Dissecting the molecular  mechanisms underneath the interaction between human colonizing Lactobacillus and the  pathogenic yeasts C. glabrata and C. albicans

Nuno Alexandre Aparicio Pedro

Key information

Authors:

Nuno Alexandre Aparicio Pedro (Nuno Alexandre Aparicio Pedro)

Supervisors:

Nuno Gonçalo Pereira Mira (Nuno Gonçalo Pereira Mira)

Published in

11/03/2023

Abstract

O aparecimento de espécies de Candida resistentes aos antifúngicos atualmente utilizados é um dos fatores mais relevantes que determinam o desfecho dos doentes que sofrem de infeções causadas por estas espécies, o que torna necessário o desenvolvimento de novas terapias anti-Candida e de novos alvos diferentes dos visados pelos antifúngicos atuais. Uma hipótese em estudo é a utilização de probióticos para tratar as infeções por Candida. O hospedeiro humano é amplamente povoado por um conjunto de organismos definidos como a microbiota humana. Entre estes organismos, algumas espécies de Lactobacillus são constantemente isoladas do trato vaginal e intestinal, sendo consideradas endógenas ao hospedeiro humano. As constantes observações de que probióticos contendo lactobacilos têm resultados positivos para pacientes infetados com Candida e que essas bactérias podem reduzir o crescimento e a virulência da Candida in vitro sugerem a possibilidade de usar probióticos à base de lactobacilos contra essas infeções. Assim, esta tese centrou-se na interação de duas espécies de lactobacilos, Lactobacillus gasseri e Limosilactobacillus reuteri (anteriormente Lactobacillus reuteri), consideradas endógenas dos tratos vaginal e intestinal, respetivamente, com Candida albicans e Candida glabrata, duas espécies de Candida comummente isoladas destes nichos. Esta tese demonstrou que L. gasseri e L. reuteri foram capazes de reduzir o crescimento e a virulência de C. glabrata e C. albicans em condições planctónicas e de formação de biofilme, sendo este efeito atribuído à presença de acetato, pelo menos em L. gasseri. Além disso, revelámos adaptações genómicas relevantes de C. glabrata e L. gasseri, incluindo genes de competitividade de C. glabrata responsáveis pela sobrevivência em co-cultura, utilizando abordagens de transcriptómica e fenómica, que incluíram membros das vias de sinalização HOG, PKA e calcineurina. Em suma, espera-se que os resultados discutidos nesta tese contribuam para o desenvolvimento de novas terapias baseadas em probióticos, utilizando espécies endógenas de lactobacilos, para combater as infeções por Candida, o que poderia potencialmente aliviar os encargos significativos para a saúde colocados por estas infeções nos seres humanos. The emergence of Candida species resistant to currently used antifungals is one of the more relevant factors determining the outcome of patients suffering from infections caused by these species pushing the need of developing new anti-Candida therapies and new targets different from those targeted by current antifungals. A hypothesis under the table is the use of probiotics to treat Candida infections. The human host is widely populated by a cohort of organisms defined as the human microbiota. Among these organisms, some Lactobacillus species are constantly isolated from the vaginal and intestinal tract, being considered endogenous to the human host. The constant observations that probiotics containing lactobacilli have positive outcomes for patients infected with Candida and that these bacteria can reduce the growth and virulence traits of Candida in vitro suggest a possibility of using lactobacilli based probiotics against these yeast infections. Thus, this thesis focused on the interaction of two lactobacilli species, Lactobacillus gasseri and Limosilactobacillus reuteri (formerly Lactobacillus reuteri), considered endogenous to the vaginal and intestinal tracts, respectively, with Candida albicans and Candida glabrata, two Candida species commonly isolated from these niches. This manuscript demonstrated that L. gasseri and L. reuteri were able to reduce growth and virulence traits of C. glabrata and C. albicans in planktonic and biofilm forming conditions, this effect being attributed to the presence of acetate, at least in L. gasseri. Additionally, we unveiled relevant genomic adaptations of C. glabrata and L. gasseri, including competitiveness genes of C. glabrata responsible for survival in co-cultivation using transcriptomics and phenomics analysis that included members of the HOG, PKA and calcineurin signalling pathways. In summary, the results discussed in this thesis are anticipated to enhance the development of new probiotic-based therapies, using endogenous lactobacilli species, for combating Candida infections, that could potentially alleviate the significant health burden posed by Candida infections in humans.