Schermo per la presenza dell'effetto paradossale caspofungin tra ceppi mutanti. Diecimila conidi sono stati inoculati in GMM contenente 0, 0,125 o 4 μg/mL di caspofungin. Le piastre di coltura sono state incubate a 37°C per 72 h. Credito:Spettro microbiologico (2022). DOI:10.1128/spettro.00519-22
Un gruppo di ricerca guidato da uno scienziato dell'Amherst dell'Università del Massachusetts ha fatto una significativa scoperta genetica che fa luce sull'uso del farmaco caspofungin per curare un'infezione fungina mortale, l'Aspergillus fumigatus, che uccide circa 100.000 persone gravemente immunocompromesse ogni anno.
In genere, le persone sane inalano da 50 a 100 spore di A. fumigatus ogni giorno quando sono all'aperto. "Il nostro corpo fa un ottimo lavoro nell'identificarli e distruggerli", afferma John Gibbons, professore associato di scienze alimentari di UMass Amherst, il cui laboratorio di genomica microbica studia il fungo.
Ma nelle persone con un sistema immunitario compromesso da trattamenti contro il cancro, trapianti di organi, HIV, COVID-19 e altre condizioni, l'A. fumigatus può causare "una brutta infezione, l'aspergillosi polmonare invasiva, con un tasso di mortalità del 50%", afferma Gibbons. "E c'è un modo limitato per curare queste infezioni."
A complicare le cose, quando somministrato in alte concentrazioni come trattamento per un'infezione da A. fumigatus, il farmaco antimicotico a volte crea un "effetto paradossale caspofungin" [CPE], che aumenta la crescita fungina piuttosto che sradicarla.
Nella ricerca pubblicata sulla rivista Microbiology Spectrum , l'autore senior Gibbons, Shu Zhao, un ex studente laureato nel laboratorio Gibbons, e colleghi descrivono un primo passo importante nello sforzo di capire quando e perché il trattamento con caspofungin potrebbe essere più dannoso che benefico. Il team, che comprende scienziati della Vanderbilt University, dell'Università del Tennessee Science Health Center e dell'Università di San Paolo in Brasile, ha completato la prima identificazione genomica e molecolare di due geni che contribuiscono all'effetto paradossale in A. fumigatus.
"Questo è uno dei primi studi ad applicare l'analisi dell'associazione dell'intero genoma (GWA) per identificare i geni coinvolti in un fenotipo di Aspergillus fumigatus", afferma il documento.
Il team ha sequenziato il genoma di 67 campioni clinici, circa la metà dei quali aveva CPE, individuando le differenze genetiche tra i gruppi e quindi utilizzando GWA, un metodo statistico, per determinare come queste varianti genetiche sono associate ai modelli di crescita ad alte concentrazioni di caspofungin. "Abbiamo identificato alcuni geni candidati che pensavamo potessero contribuire a questo effetto paradossale", afferma Gibbons.
Gli scienziati hanno quindi utilizzato la tecnologia di ingegneria genetica, CRISPR, per eliminare quei geni candidati dal genoma, creando mutanti di eliminazione genica e consentendo ai ricercatori di determinare che due dei geni erano coinvolti nell'effetto paradossale.
"Sembra che ci siano molti geni e molte varianti genetiche che contribuiscono a questo fenotipo", dice Gibbons. "Non abbiamo ancora finito. Un'idea è che potremmo potenzialmente generare nuovi bersagli farmacologici se troviamo l'intera collezione di geni. Non comprendiamo ancora i meccanismi".
In definitiva, il team spera di poter utilizzare il sequenziamento del DNA per comprendere le basi genetiche dei diversi fenotipi in generale e per prevedere i benefici clinici se un campione di un paziente di A. fumigatus ha un genotipo associato all'effetto paradossale.
"Sarebbe uno strumento importante che potrebbe davvero migliorare il trattamento", afferma Gibbons. + Esplora ulteriormente
