Name: 저자 스포트라이트: 항진균 연구를 위한 약물 저항성 칸디다 균에서 몸집이 작은 식민지를 유도하기 위한 새로운 접근 방식으로서의 광역학 요법
Uploaded: 2024-03-29T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Photodynamic Therapy as a Novel Approach to Induce Petite Colonies in Drug-Resistant Candida for Antifungal Research at JoVE.com

이 연구는 대만 과학기술부[MOST 110-2314-B-006-086-MY3], 국립청쿵대학교[K111-B094], [K111-B095], 대만 국립청쿵대학교병원[NCKUH-11204031], [NCKUMCS2022057]의 지원을 받았습니다.

1. C. glabrata의 배양
참고: 플루코나졸을 포함한 대부분의 항진균제에 내성이 있는 다제내성 C. glabrata (C2-1000907)가 실험에 사용됩니다. 실험 조건은 다른 균주 간에 변동이 존재할 수 있으므로 특정 균주에 맞게 조정해야 할 수 있습니다. 모든 실험은 일관성을 위해 25°C(자연 감염 모방)에서 자란 로그 단계 칸디다를 사용했습니다. C. glabrata의 균사...

칸디다 글라브라타(Candida glabrata)의 몸집이 작은 콜로니 형성 및 약물 내성 분석

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	<li>Soriano, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invasive+candidiasis:+current+clinical+challenges+and+unmet+needs+in+adult+populations.">Invasive candidiasis: current clinical challenges and unmet needs in adult populations.</a> J Antimicrob Chemother. 78 (7), 1569-1585 (2023).</li><li>Pappas, P. G., Lionakis, M. S., Arendrup, M. C., Ostrosky-Zeichner, L., Kullberg, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invasive+candidiasis.">Invasive candidiasis.</a> Nat Rev Dis Primers. 4, 18026 (2018).</li><li>Meyahnwi, D., Siraw, B. 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P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In-vivo+selection+of+an+azole-resistant+petite+mutant+of+Candida+glabrata.">In-vivo selection of an azole-resistant petite mutant of Candida glabrata.</a> J Med Microbiol. 49 (11), 977-984 (2000).</li><li>Badrane, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genotypic+diversity+and+unrecognized+antifungal+resistance+among+populations+of+Candida+glabrata+from+positive+blood+cultures.">Genotypic diversity and unrecognized antifungal resistance among populations of Candida glabrata from positive blood cultures.</a> Nat Commun. 14 (1), 5918 (2023).</li><li>Shantal, C. -. J. N., Juan, C. -. C., Lizbeth, B. -. U. S., Carlos, H. -. G. J., Estela, G. -. P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Candida+glabrata+is+a+successful+pathogen:+An+artist+manipulating+the+immune+response.">Candida glabrata is a successful pathogen: An artist manipulating the immune response.</a> Microbiol Res. 260, 127038 (2022).</li><li>Gamarra, S., Mancilla, E., Dudiuk, C., Garcia-Effron, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Candida+dubliniensis+and+Candida+albicans+differentiation+by+colony+morphotype+in+Sabouraud-triphenyltetrazolium+agar.">Candida dubliniensis and Candida albicans differentiation by colony morphotype in Sabouraud-triphenyltetrazolium agar.</a> Rev Iberoam Micol. 32 (2), 126-128 (2015).</li><li>Hung, J. 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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bactericidal+effects+of+toluidine+blue-mediated+photodynamic+action+on+Vibrio+vulnificus.">Bactericidal effects of toluidine blue-mediated photodynamic action on Vibrio vulnificus.</a> Antimicrob Agents Chemother. 49 (3), 895-902 (2005).</li><li>Wong, T. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Indocyanine+green-mediated+photodynamic+therapy+reduces+methicillin-resistant+Staphylococcus+aureus+drug+resistance.">Indocyanine green-mediated photodynamic therapy reduces methicillin-resistant Staphylococcus aureus drug resistance.</a> J Clin Med. 8 (3), 411 (2019).</li><li>Warrier, A., Mazumder, N., Prabhu, S., Satyamoorthy, K., Murali, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photodynamic+therapy+to+control+microbial+biofilms.">Photodynamic therapy to control microbial biofilms.</a> Photodiagnosis Photodyn Ther. 33, 102090 (2021).</li><li>Hung, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+photodynamic+therapy+against+fungal+keratitis.">Recent advances in photodynamic therapy against fungal keratitis.</a> Pharmaceutics. 13 (12), 2011 (2021).</li></ol>

이 연구는 PDT가 칸디다에서 몸집이 작은 콜로니 형성을 유도하는 첫 번째 보고 방법으로 밝혀졌으며, 이는 에티듐 브로마이드 및 플루코나졸의 확립된 효과를 능가합니다. 이 새로운 관찰은 독성을 감소시킴으로써 곰팡이 박멸과 저항 메커니즘의 출현에 대한 의미를 밝히기 위해 추가 연구를 필요로합니다.
RB 매개 PDT는 C. glabrata의 성장을 효과적으로 억제하여 칸디다 ...

진균 감염, 특히 칸디다 알비칸스(Candida albicans)와 점점 더 약물 내성이 강해지는 칸디다 글라브라타(Candida glabrata)에 의한 감염은 전 세계적으로 심각한 위협이 되고 있습니다1. 이러한 감염은 특히 입원 환자와 면역 체계가 약한 환자에게 치명적일 수 있습니다. 항진균제 내성이 증가하면 특히 칸디다 알비칸스(Candida albicans)로 인한 사망률이 높은 중증 진균 감염인 침습성 칸디다증(invasive candidiasis)의 통제를 위협합니다 2. 내성 균주는 효과적인 치료를 방해하여 잠재적으로 복잡성과 사망률을 증가시킬 수 있습니다. 미국 캘리포니아주 알라메다 카운티에서는 C. glabrata가 가장 널리 퍼진 침입종이 되었다3. 칸디다 종의 유병률 및 분포에 대한 이러한 변화는 지역 의료 관행, 환자 인구 통계, 항진균제의 활용 및 칸디다 감염에 대한 위험 요인의 유병률에 의해 영향을 받을 수 있습니다.
기능적 미토콘드리아가 없는 칸디다의 몸집이 작은 돌연변이는 이 세포소기관이 약물 반응, 독성 및 스트레스 저항성에 어떻게 영향을 미치는지 보여줍니다 4,5. C. glabrata는 이러한 군체를 쉽게 형성하여 폴리엔에 대한 민감성을 얻는 동시에 아졸에 대한 민감성을 잃는다6. 아졸 민감성과 호흡 기능은 복잡하게 연결되어 있으며, 호흡 감소는 미토콘드리아 DNA 손실을 통해 저항성을 유발한다7. 아졸 저항성을 가진 C. glabrata의 몸집이 작은 집락은 플루코나졸 치료를 받는 골수 이식 수혜자의 인간 대변 샘플에서 분리되었습니다8 및 혈류 감염 환자의 혈액 배양 병에서 분리되었습니다9. 약물 내성, 독성 및 스트레스 반응에 대한 잠재적 영향은 임상적 중요성을 강조합니다. 또한, 이들의 뚜렷한 특성은 미토콘드리아 생물학5의 근본적인 질문을 조사하는 데 유용한 도구가 된다. 몸집이 작은 돌연변이에 대한 연구가 계속됨에 따라 임상 및 기초 연구에서의 응용 분야가 확대될 것으로 보입니다.
이 연구는 광역학 요법(PDT)이 C. glabrata의 몸집이 작은 집락을 유도할 수 있음을 발견하여 C. glabrata 를 에티듐 브로마이드 또는 플루코나졸에 노출시키는 전통적인 기술을 넘어 방법의 범위를 확장할 수 있음을 발견했습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.22 &#956;m filter</td>
			<td>Merck, Taipei, Taiwan</td>
			<td>Millex, SLGVR33RS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL microfuge tube</td>
			<td>Neptune, San Diego, USA</td>
			<td>#3745</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20% Triphenyltetrazolium chloride (TTC)</td>
			<td>Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td>T8877</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL polypropylene round bottom tube</td>
			<td>Corning, AZ, USA</td>
			<td>352059</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL round-bottom tube with cell strainer cap</td>
			<td>Corning, AZ, USA</td>
			<td>Falcon, #352235</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plate</td>
			<td>Alpha plus, Taoyuan Hsien, Taiwan</td>
			<td>#16196</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>BRS, Tainan, Taiwan</td>
			<td>AG012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blank disk</td>
			<td>Advantec, Tokyo, Japan</td>
			<td>49005040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf, UK</td>
			<td>5415R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethidium bromide solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td>E1510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluconazole, 2 mg/mL</td>
			<td>Pfizer, NY, USA</td>
			<td>BC18790248</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GraphPad Prism</td>
			<td>GraphPad Software</td>
			<td>Version 7.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Green light emitting diode (LED) strip</td>
			<td>Nanyi electronics Co.,Ltd, Tainan, Taiwan</td>
			<td>5050</td>
			<td>Excitation wave: 500~550 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low Temperature. shake Incubators</td>
			<td>Yihder, Taipei, Taiwan</td>
			<td>LM-570D (R)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouth care cotton swabs</td>
			<td>Good Verita Enterprise, Taipei, Taiwan</td>
			<td>161357</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Muller Hinton II agar</td>
			<td>BD biosciences, California, USA</td>
			<td>211438</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimode microplate reader</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td>SpectraMax i3x</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OD600 spectrophotometer</td>
			<td>Biochrom, London, UK</td>
			<td>Ultrospec 10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rose Bengal</td>
			<td>Sigma-Aldrich, USA</td>
			<td>330000</td>
			<td>stock concentration 40 mg/mL = 4%, prepare in PBS, stored at 4 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilized glass tube</td>
			<td>Sunmei, Tainan, Taiwan</td>
			<td>AK45048-16100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast Extract Peptone Dextrose Medium</td>
			<td>HIMEDIA, India</td>
			<td>M1363</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

induction of petite colonies in candida glabrate via rose bengal-mediated photodynamic therapy

칸디다혈증 환자의 사망률이 40%에 달하는 약물 내성 칸디다균과 그들의 작은 돌연변이는 여전히 주요 치료 과제로 남아 있습니다. 항균 광역학 요법(aPDT)은 항생제/항진균제와 달리 여러 진균 구조를 표적으로 하여 내성을 억제할 수 있습니다. 몸집이 작은 콜로니를 유도하는 전통적인 방법은 에티듐 브로마이드 또는 플루코나졸에 의존하는데, 이는 약물 감수성과 스트레스 반응에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 연구는 약물 내성 칸디다 글라브라타 분리물(Candida glabrata isolate)과 싸우기 위해 녹색광(피크 520nm)과 로즈 벵골(RB) 광감작제의 적용을 조사했습니다. 그 결과, aPDT 치료는 세포 성장을 크게 억제하고(≥99.9% 감소) 몸집이 작은 콜로니 형성을 효과적으로 유도하는 것으로 나타났으며, 이는 미토콘드리아 산화 환원 지시자 염색의 크기 감소와 손실로 입증되었습니다. 이 연구는 aPDT가 시험관 내에서 다제내성 C. glabrata 균주에서 몸집이 작은 콜로니를 유도할 수 있다는 초기 증거를 제공하여 내성 진균 감염과 싸우기 위한 잠재적으로 혁신적인 접근 방식을 제공합니다.

Fungal infections, particularly those caused by Candida albicans and increasingly drug-resistant Candida glabrata, pose a serious global threat1. These infections can be deadly, especially for hospitalized patients and those with weakened immune systems. Rising antifungal resistance threatens the control of invasive candidiasis, a severe fungal infection with high mortality, especially from Candida albicans2. Resistant strains hinder effective treatment, potentially increasing both complexity and death rates. In Alameda County, California, USA, C. glabrata has become the most prevalent invasive species3. This shift in the prevalence and distribution of Candida species may be influenced by local healthcare practices, patient demographics, the utilization of antifungal agents, and the prevalence of risk factors for Candida infections.
Petite mutants in Candida, lacking functional mitochondria, reveal how this organelle affects drug response, virulence, and stress resistance4,5. C. glabrata readily forms these colonies, gaining sensitivity to polyenes while losing it to azoles6. Azole sensitivity and respiratory function are intricately linked, with diminished respiration leading to resistance via mitochondrial DNA loss7. Petite colonies of C. glabrata with azole resistance have been isolated from human stool samples from a bone marrow transplant recipient undergoing fluconazole treatment8 and from blood culture bottles of patients with bloodstream infections9. Their potential implications in drug resistance, virulence, and stress response highlight their clinical significance. Additionally, their distinct properties make them valuable tools for investigating fundamental questions in mitochondrial biology5. As research into petite mutants continues, their applications in both clinical and basic research are likely to expand.
This study discovered that photodynamic therapy (PDT) can induce petite colonies in C. glabrata, expanding the range of methods beyond the traditional techniques of exposing C. glabrata to ethidium bromide or fluconazole.

저자 스포트라이트: 항진균 연구를 위한 약물 저항성 칸디다 균에서 몸집이 작은 식민지를 유도하기 위한 새로운 접근 방식으로서의 광역학 요법

로즈 벵골 매개 광역학 요법을 통한 칸디다 글라브레이트의 쁘띠 콜로니 유도

The research aims to use photodynamic therapy, also known as PDT, to fight against drug-resistant Candida infection. In this study, we are trying to answer how effectively PDT kills the fungi, and how the virulence of the fungi changes after the treatment. We found petite colonies from the after PDT.Present methods for inducing petite colonies rely on ethidium bromide or fluconazole, which may work through different pathways on drug resistance and the stress responses, compared to PDT. Recently, petite colonies of Candida have become a significant concern in the clinic because they may resist medication and increase mortality rates. Photodynamic therapy has become one of the antifungal treatments and our finding helps breach the gap between traditional methods used to study petite colonies.Our findings provide evidence that PDT can induce petite colonies in drug resistant Candida in-vitro, presenting a groundbreaking method to study petite colonies. We'll definitely delve deeper into this field. There are many questions to be answered.How and why do petite colonies form after PDT stress? Do different Candida species respond differently? I believe it's a never ending story to be explored.

데이터는 표준 오차가 ± 평균으로 표시되며 각 그룹에서 최소 3배의 독립적인 실험에서 얻어졌습니다. 콜로니 수, OD600 측정 및 TTC 염색 결과를 포함한 실험 데이터는 그래프 및 통계 소프트웨어를 사용하여 그래프로 작성되고 통계적으로 분석되었습니다( 재료 표 참조). 데이터를 분석하기 위해 일원 분산 분석 또는 t-검정 이 사용되었으며 p-값 <0.05가 유의한 것?...

Watch this Scientific Journal Video about Photodynamic Therapy as a Novel Approach to Induce Petite Colonies in Drug-Resistant Candida for Antifungal Research at JoVE.com

Candida spp. 약물 내성에서 몸집이 작은 군집의 중요성은 완전히 탐구되지 않았습니다. 항균 광역학 요법(aPDT)은 약물 내성 진균 감염에 대한 유망한 전략을 제공합니다. 이 연구는 로즈 벵골 매개 aPDT가 칸디다 글라브라타(Candida glabrata) 를 효과적으로 비활성화하고 몸집이 작은 콜로니를 유도하여 독특한 절차를 제시한다는 것을 보여줍니다.

Facing a 40% mortality rate in candidemia patients, drug-resistant Candida and their petite mutants remain a major treatment challenge. Antimicrobial ...

이 연구는 PDT라고도 하는 광역학 요법을 사용하여 약물 내성 칸디다 감염과 싸우는 것을 목표로 합니다. 이 연구에서 우리는 PDT가 곰팡이를 얼마나 효과적으로 죽이는지, 그리고 처리 후 곰팡이의 독성이 어떻게 변하는지 답하려고 합니다. 우리는 PDT 이후 몸집이 작은 식민지를 발견했습니다.몸집이 작은 콜로니를 유도하는 현재의 방법은 에티듐 브로마이드 또는 플루코나졸에 의존하는데, 이는 PDT와 비교하여 약물 내성 및 스트레스 반응에 대한 다른 경로를 통해 작용할 수 있습니다. 최근에는 칸디다균의 몸집이 작은 군락이 약물에 내성을 갖고 사망률을 높일 수 있기 때문에 클리닉에서 중요한 관심사가 되었습니다. 광역학 요법은 항진균제 치료 중 하나가 되었으며 우리의 발견은 몸집이 작은 식민지를 연구하는 데 사용되는 전통적인 방법 간의 격차를 해소하는 데 도움이 됩니다.우리의 발견은 PDT가 약물 내성 칸디다 체외에서 몸집이 작은 집락을 유도할 수 있다는 증거를 제공하며, 몸집이 작은 집락을 연구하는 획기적인 방법을 제시합니다. 우리는 확실히 이 분야에 대해 더 깊이 파고들 것입니다. 대답해야 할 많은 질문이 있습니다.PDT 스트레스 후 몸집이 작은 군체가 어떻게 그리고 왜 형성됩니까? 칸디다 종마다 반응이 다른가요? 나는 이것이 결코 탐구되지 않는 이야기라고 믿습니다.

induction-petite-colonies-candida-glabrate-via-rose-bengal-mediated

Research

JoVE Journal

Biology

Induction of Petite Colonies in Candida glabrate via Rose Bengal-Mediated Photodynamic Therapy

Facing a 40% mortality rate in candidemia patients, drug-resistant Candida and their petite mutants remain a major treatment challenge. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) targets multiple fungal structures, unlike antibiotics/antifungals, potentially thwarting resistance. Traditional methods for inducing petite colonies rely on ethidium bromide or fluconazole, which can influence drug susceptibility and stress responses. This study investigated the application of green light (peak 520 nm) and rose bengal (RB) photosensitizer to combat a drug-resistant Candida glabrata isolate. The findings revealed that aPDT treatment significantly inhibited cell growth (&#8805;99.9% reduction) and effectively induced petite colony formation, as evidenced by reduced size and loss of mitochondrial redox indicator staining. This study provides initial evidence that aPDT can induce petite colonies in a multidrug-resistant C. glabrata strain in vitro, offering a potentially transformative approach for combating resistant fungal infections.

The significance of petite colonies in Candida spp. drug resistance has not been fully explored. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) offers a promising strategy against drug-resistant fungal infections. This study demonstrates that rose bengal-mediated aPDT effectively deactivates Candida glabrata and induces petite colonies, presenting a unique procedure.