Lay summary: Candida albicans and cells of the immune system

Today's lay summary is about how the immune system is dealing with Candida albicans cells if they are encountered. Pedro Miramón is working at the HKI in Jena under the supervision of Professor Bernhard Hube. He is trying to understand the interplay between Candida albicans and specific immune cells, called neutrophils. His summary is available in english, spanish and german. Incidently, it is also Pedro's birthday to day so happy Birthday and keep up the good work!

Understanding the response of the human fungal pathogen Candida albicans to the attack by immune cells

Candida albicans is a fungus commonly associated with humans without causing any harm. The reason this fungus is usually harmless is because immune cells constantly patrol the sites in the body where the fungus lives; for example, the oral cavity or the gut. However, under certain circumstances, C. albicans is able to surpass the vigilance of the immune system, causing a variety of diseases ranging from superficial non-lethal manifestations to life-threatening deep-seated infections.

The purpose of this project is to understand how C. albicans is recognised and eliminated from the host. To this end, we are studying how the cells of the immune system fight against the pathogen. The key players involved in eliminating not only fungal, but pathogens in general, are phagocytes – specialised cells from the immune system which engulf and kill microorganisms. We know that C. albicans responds differently to the several kinds of cells found in blood. The cells that evoke the most dramatic response from the fungus are the so called neutrophils, cells of the immune system that play a major role in inflammation and the clearance of pathogens.

We aim to identify components of the fungal cell (proteins or enzymatic activities) that are involved in the response towards the attack by neutrophils, in order to better understand the response of the fungus and the strategies it uses to overcome and survive attack by neutrophils.

We have found that C. albicans responds in a different manner depending on whether it is inside or only touching the neutrophils. For instance, inside the neutrophils, we have observed that C. albicans produces proteins that neutralise potent oxidants that could kill the fungus. Some of these proteins are produced even before the fungus comes in contact with the neutrophil, preparing itself to encounter the oxidants and hence, survive. When the fungus is unable to produce these proteins, its survival is decreased in the presence of neutrophils. We have also observed that the fungus changes its metabolism to adapt to the nutrient-deficient environment inside the neutrophil.

Understanding the response of the fungus when confronted with phagocytes will allow us to identify the most important steps that lead to a proper response in order to contain the growth and dissemination of this opportunistic pathogen.

Entendiendo la respuesta del patógeno humano Candida albicans al ataque de células del sistema inmune.

Candida albicans es un hongo comúnmente asociado a los humanos sin causar daño alguno. La razón por la cual este hongo es generalmente inofensivo es porque las células del sistema inmune vigilan constantemente los sitios del cuerpo donde el hongo vive, por ejemplo, la cavidad oral o el intestino.

Sin embargo, bajo ciertas circunstancias, C. albicans es capaz de evadir la vigilancia del sistema inmune, provocando una variedad de enfermedades que van desde manifestaciones superficiales no letales hasta infectiones profundas que ponen en riesgo la vida.

El objetivo de este proyecto es entender cómo C. albicans es reconocida y eliminada del huesped. Para este fin estamos estudiando cómo las células del sistema inmune luchan contra el patógeno. Los principales actores involucrados en la eliminación de patógenos en general, no solo hongos, son los fagocitos – células especializadas del sistema inmune, encargadas de atrapar y matar microorganismos. Sabemos que C. albicans responde diferencialmente a los ditintos tipos de células que se encuentran en la sangre. El tipo de células que induce la respuesta más dramática por parte del hongo son los llamados neutrófilos, células del sistema inmune que juegan un papel muy importante durante procesos inflamatorios y durante la eliminación de patógenos.

Nuestro objetivo es identificar componentes del hongo (proteínas o actividades enzimáticas) involucrados en la respuesta hacia el ataque de los neutrófilos para comprender mejor esta respuesta, así como las estrategias empleadas para superar y sobrevivir al ataque de los neutrófilos.

Hemos encontrado que C. albicans responde de formas distintas dependiendo de si se encuentra dentro o sólo en contacto con los neutrófilos. Por ejemplo, dentro de los neutrófilos, hemos observado que C. albicans produce proteínas que neutralizan potentes oxidantes capaces de matar al hongo. Algunas de esta proteínas son producidas incluso antes de que el hongo entre en contacto con el neutrófilo, preparándose para encontrarse con oxidantes y, de esta manera, sobrevivir. Cuando el hongo es incapaz de producir esta proteínas, su sobrevivencia está disminuida en presencia de los neutrófilos. Hemos observado también que el hongo cambia su metabolismo para adaptarse a las condiciones deficientes en nutrientes dentro del neutrófilo.

Al comprender la respuesta del hongo cuando se enfrenta a los fagocitos, podremos identificar los eventos clave que llevan a una respuesta correcta para contener el crecimiento y la diseminación de este patógeno oportunista.

Wie der humanpathogene Pilz Candida albicans die Attacken des Immunsystems übersteht

Candida albicans ist ein Hefepilz, der häufig als harmloser Besiedler der menschlichen Haut und Schleimhäute vorkommt und unter normalen Umständen keinerlei gesundheitliche Schäden verursacht. In der Mundhöhle oder im Darm verhindern die Zellen des menschlichen Immunsystems effektiv, dass der Pilz Schaden anrichtet. Unter bestimmten Bedingungen kann C. albicans aber der Kontrolle des Immunsystems entgehen und dann verschiedenste Erkrankungen hervorrufen. Diese reichen von oberflächlichen und vergleichsweise harmlosen Verlaufsformen bis hin zu lebensbedrohlichen, systemischen Infektionen, die den ganzen Körper und verschiedene Organe betreffen.

In diesem Projekt soll daher versucht werden, die Erkennung und die Bekämpfung von C. albicans durch den Wirt besser zu verstehen. Wir untersuchen dazu, welche Mechanismen die Zellen des Immunsystems entwickelt haben, um C. albicans zu kontrollieren. Besonders wichtig sind dabei die sogenannten Phagozyten, Fresszellen des angeborenen Immunsystems, die Mikroorganismen in sich aufnehmen und dann zerstören können. Sie sind auch die ersten Immunzellen, mit denen C. albicans (und auch andere Krankheitserreger) im Wirt in Kontakt kommen sobald der Pilz in Gewebe eindringt. Dabei reagiert C. albicans in unterschiedlicher Weise auf die einzelnen Zelltypen der Immunabwehr. Besonders die neutrophilen Granulozyten, die an Entzündungsprozessen und an der Beseitigung von Pathogenen beteiligt sind, führen zu einer deutlichen Antwort des Pilzes.

Wir wollen deshalb Bestandteile der Pilzzelle (insbesondere Proteine und aktive Enzyme) identifizieren, die an der Interaktion von C. albicans mit neutrophilen Granulozyten beteiligt sind. Das soll uns ermöglichen, die Reaktionen des Pilzes besser zu verstehen – und damit seine Strategien, den Kontakt mit Immunzellen zu überleben.

Wir konnten schon zeigen, dass C. albicans – je nachdem, ob sich der Pilz im Inneren der Neutrophilen befindet oder nur an deren Oberfläche – unterschiedlich reagiert. Beispielsweise haben wir beobachten können, dass C. albicans innerhalb der Immunzellen ein Protein bildet, das Oxidantien unschädlich macht, die sonst den Pilz abtöten können. Einige dieser Proteine werden vom Pilz sogar schon gebildet, bevor er überhaupt mit Neutrophilen in Kontakt kommt. So kann er sich vor oxidativem Stress schützen und sein Überleben sichern. Ohne diese Proteine überleben deutlich weniger C. albicans-Zellen den Kontakt mit neutrophilen Granulozyten. Außerdem haben wir beobachten können, dass C. albicans seinen Stoffwechsel an die nährstoffarme Umgebung innerhalb der Neutrophilen anpassen kann.

In Zukunft wollen wir so die Reaktion von C. albicans auf Immunzellen besser verstehen und dadurch diejenigen Mechanismen identifizieren, die das Wachstum und die Ausbreitung des Pilzes im Körper ermöglichen.

Pedro Miramón