การศึกษายีน mating type และความสัมพันธ์กับการสร้าง biofilm ของเชื้อ Aspergillus fumigatus จากสิ่งส่งตรวจจากโรงพยาบาลศิริราชและโรงพยาบาลสงขลานครินทร์

Study on mating type and association with pathogenesis of Aspergillus fumigatus from clinical isolates collected at Siriraj hospital and Songklanagarind hospital

Abstract

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของเชื้อราหลายชนิดในสกุล Aspergillus ได้ถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ การค้นพบคุณสมบัติของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศดังกล่าวก่อให้เกิดคำถามถึงบทบาทสำคัญของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศต่อการอยู่รอดของเชื้อจุลชีพนี้ ตลอดจนผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญทางการแพทย์ อาทิเช่น การนำไปสู่ความรุนแรงในการก่อโรคที่มากขึ้นหรือมีความดื้อต่อยาต้านเชื้อรามากขึ้น ในบรรดาเชื้อราในตระกูล Aspergillus พบว่า Aspergillus fumigatus เป็นเชื้อราฉวยโอกาสที่พบว่ามีอุบัติการณ์สูงสุดในผู้ป่วยภูมิคุ้มกันบกพร่องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในผู้ป่วยที่มีภาวะบกพร่องเม็ดเลือดขาวชนิด neutrophil (neutropenia) ซึ่งการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของ A. fumigatus นี้ มียีนที่เกี่ยวข้องอยู่สองยีน ได้แก่ยีน mating type 1-1 (MAT1-1) และยีน mating type 1-2 (MAT1-2) และต้องอาศัยกระบวนการ crossing ระหว่างสายพันธุ์ที่มีชนิดของยีน mating type ที่ต่างกัน ที่น่าสนใจคือ จากการศึกษาที่ผ่านมาพบว่า ชนิดของยีน MAT มีความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญกับพยาธิกำเนิด เนื่องจากมีปัจจัยก่อโรค (virulence factor) หลายปัจจัยที่ทำให้เชื้อ A. fumigatus มีความสามารถในการก่อโรคในมนุษย์ได้ อาทิเช่น ความสามารถในการเกาะติดกับเซลล์เยื่อบุถุงลมปอด ความสามารถในการลบหลีกภูมิคุ้มกันและความสามารถในการสร้างไบโอฟิล์มในปอดเป็นต้น ดังนั้นการศึกษาในครั้งนี้ จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบชนิดของยีน mating type ในเชื้อ A. fumigatus จากสิ่งส่งตรวจที่ได้รับจากโรงพยาบาลศิริราชและโรงพยาบาลสงขลานครินทร์ ตลอดจนเปรียบเทียบความสัมพันธ์ระหว่างชนิดของยีน MAT กับพยาธิกำเนิดของเชื้อ A. fumigatus ซึ่งการศึกษาในครั้งนี้ ได้เน้นไปที่ความสามารถในการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อราสายพันธุ์นี้ ในการศึกษาครั้งนี้ได้ทำการระบุสปีชีย์ของเชื้อ Aspergillus ที่ได้จากสิ่งส่งตรวจด้วยวิธีตรวจสอบสัณฐานวิทยาของเชื้อและทำการยืนยันสปีชีย์ด้วยการหาลำดับเบสของดีเอ็นเอ (DNA sequencing) จากนั้นทำการตรวจสอบชนิดของยีน  MAT ด้วยปฏิกิริยาลูกโซ่โพลิเมอเรส (polymerase chain reaction) และทำ biofilm formation assay เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างชนิดของยีน MAT กับการสร้างไบโอฟิล์ม ผลจากการศึกษาสัณฐานวิทยาและ DNA sequencing แสดงว่าเชื้อราที่ได้รับจากสิ่งส่งตรวจจำนวน 23 ตัว เป็นเชื้อ A. fumigatus ซึ่ง 5 ตัว มียีนชนิด MAT1-1 ในขณะที่ 18 ตัว มียีนชนิด MAT1-2 ผลของ biofilm formation assay พบว่าไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อ A. fumigatus ที่มียีน MAT1-1 และยีน MAT1-2 ผลของการทดลองในครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าไม่มีความสัมพันธ์กันระหว่างชนิดของยีน MAT กับการสร้างไบโอฟิล์มของเชื้อ A. fumigatus อย่างไรก็ตามการศึกษาต่อไปเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างยีน MAT กับปัจจัยก่อโรคอื่นๆของเชื้อ A. fumigatus มีความสำคัญที่จะทำให้เข้าใจพยาธิกำเนิดของจุลชีพนี้มากขึ้น

In recent years, a sexual cycle of several fungal species in the genus Aspergillus were described. The description of heterothallic sexuality in  Aspergillus species raised questions such as the role of sexual reproduction in the survival of this microorganism and whether it could have significant medical implications, such as contribution to increased virulence or increased antifungal drug resistance. Among species in the genus Aspergillus, Aspergillus fumigatus is the most common cause of opportunistic fungal infection in immunocompromised host, especially in those with neutropenia. Sexual reproduction in this species is governed by two different mating-type genes, mating-type 1-1 gene (MAT1-1) and mating-type 1-2 gene (MAT1-2), and requires a crossing between isolates of different mating-type gene.Interestingly, a significant association between the type of MAT gene and pathogenesis has been recently reported. As there are  several virulence factors that contribute to ability of A. fumigatus to cause diseases in human, such as ability to adhere to the mucus membrane of alveoli, ability to evade host immunity and ability to form biofilm in the lung, . Thus, this study aimed to determine the mating type gene of A. fumigatus from clinical isolates collected at Siriraj Hospital and Songklanagarind Hospital and to study the relationship between gene MAT and pathogenicity of A. fumigatus, focused on biofilm formation. In this study, phenotypic examinations were performed to identify the species of Aspergillus from clinical isolates and confirmed species identification by DNA sequencing. Polymerase chain reaction (PCR) was performed to determine mating type gene and biofilm formation assay was carried out to study the relationship between the gene MAT and biofilm formation. The result from phenotypic method and DNA sequencing revealed that 23 isolates were identified as A. fumigatus by. Among them, 5 isolates revealed MAT1-1 type, while 18 isolates were of MAT1-2 type. The result of the biofilm formation assay showed no statisticallysignificance difference between A. fumigatus MAT1-1 and MAT1-2. This result suggests that there is  no relationship between mating type gene and biofilm formation. Further study about relationship between MAT gene and other virulence factors of A. fumigatus are important for better understanding pathogenesis of this microorganism.