Bağışıklık Sisteminin, Eş Zamanlı Mantar ve Virüs Enfeksiyonları (Ko-Enfeksiyon) ile Aynı Anda Nasıl Baş Ettiği Çözülüyor!

Son yapılan yeni bir araştırmaya göre, vücudun mantar enfeksiyonlarına karşı bağışıklık tepkisi aynı anda bir virüs tarafından da enfekte olduğu zaman değişmektedir. Birmingham Üniversitesi Pirbright Enstitüsü ve Londra Kolej Üniversitesi tarafından yürütülen bu çalışma, bağışıklık sisteminin birden fazla patojen tür tarafından gerçekleştirilen enfeksiyonlarla (ko-enfeksiyon) baş edebilme kapasitesine yeni bir ışık tutmaktadır.

Mantar enfeksiyonları, AIDS hastaları ya da organ nakli alan kişiler gibi zayıflamış bağışıklık sistemine sahip hastalar için oldukça öldürücüdür, ama genellikle ikincil bir viral enfeksiyonla beraber bu etkiye sahip olabilirler. Her ne kadar klinisyenler bağışıklık sisteminin bu patojenlerin her birine ayrı ayrı enfeksiyon yaptıklarında nasıl tepki verdiğini anlasalar, bu iki patojenin beraber aynı anda enfeksiyon yaptığında nasıl tepki verdiği hakkında daha az şey biliyorlar.

Tipik olarak, beyaz kan hücreleri patojenin beyaz kan hücreleri tarafından yutulduğu fagositoz olarak adlandırılan bir süreç ile patojenlere saldırırlar. Oysaki, mantar enfeksiyonlarında, bu süreç bazen tersine döner yani vomositoz olarak adlandırılan bir süreç ile mantarı geri çıkarırlar.

PLOS Pathogens dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, araştırmacılar beyaz kan hücresinin bir virüs tespit ettiği zaman bu çıkarma sürecinin daha da hızlandığını gösterdiler.

Ekip, iki farklı virüs tipi olan HIV ve kızamık virüsüne patojen bir mantar olan Cryptococcus neoformans ile beraber maruz kalmış canlı beyaz kan hücreleri üzerine çalışmak amacıyla ileri mikroskop tekniklerini kullandı. 

Peki Cryptococcus neoformans nedir, vücudu nasıl ele geçirir ve nasıl tedavi edilir, ilk önce ona bakalım:

Cryptococcus neoformans, virulans özelliği için ihtiyaç duyulan eşsiz bir polisakkarit kapsüle sahip fakültatif yani hem oksijenli hem de oksijensiz ortamda solunum yapabilen bir hücre içi parazittir. 

Cryptococcus neoformans, bağışıklık sistemi zayıflamış kişilere ama aynı zamanda sağlıklı kişilere de ızdırap veren bir hastalık olan kriptokokoz hastalığına sebep olan patojendir. Bu mantar çevrede her yerde bulunur ve kurumuş partiküllerin ya da sporlarının vücut içine hava yoluyla çekilmesiyle kapılabilir. Sonuç olarak, vücuda solunum yoluyla çekildikten sonra, önce akciğerlerde enfeksiyon yapıp sonra eğer hızlıca tedavi edilmezse hızlıca merkezi sinir sistemine yayılır ve menenjite yani beyin zarı iltihabına sebep olur.

Hücre içi parazitlik, enfeksiyonun patogenezinde yani enfeksiyon süresince organizmada meydana gelen değişiklikler açısından çok önemli çünkü Cryptococcus neoformans özellikle konakçının makrofajlarında kronik ya da potansiyel enfeksiyon süresince bulunur (Şekil 1) (Tucker, 2001).

Makrofajlar ve nötrofiller gibi fagositik ya da yutan hücreler istilacı mikropları yutarak ve yok ederek organizmayı enfeksiyondan korumada kritik bir rol oynarlar. Oysaki, 2006’da yapılan bir çalışmada C. neoformans’ın konakçı hücreyi öldürmeden makrofajlardan farklı bir mekanizma ile kaçabildiğini gösterdiler.

Bu çalışmada kültürlenmiş makrofajlarda kriptokokal bir çıkarılmanın olduğunu gözlemlediler. Bu çıkarılmanın olgun bir fagosom yani makrofajların patojenleri yutarken onları içine aldığı kesecikler oluştuğu zaman, bir ya da daha fazla C. neoformans hücresinin konakçı hücre zarı ile birleşmesiyle ve sonuç olarak mantar hücrelerinin konakçı hücre dışı ortamına salınmasıyla oluştuğunu gördüler (Şekil 2) (Ma, 2006).

Yine 2006’de başka bir ekiple yapılan benzer bir çalışmada da bu çıkarım durumu gözlemlendi ve bu olaya fagozomal çıkarım (İng: "phagosomal extrusion") ya da vomositoz adı verildi. Bu olay mantarın üç farklı suşunda gözlemlendi. Ayrıca bu olayın mantarın yapısında bulunan ve virulans factor olarak işlev gören kapsülar polisakkarit tarafından tetiklendiğini gözlemlediler (Şekil 3) (Alvarez, 2006).

Kriptokokal, polisakkarit kapsül üzerinde en çok çalışılmış virulans faktördür. Makrofajların, nötrofillerin ve dendritik hücrelerin fagositoz kabiliyetlerini inhibe eder, yani engeller. Bunu da fagositozu tetikleyen antikor opsonizasyonunu yani antikorların patojenin hücre zarı yüzeyindeki reseptörlere bağlanıp fagositik hücreler tarafından patojenin algılanıp yutulması sürecini engellemesi ile yapar. Sonuç olarak, bu kapsül mantar hücre zarındaki bu reseptörler ve hücre dışı sıvı ortamda serbest halde bulunan antikorlar arasında bir engel duvarı oluşturur ve mantarın fagositoz yapan hücreler tarafından yutulmasını engeller.

Antifagositik özelliklere ek olarak, kriptokokkal kapsül konakçı hücrenin yani makrofajın fagosomunda bulunan ve burada hücreleri öldüren reaktif oksijen türevlerine ve azot türevlerine karşı koruma sağlar. Bu kapsülün yapısında bulunan glukuronoksilomannan, süperoksit ya da reaktif oksijen türevlerini azaltır, böylece kriptokokal öldürmeyi azaltır. Ayrıca bu oksijen ve azot radikallerini detoksi eden birtakım enzimler de işin içine dahil olur. Buna fagosomdaki asidik ortamı nötralize eden enzimler de eklenince C. neoformans’ın fagosomda yaşamaması ve çoğalmaması için bir sebep kalmıyor! 

Yeni nesil antifungal ilaçlar C. neoformans’a karşı etkili değiller ve sonuç olarak klinik tekniklerde kullanılmıyorlar. Bu antifungal ilaçlar ancak birden fazla ilacın kombinasyonu halinde hastaya verilmekte ve enfeksiyona hızlı müdahale etmelerine rağmen, akut kriptokokal meninjitine sahip HIV hastaları özellikle %20 civarında yüksekler. Bu da immünoterapi, pasif immünizasyon ve sitokine dayalı tedavi stratejileri gibi alternatif tedavi usüllerininin ihtiyacı ile sonuçlandı.

Bunlardan immünoterapi ile tedavide C. neoformans kapsülüne özgü monoklonal antikorların, yani sadece bir epitopa özgü olan antikorların kullanılmasıdır. Bu yöntemde kriptokokal meninjite sahip HIV hastaları mantar enfeksiyonundan kurtulmuşlardır ancak antikor konsantrasyonu maksimum vücut ağırlığının kilogram cinsinden bir miligramı olmalıdır. Eğer bu orandan fazla olursa ilaç toksik etki gösterir. Ayrıca antikorların karmaşık farmakodinamiklerini yani vücutta yaptıkları etkilerini ve antijene olan bağlanma yatkınlığını tasarlamak önemli ölçüde bir zorluktur.

Sitokine dayalı tedaviler de kriptokokoz tedavisi için önerilmektedir. Sitokinler normalde bağışıklık sistemi hücrelerinin birbirleriyle iletişim kurmak, birbirlerini aktifleştirmek ve patojenleri ya da enfekte olmuş hücreleri öldürmek için dış ortama salgıladıkları kimyasallardır. Bir sitokin türü olan interferon gama (IFN-ƴ) enfeksiyon bölgesinde fungal zararla ilişkilidir. Fare modellemelerinde ve bir hastada IFN-ƴ sistemik kriptokokozda başarılı uzun vadeli sonuç verdi ama aynı tedavi aynı zamanda insan makrofajlarında antikriptokokal aktiviteyi azalttığı görüldü. Bu da bu tedavi yönteminin insanlarda daha az avantajlı olduğunu gösteriyor (Voelz, 2010).

Bu fırsatçı patojen dünya çapında her yıl özellikle HIV pozitif olan hastalar arasından yaklaşık 200.000 kişinin ölümüne sebep oluyor.

2020’de yapılan bir çalışmada, araştırmacılar beyaz kan hücrelerinin mantarla daha kolay bir biçimde başa çıkmak yerine, onları çok daha hızlı bir şekilde kovduklarını buldular. Yani, viral enfeksiyonlar mantarın konakçı hücrenin fagositozunu ya da konakçı hücre içi çoğalma oranını etkilemeden kriptokokun enfekte makrofajdan vomositozunu arttırdığını gösterdiler. Öncelikle insan monosit kökenli makrofajları tek seferde enfeksiyon yapabilen HIV-1 virüsü ile daha sonra C. neoformans ile enfekte ettiler. Daha sonraki gözlemlerinde virüle enfekte olmuş hücrelerde virüsle enfekte olmamış hücrelere göre daha fazla vomositoz olduğunu gözlemlediler. Ancak fagositoz ve mantarın çoğalma hızında herhangi bir müdahale yok (Şekil 4).

Bu özelliği araştırmak için, ayrıca makrofajları HIV-1 virüsü ile bağlantısı olmayan başka bir virüs olan kızamık virüsü ile enfekte ettikten sonra yine C. neoformans ile enfekte ettiler. Tekrardan, vomositozun virüsle enfekte olmuş hücrelerde enfekte olmamış hücrelere göre arttığını ancak fagositoz ve hücre içi çoğalma oranlarında bir değişim olmadığını gözlemlediler (Şekil 5).

Hücresel antiviral tepki birincil tip interferonların (Type-I Interferons) salınmasıyla karakterize edilir. Bunlardan IFN-α ve IFN-β en çok çalışılmış olanlardır. Özellikle HIV enfeksiyonu süresince, IFN-α salınımı çok görecelidir. Sonuç olarak, makrofajları ilk önce sadece C. neoformans ile enfekte edip bu sitokinlerle uyardılar ve vomositozun sitokin uyarımı ile arttığını gözlemlediler (Şekil 6).

Son olarak, hücreleri bu sefer birincil tip interferon inhibitörü varlığında ve yokluğunda ayrı ayrı kızamık ve  HIV-1 virüsleri ile enfekte ettiler sonra bu virüslerle enfekte olmuş virüsleri inhibitör varlığında ve yokluğunda C. neoformans ile enfekte ettiler ve vomositozun inhibitör varlığında azaldığını gözlemlediler (Şekil 7). Bu da vomositozun antiviral tepkiye ihtiyaç duyduğunu gösteriyor (Seoane, 2020).

Baş yazar ve Birmingham Üniversitesi Mikrobiyoloji ve Enfeksiyon Enstitüsü Başkanı Profesör Robin May durumu şöyle açıklıyor:

Virüs ortamda olduğu zaman makrofajların kurbanlarını ya da mantar hücrelerini çok daha hızlı çıkardıklarını bulduk. Bu hiç beklenmiyordu, ama bu beyaz kan hücrelerine yeni viral işgalcilerle baş edebilmesi için bir girişim sağlamış olabilir.

Çünkü vomositoz iki virüsle de gerçekleşti ki araştırmacılar etkinin büyük bir ihtimalle viral ko-enfeksiyona karşı genel bir tepki olduğunu sonuçlandırdılar. Profesör Robin May şunları da ekledi: 

Bu bilim insanlarının bağışıklık sistemimizin ikincil bir viral enfeksiyonun çok daha gerçekçi ortamında mantar enfeksiyonlarına karşı tepkisinin ilk çalışmasıdır. Bu mekanizmanın beyaz kan hücrelerini her iki enfeksiyonla mücadelede daha fazla ya da daha az etkili olup olmadığını henüz bilmiyoruz. Her ne kadar mantar hücresini dışarı atmak makrofajın virüse saldırmasını sağlasa, aynı zamanda mantar hücresinin vücuda yayılmasına devam etmesini de sağlamakta.

Pirbright’taki Viral Glikoprotein Grubu’nun başkanı Dr. Dalan Bailey şu şekilde yorumluyor:

Bu, mikroplar arasındaki alemler ötesi ilişkilerin bir başka ilginç örneğidir, bu sefer mantarlar ve virüsler arasında. Mikropların konakçılarla ilişkilerinin karmaşıklığını yeni anlamaya başlıyoruz ve bu iş birliği araştırmanın bu heyecan verici yeni alanına bir ışık tutmaktadır.

Ekip için bir sonraki adım bu aşamaları hayvan modellerinde araştırmakla, mantarların atılmasını tetiklemek için kullanılan mekanizmaları donatmakla ve onları bu patojenleri vücuttan temizlemek için kullanmakla birlikte daha uzun vadeli bir hedef olacak.