul deșertic nisipos sub impactul hidrocarburilor. Acesta a fost recuperat prin îmbogățire cu toluen (Zhao et al. 2010), o metodă concepută pentru izolarea ciupercilor care cresc în condiții toxice.

Subramaniula obscura este descrisă în prezenta lucrare pentru o singură tulpină de la un bărbat kuweitian în vârstă de 53 de ani prezent cu o infecție la un deget de la picior. Tulpina a fost identificată inițial ca fiind Chaetomium cuniculorum. Am constatat că tulpinile de C. cuniculorum sunt înrudite din punct de vedere filogenetic cu S. obscura, deoarece ambele au fost găsite într-o singură cladă susținută pe baza atât a analizei genelor ribosomale (ML-BS/PP, 84 %/1,0), cât și a analizei multilocus a genelor codificatoare de proteine (ML-BS/PP, 100 %/0,99) (Fig. 2) (Fig. 2). Cu secvențierea ITS și folosind un număr limitat de taxoni, separarea celor două specii ar putea fi într-adevăr dificilă. Secvența ITS a tulpinii ex-tip de S. obscura, CBS 132916, a arătat o similitudine de 97 % cu izolatele de C. cuniculorum. Se crede că această din urmă specie se găsește mai ales pe bălegar, iar aproximativ jumătate din tulpinile de C. cuniculorum menținute în colecția de culturi CBS provin din bălegar de animale erbivore. Asemănarea ITS a S. obscura cu S. thielavioides este de 99,4 %, dar genele codificatoare de proteine sunt în mod constant diferite și, prin urmare, descrierea noii specii din Subramaniula este justificată.

Macromorfologia și micromorfologia Subramaniula obscura este similară cu cea a S. asteroides, cu excepția faptului că celulele care formează ciorchinii din S. obscura sunt mai maronii și mai rotunjite, iar hifele sunt mai groase și cu proeminențe verucoase. Temperatura minimă de creștere pentru ambele specii și pentru S. thielavioides este de 6 °C, iar toate au crescut foarte bine la peste 40 °C, ceea ce indică termotoleranța speciilor de Subramaniula. Creșterea optimă a fost între 33 și 36 °C, iar supraviețuirea constantă la 37 °C denotă capacitatea de a crește la temperatura corpului uman ca factor de virulență (Revankar și Sutton 2010).

Identificarea tulpinii Chaetomium anamorphosum CBS 137114 ca specie nouă, recuperată din peritonita umană, a fost făcută inițial prin comparație morfologică cu speciile descrise de Papulaspora. Această tulpină a prezentat o oarecare asemănare cu Papulaspora nishigaharanas prin formarea de agregate de celule de culoare maro, cu pereți groși, precum și prin producerea de fialoconidii (Watanabe 1991). Compararea secvențelor ITS și a regiunii D1/D2 a genei ARNr 28S din GenBank nu a evidențiat o omologie cu nicio specie cunoscută secvențiată. Cu ajutorul abordării filogenetice moleculare, am reușit să rezolvăm taxonomia acestui izolat ca fiind o rudă apropiată a speciilor ascosporulante Chaetomium irregulare și C. fusisporum (figurile 1, 2 și 9). Specia nou identificată diferă de C. irregulare și C. fusisporum, nu numai în ceea ce privește morfologia, ci și în ceea ce privește temperatura de creștere. Temperatura optimă de creștere a lui C. anamorphosum a fost de 33-36 °C, iar creșterea a fost observată în continuare la 40 °C, în timp ce pentru C. irregulare temperatura optimă a fost de 30 °C, iar la 40 °C nu a putut crește sau a crescut slab. Chaetomium irregulare a fost transferat în genul Achaetomium de Rodríguez et al. (2004). Cu toate acestea, atunci când a fost comparat cu tipul generic Achaetomium globosum, s-a constatat că este îndepărtat, iar denumirea Achaetomium irregulare este redundantă. Taxonomia și nomenclatura cladei care conține noua specie și alte specii de Chaetomium spp. ca fiind parafilitice față de Subramaniula sunt neclare din cauza distanței relativ mari față de specia de tip generic, C. globosum. În plus, morfologia ascomatelor, a firelor de păr ascomatale, dacă sunt prezente, și a ascosporilor speciilor din acest clad diferă de cea a lui C. globosum. Genurile Chaetomium, Achaetomium, Subramaniula și Achaetomiella sunt similare din punct de vedere morfologic, cu doar câteva diferențe în ceea ce privește prezența și absența firelor de păr ascomatale, peretele ascomului, culoarea ascosporilor și rata de creștere (Cannon 1986). Aceste caractere au devenit în mare măsură irelevante datorită disponibilității datelor moleculare. În așteptarea unei revizuiri taxonomice a Chaetomium, menținem clasificarea actuală a clusterului în cadrul acestui gen, recunoscând Subramaniula ca un gen cuibărit în Chaetomium.

În ciuda numărului mare de specii descrise în Chaetomium și rude, se cunosc puține lucruri despre taxonomia lor moleculară și doar câteva specii au fost secvențiate și sunt disponibile în baze de date publice (Wang et al. 2014). Majoritatea studiilor anterioare au fost limitate la specii rare, iar filogenia speciilor Chaetomium mai omniprezente rămâne nerezolvată (Asgari și Zare 2011; Lee și Hanlin 1999; Wang et al. 2014). Recent, trei specii noi din grupul C. indicum au fost descrise pe baza analizei moleculare a patru gene (Wang et al. 2014). Un alt studiu molecular al Chaetomium a fost cel realizat de Asgari și Zare (2011) în Iran, folosind analiza filogenetică a trei gene, care a dus la delimitarea a șase specii noi. Două dintre acestea au prezentat morfe asexuate similare cu cele formate de Chaetomium anamorphosum și de ambele specii de Subramaniula descrise în prezenta lucrare. Chaetomium rectangulare Asgari și Zare (2011) aparține grupului C. globosum, caracterizat prin morfe asexuate cu fialide și conidii foarte asemănătoare cu cele ale noii noastre specii. Acest lucru ar putea indica faptul că noile specii și-au pierdut cumva capacitatea de a forma fructificație sexuată și au înlocuit-o cu un tip de sporulație asexuată. Secvențierea locusului MAT care reglează reproducerea sexuată ar putea indica dacă morfii sexuali la aceste specii sunt absenți sau suprimați.

Excrementele de animale, materia vegetală în descompunere și solul sunt habitate naturale cunoscute pentru speciile Chaetomium, Subramaniula și Papulaspora. De Hoog et al. (2013b) au observat că genul Madurella este cuibărit în Chaetomium și că multe specii din Chaetomiaceae combină asocierea cu bălegarul cu condițiile climatice aride. Adăugând la Chaetomium speciile neascosporulante neidentificate anterior, rolul acestui gen în bolile umane și animale a crescut semnificativ. Infecțiile cu Chaetomium și infecțiile provocate de specii care se grupează în arborele filogenetic Chaetomium, cum ar fi Chaetomidium și Thielavia, au fost raportate din piele, păr și unghii (Hubka et al. 2011; Kaliamurthy et al. 2011; Najafzadeh et al. 2014; Vinod Mootha et al. 2012). În plus, s-a raportat că mai multe specii de Chaetomiaceae provoacă infecții oportuniste grave la pacienții imunocompromiși (Al-Aidaroos et al. 2007; Guppy et al. 1998; Hoppin et al. 1983). Mai multe cazuri de peritonită asemănătoare cu a noastră la C. anamorphosum au fost raportate la persoane imunocompromise care au dobândit infecția în timpul dializei peritoneale. Febré et al. (1999) au izolat C. globosum din sticle de lichid de dializă; peritonita a fost raportată de Baer et al. (2013). Un caz interesant publicat de Issa et al. (2013) s-a referit la o peritonită la o femeie imunocompetentă din Damam, Arabia Saudită, cauzată de o specie necunoscută de Chaetomium. Se pare că și indivizii imunocompetenți sunt expuși riscului de infecții profunde cauzate de Chaetomium sau de ciuperci înrudite. Ca exemplu, a fost raportat un caz de feohifomicoză cerebrală fatală cauzată de Thielavia subthermophila la persoane imunocompetente (Badali et al. 2011). Chaetomium atrobrunneum, C. perlucidum și C. strumarium au fost considerate în prezent ca fiind specii neurotrope care cauzează infecții grave și amenințătoare de viață (Abbott et al. 1995; Barron et al. 2003; Guppy et al. 1998). Se pare că membrii Chaetomiaceae au într-adevăr un potențial clinic subestimat, iar reevaluarea rolului genului în patologia umană este necesară de urgență. Habitatul natural al multor specii în climatele aride și supraviețuirea lor la temperaturi ridicate probabil că le sporesc supraviețuirea în țesuturile mamiferelor. Capacitatea lui C. anamorphosum de a se dezvolta în mod optim la 36 °C, spre deosebire de C. irregulare, este un bun exemplu. Speciile sunt capabile să spargă zona de excludere termică a corpului uman și, dacă există imunosupresie sau alte probleme imunologice, ciupercile pot apărea ca potențiali agenți patogeni umani (Casadevall 2012).

Datorită dificultăților de identificare pe baza criteriilor fenotipice, este posibil ca unele cazuri mai vechi de specii Chaetomium sau Subramaniula să fi fost ignorate în mod eronat sau raportate ca fiind cazuri de infecție cu Madurella sau Papulaspora (Mohd-Tahir et al. 2012). Studiile noastre arată în mod clar că infecțiile traumatice și oportuniste provocate de specii asemănătoare cu Chaetomium dau adesea naștere la tulpini ne-sporulate sau slab sporulate în cultură (Najafzadeh et al. 2014; Vinod Mootha et al. 2012). Descrierea acestor tulpini ca entități taxonomice separate în cadrul genului este semnificativă atât din punct de vedere clinic, cât și epidemiologic. În plus, studiile de sensibilitate antifungică sunt puține, iar protocoalele de tratament sunt necesare de urgență.

Lasă un răspuns Anulează răspunsul