NCN Preludium Bis-2 2020/39/O/NZ6/00447

Czy substancje obecne w kutikuli owadów mogą być pomocne w walce z grzybicami?

NCN Preludium Bis-2 2020/39/O/NZ6/00447
Okres realizacji: 01.10.2021- 31.03.2026

Naukowy cel projektu
Znaczny wzrost w ostatnich dekadach liczby zabiegów transplantacyjnych, pacjentów z obniżoną odpornością, przypadków zakażenia wirusem HIV a także częstsza konieczność stosowania chemioterapii, spowodowały dramatyczny wzrost zachorowalności na grzybice u ludzi. Istnieje, więc pilna potrzeba opracowania nowych środków przeciwgrzybiczych. Ponieważ do infekcji najczęściej dochodzi poprzez wdychanie zarodników i/lub penetrację skóry przez inwazyjne strzępki, kluczem do zrozumienia strategii infekcji grzybiczych i do opracowania terapii, może być poznanie składu zarodników i strzępek, a zwłaszcza ich wyposażenia w enzymy i mikotoksyny odgrywające kluczową rolę w przebiegu infekcji grzybiczej.
Niektóre gatunki patogennych grzybów infekują zarówno ludzi, jak i owady, co umożliwia prowadzenie badań na znacznie tańszych modelach owadzich, które nie stwarzają problemów etycznych. Jednym z takich grzybów jest kosmopolityczny grzyb glebowy Conidiobolus coronatus (Entomophthorales), o którym wiadomo, że wywołuje grzybice (konidiobolomykozy) u szerokiego spektrum ssaków i owadów. C. coronatus cieszy się również rosnącym zainteresowaniem, jako potencjalny czynnik biokontroli szkodników owadzich ze względu na wysoce selektywne działanie: szybko i skutecznie zabija podatne gatunki owadów nie szkodząc gatunkom odpornym.
Chociaż owady i ssaki rozwinęły różne systemy obronne przeciwko infekcjom grzybowym, w obu przypadkach infekcja jest inicjowana przez zarodniki grzyba i strzępki inwazyjne, które pokonują bariery ochronne żywiciela (kutikula owadów i skóra ssaków) za pomocą enzymów degradujących ich główne składniki (białka, cukry i lipidy).
Owady podatne na infekcję są infekowane poprzez penetrację kutikuli przez strzępki inwazyjne powstałe z zarodników, które wykiełkowały na kutikuli. Penetracja zachodzi poprzez enzymatyczną degradację głównych składników kutikuli (białek, chityny i lipidów) przez proteazy, chitynazy i lipazy grzyba. Po zaatakowaniu jamy ciała żywiciela strzępki rozrastają się, ale nie zasiedlają narządów wewnętrznych z powodu szybkiej śmierci żywiciela spowodowanej przez toksyczne metabolity grzyba, które dezorganizują funkcjonowanie układu wydalniczego i systemu odpornościowego.
Podatność lub odporność różnych gatunków owadów na inwazję C. coronatus wynika z kilku czynników: budowy szkieletu zewnętrznego owada, składu kutikuli i sprawności układu odpornościowego. Zrozumienie mechanizmów odporności owadów na zakażenie C. coronatus ma ogromne znaczenie przy poszukiwaniu skutecznych metod zwalczania konidiobolomykozy u ssaków.

Hipoteza badawcza
Z naszych badań wynika, że skład lipidów kutikuli jest kluczowym czynnikiem decydującym o tym, czy dany gatunek owadów zostanie zainfekowany przez C. coronatus, czy też pozostanie nietknięty. Zakładamy, że substancje kutikularne chroniące owady przed infekcją C. coronatus mogą również chronić ssaki. Dlatego badania są prowadzone na dwóch gatunkach owadów odpornych na C. coronatus: Lucilia sericata (Diptera) i Dermestes ater
(Coleoptera) i jednym gatunku wrażliwym: Galleria mellonella (Lepidoptera). Analiza lipidów kutikularnych tych owadów została przez nas wykonana, a wyniki są opublikowane.
Przeprowadzone badania
W ramach projektu przeprowadziliśmy pogłębioną analizę składu kutikuli gatunków odpornych na infekcję i sprawdziliśmy wpływ substancji zidentyfikowanych w kutikuli tych owadów na stan fizjologiczny C. coronatus i jego patogeniczność. W koloniach grzyba hodowanego na pożywkach z dodatkiem badanych substancji zostały określone następujące parametry: tempo wzrostu grzyba, osiągnięta biomasa, liczba zarodników oraz ich wirulencja. W zarodnikach zmierzona została aktywność enzymów degradujących kutikulę (elastaza, N-acetyloglukozaminidaza, lipaza) oraz wykrywane były mikotoksyny. Badania wykonywane są za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej i w kontraście fazowym, cytometrii przepływowej, spektrofluorymetrii, spektrofotometrii, testów ELISA, GC-MS oraz LC-MS.
Znaczenie projektu
Przeprowadzane badania poszerzyły wiedzę w zakresie mikologii, biochemii, entomologii i kontroli owadów szkodliwych. Model owad-grzyb jest stosowany w badaniach dotyczących kontrolowania populacji owadów szkodliwych przez grzyby entomopatogenne, ale może być również przydatny w opracowywaniu nowatorskich metod zwalczania grzybicy u ludzi, zwierząt gospodarskich i domowych. Uzyskane wyniki będą wykorzystane do projektowania nowych metod zwalczania szkodników oraz do opracowywania nowych metod zwalczania konidiobolomikozy u ludzi i zwierząt.