菌株微进化在阿萨希毛孢子菌慢性感染中的作用和机制研究

The evolution occurred in the intraspecies or closest species is referred to as microevolution, which is the origin of diversity and the basement of environmental adaption. The phenotypic variability in microevolution usually presented definitive molecular and genetic mechanisms, which became the focus of biological realm. The microevolution related research of fungal infection focused on resistant mechanism instead of the challenges of host immunity. Two clinical strains from the same chronic Trichosporon asahii infection patient were isolated from the lesion (14 years apart). And these two strains revealed striking differences in phenotypic characteristics and antifungal susceptibility in vitro which means they would be the perfect model of pathogenic microevolution. .We intend to compare the phenotypic characters, genomics, whole genome bisulfate sequencing, transcriptomics, and proteome of microevolution isolates and target the genes of interest, while confirm the effects of these genetic and epigenetic modification and differentially expressed transcription on the evolution of phenotype in vitro and vivo under the long-term antifungal compounds and the host immunce pressure . It’s meaningful to reveal how the fungus change the phenotypic traits to adapt the drugs and host immune pressures better by gene mutations or multi-gene interaction and make it clear that the molecular mechanisms and role of microevolution.

微进化是指种内或近缘物种之间的进化，是生物变异的源头和适应环境的基础。微进化中适应性表型的变异通常具有明确的分子与遗传基础，是生物学领域关注的焦点之一。目前病原真菌感染过程中微进化的相关研究主要集中于耐药机制相关，少有宿主免疫压力相关研究。我们从一例慢性毛孢子菌感染患者皮损中先后2次分离出阿萨希毛孢子菌临床株，间隔长达14年，初步研究显示这2株菌在菌落形态及抗真菌药物敏感性等方面存在明显差异，是病原真菌微进化研究中无法复制的理想模型。我们拟通过对微进化菌株的表型、基因组、甲基化、转录组、蛋白组等不同水平的比较研究，通过体内外研究验证微进化菌株在抗真菌药物及宿主免疫压力的长期作用下，所发生的基因、表观遗传修饰及转录的表达差异造成的表型功能的进化，揭示真菌如何通过基因突变或多基因交互作用，改变其表型或性状以更好的适应药物和宿主免疫压力，明确在此过程中微进化所起的作用和其分子机制。

阿萨希毛孢子菌（T.asahii）是临床重要的致病真菌之一，易导致免疫抑制或免疫缺陷宿主发生播散性感染，死亡率高，治疗困难。近年来随着广谱抗生素的滥用，中心静脉置管、尿路置管及器官移植等创伤性手术的大量开展，T. asahii感染率逐年增加。本课题组在前期10多年研究T.asahii的基础上，从菌株微进化角度入手，取得了以下重要结果：.（1）经过微进化过程，T.asahii表型特征发生变化，温度耐受性和生长速度下降，细胞形态从菌丝形态为主转换成以酵母细胞形态为主，菌丝形态由细长变粗短且分枝增多，生物膜结构组成的细胞形态更为多样化且结构更为致密。.（2）经过微进化过程，T.asahii降低蛋白酶活性强度，不分泌磷脂酶，但是提高产生黑素的能力。.（3）经过微进化过程，T.asahii对氟康唑和伊曲康唑敏感性下降，在无药物干预培养条件下，ERG11基因表达水平上调。.（4）微进化会导致阿萨希毛孢子菌生物膜会适应性地改变其生长发育过程及形态，并提高对抗真菌药物的抗性，并且发现卡泊芬净联合伏立康唑可能是抗阿萨希毛孢子生物膜的潜在治疗方案。.（5）成功构建微进化菌株与树突状细胞最佳共培养体系。.（6）发现微进化后的菌株与巨噬细胞的相互作用明显弱于原代株，该发现为其在宿主体内长期共存提供了证据。.（7）微进化后的菌株对宿主的感染能力以及感染前期宿主对菌株的防御和杀伤能力均低于原始菌株。.（8）在基因组、转录组及蛋白质组水平发现关键耐药基因ERG11突变及表达差异。.该项目从分别从表型、基因及蛋白等不同水平出发，分析与微进化相关的目标基因及蛋白，明确目的基因在病原真菌逃避或应答宿主免疫中的作用，阐明微进化的分子机制与意义。为开发智能检测试剂盒以及毛孢子菌感染的防控提供理论依据；为平时和战时可能出现的阿萨希毛孢子菌感染的防治提供抗真菌作用新靶点。