Candida tropicalis biofilms response to antifungal agents

Abstract

Candidiasis is the most prevalent opportunistic fungal infection of humans and has been increasing in the last decades, namely due to Candida tropicalis species. Its pathogenicity can be strongly related to their potential virulence factors, as adhesion and biofilm formation, secretion of hydrolytic enzymes and filamentous forms development. Biofilm formation is a potent virulent factor for a number of Candida species, as it confers significant resistance to antifungal therapy, due to, among other factors, limiting the penetration of substances throughout the matrix. However, the exact mechanism of biofilm resistance to antifungals is not yet fully understood, especially for C. tropicalis, and, as such, it is essential to enhance the knowledge on its virulence factors and resistance mechanisms. Thus, the main aim of this work was to understand the mechanisms behind C. tropicalis tolerance, to fluconazole (Flu), voriconazole (Vcz) and amphotericin B (Amp B). In order to accomplish this main goal, three approaches were performed. Firstly, the effect of the Flu and Vcz on ERG genes expression was determined on both planktonic and biofilm cells; secondly, the influence of azole antifungals on C. tropicalis virulence factors expression was analyzed; and finally, the role of the C. tropicalis biofilm matrices on its resistance to Amp B was evaluated. With this work it was possible to demonstrate that C. tropicalis resistance to Flu, Vcz and Amp B is strain dependent. Moreover, it was also observed that all the three antifungal agents were able to control moderately the biofilm formation, but were unable to eradicate C. tropicalis pre-formed biofilms. Biofilms treated with Flu presented significant damage in its overall structure in opposition to Vcz, however both lead to a slight reduction on its compact structure. The results showed that the ERG genes were more expressed in planktonic cells than in biofilm cells. Additionally, these azoles had no influence on main C. tropicalis virulence factors. Candida tropicalis biofilms treated with Amp B lead to an increase of matrix production and, consequently, to an increase in its amount of protein and carbohydrate. This is an indicative that the C. tropicalis biofilm matrices have an important role in its resistance to Amp B. This work demonstrated that C. tropicalis biofilms respond to treatment with different antifungals in different forms, so its resistance mechanism to antifungals seems to be a multifactorial phenomenon, such as reported for C. albicans. Thus, by increasing our knowledge on C. tropicalis resistance to antifungals, potential targets may well be identified that can be used as adjuvant for new therapies.

A candidíase é a infeção fúngica oportunista mais prevalente em seres humanos e tem vindo a aumentar nas últimas décadas, nomeadamente devido à espécie Candida tropicalis. A sua patogenicidade pode estar fortemente relacionada com os seus potenciais fatores de virulência, como adesão, formação de biofilme, e produção de enzimas hidrolíticas e formas filamentosas. A formação de biofilme é importante para espécies de Candida, conferindo-lhes significativa resistência à terapia antifúngica, devido, entre outros fatores, à limitação da penetração de substâncias pela matriz. Contudo, o mecanismo exato de resistência do biofilme aos antifúngicos não está totalmente compreendido, especialmente para C. tropicalis, e, como tal é essencial compreendê-lo melhor. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi compreender os mecanismos inerentes à tolerância de C. tropicalis ao fluconazol (Flu), voriconazol (Vcz) e anfotericina B (Amp B). De forma a alcançá-lo, três abordagens diferentes foram realizadas. Inicialmente foi determinado o efeito do Flu e Vcz na expressão de genes ERG em células plantónicas e de biofilme; de seguida, foi analisada a influência destes azóis na expressão dos seus fatores de virulência; e, finalmente foi avaliado o papel das matrizes de biofilmes de C. tropicalis na sua resistência à Amp B. Este trabalho demonstrou que a resistência de C. tropicalis aos antifúngicos é dependente da estirpe. Foi também observado que estes antifúngicos foram capazes de controlar moderadamente a formação de biofilme, mas incapazes de erradicar biofilmes pré-formados. Os biofilmes tratados com Flu apresentaram danos na sua estrutura em oposição aos tratados com Vcz, mas ambos levaram a uma ligeira redução da sua estrutura. Os resultados mostraram que os genes ERG foram mais expressados em células plantónicas do que em biofilme. Adicionalmente, os azóis testados não tiveram influência nos principais fatores de virulência de C. tropicalis. Foi também mostrado que os biofilmes tratados com Amp B apresentaram um aumento de produção de matriz e da quantidade de proteínas e carbohidratos. Isto é indicativo que as matrizes destes biofilme têm um papel importante na resistência à Amp B. Este trabalho demonstrou que os biofilmes de C. tropicalis responderam diferentemente ao tratamento com diferentes antifúngicos, pelo que seu mecanismo de resistência parece ser um fenómeno multifactorial, como relatado para C. albicans. Assim, aumentando o conhecimento sobre a sua resistência aos antifúngicos, melhora-se a identificação de novos potenciais alvos, que podem vir a ser usados como adjuvantes para novas terapias.