Mantarlarda çaprazlaşma tipleri, eşeyli çoğalma ve ploidinin virülans üzerine etkileri

Abstract

Eşeyli çoğalma; yararlı mutasyonların yayılımına, zararlı mutasyonların seyrelmesine izin vererek organizmaların doğal seleksiyonunu ve çevre koşullarına uyumunu sağlar. Son yıllarda, eşeyli çoğalmanın mantarların patojenitesi üzerindeki rolünü gösteren yeni bulgular elde edilmiştir. Ancak, fungal patojenler rekombinantların yerine çevrede ve yer aldıkları konakta, antimikrobiyal tedavi gibi yeni gelişen koşullara uyum sağlayabilecek klonal popülasyonları oluşturmak üzere eşeyli evrelerini sınırlar. Cryptococcus ne-oformans laboratuvar koşullarında tanımlanmış olan eşeyli çoğalma evresine ve "a ve a" çaprazlaşma tiplerinde hücrelere sahip, haploid bir mikroorganizmadır. Besin kıtlığının indüklediği feromonlar, hücre-hücre füzyonuna, dikaryon filamentöz formların ve bazidiumda karyogami ve mayoz bölünmeyi takiben enfektivitesi yüksek bazidiospor zincirlerin oluşumuna yol açar. a ve a alleller, MAT (Mating Type) gen bölgesinde yer alır. Çevrede ve klinik izolatlarda a çaprazlaşma tipi baskındır ve a-a koenfeksiyon modelinde a hücreler kongenik a hücrelerden daha patojen davranış sergiler. En patojen varyate olan grubii'de (serotip A) zıt çaprazlaşma tiplerindeki hücreler arasında virülans farklılığı olmamakla birlikte, koenfeksiyon sürecinde a hücreler kan-beyin engelini daha kolay geçer. Ek olarak a-hücreler, santral sinir sisteminde yayılımlarını artıran melanin ve üreazı da fazla miktarlarda üretir. C.neoformans'da aynı eşeyler arası çaprazlaşma olarak adlandırılan yeni bir eşeyli evre daha saptanmıştır, a-a hücreler bir a tipi eş olmaksızın kendi aralarında eşleşir. Böylece çeşitlenmelerin yanı sıra bulaşıcı bazidiosporları oluşturur. Bu süreç aynı zamanda "paraseksüel" rekombinasyon olarak da adlandırılmaktadır. C.neoformans'm bir diğer biyolojik özelliği var. grubii (serotip A) ve var. neoformans (serotip D) arasında eşeyli yolla bir AD hibridi oluşumudur. Bu suşlar, aADa ya da aADa olmak üzere her iki çaprazlaşma tipini de bulundurur. Candida al-bicans diploid bir mikroorganizma olduğundan, suşların çoğunda çaprazlaşma-tipi gen bölgesinde hete-rozigot a/a olmak üzere her iki çaprazlaşma tipinin allelleri yer alır. Buna bağlı olarak a/a/a/a tetraploid hücreler, konakta paraseksüel çoğalma olarak nitelenen ve mayozdan farklı bir yolla kromozom kaybederek a/a ve a/a diploid konuma döner. Deneysel enfeksiyonlarda tetraploidlerin daha az virülan oldukları ve diploid hücrelere göre daha hızlı temizlendikleri saptanmıştır. C.o/b/cons'ta opak-beyaz fenotipik dönüşümünün de kısmen çaprazlaşma gen bölgesince kontrol edildiği bildirilmiştir. Bu 2 fırsatçı patojene benzer olarak Pneumocystis jiroveci, Histoplasma capsulatum ve Aspergillus türlerinde de çaprazlaşma tipleri, eşeyli çoğalma, virülans özellikleri, antifungal ilaçlara direnç ile ilgili genleri ve bunlar arasındaki ilişkileri tanımlayan çalışmalar yürütülmektedir.

Sexual reproduction provides natural selection and adaptation of the organisms to environmental conditions by allowing benefical mutations to spread and by diluting deleterious mutations. In recent years new findings which indicate the role of sexual reproduction in fungal pathogenicity, have been obtained. However, the pathogenic fungi limit their sexual cycles to generate clonal populations instead of recombinants, to enable themselves to adapt to the new conditions in the environment and in the host such as antimicrobial therapy. Cryptococcus neoformans being a haploid organism has a laboratory diagnosed sexual cycle and mating cell types "a and a". Nutrient limitation stimulates production of pheromones that induce cell-cell fusion and the resulting dikaryon undergoes filamentous transition, karyogamy and meiosis in basidia and chains of very infective basidiospores develop. The "a" and "a" alleles take place in MAT (Mating Type) locus. Strains of "a" mating-type predominate in environment and clinical isolates and, in "a-a" coinfection model, a-cells exhibit more pathogenic behaviour than congenic "a" cells. In the most common pathogenic variety grubii, (serotype A) there is no difference in the virulence of cells of opposite mating types but, during co-infection a-cells more easily cross the blood-brain barrier. Additionally, a strains produce increased amounts of melanin and urease which enhance invasion of central nervous system. In C.neoformans a novel sexual cycle named as same-sex (monokaryotic) mating has been discovered, a-a cells engage in sex without an "a" partner that can contribute to generate diversity and produce infectious haploid basidiospores. This process is also called as "parasexual" recombination. Another aspect for C.neoformans biological property is naturally occuring AD hybrid strains between var. grubii (serotype A) and var. neoformans (serotype D) via sexual crosses. Those strains often contain both mating types, either aADa or aADa. In Candida albicans due to its diploid property, most strains are a/a heterozygous at the mating-type locus and contain both mating-type alleles. Thus, the tetraploid cells (a/a/a/a) generated during mating can turn to diploid state (a/a and a/a) by random chromosome loss via parasexual process but without meiosis, within the host. Tetraploids were found to be less virulent in murine infections and could be cleared more rapidly than the diploids. In C. albicans, control of white-opaque switching is believed to be regulated in part by the mating locus, suggesting switch may be involved in mating. Like these 2 opportunistic pathogens, in Pneumocystis jiroveci, Histoplasma capsulatum and Aspergillus spp. genetic-studies are being carried out to identify genes related to mating types, sexual cycle, virulence and resistance to antifungal drugs, and the interactions between them.