Молекулярні механізми та терапевтичні стратегії Naegleria fowleri Carter (1970): смертельно небезпечна амеба, що пожирає мозок
Анотація
Naegleria fowleri - це термофільна вільноживуча амеба, яка може викликати рідкісну та смертельну інфекцію мозку, яка називається первинним амебним менінгоенцефалітом (PAM). PAM є серйозною проблемою для охорони здоров’я, оскільки вражає переважно молодих і здорових людей після перебування у теплому прісноводному середовищі, і має рівень смертності приблизно 98%. Зараження відбувається, коли амеба потрапляє в носову порожнину під час плавання або інших видів відпочинку і мігрує в мозок через нюховий нерв. У мозку амеба викликає великий некроз тканин, крововилив і запалення, що призводить до серйозних неврологічних симптомів і смерті протягом декількох днів. Патогенез інфекції N. fowleri повністю не з’ясований, але останні дослідження пролили світло на молекулярні механізми, які дозволяють амебі вторгатися, розмножуватися та уникати імунної системи господаря. Ці механізми включають експресію різних поверхневих молекул, які опосередковують адгезію, рухливість і фагоцитоз клітин господаря, а також секрецію протеаз та інших факторів, які руйнують позаклітинний матрикс господаря та модулюють імунну відповідь господаря. Однак досі залишається багато питань без відповіді щодо складних взаємодій між амебою та її господарем, які обмежують розробку ефективних діагностичних і терапевтичних стратегій. PAM часто помилково діагностують як бактеріальний менінгіт через його неспецифічні клінічні прояви та відсутність надійних діагностичних тестів. Це призводить до запізнілого або невідповідного лікування та поганого прогнозу. Наразі не існує спеціального чи схваленого лікування PAM, а доступні варіанти базуються на емпіричних даних або описах випадків. Рівень виживаності при PAM залишається дуже низьким, незважаючи на використання кількох препаратів і підтримувальну терапію. Таким чином, існує нагальна потреба в додаткових дослідженнях патогенезу N. fowleri та ідентифікації нових мішеней для втручання. З прогресом у геномних і протеомних технологіях з’явилися нові можливості для вивчення молекулярної біології N. fowleri та відповіді її господаря. Ідентифікувавши гени та білки, задіяні в ключових процесах, таких як адгезія, рухливість та імунне ухилення, дослідники можуть розробити цільову терапію, щоб порушити ці важливі функції та запобігти або лікувати інфекцію. Цей огляд містить вичерпний огляд поточного стану знань про N. fowleri, його патогенні молекулярні механізми та біологічні процеси, пов’язані із зараженням, а також проблеми та перспективи майбутніх досліджень.
Завантаження
Посилання
Aldape K., Huizinga H., Bouvier J., Mckerrow J. (1994). Naegleria fowleri: characterization of a secreted histolytic cysteine protease. Experimental Parasitology, 78(2), 230–241. https://doi.org/10.1006/expr.1994.1023
Bellini N.K., Santos T.M., da Silva M.T.A. (2018). The therapeutic strategies against Naegleria fowleri. Experimental parasitology, 187, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.exppara.2018.02.010
Cooper A.M., Aouthmany S., Shah K., Rega P.P. (2019). Killer amoebas: Primary amoebic meningoencephalitis in a changing climate. JAAPA. Official Journal of the American Academy of Physician Assistants, 32(6), 30–35. https://doi.org/10.1097/01.JAA.0000558238.99250.4a
Carrasco-Yepez M., Campos-Rodriguez R., Godinez-Victoria M. et al. (2013). Naegleria fowleri glycoconjugates with residues of α-d-mannose are involved in adherence of trophozoites to mouse nasal mucosa. Parasitology Research, 112(10), 3615–3625. https://doi.org/10.1007/s00436-013-3549-2
Cervantes-Sandoval I., Serrano-Luna J., Judith Pacheco-Yépez et al. (2010). Differences between Naegleria fowleri and Naegleria gruberi in expression of mannose and fucose glycoconjugates. Parasitology Research, 106, 695–701. https://doi.org/10.1007/s00436-010-1727-z
Chang S.L. (1979). Pathogenesis of pathogenic Naegleria amoeba. Folia Parasitologica, 26(3), 195–200.
Cope J.R., Conrad D.A., Cohen N. et al. (2016). Use of the novel therapeutic agent miltefosine for the treatment of primary amebic meningoencephalitis: report of 1 fatal and 1 surviving case. Clinical Infectious Diseases: an official publication of the Infectious Diseases Society of America, 62(6), 774–776. https://doi.org/10.1093/cid/civ1021
Debnath A. (2021). Drug discovery for primary amebic meningoencephalitis: from screen to identification of leads. Expert Review of Anti-infective Therapy, 19(9), 1099–1106. https://doi.org/10.1080/14787210.2021.1882302
De Jonckheere J.F. (2011). Origin and evolution of the worldwide distributed pathogenic amoeboflagellate Naegleria fowleri. Infection, Genetics and Evolution, 11(7), 1520–1528. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2011.07.023
El-Maaty D.A., Hamza R.S. (2012). Primary Amoebic Meningoencephalitis caused by Naegleria fowleri. Pakistan University Journal, 5(2), 93–104.
Evdokiou A., Marciano-Cabral F., Jamerson M. (2022). Studies on the cyst stage of Naegleria fowleri in vivo and in vitro. The Journal of Eukaryotic Microbiology, 69(2), e12881. https://doi.org/10.1111/jeu.12881
Ferrante A., Thong Y.H. (1979). Antibody induced capping and endocytosis of surface antigens in Naegleria fowleri. International Journal for Parasitology, 9(6), 599–601. https://doi.org/10.1016/0020-7519(79)90018-3
Fowler M., Carter R.F. (1965). Acute pyogenic meningitis probably due to Acanthamoeba sp.: a preliminary report. British Medical Journal, 2(5464), 734. https://doi.org/10.1136/bmj.2.5464.734-a
Fritz-Laylin L.K., Prochnik S.E., Ginger M.L. et al. (2010). The genome of Naegleria gruberi illuminates early eukaryotic versatility. Cell, 140(5), 631–642. https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.01.032
Grace E., Asbill S., Virga K. (2015). Naegleria fowleri: pathogenesis, diagnosis, and treatment options. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 59(11), 6677–6681. https://doi.org/10.1128/AAC.01293-15
Güémez A., García E. (2021). Primary Amoebic Meningoencephalitis by Naegleria fowleri: pathogenesis and treatments. Biomolecules, 11(9), 1320. http://dx.doi.org/10.3390/biom11091320
Han K.L., Lee H.J., Shin M.H. et al. (2004). The involvement of an integrin-like protein and protein kinase C in amoebic adhesion to fibronectin and amoebic cytotoxicity. Parasitology Research, 94(1), 53–60. https://doi.org/10.1007/s00436-004-1158-9
Hannisch W., Hallagan L.F. (1997). Primary amoebic meningoencephalitis: a review of the clinical literature. Wilderness Environmental Medicine, 8(4), 211–213. https://doi.org/10.1580/1080-6032(1997)008 [0211:pamaro]2.3.co;2
Hebbar S., Bairy I., Bhaskaranand N. et al. (2005). Fatal case of Naegleria fowleri meningo-encephalitis in an infant: case report. Annals of tropical paediatrics, 25(3), 223–226. https://doi.org/10.1179/146532805X58166
Heggie T.W. (2010). Swimming with death: Naegleria fowleri infections in recreational waters. Travel Medicine and Infectious Disease, 8(4), 201–206. https://doi.org/10.1016/j.tmaid.2010.06.001
Jamerson M., da Rocha-Azevedo B., Cabral G.A., Marciano-Cabral F. (2012). Pathogenic Naegleria fowleri and non-pathogenic Naegleria lovaniensis exhibit differential adhesion to, and invasion of, extracellular matrix proteins. Microbiology, 158(3), 791–803. https://doi.org/10.1099/mic.0.055020-0
Jamerson M., Schmoyer J.A., Park J. et al. (2017). Identification of Naegleria fowleri proteins linked to primary amoebic meningoencephalitis. Microbiology, 163(3), 322–332. https://doi.org/10.1099/mic.0.000428
Jarolim, K. L., McCosh, J. K., Howard, M. J., John D.T. (2000). A light microscopy study of the migration of Naegleria fowleri from the nasal submucosa to the central nervous system during the early stage of primary amoebic meningoencephalitis in mice. The Journal of Parasitology, 86(1), 50–55. https://doi.org/10.1645/0022-3395(2000)086[0050:ALMSOT]2.0.CO;2
Jeong S.R., Lee S.C., Song K.J. et al. (2005). Expression of the nfa1 gene cloned from pathogenic Naegleria fowleri in nonpathogenic N. gruberi enhances cytotoxicity against CHO target cells in vitro. Infection and Immunity, 73(7), 4098–4105. https://doi.org/10.1128/IAI.73.7.4098-4105.2005
Kang S.Y., Song K.J., Jeong S.R. et al. (2005). Role of the Nfa1 protein in pathogenic Naegleria fowleri cocultured with CHO target cells. Clinical and Vaccine Immunology, 12(7), 873-876. https://doi.org/10.1128/CDLI.12.7.873-876.2005
Khan N.A., Muhammad J.S., Siddiqui R. (2022). Brain-eating amoebae: is killing the parasite our only option to prevent death? Expert Review of Anti-infective Therapy, 20(1), 1–2. https://doi.org/10.1080/14787210.2021.1927712
Kim J.H., Kim D., Shin H.J. (2008). Contact-independent cell death of human microglial cells due to pathogenic Naegleria fowleri trophozoites. The Korean Journal of Parasitology, 46(4), 217–221. https://doi.org/10.3347/kjp.2008.46.4.217
Ladki S.M., Samad J.A. (2017). Summer recreational water tourism: a deadly human encounter with Naegleria fowleri. Journal of Tourism & Hospitality, 6(5), 306. https://doi.org/10.4172/2167-0269.1000306
Lee Y.J., Kim J.H., Jeong S. R. et al. (2007). Production of Nfa1-specific monoclonal antibodies that influences the in vitro cytotoxicity of Naegleria fowleri trophozoites on microglial cells. Parasitology Research, 101(5), 1191–1196. https://doi.org/10.1007/s00436-007-0600-1
Levine N.D., Corliss J.O., Cox F.E. et al. (1980). A newly revised classification of the protozoa. The Journal of Protozoology, 27(1), 37–58. https://doi.org/10.1111/j.1550-7408.1980.tb04228.x
Marciano-Cabral F. (1988). Biology of Naegleria spp. Microbiological Reviews, 52(1), 114–133. https://doi.org/10.1128/mr.52.1.114-133.1988
Marciano-Cabral F., Cabral G.A. (2007). The immune response to Naegleria fowleri amebae and pathogenesis of infection. FEMS Immunology and Medical Microbiology, 51(2), 243–259. https://doi.org/10.1111/j.1574-695X.2007.00332.x
Martinez A.J. (1985). Free-living amebas: natural history, prevention, diagnosis, pathology, and treatment of disease. CRC Press, Boca Raton, FL. 168 p.
Martinez A.J., Nelson E.C., Jones M.M. et al. (1971). Experimental Naegleria meningoencephalitis in mice. An electron microscope study. Laboratory Investigation; a Journal of Technical Methods and Pathology, 25(5), 465–475.
Martinez-Castillo M., Cárdenas-Zúñiga R., Coronado-Velázquez D. et al. (2016). Naegleria fowleri after 50 years: is it a neglected pathogen? Journal of Medical Microbiology, 65(9), 885–896. https://doi.org/10.1099/jmm.0.000303
McKerrow J.H., Rosenthal P.J., Swenerton R., Doyle P. (2008). Development of protease inhibitors for protozoan infections. Current Opinion in Infectious Diseases, 21(6), 668–672. https://doi.org/10.1097/QCO.0b013e328315cca9
Pervin N., Sundareshan V. (2022). Naegleria. In: StatPearls [Internet].. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023 Jan–. PMID: 30571068.
Ropar J., Thomas A., Sharma P. (2013). Primary amoebic meningoencephalitis caused by Naegleria fowleri: Current status and future prospects. Journal of Postgraduate Medicine, 59(4), 296–301.
Seidel J.S., Harmatz P., Visvesvara G.S. et al. (1982). Successful treatment of primary amebic meningoencephalitis. The New England Journal of Medicine, 306(6), 346–348. https://doi.org/10.1056/NEJM198202113060607
Siddiqui R., Ali I.K.M., Cope J.R., Khan N.A. (2016). Biology and pathogenesis of Naegleria fowleri. Acta Tropica, 164, 375–394. https://doi.org/10.1016/j.actatropica.2016.09.009
Sohn H.J., Song K.J., Kang H. et al. (2019). Cellular characterization of actin gene concerned with contact‐dependent mechanisms in Naegleria fowleri. Parasite Immunology, 41(8), e12631. https://doi.org/10.1111/pim.12631
Song K.J., Song K.H., Na B.K. et al. (2007). Molecular cloning and characterization of a cytosolic heat shock protein 70 from Naegleria fowleri. Parasitology Research, 100(5), 1083–1089. https://doi.org/10.1007/s00436-006-0404-8
Visvesvara G.S. (2013). Infections with free-living amebae. Handbook of clinical neurology, 114, 153–168. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53490-3.00010-8
Visvesvara G.S., Moura H., Schuster F.L. (2007). Pathogenic and opportunistic free-living amoebae: Acanthamoeba spp., Balamuthia mandrillaris, Naegleria fowleri, and Sappinia diploidea. FEMS Immunology & Medical Microbiology, 50(1), 1–26. https://doi.org/10.1111/j.1574-695X.2007.00232.x
Zaongo S.D., Shaio M.F., Ji D.D. (2018). Effects of culture media on Naegleria fowleri growth at different temperatures. Journal of Parasitology, 104(5), 451–456. https://doi.org/10.1645/18-6
Zumla A. (2010). Mandell, Douglas, and Bennett's principles and practice of infectious diseases. The Lancet. Infectious Diseases, 10(5), 303–304. https://doi.org/10.1016/S1473-3099(10)70089-X
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої її публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи.
