Study and characterization of azole resistance in Aspergillus section Nigri

Abstract

Algunes espècies d'Aspergillus mostren gran rellevància clínica com a patògens oportunistes que s'associen a gran varietat de malalties humanes. Entre elles, l'aspergil·losi invasiva és la més severa en termes de morbiditat i mortalitat. Tot i que Aspergillus fumigatus és l'agent causal més comú d'aquesta infecció, recentment s'ha reportat una elevada prevalència clínica d'altres espècies, com els membres de la secció Nigri. Malgrat que el tractament d'elecció actual per l'aspergil·losi és el voriconazol, la resistència a azols ha augmentat de manera alarmant, cosa que comporta gran impacte en la gestió de la malaltia. En aquest context, mentre que els mecanismes de resistència a azols en A. fumigatus han sigut àmpliament estudiats, aquests romanen poc investigats en espècies no-fumigatus. Per aquests motius, l'objectiu principal d'aquest treball és la caracterització dels mecanismes de resistència a azols en espècies d'Aspergillus de la secció Nigri. Amb aquest propòsit, s'ha determinat la sensibilitat a azols en aquesta secció i s'han dut a terme anàlisis moleculars i genètics de les proteïnes diana dels azols, codificades pels gens cyp51. Adicionalment, s'han investigat els continguts d'ergosterol i les propietats de la membrana plasmàtica i la paret fúngica. Finalment, s'han evaluat potencials mecanismes de resistència relacionats amb la degradació del fàrmac i l'associació entre resistència a azols i fagocitosi in vitro. Els nostres resultats mostren diferències amb el que s'ha descrit en A. fumigatus, evidenciant la complexitat dels mecanismes de resistència, especialment en espècies no-fumigatus d'Aspergillus.

Algunas especies de Aspergillus muestran relevancia clínica como patógenos oportunistas asociándose a gran variedad de enfermedades humanas. Entre ellas, la aspergilosis invasora es la más severa en términos de morbididad y mortalidad. A pesar de que Aspergillus fumigatus es el agente causal más común de esta infección, recientemente se ha reportado una elevada prevalencia clínica de otras especies, como los miembros de la sección Nigri. Aunque el tratamiento de elección actual para la aspergilosis es el voriconazol, la resistencia a azoles ha aumentado de manera alarmante, lo que conlleva gran impacto en la gestión de la enfermedad. En este contexto, mientras los mecanismos de resistencia a azoles en A. fumigatus han sido extensamente estudiados, éstos permanecen poco investigados en especies no-fumigatus. Por ello, el objetivo principal de este trabajo es la caracterización de los mecanismos de resistencia a azoles en especies de Aspergillus de la sección Nigri. Con este propósito, se ha determinado la sensibilidad a azoles en esta sección y se han llevado a cabo análisis moleculares y genéticos de las proteínas diana de los azoles, codificadas por los genes cyp51. Además, se han investigado los contenidos de ergosterol y las propiedades de la membrana plasmática y la pared fúngica. Finalmente, se han evaluado potenciales mecanismos de resistencia relacionados con la degradación del fármaco y la asociación entre resistencia a azoles y fagocitosis in vitro. Nuestros resultados difieren de aquello descrito en A. fumigatus, evidenciando la complejidad de los mecanimos de resistencia, especialmente en especies no-fumigatus de Aspergillus.

Several species of Aspergillus display clinical relevance, since they are opportunistic pathogens associated to a broad variety of human conditions. Among these, invasive aspergillosis is the most severe in terms of morbidity and mortality. Although Aspergillus fumigatus is the most common causal agent of invasive disease, elevated prevalence of species from other sections, such as section Nigri members, has been reported lately in the clinical field. Despite the current treatment of choice for aspergillosis is voriconazole, azole resistance events have alarmingly increased in the last years, critically impairing disease management. In this context, whereas azole resistance mechanisms in A. fumigatus have been extensively studied, azole resistance in non-fumigatus species remains poorly investigated. On this basis, we aimed to characterize azole resistance in species of Aspergillus section Nigri. With this purpose, we have determined azole susceptibility in section Nigri strains, and we have carried out molecular and genetic analyses of the azoles target proteins, encoded by the cyp51 genes. In addition, ergosterol content and properties of plasma membrane and cell wall have been investigated. Finally, potential resistance mechanisms related to drug degradation and the association between azole resistance and in vitro macrophage phagocytosis were evaluated. Our results diverge from those described in A. fumigatus, which evidences the complexity around resistance mechanisms, especially in non-fumigatus species of Aspergillus.