Virulenzfaktoren und Pathogenese von Pilzen

Virulenzfaktoren von Pilzen sind strukturelle und funktionelle Eigenschaften, die es einem Pilz ermöglichen, Wirtsoberflächen zu besiedeln, Gewebe zu invadieren, Nährstoffe zu erwerben und der Immunabwehr zu widerstehen. Die Pilzpathogenese ist der daraus resultierende Prozess, bei dem diese Faktoren im Zusammenspiel mit den Abwehrmechanismen des Wirts Krankheiten hervorrufen. Da viele Pilze Kommensalen oder Umweltorganismen sind, wird Virulenz am besten nicht als feste Eigenschaft des Mikroben allein verstanden, sondern als ein Ergebnis, das aus der Wirt-Pathogen-Beziehung hervorgeht.

Definition

Ein pilzlicher Virulenzfaktor ist ein pilzliches Molekül, eine Struktur oder eine phänotypische Fähigkeit, die zur Fähigkeit des Organismus beiträgt, Wirtsschäden zu verursachen, während Pathogenese die Wirt-Pathogen-Interaktion bezeichnet, durch die Infektion und Krankheit entstehen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Hauptkategorien pilzlicher Virulenzdeterminanten – Adhäsion, morphologische Plastizität, Zellwandzusammensetzung und -umbau, sezernierte Enzyme, Biofilmbildung sowie Stressreaktions- und Nährstofferwerbssysteme – und die konzeptuellen Rahmenwerke, die zur Definition von Virulenz verwendet werden. Es handelt sich um eine Referenz und eine pädagogische Abhandlung über pathogene Mechanismen, nicht um eine klinische Anleitung zur antimykotischen Therapie.

Core questions

• Was unterscheidet einen Virulenzfaktor von einem gewöhnlichen Wachstums- oder Überlebensmerkmal?
• Wie trägt der morphologische Wechsel zur Invasion bei?
• Wie hilft die Zellwandumgestaltung Pilzen, der Immunerkennung zu entgehen?
• Warum ist Virulenz eine Eigenschaft der Wirt-Pathogen-Interaktion und nicht des Pilzes allein?

Key concepts

• Adhäsine und Anheftung an Wirtszellen
• Dimorphismus und morphologischer Wechsel (Hefe-Hyphen-Übergang)
• Zellwandzusammensetzung und Beta-Glucan-Maskierung
• Sezernierte hydrolytische Enzyme (Proteasen, Phospholipasen)
• Biofilmbildung
• Thermotoleranz und Stressreaktion
• Nährstofferwerb (Eisen, Zink)

Key theories

Schadensreaktionsrahmenwerk der mikrobiellen Pathogenese

Casadevall und Pirofski definierten Virulenz und Pathogenität als relationale Konzepte neu: Das Ergebnis einer Wirt-Mikroben-Begegnung wird durch den Netto-Wirtsschaden bestimmt, der gemeinsam von den Eigenschaften des Mikroben und der Immunantwort des Wirts abhängt und nicht vom Mikroben isoliert.

Mechanisms

Pathogene Pilze beginnen typischerweise damit, sich über spezifische Adhäsine an Wirtsoberflächen anzuheften, und setzen dann Invasionsstrategien ein, die oft eine morphologische Veränderung beinhalten. Bei Candida albicans ist der reversible Übergang von Hefe zu Hyphen eng mit der Gewebepenetration verbunden und gilt als ein Schlüsseldeterminant, der die Kolonisation von der Invasion trennt (gow-2011). Die Pilzzellwand ist sowohl ein Ziel für die Wirtserkennung als auch ein Werkzeug zur Umgehung: Oberflächenumbau kann immunstimulierendes Beta-Glucan unter einer Mannoprotein-Schicht maskieren und so die Erkennung durch C-Typ-Lektinrezeptoren des Wirts dämpfen (netea-2015). Sezernierte Enzyme bauen Wirtsbarrieren und Proteine ab, Biofilme schützen Gemeinschaften auf Gewebe und Geräten, und Stressreaktions- sowie Nährstoff-Scavenging-Systeme (für Eisen und Zink) erhalten das Wachstum in der feindlichen Wirtsumgebung aufrecht. Ob diese Eigenschaften in einer Krankheit münden, hängt vom Immunstatus des Wirts ab, was mit der Schadensreaktionsansicht der Virulenz übereinstimmt (casadevall-1999).

Clinical relevance

Virulenzmechanismen erklären, warum ein normalerweise kommensaler Pilz invasiv werden kann und warum bestimmte Arten gefährlicher sind als andere. Dieses Thema beschreibt diese Mechanismen zum besseren Verständnis; es liefert keine Kriterien für die Diagnose oder Behandlung von Pilzinfektionen bei einzelnen Patienten.

Evidence & guidelines

Die hier dargestellte mechanistische Darstellung basiert auf narrativen und konzeptuellen Übersichten zur Pilzpathogenese und Wirt-Pathogen-Interaktion (casadevall-1999; gow-2011; netea-2015). Sie stellt keine Behandlungsleitlinie dar.

History

Die konzeptuelle Grundlage der Pilzvirulenz wurde um 1999 geschärft, als Casadevall und Pirofski argumentierten, dass Virulenz und Pathogenität Eigenschaften der Wirt-Pathogen-Interaktion und nicht des Mikroben allein sind, eine Idee, die später als Schadensreaktionsrahmenwerk ausgearbeitet wurde. Nachfolgende molekulare Arbeiten charakterisierten spezifische Determinanten wie den Hefe-Hyphen-Schalter und die Zellwandmaskierung, wodurch diskrete Pilzmerkmale mit dem Übergang von der Kolonisation zur Invasion verknüpft wurden (casadevall-1999; gow-2011).

Debates

Ist Virulenz eine Eigenschaft des Mikroben oder der Interaktion?

Das Schadensreaktionsrahmenwerk besagt, dass Virulenz nicht allein durch den Pilz definiert werden kann, da derselbe Organismus in einem Wirt ein harmloser Kommensale und in einem anderen ein tödlicher Pathogen sein kann; die relevante Analyseeinheit ist der aus der Interaktion resultierende Wirtsschaden.

Key figures

• Arturo Casadevall
• Liise-anne Pirofski
• Neil A. R. Gow
• Alistair J. P. Brown
• Mihai G. Netea

Seminal works

• casadevall-1999
• gow-2011

Frequently asked questions

Warum wird der Hefe-zu-Hyphen-Wechsel als Virulenzmerkmal betrachtet?

Bei Arten wie Candida albicans ist die Hyphenform mit Gewebepenetration und Invasion verbunden, sodass die Fähigkeit, zwischen den Formen zu wechseln, dem Pilz hilft, von einer harmlosen Oberflächenkolonisation zu einer invasiven Krankheit überzugehen.

Wie verstecken sich Pilze vor dem Immunsystem?

Eine Strategie ist die Zellwandumgestaltung, die immunstimulierendes Beta-Glucan unter einer äußeren Mannoproteinschicht maskiert, wodurch die Erkennung durch C-Typ-Lektinrezeptoren des Wirts wie Dectin-1 reduziert wird.