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Title: Patógenos emergentes no gênero sporothrix e a evolução global da patogenicidade
Authors: Camargo, Zoilo Pires de Camargo [UNIFESP]
Rodrigues, Anderson Messias [UNIFESP]
Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Keywords: s
schenckii
s
globosa
and s
luriei
s
schenckii
s
globosa e s
luriei
Issue Date: 30-Sep-2015
Publisher: Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Citation: RODRIGUES, Anderson Messias. Patógenos emergentes no gênero sporothrix e a evolução global da patogenicidade. 2015. 431 f. Tese (Doutorado) - Escola Paulista de Medicina, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), São Paulo, 2015.
Abstract: The genus Sporothrix is often associated with mammal infections and includes different species, i.e: S. brasiliensis, S. schenckii, S. globosa, and S. luriei, which together form a monophyletic group known as S. schenckii complex. Primary infections of sporotrichosis are caused by traumatic inoculation of Sporothrix propagules into the cutaneous and subcutaneous tissues of the host with regional lymphocutaneous spread and rarely systemic involvement. Sporotrichosis is an emerging disease due to increased contacts between humans and cats with prospects of its expansion in biogeographical domains, host range, and high virulence for mammals. A large zoonotic outbreak is happening in Brazil and it is difficult to estimate the real magnitude of this epidemic (Chapter 1). In this study, we investigated the emergence of sporotrichosis in Brazil considering various perspectives, including the epidemiological scenario, the molecular and serological diagnosis, and the pathogen?host?environment influence on the evolution of sporotrichosis. The differences in frequency and geographic distribution of Brazilian Sporothrix isolates were associated with the genetic diversity of pathogenic strains (Chapters 2?9). The high prevalence of S. brasiliensis (~99%) in feline sporotrichosis outbreaks revealed a clonal population structure and indicated that the S. brasiliensis-cat association is necessary for the emergence of this pathogen among humans (Chapters 3?5). In contrast, S. schenckii and S. globosa are rarely associated with feline infection and are cosmopolitan with transoceanic distribution. Population genetics analyzes indicated a high diversity in S. schenckii, contributing to the evolution among its different genotypes. The distribution pattern of mating types (MAT) idiomorphs MAT1-1: MAT1-2 was consistent with the existence of casual sexual reproduction in S. schenckii and a clonal population structure in S. brasiliensis (Chapter 7). The overall genetic differences among Sporothrix species was reflected in their different responses to the main antifungal agents. In this scenario, S. schenckii had a greater intraspecific diversity in its in vitro susceptibility profiles with itraconazole, posaconazole, and amphotericin B compared to S. brasiliensis (Chapter 8). The influences of the pathogen?host?environment interplay on the population structure, transmission pathways, and sensitivity profiles to the main antifungals used in the therapy of sporotrichosis were discussed (Chapters 2?10). Once the molecular boundaries among Sporothrix accomplished, we developed and validated highly specific and sensitive genetic markers for rapid and low-cost molecular diagnosis of sporotrichosis using PCR-RFLP (Chapter 11), species-specific PCR (Chapter 12), and rolling circle amplification (RCA) (Chapter 13). Using species-specific PCR and RCA, direct diagnosis of sporotrichosis in mammals and specific detection of pathogen DNA became possible, as well, these methods have possible applications in detecting Sporothrix strains from environmental samples, important steps towards epidemiological studies. Regarding the serological diagnosis, we applied an immunoproteomics approach in order to understand the humoral immune response and to explore for potential antigens as diagnostic tools and vaccine targets. Using two-dimensional electrophoresis, immunoblotting, and mass spectrometry, for the first time we identified the major antigen of human and feline sporotrichosis as 3-carboxymuconate cyclase (Chapters 14 and 15). The humoral responses (IgG) in humans and in cats are similar and S. brasiliensis and S. schenckii antigens exhibited high cross reactivity. The ELISA assay, regardless of the antigenic preparation (S. brasiliensis or S. schenckii) showed high potential for early and specific diagnosis of sporotrichosis in cats (Chapter 15). Our results indicated a convergent humoral immune response against species embedded in the clinical clade and highlighted 3-carboxymuconate cyclase as an important antigen for the serological diagnosis as well as a potential target for the development of a therapeutic vaccine. Combining epidemiology (Chapters 2?10), powerful molecular methods in identifying Sporothrix species (Chapters 11?13) with a comprehensive assessment of the host immune response (Chapters 14 and 15) we provided a new understanding of the associations between specific causative agents, the host immune response as well as seroreactive antigens, and the clinical manifestations of the disease, what may help to tackle future outbreaks. In conclusion, the overall analysis of data presented here contributed to our understanding of the mechanisms of evolution and expansion of epidemics driven by fungal pathogens.
O gênero Sporothrix está frequentemente associado à infecção em mamíferos e inclui diferentes espécies, i.e.: S. brasiliensis, S. schenckii, S. globosa e S. luriei, as quais formam um grupo monofilético denominado complexo S. schenckii. A infecção primária na esporotricose é causada por inoculação traumática do Sporothrix nos tecidos cutâneos e subcutâneos do hospedeiro com disseminação linfocutânea regional e raramente sistêmica. A esporotricose é uma doença emergente devido ao crescente contato entre humanos e felinos com perspectivas de expansão do seu domínio geográfico, gama de hospedeiros e alta virulência para os mamíferos. Um grande surto zoonótico ocorre no Brasil e é difícil estimar a magnitude real desta epidemia (Capítulo 1). Neste estudo, investigamos a emergência da esporotricose no Brasil sobre diversas perspectivas incluindo o cenário epidemiológico, o diagnóstico molecular e sorológico e a influência da relação parasito-hospedeiro-ambiente na evolução da esporotricose. As diferenças em relação à frequência e distribuição geográfica de isolados brasileiros de Sporothrix estão associadas à diversidade genética do patógeno (Capítulos 2?9). A alta prevalência de S. brasiliensis (~99%) em surtos de esporotricose felina revelou uma estrutura populacional clonal e indicou que a associação S. brasiliensis-gato é necessária para a emergência do patógeno entre seres humanos (Capítulos 3?5). Em contrapartida, S. schenckii e S. globosa dificilmente estão associados à infecção felina e são cosmopolitas com distribuição transoceânica. Análises de genética de populações indicam alta diversidade em S. schenckii, contribuindo para a evolução entre genótipos divergentes. A distribuição dos mating types (MAT) entre os idiomorfos MAT1-1: MAT1-2 é consistente com a existência de reprodução sexuada ocasional em S. schenckii e uma estrutura populacional clonal em S. brasiliensis (Capítulo 7). As diferenças genéticas globais entre os Sporothrix refletem respostas diferenciais aos principais agentes antifúngicos. Neste cenário, S. schenckii apresentou uma diversidade intraespecífica maior entre os perfis de suscetibilidades in vitro ao itraconazol, posaconazol e anfotericina B quando comparado ao S. brasiliensis (Capítulo 8). É discutida a influência da interação parasito-hospedeiro-ambiente sobre a estrutura populacional, as vias de transmissões e os perfis de sensibilidades aos principais antifúngicos utilizados na terapia da esporotricose (Capítulos 2?10). Uma vez que os limites moleculares entre os Sporothrix estão estabelecidos, desenvolvemos e validamos marcadores genéticos altamente específicos e sensíveis para o diagnóstico molecular rápido e barato da esporotricose utilizando a PCR-RFLP (Capítulo 11), a PCR espécie-específica (Capítulo 12) e a amplificação isotérmica em círculo rolante (RCA) (Capítulo 13). Usando a PCR espécie-específica e a RCA, o diagnóstico direto da esporotricose em mamíferos e a detecção específica do DNA do patógeno tornaram-se possíveis, assim como tais métodos têm possíveis aplicações na detecção de Sporothrix a partir de amostras ambientais, passos importantes para estudos epidemiológicos. Quanto ao diagnóstico sorológico aplicamos uma abordagem imunoproteômica com o intuito de compreender a resposta imune humoral e explorar potenciais antígenos diagnósticos e alvos vacinais. Por meio da eletroforese bidimensional, imunoblot e espectrometria de massas identificamos pela primeira vez o antígeno majoritário da esporotricose humana e felina como 3-carboximuconato ciclase (Capítulos 14 e 15). A reposta humoral (IgG) em seres humanos e em felinos são semelhantes e os antígenos de S. brasiliensis e S. schenckii apresentam alta reatividade cruzada. O ensaio de ELISA, independente da preparação antigênica (S. brasiliensis ou S. schenckii) apresentou alto potencial para o diagnóstico precoce e específico da esporotricose em gatos (Capítulo 15). Nossos resultados indicaram uma resposta imune humoral convergente contra as espécies do clado clínico e destacam a molécula 3-carboximucontato ciclase como um antígeno importante para o diagnóstico sorológico assim como um alvo potencial para o desenvolvimento de uma vacina terapêutica. Combinando epidemiologia (Capítulos 2?10), poderosos métodos moleculares na identificação de espécies de Sporothrix (Capítulos 11?13) com uma avaliação global da resposta imune do hospedeiro (Capítulos 14 e 15) fornecemos uma nova compreensão das associações entre agentes etiológicos específicos, da resposta imune humoral dos hospedeiros assim como antígenos soro reativos e das manifestações clínicas da doença, que podem ajudar a combater futuros surtos. Em conclusão, a análise conjunta dos dados compilados neste trabalho contribuiu para o entendimento dos mecanismos de evolução da patogenicidade e expansão das epidemias fúngicas.
URI: http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/47738
Other Identifiers: https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=2947496
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