Habitat of Coccidioides spp.
A coccidioidomycosis szempontjából endémiás területeket általában félszáraz éghajlat jellemzi, amely megkönnyíti a Coccidioides spórák terjedését a levegőben. Az endémiás régiókra jellemző enyhe téli időjárás optimális feltételeket biztosít a gomba növekedéséhez, a száraz, forró nyarak pedig megkönnyítik az arthrokonídiumok szétszóródását . A Coccidioides spp. elterjedése az endémiás régiók talajában azonban rendszertelen, még azokban a régiókban is, ahol magas a fertőzés előfordulása .
A Coccidioides élőhelyét először Egebert et al. és Elconin et al. valamint Lacy és Swatek tanulmányai írták le ; ezek a kutatók magas sótartalmú talajmintákból nyertek gombaizolátumokat, és azt feltételezték, hogy az emelkedett talajsótartalom a gomba fejlődésének feltétele lehet. A Coccidioides spórái ismertek arról is, hogy szerves anyagokban és sókban gazdag, lúgos homokos talajokban nőnek . Fisher és munkatársai megerősítették, hogy a Coccidioides élőhelyét az endémiás régiókban olyan talajok is jellemzik, amelyekben magas az esszenciális tápanyagok, például a vas, a kalcium és a magnézium szintje. Fisher és munkatársai további megállapításai alátámasztják, hogy ez a gomba szinte bármilyen típusú sivatagi talajban képes növekedni, beleértve az alacsony pH-szintű talajokat is; ez a gomba a -40,0 és 48,8 °C közötti szélsőséges léghőmérsékletet és a -6,5 és 60,5 °C közötti talajhőmérsékletet is elviseli. A szerzők azt is hangsúlyozzák, hogy az endemikus övezetekben az abiotikus tényezők kedvező feltételeket biztosíthatnak a Coccidioides növekedéséhez. A talaj nagyobb szervesanyag-tartalma azt eredményezheti, hogy a tápanyagok nagyobb mértékben állnak rendelkezésre a gombák növekedése számára, míg a megnövekedett sótartalom és a magas hőmérséklet csökkentheti a más mikroorganizmusokkal való versenyt. Például a talajban lévő nátrium-borát magas koncentrációja antiszeptikus hatású lehet egyes mikroorganizmusok számára, de nem feltétlenül a Coccidioides számára. A közelmúltban De Macedo és munkatársai munkája megerősítette a Coccidioides spp. élőhelyére korábban leírt környezeti jellemzőket a Brazília északkeleti régiójában, Piauí államban található félszáraz területekről nyert talajmintákból származó Coccidioides izolátumok pozitív azonosításával.
Dabrowa és munkatársai megállapították a potenciálisan patogén gombák jelenlétét az intertidális zónákban. Bár a szerzők nem tudták megerősíteni a C. immitis pozitív izolátumait, lehetséges, hogy ez a gomba jelen lehet a dagályközi zónákban, figyelembe véve a Coccidioides endémiás jelenlétét az USA egész délnyugati részén. Továbbá korábban kimutatták, hogy a C. immitis akár 6 hétig is képes túlélni tengervízben és telített sós vízben a laboratóriumban . Fontos, hogy a C. immitis még ilyen körülmények között is képes megfertőzni különböző vízi fajokat, például folyami rákokat, aranyhalakat, palackorrú delfineket és oroszlánhalakat . A C. immitis koncentrációja ezekben az üledékekben az esős évszakban természetesen megemelkedik az óceáni vagy folyami lefolyás következtében. Mexikóban a Coccidioides spp. sikeres klinikai izolálása ellenére a környezeti minták szűrése alacsony hatékonyságú volt, így Catalán-Dibene és munkatársai egy erősen endémiás területet vizsgáltak az USA és Mexikó határának közelében, ahol korábban molekuláris módszerekkel kimutatták a Coccidioides-t . Ebben a tanulmányban 40 csapdába ejtett rágcsáló szérumát vizsgálták ELISA módszerrel, és két fajban mutattak ki Coccidioides elleni antitesteket: Peromyscus maniculatus és Neotoma lepida. Ez a tanulmány megalapozza e kórokozó természetes környezetben történő elemzését.
Baptista-Rosas és munkatársai több környezeti változó és az USA-ban és Mexikóban található, pozitív Coccidioides izolátumokkal rendelkező földrajzi referenciapontok kombinációjának felhasználásával létrehozták a Coccidioides fajok elterjedésének modelljét. Ez a modell azt sugallja, hogy az észak-amerikai sivatagok száraz talajai valószínűleg ökológiai fülkeként szolgálnak a Coccidioides számára, ami összhangban van a betegség nagyobb előfordulási gyakoriságával ezekben a régiókban és mások megállapításaival .
A különböző tanulmányok eredményei jelenleg megegyeznek a Coccidioides élőhelyét meghatározó ökológiai jellemzőkkel kapcsolatban. Ez a gombafaj száraz, félszáraz és lúgos régiók talajához társul, ahol ritka a xerofita növényzet, magas az átlaghőmérséklet és alacsony az éves átlagos csapadékmennyiség . Ezért a Coccidioides azon képessége, hogy ilyen szélsőséges körülmények között is képes túlélni, előnyt jelent más mikroorganizmusokkal szemben, ahogyan azt Baumgardner javasolta . De Hoog munkája alapján a Coccidioides nemzetség xerotoleráns gombákból áll, mivel ezek szélsőségesen ellenséges körülmények között is képesek növekedni. A Coccidioides ezenfelül halotoleráns szervezeteknek is tekinthető, mivel a nemzetség mindkét faja elviseli a magas, akár 8 %-os sókoncentrációt is. Mindazonáltal keveset tudunk azokról a mechanizmusokról, amelyeket a Coccidioides fajok a magas sótartalmú körülmények között való túléléshez használnak. Néhány stratégia, amelyet a Coccidioides felhasználhat az ilyen körülmények közötti túlélés érdekében, a következők lehetnek: (1) magas intracelluláris sókoncentráció fenntartása, ozmotikusan vagy legalább a külső koncentrációval egyenértékűen (“salt-in” stratégia), ami lehetővé teszi a lúgos környezethez való alkalmazkodást. Ehhez azonban az intracelluláris rendszereinek speciális alkalmazkodására van szükség; és (2) alacsony sókoncentráció fenntartása a citoplazmában (“kompatibilis-sós” stratégia). A közeg ozmotikus nyomását kompatibilis oldott anyagokkal (2-szulfotrehalóz, trehalóz, szacharóz, glicerin, betain-glicerin, ektoin és glikozilglicerin) egyenlíti ki. Ezek az oldott anyagok nem befolyásolják az enzimaktivitást, mivel a szervetlen sók magas koncentrációi nem igénylik az intracelluláris rendszerek különleges alkalmazkodását . Azt azonban még meg kell határozni, hogy a Coccidioides milyen stratégiákat alkalmaz a túléléshez a magas sótartalom körülményei között.
Az állatok mint rezervoárok szerepe
Az a feltételezés született, hogy az állatok szerepet játszhatnak a talaj dúsításában, mivel szubsztrátként vagy növekedési tényezőként szolgálnak egyes kórokozók számára . Például a Histoplasma capsulatum vagy a Cryptococcus neoformans növekedésének kedveznek az állati eredetű ürülékben és szerves anyagokban gazdag talajok .
A szerzők több mint öt évtizede javasolják, hogy az állati tetemek táptalajként szolgálhatnak a Coccidioides talajban történő növekedéséhez . Ezt támasztotta alá a gomba pozitív izolátumok megtalálása az állati üregek közelében , ezzel szemben az állatokkal nem érintkező talajból származó izolátumok negatívak voltak a gombára . Fontos hangsúlyozni, hogy bár egyes munkák szerint “forró pontok” léteznek az endémiás övezetekben vagy olyan területeken, ahol a Coccidioides jelenléte nagyon valószínű, a gomba talajból történő izolálására tett kísérletek sikertelenek voltak. Ennek ellenére a coccidioidomycosis általában “klasszikus” talajfertőzésnek tekinthető. A munka azonban hangsúlyozta az állatok szerepét a Coccidioides életciklusában, mivel a Brazília északkeleti részén található Ceara államban, Solonolpoles városában (Solonolpoles) gyűjtött állati odúkból származó mintákban gombapozitív izolátumokat találtak. Ez a város 155 tengerszint feletti magasságban fekszik. 38 méterrel a tengerszint felett található, átlaghőmérséklete 26-28,8 °C, esős évszaka januártól áprilisig tart, évi 700 mm átlagos csapadékmennyiséggel, és xerofita növényzetet tartalmaz. Solonolpoles Brazília félszáraz régiójában található, és magas hőmérséklet, gyakori szárazság és morzsalékos talaj jellemzi. Ezek a jellemzők megegyeznek a Coccidioides spp. élőhelyére korábban leírtakkal, és tovább erősítik azt az elképzelést, hogy az állatok gazdagíthatják a talajt, és fontos növekedési tényezőként szolgálhatnak e gomba számára. Emellett azt is javasolták, hogy a fertőzött állatok, mint például a denevérek és a seregélyek, a Coccidioides életciklusának részét képezhetik, és így a gomba rezervoárjaként működhetnek .
Az összehasonlító genomikai elemzések újabb eredményei arra utalnak, hogy a Coccidioides spp. jelentős számú gént tartalmaz, amelyek fontosak a gazdaszervezeti kölcsönhatások szempontjából, és a gazdaszervezeti kölcsönhatásokban részt vevő gének száma nagyobb, mint a természetes élőhelyükön való túlélés szempontjából fontosaké . Ezt a tendenciát az is alátámasztja, hogy a Coccidioides genetikai összetételében számos változást találtak, a legnagyobb változás a természetes élőhelyeken való túlélés szempontjából fontos gének számában következett be. Például a sejtfal lebontásában részt vevő gének (celluláz, tannáz, cutináz és pektin-liáz) számának csökkenése együtt jár a tetemek energiaforrásként való felhasználásában részt vevő gének számának növekedésével (proteáz és keratináz). E gének némelyike proteázcsaládokat kódol, mint például az extracelluláris szerin proteázok, az aszparagin proteázok és a Meps. A Coccidioides posadasii-ban legalább tíz Mep-gént (Mep1-től Mep10-ig jelölve) találtak, és legtöbbjüket az M35 (deuterolysin) és M36 (fungalysin) családokba sorolták be . Összességében ezek a változások arra utalnak, hogy a Coccidioides spp. nem tipikus talajgombák, mivel szoros kapcsolatot tartanak fenn a keratinban gazdag állatokkal mind az élő gazda fertőzése során, mind a gazda elpusztulása után azáltal, hogy a tetemben micéliumként növekednek .
Ezek az eredmények összességében arra utalhatnak, hogy a Coccidiodes spp. elhelyezkedése a környezetben szorosan kapcsolódik a gazda tevékenységéhez. A talajmintákból származó gombaizolátumok alacsony száma egybecseng azzal a megfigyeléssel, hogy a Coccidiodes jobban alkalmazkodik az állati gazdát is magában foglaló életciklushoz. A talajmintákból nyerhető gombaizolátumok alacsonyabb száma mellett az a megállapítás, hogy a legtöbb pozitív talajizolátumot állati tetemekből származó szerves anyaggal együtt találták, tovább erősíti a bonyolult gazdaszervezeti kölcsönhatásokat. Ezért ezen eredmények alapján azt javasoljuk, hogy a Coccidioides spp. életciklusa a természetes talaj élőhelyen rövid lehet. Amint a Coccidioides spp. megfertőz egy gazdaszervezetet, a betegség előrehaladhat, ami végül a gazdaszervezet elpusztulásához vezet, és új, gombarészecskékkel beültetett szerves anyagot biztosít. A magas hőmérséklet ezekben az endemikus zónákban a bomlási folyamatból eredő megemelkedett szén-dioxid-szinttel együtt optimális környezetet biztosít a Coccidioides parazita struktúráinak (gömböcskék) dimorf átalakulásához, amelyből a fertőző formák (arthrokonídiumok) keletkeznek. Ennek az életciklusnak a befejeztével új fertőző gombák állnak rendelkezésre, amelyek a kialakult mechanizmusok révén szétszóródnak (1. ábra), így a gombák gyorsan megfertőzhetnek új gazdaszervezeteket, és újraindíthatják a ciklust. Ezért a gomba által gazdaszervezeti kölcsönhatás nélkül eltöltött idő rövid, ami részben magyarázza a talajmintákból származó gombapozitív izolátumok megszerzésének nehézségét (1. ábra). A Coccidioides spp. rövid fennmaradása gazdatest hiányában az ökológiai rés szélsőséges környezeti feltételeivel függhet össze. A talajban vagy a vízben lévő magas sókoncentráció energetikailag költséges kihívást jelent az élet számára. A magas sótartalom mellett a gombának ionkoncentrációs gradienseket kell fenntartania az ozmotikus egyensúly biztosítása érdekében. A szélsőséges környezeti feltételek adaptív változásokat idéztek elő a Coccidioides spp. genomjában, ami kisszámú új gén megszerzéséhez vezetett, amelyek többnyire a gomba és az állati gazdaszervezetek közötti kölcsönhatásokhoz kapcsolódnak . Ezek a genetikai változások tehát biztosítják, hogy a Coccidioides spp. rezervoárként használja az állatokat, amelyek a jelek szerint kedvező környezetet biztosítanak a gomba fejlődéséhez.
A Coccidioides nemzetséghez tartozó gombák száraz és félsivatagi övezetekben élnek, lúgos talajokkal és szélsőséges hőmérsékletekkel. Ilyen körülmények között micéliumos formában nőnek, és aszexuális szaporodási struktúrákat fejlesztenek. (1) Ezek a struktúrák a szél által szétszóródhatnak, és gazdatestet találhatnak, elsősorban emlősöket, köztük az embert, ahol dimorf változások következnek be, amelyekből gömböcskékkel és endospórákkal rendelkező parazita forma keletkezik. (2), Endospórák százai szabadulnak fel, és minden egyes endospóra képes újabb gömböcskéket létrehozni, megismételve az életciklust a gazdaszervezetben. Emberben a fertőzés betegséggé fejlődhet, vagy az immunrendszer által felszámolható. Hasonlóképpen, állatokban a fertőzés vagy betegséghez vezet, vagy nem. Betegség és a gazdaszervezet esetleges elhalása esetén a Coccidioides a környezetnek kitéve visszatér micéliumos formába (3), és így ismét beépül az élőhelyébe
A Coccidioides spp. természetes talajlakóhelyén uralkodó szélsőséges környezeti feltételek nem kedveznek a gomba szexuális szaporodásának, mivel ez a folyamat nagyobb energiafelhasználást igényel . Azt feltételezzük, hogy a Coccidioides spp. természetes élőhelyén inkább aszexuálisan szaporodik; ezzel szemben, amikor a gomba megfelelő állati gazdával találkozik, a szexuális szaporodás újraindulhat, bár a szexuális szaporodás nem bizonyított a Coccidioides spp. esetében, vannak bizonyítékok az ilyen típusú szaporodásra . A Coccidioides spp. genetikai variabilitását részben a szaporodási módok élőhely szerinti változása magyarázhatja.
A Coccidioides spp. terjedésének mechanizmusai.
A Coccidioidioidomycosisról számos állatfajban számoltak be (1. táblázat); mindeddig azonban az állatok szerepét az emberi betegség járványtanában nem vették teljes mértékben figyelembe.
Felmerült, hogy a házi szárazföldi állatfajok és a vadon élő állatfajok a Coccidioides terjesztői lehetnek a környezetben, például a tetemek ártalmatlanításának helytelen gyakorlata következtében. A patogén gombák, köztük a Coccidioides spp. a csontok szervetlen összetevőiben “in vitro” szaporodhatnak. Ezért a fertőzött állatok tetemében patogén Coccidioides spp. élhet, és olyan ökológiai résként vagy rezervoárként szolgálhat, ahonnan a kórokozó gomba könnyen szétszóródhat a szél által, és gyorsan, nagy távolságokra szállítható (1. ábra). A fertőzött tetemek vagy csontok felett mozgó szél bioaeroszolokat hozhat létre, ez a terjedés egyik valószínű mechanizmusa. A Coccidioides spp. másik fontos jellemzője, amely biztosítja a túlélést szélsőséges környezeti körülmények között, az a képességük, hogy a sejtfalukban és az arthrokonídiumok, gömböcskék és endospórák citoplazmájában – a gombahifák kivételével – melanin lerakódik. A melanin lerakódása védelmet nyújt a szélsőséges hőmérsékletek és az ultraibolya sugárzás (UV), valamint általában a napsugárzás ellen. Gostinčar és munkatársai olyan mechanizmust javasoltak, amellyel a melanin megvédheti a Hortae werneckii gombát a magas sótartalomtól. Ez a gomba képes 1,8-dihidroxi-melanin szintézisére az ozmotikus stressz elleni védelemként, ami arra utal, hogy a melanin szintézisére szintén képes Coccidioides spp. hasonló védelmi mechanizmusokat alkalmazhat a hipersalinitás ellen. Ezenkívül a Coccidioides hidrofobinokat termel, amelyek segítik ezt a gombát a környezetben való alkalmazkodásban és túlélésben. Érdekes azt találgatni, hogy ezek a gombák szerkezeti összetevői hogyan kapcsolódnak a különböző jelenségekhez, amelyek az általuk tapasztalt felszíneken történnek. A mikroorganizmusok szintjén a felületi jelenségek vagy körülmények válnak domináns erővé, míg az olyan tényezők, mint a gravitáció, többnyire jelentéktelenek. A hidrofobinok egyik funkciója a felületi erők szabályozása . Amikor a hifák vizes felszínnel találkoznak, a környező hidrofobinok hidrofób felületet biztosítanak, amely segít a felületi feszültség megtörésében, így lehetővé teszi a micellák kialakulását, amelyek elválnak a vizes közegtől és a levegőben terjednek, növelve a konídiumok levegőben történő diffúziójának hatékonyságát .
Az emberek mozgása és más emlősök vándorlása a környezetben történő gombaszóródás másik mechanizmusaként szolgálhat . Kiváló példa erre a denevérek hosszú távú vándorlása . Cordeiro és munkatársai munkája kimutatta, hogy ezek az emlősök Coccidioides spp.-vel fertőzöttek, ami alátámaszthatja azt az elképzelést, hogy a denevérek e gomba rezervoárjai és terjesztői. A fogságban tartott állatfajok, például tengeri vagy szárazföldi emlősök szállítása endémiás övezetekből, amelyek Coccidioides-szel fertőzöttek lehetnek (1. táblázat), a betegség nem endémiás régiókba történő elterjedésének mechanizmusaként szolgálhat. A gombák elterjedésének e két formája magyarázatot adhat arra, hogyan történik az átvitel a nem endémiás zónákon belüli klinikai esetekben, mint amilyeneket Washington államban leírtak, ahol a kokcidioidioidomikózis különböző eseteit jelentették, köztük egy esetben primer cutan kokcidioidomikózis, két esetben tüdőgyulladás és egy esetben meningitisz alakult ki. Továbbá Litvintseva és munkatársai kimutatták a talaj C. immitis általi tartós kolonizációját Washington államban a közelmúltbeli emberi fertőzésekhez, és megerősítették a genetikai azonosságot a talajból származó izolátumok és az egyik eseti beteg között.
Ez a terjedési módszer magyarázatot adna egy pozitív C. posadasii izolátumra is, amelyet egy olyan betegtől nyertek, aki a betegséget egy nem endémiás régióból (Campeche, Mexikó) szerezte, és aki nem jelentett kirándulást a lakóhelyéről . Egy másik, ritkán hivatkozott, de a coccidioidomycosis epidemiológiája szempontjából nagy jelentőséggel bíró megfigyelés egy nigériai jelentés két csirkéről, amelyeket post mortem elemeztek, és pozitív Coccidioides spp. izolátumokat mutattak ki . E jelentés jelentősége két konkrét elemben rejlik: először is, ez az első jelentés a coccidioidomycosisról Nigéria nem endémiás régiójában; másodszor, ez az első jelentés a madarak fertőzéséről, ami megerősíti, hogy a Coccidioides spp. képes nem emlősöket is megfertőzni. Egy másik érdekes eset egy 14 éves kínai fiú esete, aki soha nem járt a Coccidioidák szempontjából endémiás zónákból importált anyagokkal, és soha nem volt kitéve ilyen anyagoknak, mégis megfertőződött és kokcidioidomikózisban szenvedett. Ennek ellenére a fiúról azt jelentették, hogy a tengerbe fulladt . Bár a fertőzés forrása nem volt egyértelmű, ismert, hogy a Coccidioides a sós vízben is képes túlélni, és ismert, hogy jelen van a tengeri emlősökben . Feltételezések szerint a tengeri áramlatok képesek lehetnek az arthrokonídiumokat a nem endemikus zónák felé vonszolni. Ezek a tények arra utalnak, hogy a Coccidioides földrajzi elterjedési területe bővül, és hogy a coccidioidomycosisért felelős gombák új élőhelyekhez alkalmazkodnak, amelyek jellemzői eltérhetnek a korábban leírtaktól .
Az állatok közötti átvitelhez közvetlen érintkezés szükséges, például fertőzött állatok kezelése a klinikán vagy közvetlen beoltás fertőzött anyaggal , ami egy állat harapása során történik . Ezt az elképzelést támasztja alá Lacy és Swatek munkája, akik az állatok szövetében és váladékában talált életképes gömböcskékről számoltak be.
A háziállatokban előforduló kokcidioidomikózisról különböző jelentések vannak, amelyeket szerológiai bizonyítékkal igazoltak . Ez problémát jelent a közegészségügy számára, mivel a Coccidioides spp. jelenléte ezekben az állatokban arra utal, hogy a gomba terjesztőiként szolgálhatnak, és ezért lehetséges veszélyt jelentenek az emberi egészségre.