Lay summary: Clinical relevant stresses and the cell wall

Another day, another lay summary. Today, Alice Sorgo, working at the Universiteit van Amsterdam in the Netherlands. In the group of Dr. Frans Klis she is interested in how Candida albicans copes with medical relevant stresses that it encounters in the patient. This research will lead in the future to better targeting of new antifungals and a more effective therapy regime.

Dynamics of cell wall and secreted proteins of the pathogenic fungus Candida albicans in response to clinically relevant stress conditions

The fungus Candida albicans is living in the majority of the human population usually without having any effect on their health. Sometimes it causes relatively mild superficial infections. Nevertheless, when the host’s immune system is severely weakened, C. albicans can gain access to the bloodstream and spread throughout the whole body. If not detected and properly treated in time a bloodstream infection is able to rapidly kill the patient. Conventional methods for diagnosis take two days, making faster diagnostics necessary. New resistances emerge against the already existing antifungal drugs resistances, hence new antifungal treatments are needed.

The wall proteins and secreted proteins of C. albicans are very dynamic under changing environmental conditions. These proteins play an important role for C. albicans fitness and virulence. They serve fundamental roles, like tissue adhesion and invasion, biofilm formation, nutrient acquisition and defense against the host’s immune system. In the human host C. albicans has to cope with a variety of challenges. It grows in sites where oxygen levels are high, like on the skin, as well in niches where very low oxygen levels are found, such as in the gut. C. albicans is able to acquire iron, which is rarely found in a freely available form in the human body but is essential for its survival. It also adapted to survive in the presence of antifungal drugs and at high temperatures, like during fever.

We are investigating how the cell wall and secreted proteins of C. albicans contribute to the fungus’ survival and virulence under these medically relevant stress conditions. We are applying mass spectrometry to measure qualitative as well as quantitative changes of these proteins that might help C. albicans adapting to these conditions. Our research will improve the understanding of how C. albicans copes with various infection-associated stress conditions as well as how cell wall and secreted protein levels are controlled. Importantly it might lead to the identification of new potential targets for vaccine development and diagnostic markers.

Dynamik der Zellwandproteine und sekretierten Proteine des pathogenen Pilzes Candida albicans als Antwort auf klinisch relevante Stressbedingungen

Candida albicans ist ein Pilz der in den meisten Menschen lebt ohne Einfluss auf deren Gesundheit zu haben. Manchmal kann er jedoch eine oberflächliche Infektion der Schleimhäute verursachen. Bei Patienten deren Immunsystem ernsthaft geschwächt ist kann C. albicans bis in die Blutbahn vordringen und sich im ganzen Körper ausbreiten. Wenn eine solche Infektion nicht rasch diagnostiziert und richtig behandelt wird endet das in den meisten Fällen tödlich für den Patienten. Herkömmliche Diagnosen nehmen zwei Tage in Anspruch, was die Entwicklung schnellerer Methoden notwendig macht. Gegen die kommerziell verfügbaren Antimykotika entwickeln sich immer mehr resistente Pilzstämme, somit ist es notwendig ständig nach neuen Antimykotika and Behandlungsarten zu suchen.

Die Zusammensetzung der Zellwandproteine und sekretierten Proteine ändert sich je nach der Umgebung in der C. albicans sich befindet. Außerdem sind diese Proteine unverzichtbar für Fitness und Virulenz des Pilzes. Sie dienen grundlegenden Funktionen, wie etwa der Anhaftung und Einwanderung in das Gewebe, der Bildung von Biofilmen, der Aufnahme von Nährstoffen und der Verteidigung gegen das Immunsystem des Wirtes. Das Leben in einem Wirt bringt viele Herausforderungen mit sich. C. albicans wächst an sauerstoffreichen Orten, wie etwa der Haut, aber auch an Orten an denen Sauerstoffarmut vorherrscht, wie etwa im Darm. C. albicans ist außerdem in der Lage das für das Überleben notwendige Eisen zu erlangen, obwohl dieses im Wirt kaum frei zugänglich ist. Der Pilz hat sich so weit angepasst, dass es ihm sogar möglich ist in der Gegenwart von Antimykotika und hohen Temperaturen, wie zum Beispiel während eines Fiebers, zu überleben. 

Wir erforschen wie Zellwandproteine und sekretierte Proteine dem Überleben und der Virulenz dieses Pathogens während medizinisch relevanter Stressbedingungen dienen. Mittels Massenspektrometrie messen wir qualitative und quantitative Veränderungen in der Zusammensetzung dieser Proteine, welche dem Pilz bei der Anpassung an diese Bedingungen hilft. Unsere Forschung wird das generelle Verständnis darüber verbessern wie C. albicans verschiedene Stressbedingungen bewältigt und wie Zellwandproteine und sekretierte Proteine kontrolliert werden. Schlussendlich könnten neue Angriffspunkte für die Impfstoffentwicklung und Diagnose von Candida Infektionen ermittelt werden.