The zebrafish (Danio rerio) as a model system to investigate Candida albicans device-associated infections

Candida albicans: als een vis in het water

Had u ooit gedacht dat een minuscuul visje het leven van duizenden mensen zou kunnen veranderen? Wel, de wetenschap is goed op weg om dit gegeven waar te maken. Zo is de zebravis in staat om zijn eigen hart te genezen en bij nader onderzoek, kan dit misschien een therapie vormen voor mensen met een hartaanval. De zebravis is echter meer dan alleen een onderzoeksobject voor hartziektes. Het is namelijk ook een ideale gastheer om infecties mee te onderzoeken. Infectieziektes zijn de leidende doodsoorzaak bij kinderen en adolescenten. Zo zijn de Candida species verantwoordelijk voor 65-75% van alle systemische (over het hele lichaam) ziektes. De grote vraag is natuurlijk of we in staat zijn om dergelijke infecties in de zebravis na te bootsen…

Candida albicans, de grote boosdoener

Candida albicans is een schimmel en is niet schadelijk onder normale omstandigheden. Indien er echter een probleem is met het immuunsysteem, kan Candida plots zeer gevaarlijk worden en zelfs de dood tot gevolg hebben. Een andere reden die dit organisme levensbedreigend maakt, is het vermogen om biofilms (driedimensionale, beschermende structuren) te vormen. Een welgekend voorbeeld van biofilms is de vorming van tandplak, mede veroorzaakt door bacteriën. Candida kan echter biofilms vormen op verscheidene medische apparatuur zoals vasculaire katheters, dialyse katheters in het buikvlies en oculaire lenzen. Dit kan leiden tot een verspreiding in de bloedstroom met hoge sterfte tot gevolg. Tot op heden zijn er maar een beperkt aantal medicijnen beschikbaar en bovendien vindt de slimme pathogeen een weg om aan deze geneesmiddelen te ontsnappen. De grote vraag is of we de schade kunnen beperken.

Wij verkozen de zebravislarve tot ‘beste infectiemodel’

Om bovenvermelde redenen waren we tijdens dit project op zoek naar een geschikt proefdier om infecties op ziekenhuisapparatuur te bestuderen. De zebravis was voor dit onderzoek het geschikte modelorganisme om dergelijke infecties te bestuderen. Indien er met zebravislarven gewerkt wordt, is er geen ingewikkeld papierwerk nodig wat een hele hoop tijd uitspaart. Verder zijn de zebravislarven klein wat de huisvesting vergemakkelijkt en een economisch voordeel biedt ten opzichte van muizen en ratten. De transparantie van de larven zorgt ervoor dat de infectie veel makkelijker te bekijken is. Het immuunsysteem van de zebravis kan de menselijke omgeving nabootsen en zo kunnen we meer te weten komen over de verdediging tegen de schimmel.

Candida en de microsferen voelen zich tot elkaar aangetrokken

Om een apparatuur- geassocieerde infectie te imiteren, werd er gebruik gemaakt van sferische latex partikels; microsferen genaamd. Deze microsferen (rood) zijn fluorescent gemerkt en maakt hun zichtbaarheid in de zebravis mogelijk. Ook de Candida cellen waren fluorescent (groen) om zodoende de interactie tussen Candida en de microsferen te kunnen opvolgen. De samenstelling van de microsferen zorgt ervoor dat Candida als een magneet aangetrokken wordt. Deze situatie valt dus te vergelijken met de bezetting van Candida op bijvoorbeeld katheters in de mens.

De zebravis wordt besmet; zal hij overleven?

We injecteerden de microsferen gelijktijdig met de Candida cellen in de zebravislarven en konden op die manier de ontwikkeling van een eventuele infectie op het substraat opvolgen. Candida albicans is in staat om te switchen van gistvorm naar hyfen- (schimmeldraad-) vorm (wildtype), wat deze pathogeen nog gevaarlijker maakt. Om het belang van deze switch na te gaan gebruikten we ook onschadelijke Candida albicans stammen (mutanten) die niet in staat zijn om hyfen te vormen. Als bijkomende controle injecteerden we ook Candida cellen zonder microsferen om het effect van de microsferen tijdens de infectie te bestuderen.
Hoewel reeds in het verleden zebravissen geïnfecteerd werden met Candida, waren wij de eersten die transparante zebravislarven gebruikten om de infectie van fluorescente Candida cellen op microsferen op een niet-invasieve manier te volgen op werkelijke tijdsbasis.Candida albicans voelde zich binnenin de zebravissen erg in zijn nopjes aangezien de schimmel in staat was om te groeien en te vermenigvuldigen.

Gelukkig gingen de zebravissen niet meteen ten onder aan de infectie, wat er dus op wijst dat de zebravis zich probeert te verweren tegen de pathogeen. We merkten op dat de visjes sneller stierven wanneer ze geïnfecteerd werden met de wildtype Candida cellen (hyfenvorming) vergeleken met de mutant (geen hyfenvorming). De hyfen doen zich dus voor als grote indringers tijdens het infectiemechanisme. Dit was wel in de afwezigheid van de microsferen. Indien we zowel microsferen als mutante Candida injecteerden zagen we dat de visjes sneller stierven dan wanneer de mutante Candida cellen zonder microsferen geïnjecteerd werden. Dit wijst er waarschijnlijk op dat de mutante Candida vorm, door de aanwezigheid van de microsferen, plots schadelijk wordt en zo toch verhoogde sterfte van de zebravissen kan veroorzaken.

De zebravis verzet zich tegen de infectie

Aangezien de zebravis een gelijkaardig immuunsysteem heeft zoals de mens, leek het interessant om te kijken hoe de visjes zouden reageren op de pathogeen. Zouden ze aanvallen of eerder het slachtoffer zijn van een onvermijdelijke Candida albicans infectie? Het antwoord op die vraag kon deels opgelost worden. We gebruikten ditmaal rode Candida cellen aangezien de macrofagen (verdedigers van het immuunsysteem) groen fluorescent waren. De Candida stammen die in staat waren om hyfen te vormen konden aan het immuunsysteem ontsnappen. Indien de zebravissen geïnfecteerd werden met de mutante Candida stammen, dan waren de macrofagen (groene cirkelvormige structuren) in staat om enkele gistcellen te verorberen (rode structuren).

Zebravisplannen in de toekomst

Aan het einde van dit project zijn we erin geslaagd om aan te tonen dat de zebravis een goed modelorganisme is om apparatuur-geassocieerde infecties mee te onderzoeken. We hopen dat ons zebravis infectiemodel een goede leidraad zal zijn in de toekomst om uiteindelijk de ziektes veroorzaakt door Candida beter te begrijpen en deze bijgevolg te kunnen bestrijden.

Met dank aan Prof. Patrick Van Dijck en Dr. Sona Kucharikova (Laboratorium moleculaire celbiologie, KU Leuven, België).