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昆虫表皮化合物对冠状虫霉菌(Entomopthorales)孢子形成及参与真菌感染的酶活性的影响

期刊:Scientific ReportsDOI:10.1038/s41598-022-17960-z

类型a:这篇文档报告了一项原创研究,以下是基于该研究的学术报告:


主要作者和机构及发表信息
这项研究由Emilia Włóka、Mieczysława Irena Boguś(通讯作者)、Anna Katarzyna Wrońska等人完成,隶属于波兰科学院寄生虫学研究所(Witold Stefański Institute of Parasitology, Polish Academy of Sciences)和格但斯克大学化学系环境分析实验室(Laboratory of Analysis of Natural Compounds, Department of Environmental Analysis, Faculty of Chemistry, University of Gdańsk)。研究发表在《Scientific Reports》期刊上,发表时间为2022年。


研究背景
本研究属于真菌学与昆虫病理学交叉领域,重点探讨了昆虫表皮化合物(cuticular compounds, CCs)对致病性真菌Conidiobolus coronatus的影响。Conidiobolus coronatus是一种广泛分布于土壤中的昆虫病原真菌,同时也是一种机会性人类病原体,能够感染哺乳动物和昆虫。近年来,由于器官移植手术增加、免疫缺陷患者数量上升以及HIV感染率的提高,人类真菌病的发生率显著上升,因此开发抗真菌药物的需求变得尤为迫切。

昆虫表皮是抵御真菌入侵的主要屏障,其外层表皮脂质成分(如脂肪醇、酯类和抗氧化剂等)被认为在抵抗真菌感染中起关键作用。然而,关于这些化合物如何影响真菌生长、孢子形成及其致病性的具体机制尚不清楚。为此,本研究旨在通过实验揭示昆虫表皮化合物对C. coronatus生长、孢子形成、毒力及相关酶活性的影响,从而为理解真菌感染策略提供新视角,并为治疗人类真菌病提供潜在方法。


研究流程
本研究包括以下几个主要步骤:

  1. 真菌培养
    研究使用了C. coronatus分离株3747L−1,在Sabouraud琼脂(SAB)培养基和添加Galleria mellonella幼虫匀浆的改良SAB培养基(SAB-GM)上进行培养。此外,还测试了16种昆虫表皮化合物(CCs),包括C10–C30脂肪醇、丁基油酸酯(BO)、丁基硬脂酸酯(BS)、角鲨烯(S)和生育酚乙酸酯(TA),分别以0.1%至0.0001%的浓度加入SAB培养基中。每个实验条件均进行了三到四次独立重复,对照组进行了七次重复。

  2. 真菌毒力测试
    使用40只5日龄的G. mellonella幼虫作为模型生物,将它们暴露于不同条件下培养的C. coronatus菌落中,观察其感染率和死亡率。通过显微镜观察和荧光染色技术检测真菌孢子和菌丝在昆虫体内的侵染情况。

  3. 孢子形成效率测定
    在培养7天后,用无菌水冲洗固体培养基表面收集孢子,并在Bürker计数板下统计孢子数量。

  4. 蛋白质含量测定
    通过超声波处理使孢子均质化后,采用Bio-Rad蛋白检测试剂盒测定样品中的总蛋白含量。牛血清白蛋白(BSA)作为标准品。

  5. 酶活性测定
    对四种关键酶的活性进行了测定,包括弹性蛋白酶(elastase)、N-乙酰葡萄糖胺酶(nagase)、几丁质酶(chitobiosidase)和脂肪酶(lipase)。酶活性通过分光光度法或荧光法测量,使用适当的合成底物,并在96孔聚苯乙烯板中进行反应。所有数据均进行了三到四次独立重复。

  6. 数据分析
    数据分析采用了Statistica 6.1软件,使用双因素方差分析(two-way ANOVA)和Dunnett事后检验评估统计关系。主成分分析(PCA)用于可视化不同CCs对真菌感染效果的影响。


主要结果
1. 孢子形成效率
不同CCs对C. coronatus的孢子形成效率产生了多样化影响。例如,0.0001%的C30酒精显著提高了孢子产量(24,809 ± 2155 conidia/cm²),而0.1%的C10酒精完全抑制了真菌生长和孢子形成。低浓度的C14、C18和C22酒精则显著增强了孢子形成效率。

  1. 毒力变化
    大多数CCs对C. coronatus的毒力没有显著影响,但某些化合物表现出明显的促进或抑制作用。例如,0.001%的C18酒精显著提高了毒力,导致100%的感染率;而0.001%的C12酒精和0.1%的BO显著降低了毒力。

  2. 蛋白质含量变化
    C16酒精在所有测试浓度下显著增加了孢子中的蛋白质含量,而其他CCs仅在特定浓度下产生类似效果。例如,0.1%的C24酒精和0.1%的角鲨烯也显著提高了蛋白质含量。

  3. 酶活性变化
    不同CCs对四种酶的活性产生了复杂影响。例如,C10酒精在低浓度下显著提高了弹性蛋白酶和脂肪酶的活性,而C16酒精显著增强了弹性蛋白酶和几丁质酶的活性。相反,C24酒精和C12酒精分别完全抑制了弹性蛋白酶和脂肪酶的活性。


结论与意义
本研究表明,昆虫表皮化合物对C. coronatus的生长、孢子形成、毒力及相关酶活性具有复杂且多样化的影响。这些发现不仅有助于理解C. coronatus的感染策略,还为开发新型抗真菌药物提供了重要线索。例如,角鲨烯和生育酚乙酸酯因其对脂肪酶和蛋白酶活性的抑制作用,显示出在治疗人类真菌病方面的潜力。

此外,本研究强调了昆虫-真菌模型在研究真菌感染机制中的价值,这种模型不仅可以帮助控制昆虫害虫,还可以为人类和动物真菌病的防治提供新思路。


研究亮点
1. 首次系统研究了多种昆虫表皮化合物对C. coronatus感染能力的影响。
2. 揭示了C. coronatus在应对不同CCs时的补偿策略,例如减少孢子形成但增强单个孢子的毒性。
3. 提供了潜在的抗真菌药物候选化合物,如角鲨烯和生育酚乙酸酯。
4. 使用了先进的主成分分析(PCA)技术,全面解析了CCs对真菌感染效果的多维影响。


其他有价值内容
本研究还探讨了C. coronatus孢子中细胞核的遗传多样性对其基因表达调控的可能影响,这为进一步研究真菌功能蛋白的合成与储存机制奠定了基础。

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