Impact of alternative carbon sources on Candida pathogenesis

Abstract

Candida species are the most common cause of fungal infection in humans. Their capacity to cause infection is dependent on the ability to grow within the human host environment and to assimilate the carbon sources available. To assimilate alternative carbon sources and survive, they display a high degree of metabolic flexibility, which can influence their pathogenicity. Previous studies have shown that growth in alternative carbon sources influences the behaviour of these fungal pathogens, suggesting that some carboxylic acid transporters have a crucial role in biofilm formation and resistance to antifungal drugs. Furthermore, Candida species are able to grow outside the human body and colonize abiotic surfaces, being among the most prevalent causes of fungal infections on medical devices. Using in vitro C. glabrata biofilms, developed inside serum-coated triple-lumen catheters placed in 24-well plates, we assessed the effect of alternative carbon sources, namely acetic and lactic acids, in biofilm formation on central venous catheters. The role of these monocarboxylic acids transporters in this process, was also analysed. Our results demonstrate that the presence or absence of glucose, the acid concentration, as well the extracellular pH, influence biofilm formation. We also found that single mutations in monocarboxylic acid transporter genes identified in C. glabrata, (ADY2a, ADY2b, FPS1 and FPS2) did not impair biofilm formation. In glucose-poor niches, Candida albicans expresses JEN1 and JEN2 genes, encoding carboxylate permeases, which are important in the early stages of infection. In some of these environments, this fungus also faces different pH milieus, and the ability to adapt to them is essential for its pathogenicity. Our results showed Jen1p and Jen2p undergo endocytosis in response to prolonged growth on carboxylic acid containing medium, namely lactic and malic acid, being this a pH-dependent effect. These results also support the idea that Jen1p and Jen2p have specific affinity for different types of carboxylic acids. Globally, our results support the view that the adaptation of Candida cells to the alternative carbon source present in the host environment influences their pathogenicity.

As leveduras patogénicas da espécie Candida são a causa mais comum de infeções fúngicas em humanos. A sua capacidade para provocar infeções depende da sua aptidão em crescer dentro o hospedeiro humano e consumir as fontes de carbono disponíveis no meio. Para conseguir utilizar fontes alternativas de carbono e sobreviver, estas leveduras patogénicas apresentam um elevado grau de flexibilidade metabólica, que pode influenciar a sua patogenicidade. Estudos anteriores revelaram que o crescimento em fontes alternativas de carbono influencia o comportamento destes fungos patogénicos, sugerindo que alguns transportadores de ácidos carboxílicos apresentam uma função importante na formação de biofilmes e resistência a fármacos antifúngicos. Além disso, as leveduras da espécie Candida são capazes de crescer no exterior do corpo humano e colonizar superfícies abióticas, estando entre as causas mais prevalentes de infeções fúngicas, em material hospitalar. Através do estudo de biofilmes de Candida glabrata, desenvolvidos in vitro, no interior de cateteres de lóbulo triplo revestidos com soro, o efeito de fontes alternativas de carbono, nomeadamente ácido acético e ácido láctico, foi avaliado. A função dos transportadores destes ácidos monocarboxílicos neste processo foi também analisada. Verificou-se que a presença ou ausência de glucose, a concentração de ácido no meio, bem como o pH extracelular, influencia a formação de biofilmes. Também se demonstrou que mutações singulares em genes que codificam transportadores desses ácidos, identificados em C. glabrata, (ADY2a, ADY2b, FPS1 e FPS2) não afetam a formação de biofilmes. Em meios pobres em glucose, a expressão dos genes JEN1 e JEN2, que codificam permeases de carboxilatos, em Candida albicans, desempenha uma função importante nos primeiros estágios de infeção. Em alguns destes microambientes, este fungo também enfrenta alterações de pH, sendo a capacidade para se adaptar a estas alterações essencial para a sua patogenicidade. Neste trabalho, demonstrámos que as proteínas Jen1 e Jen2 sofrem endocitose em resposta ao crescimento prolongado em meios suplementados com ácidos carboxílicos, mais propriamente ácidos málico e láctico, sendo este acontecimento dependente do pH. Os resultados obtidos suportam a ideia de que as proteínas Jen1 e Jen2 têm afinidades específicas para diferentes tipos de ácidos carboxílicos. No seu conjunto, os resultados desta tese apoiam a ideia de que a adaptação das leveduras da espécie Candida a fontes alternativas de carbono, presentes no meio, influencia a sua patogenicidade.