sporotrix & coccidioides biochemistry

Sporothrix schenckii

Hossein Zarrinfar

Medical Mycology (Ph.D.)

Mashhad University of Medical Sciences

Sporotrichosis

• It is caused by sporothrix schenckii(dimorphic fungus: exist as mould(conidia) and yeast cells)

• The fungus generally enters the body at sites of trauma (implant) to the skin

• The most common: scratches from thorns or splinters, sedge barbs handling of reeds, potting soil.

• Also occur following cat scratches, parrot bites, dog bites, insect stings, handling fish, hammer blows, brick.

Sporothrix schenckii

A dimorphic fungus (yeast of cigar- shaped cells and large spherical bodies in tissues and produce a hyphal flower – like form in 27ºc

Temperature, aeration, CO2 tension, pH, carbon source, presence of divalent cations may influence the morpholigical transition.

The factors of development of Sporotrichosis

1. The size of the initial fungal inoculum

2. The immune state of the host

3. The virulence of the fungus

4. The depth of traumatic inoculation

5. The thermal tolerance

Clinical manifestations

1. Lymphocutaneous On the hands (right) and fingers but on the face of the children

2. Fixed cutaneous In highly endemic areas. the commonest sites are face, neck and trunck: (reaction to sporotrichin skin test)

3. Mucocutaneous In the mouth, pharynx, nose (involvment secondary to dissemination)

4. Extracutaneous and disseminated Skeletal system (next to the cutaneous forms), eye, sinuses

5. Primary pulmonary Among alcoholics

تركيبات ديواره سلولي و اگزوآنتي ژن هاي •بدست آمده از اسپوروتريكس شنكئي نقش

بسيار مهمي در پاسخ سيستم ايمني دارند.تركيبات ليپيدي ديواره سلولي موجب مهار •

كردن فاگوسيتوز و نيز تحريك آزادسازي در TNF-α( و NOنيتريك اكسايد )شود. ماكروفاژها مي

; پراكسيدارگسترول در فرم مخمري • احتماًالنقش مهمي در ويروًالنس اين پاتوژن داشته

باشد.

Cell wall of S.Schenkii

1. Alkali – soluble and insoluble glucans: (both morphological phases) with links of ß (1,3): 44 to 66%, ß(1,6) and ß(1-4), no variations in ß – glucan with morphological transition.

2. Melanin (pigment): protective role (scavenger of free radicals)

3. Amorphous microfibrillar material (capsule): in outermost layer a) release in the medium b) adhesion of fungus to host cells

4. Peptidorhamnomannan: (33.5% rhamnose, 57% mannose, 14.2% protein), glycopeptide (in oligosaccharid chains) fraction react with sera

Patients and with concavalin A (inhibition of fungus adhesion)

• Rhamnomannans showe no reactivity with conA • Mannopyranoside units react with conA• O – glycoside chains (X-D- glucuronic acid

residues) mono – and di substituted by rhamnose are important antigenic determinants

5) Peptidorhamnogalactan

6) Lipid compound:• inhibit the phagocytic process• Induce a high level of release of nitric oxide • Induce a high level of release tumor necrosis

factor alpha (TNF- α) in macrophage cultures

S.schenckii (yeast cells and conidia ) in systemic sporotrichosis can bind to fibronectin, laminin, and type II collagen

تركيبات ليپيپدي بدست آمده از اسپوروتريكس •شنكئي در يك تحقيق توسط روشهاي

كروماتوگرافي ًاليه نازك، كروماتوگرافي گاز- اسپكترومتري:Massمايع و

C15:0(2.5%), C16:1(2.5%)اسيدهاي چرب توتال:C16:0(64.5%), C17:0(2%), C18:1(18 %),

C18:0(5.3%), 2-Me- C16:0(5.1%),

C14:0(2%), C15:1(4.1%) اسيدهاي چرب آزاد:C16:1(7.5%), C16:0(68.5%), C17:0(0.6%),

C18:2(2%), C18:1(14.5%), C18:0(0.9%) ,

• Rhamnomannan structure in mycelium and conidia is different

• Galactomannans have been isolated from many fungal species but rhamnomannan have been isolated from no other species

• Antibody appears largely to mannans• Large capsul whitin infected human tissue

(produce abundant extracellular antigen)

Function of Melanin in S.Schenkii

Sporothrix produces melanin via the 1,8 dihydroxynaphtalene pentaketide pathway (DHN) that increase virulence.

• Melanized conidia are less susceptible to killing by chemically generated oxygen and nitrogen – derived radicals and by UV light

• Also more resistant to phagocytosis and killing by human monocytes and murine macrophages (chrged polymers)

• Enable them to bind metals and function as physiological redox buffer

• Provide structural rigidity to cell walls

• Store water and ions

GlcNH2α1 2Ins motifشناسايي يك موتيف مركزي جديد •

اسپوروتريكس در گليكوزيل اينوزيتول فسفوريل سرآميد در ( ديده GlcNH2α1 6Ins1شنكئي كه در بقيه يوكاريوتها )

نشده است.تركيبات گليكواسفنگوليپيدي اسيدي كه از فرم مخمري جدا •

Y6- و قطعه ماژور Ss-Y1, -Y2شده شاما دو قطعه مينور است.

•Ss-Y6تري گليكوزيل اينوزيتول فسفوريل سرآميد : Manα1 3Manα1 6GlcNH2α1 2Ins1-P-1Cer

Ins: myo-inositole ، Pفسفودي استر :Ss-Y2 و Ss-Y1 ساختار گليكان :

Manα1 3Manα1 2Ins1-P-1Cer

با ساختارهاي زير بيان GIPCsاي، رشته در فرم•مي شود:

Manα1 2Ins1-P-1Cer و Manα1 3Manα1 6Ins1-P-1Cer

نوع 3اسپوروتريكس شنكئي مي تواند حداقل نتيجه:پيوند )اتصال( مركزي مختلف در سنتز گليكوزيل

اينوزيتول فسفوريل سرآميد داشته باشد.

C(PKC)پروتئين كيناز

-استات 13-ميريستات-12استر فوربول) • موجود PKC( و ديگر مولكولهاي مؤثر PMAفوربول)

در اسپوروتريكس شنكئي، در كنترل تغييرات مورفوژنز دخيل است.

در شكل و Yباروش وسترن بالت، هر دو ايزوفرم •مخمري و رشته اي اسپوروتريكس شنكئي شناسايي

فقط در شكل مخمري ßشده در صورتيكه ايزوفرم يافت شده است.

در PKCهيچ تفاوت قابل توجهي در ميزان فعاليت •شكلهاي مخمري و رشته اي مشاهده نشده است.

Dextranaseدكستراناز

كيلو دالتون 79اين آنزيم يك پروتئين مونومر با وزن • مي باشد.5 اپتيمم آن pHاست كه

170در مقابل يك محلول دكستران باكتريال •% 38كيلودالتوني، منجر به توليد مخلوطي شامل:

% اليگوساكاريدهاي شاخه 24% ايزومالتوز، 38گلوكز، دار مي شود.

جايگزيني دكسترانهاي محلول باكتريايي به جاي گلوكز، • برابري اين آنزيم 10بعنوان سوبسترا، موجب افزايش

مي شود. درجه 20اين آنزيم در فرم رشته اي و در دماي •

سانتيگراد بيشترين بيان را دارد.

مالنين‌و‌شبه‌مالنين

كونيدي ها و سلول هاي مخمري اسپوروتريكس شنكئي •مي توانند عالوه بر مالنين تركيبات شبيه مالنين نيز توليد كنند، بخصوص كونيدي ها در محيط مايكوزيل آگار سلولهاي مخمري

)در مجاورت آنزيم هاي پروتئوليتيك و مواد BHIدر محيط غليظ(Hclدناتوره كننده و

پلي كتايد سنتازاز آنزيم هاي اصلي دخيل در سنتز مالنين شامل • مي باشد.سيتالون ردوكتازو

سنتز پيگمان هاي شبيه مالنين در اسپوروتريكس شنكئي از •( DHN- دي هيدروكسي نفتالين )1 و8طريق مسير

مي باشد.پنتاكتايد

مهار مي شود. تري سيكالزولسنتز مالنين توسط •

Coccidioides immitis

Coccidioidomycosis

(San Joaquin Valley Fever)

a) Coccidioides immitis

b) C.posadasii species (newly proposed):

C.posadasi (non-california): differences in genotype, no differences in phentype remarkable, no differences in antigenicity, virulence or morphology with C.immitis

Coccidioides immitisSoil in the semiarid regions of the southwestern United

states, Mexico, Central and South America

The saprobic phase is myceliaarthrocandidia (soil and air)spherules (host)

a)Temperature 34-41ºc

b)Co2 concentration (10-20%)

c)Surface – active agent such as Taml N

The agents that stimulates spherulation (72 - 96 h)

•Genetically determined susceptibility:a) HLA- A9 and B9 antigens, blood group B phenotype (in persons of Filipino and black descent)b) HLA class II DRB1*1301 allele

• Gender: Males 3.5-5 fold – increased compared to females

• Age: children younger than 5 years and adults older than 50 years were more susceptible

Risk factors for severe, disseminated coccidioidomycosis

• Pregnancy: (in areas of high endemicity)0.1% of pregnancies (88% mortality):

a) immunosuppressive state of the gestation

b) progesterone and 17ß- estradiol stimulate spherule/endospore phase (in vitro)

• Immunocompromising diseases or conditions:HIV – infected persons (8% to 41%), Hodgkin‘s

disease, malignant neoplasms, collagen vascular, organ transplant recipients

Cell-derived Antigens• FKS (formalin-killed spherules)

• 27K (fraction obtained from mechanically-disrupted spherules)

• AG2/PRA (proline-rich antigen)

• TCRP (T-cell-reactive protein)

• SOW (spherule outer wall)

• Urease

• HSP60

• CSA (coccidioides- specific antigen):19-KDa serine proteinase

• GEL-1(ß-1,3 glucanosyl transferase)

• ELI-Ag1 (expression library immunization)

FKS and 27K are used as vaccine (heterogeneous) in mice and monkeys

Ag2/PRA vaccine (single – antigen) protect only against pulmonary challenge susceptible mice

SOWgp (spherule outer wall glycoprotein) contains tandemly repeated proline- and aspartic acid-rich motifs, functions as an adhesin, and contributes to the pathogenicity,but elicits both humoral and cellular immune responses in patients

كيتينازها جدا شده ها و ميسليوم از اسفرول1.

است.

( CF. داراي فعاليت فيكساسيون كمپلمان )2 است.CFو ايمنوديفيوژن-

ß-گلوكوزيداز

درجه سانتيگراد داراي 40 تا 37در •بيشترين فعاليت است.

M (IgM) tubeبا ايمونوگلبولين •precipitin(TP).واكنش مي دهد

از مرحله ميسليال جدا شده است.•

(Mep 1 )متالوپروتئيناز

•Coccidioides posadasii آن را ترشحكند. مي

در فرار قارچ از سيستم ايمني ميزبان نقش •دارد.

در زمان تشكيل آندواسپورها ترشح مي شود •هضم را SOWgpو آنتي ژن سطحي غالب

كرده و نمي گذارد آندواسپورها توسط ميزبان شناسايي شوند.

(Urease)آز‌ اوره

•Coccidioides posadasii آن را ترشحكند. مي

شدت التهاب در ريه را افزايش مي دهد و •موجب افزايش ويروًالنس اين قارچ

مي شود.اسفرول ها از اوره اطراف ضايعه استفاده •

كرده و موجب افزايش آمونيوم در محل ضايعه مي شوند )آسيب بيشتر به ريه(

Thanks a lot