ชีววิทยาและสรีรวิทยาของเซลล์เชื้อรา

ชีววิทยาและสรีรวิทยาของเซลล์เชื้อราคือการศึกษาว่าเซลล์เชื้อราถูกสร้างขึ้นมาอย่างไรและดำรงอยู่ได้อย่างไร: ผนังเซลล์ที่อุดมด้วยไคตินและกลูแคน, เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีเออร์โกสเตอรอล, วิถีเมแทบอลิซึมที่สร้างพลังงานและองค์ประกอบพื้นฐาน, และโปรแกรมการสืบพันธุ์ที่สร้างสปอร์ ในฐานะสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตที่มีเคมีพื้นผิวที่แตกต่างกัน เชื้อราแตกต่างจากทั้งแบคทีเรียและเซลล์เจ้าบ้าน และความแตกต่างเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำคัญของวิทยาเชื้อราทางการแพทย์และเภสัชวิทยาของยาต้านเชื้อรา

Definition

ชีววิทยาและสรีรวิทยาของเซลล์เชื้อราเป็นสาขาหนึ่งของวิทยาเชื้อราที่เกี่ยวข้องกับสถาปัตยกรรม, ชีวเคมี, และกระบวนการชีวิตของเซลล์เชื้อรา รวมถึงเปลือกหุ้มเซลล์, วิถีเมแทบอลิซึมและพลังงาน, รูปแบบการเจริญเติบโต (ยีสต์และไฮฟา), และการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและไม่อาศัยเพศ

Scope

สาขาความรู้นี้จะนำผู้อ่านไปสู่โครงสร้างและการจัดระเบียบการทำงานของเซลล์เชื้อรา โดยจะรวบรวมสามประเด็นสำคัญที่ครอบคลุมอย่างลึกซึ้งในหัวข้อต่างๆ ได้แก่ โครงสร้างผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์, เมแทบอลิซึมและการผลิตพลังงาน, และการสืบพันธุ์และการสร้างสปอร์ โดยนำเสนอสิ่งเหล่านี้ในฐานะชีววิทยาอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์สุขภาพ และไม่ใช่คู่มือสำหรับการวินิจฉัยหรือรักษาโรคเชื้อรา

Sub-topics

• โครงสร้างผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ของเชื้อรา
• เมแทบอลิซึมและการผลิตพลังงานของเชื้อรา
• การสืบพันธุ์ของเชื้อราและการสร้างสปอร์

Core questions

• เปลือกหุ้มเซลล์เชื้อรามีการจัดระเบียบอย่างไร และอะไรที่ทำให้แตกต่างจากเซลล์เจ้าบ้าน?
• เชื้อราได้รับคาร์บอนและพลังงานอย่างไร และมีความยืดหยุ่นในการสลับระหว่างโหมดเมแทบอลิซึมอย่างไร?
• เชื้อราสืบพันธุ์และแพร่กระจายอย่างไร และสปอร์มีบทบาทอย่างไร?
• ลักษณะใดของชีววิทยาเซลล์เชื้อราที่ถูกนำมาใช้เป็นเป้าหมายของยาต้านเชื้อราแบบเลือกสรร?

Key concepts

• การจัดระเบียบเซลล์ยูคาริโอตในเชื้อรา
• ผนังเซลล์ไคตินและเบต้า-กลูแคน
• เยื่อหุ้มพลาสมาที่มีเออร์โกสเตอรอล
• ภาวะทวิสัณฐาน (การเปลี่ยนผ่านจากยีสต์เป็นไฮฟา)
• การเจริญเติบโตของไฮฟาแบบปลายยอด (มีขั้ว)
• ความยืดหยุ่นของแหล่งคาร์บอนและการปรับตัวทางเมแทบอลิซึม
• การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศและอาศัยเพศ
• สปอร์และการแพร่กระจาย
• เป้าหมายยาต้านเชื้อราแบบเลือกสรร

Mechanisms

เซลล์เชื้อราถูกล้อมรอบด้วยผนังหลายชั้นที่ประกอบด้วยไคตินและเบต้า-กลูแคนซึ่งเชื่อมโยงกับแมนโนโปรตีน ซึ่งให้รูปร่างและการป้องกันออสโมติก และโดยเยื่อหุ้มพลาสมาที่เออร์โกสเตอรอลเข้ามาแทนที่คอเลสเตอรอลของเซลล์สัตว์ พลังงานถูกสร้างขึ้นผ่านไกลโคไลซิส, วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก, และการออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชัน โดยเชื้อราหลายชนิดสามารถสลับระหว่างเมแทบอลิซึมแบบหมักและแบบหายใจ และสามารถใช้แหล่งคาร์บอนทางเลือกได้ การเจริญเติบโตเกิดขึ้นในรูปของเซลล์ยีสต์ที่แตกหน่อหรือไฮฟาที่ยืดออกไปทางปลายยอดแบบมีขั้ว และการสืบพันธุ์ดำเนินไปแบบไม่อาศัยเพศ (เช่น โดยการแตกหน่อหรือการสร้างโคนิเดีย) หรือแบบอาศัยเพศหลังจากการผสมพันธุ์และการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ซึ่งสร้างสปอร์ที่ช่วยในการแพร่กระจายของสิ่งมีชีวิต

Clinical relevance

ลักษณะทางชีววิทยาที่สรุปไว้ที่นี่เป็นพื้นฐานของการเลือกสรรยาต้านเชื้อรา: เออร์โกสเตอรอลและการสังเคราะห์ถูกกำหนดเป้าหมายโดยอะโซล, โพลีอีน, และอัลลิลามีน ในขณะที่การสังเคราะห์เบต้า-กลูแคนถูกกำหนดเป้าหมายโดยเอคิโนแคนดิน ดังนั้น การทำความเข้าใจผนังเซลล์, เยื่อหุ้มเซลล์, เมแทบอลิซึม, และการสืบพันธุ์จึงให้ข้อมูลว่ายาต้านเชื้อราแต่ละชนิดทำงานอย่างไรและทำไมเชื้อราจึงสามารถต้านทานยาเหล่านั้นได้ ข้อมูลนี้อธิบายชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์สุขภาพ และไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับคำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

Evidence & guidelines

เนื้อหาในที่นี้สะท้อนถึงการทบทวนและการสังเคราะห์จากตำราเรียนเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์เชื้อรามากกว่าหลักฐานจากการทดลองทางคลินิก; ข้อกล่าวอ้างเชิงพรรณนาและเชิงกลไกอ้างอิงจากบทความทบทวนปัจจุบันและตำราวิทยาเชื้อรามาตรฐาน

History

วิทยาเชื้อราเติบโตจากการบรรยายประวัติศาสตร์ธรรมชาติไปสู่ชีววิทยาเซลล์เชิงทดลองตลอดศตวรรษที่ยี่สิบ เมื่อกล้องจุลทรรศน์, ชีวเคมี, และต่อมาพันธุศาสตร์โมเลกุลได้เปิดเผยเคมีของผนังเซลล์, เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีเออร์โกสเตอรอล, วิถีเมแทบอลิซึม, และวงจรการสืบพันธุ์ของเชื้อรา การเกิดขึ้นของเชื้อราต้นแบบ เช่น Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans, และ Neurospora crassa และการพัฒนาควบคู่กันของยาต้านเชื้อราที่ใช้ประโยชน์จากโครงสร้างเฉพาะของเชื้อรา ได้รวมภาพรวมสมัยใหม่ที่สรุปไว้ในสาขาความรู้นี้

Key figures

• Neil A. R. Gow
• Jean-Paul Latge
• Joseph Heitman

Seminal works

• gow-2017
• ni-2011
• alexopoulos-1996

Frequently asked questions

อะไรที่ทำให้เซลล์เชื้อราแตกต่างจากเซลล์มนุษย์?

เชื้อราเป็นสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตแต่สร้างผนังเซลล์ที่อุดมด้วยไคตินและกลูแคนซึ่งเซลล์มนุษย์ไม่มี และเยื่อหุ้มเซลล์ของพวกมันใช้เออร์โกสเตอรอลแทนคอเลสเตอรอล ความแตกต่างเหล่านี้คือสิ่งที่ทำให้ยาต้านเชื้อราสามารถออกฤทธิ์ได้อย่างเลือกสรร

ทำไมชีววิทยาเซลล์เชื้อราจึงมีความสำคัญทางการแพทย์?

ยาต้านเชื้อรากลุ่มหลักมุ่งเป้าไปที่โครงสร้างเฉพาะของเชื้อรา เช่น เออร์โกสเตอรอลและการสังเคราะห์เบต้า-กลูแคน ดังนั้น การทำความเข้าใจเปลือกหุ้มเซลล์, เมแทบอลิซึม, และการสืบพันธุ์ของเชื้อราจึงอธิบายว่ายาเหล่านี้ทำงานอย่างไรและเกิดการดื้อยาได้อย่างไร