Кандидемия у онкологических больных: фенотипические и молекулярно-генетические характеристики резистентности к противогрибковым лекарственным средствам, гены факторов патогенности Candida spp.

Relevance. The global trend of rapid increase in resistance to antifungal drugs due to multiple factors, dictates the need for continuous monitoring of taxonomic structure and susceptibility of nosocomial pathogens, causing invasive fungal infections, for permanent correction of the optimal prevention and treatment strategies.Purpose: to determine antifungal susceptibility of the main yeast pathogens in candidemia in cancer patients, as well as to determine resistance genes and pathogenic factor genes.Material and Methods. Eighty-two strains of Candida spp. isolated from blood of cancer patients from 2015 to 2021 were analyzed. Minimum inhibitory concentrations of fuconazole, voriconazole, posaconazole, anidulafungin and micafungin were determined by a gradient method (E-test, BioMerieux, France). The EUCAST and CLSI criteria were used for MIC value assessment. The genes, associated with pathogenicity factors, and resistance to antifungal drugs were identifed.Results. Our study results based on EUCAST 2020, v.10.0 criteria showed that triazoles, especially fuconazole, were the least effective drugs in empirical therapy for invasive candidiasis (including candidemia). Resistance of Candida spp. fuconazole was superior to that of voriconazole (47.2 % vs 23.2 %, respectively, p<0.01) and posaconazole (47.2 % vs 30.4 %, respectively, p><0.05). The highest in vitro activity was observed in echinocandins, and anidulafungin was 2 times more active than micafungin (4.1 % of resistant strains vs 11.4 %, respectively), with no statistically signifcant difference (p>0.05). The ERG11 and FKS1 genes associated with resistance to antifungal drugs were detected in 28.6 % of Candida spp. strains. The ERG11 gene was detected in 8.6 % of cases, exclusively in Candida albicans strains. The FKS1 gene was identifed in 20.0 % of strains (85.7 % of them were C. parapsilosis, 7.1 % each were C. tropicalis and C. glabrata). Pathogenic factor genes were identifed in 78.6 % of C. albicans and in 79.1 % of C. parapsilosis strains.Conclusion. Molecular genetic methods for the detection of Candida spp strains carrying resistance genes to antifungal drugs, and the determination of pathogenicity factors are promising trends in searching for biomarkers. They facilitate interpretation of results of microbiological study to assess the ability of Candida spp. strains to develop invasive mycoses.Актуальность. Мировая тенденция стремительного увеличения уровня резистентности к противогрибковым препаратам, которая связана со многими факторами, диктует необходимость постоянного мониторинга таксономической структуры нозокомиальных возбудителей инвазивных грибковых инфекций и их чувствительности к антифунгальным лекарственным средствам с целью постоянной коррекции наиболее оптимальной тактики профилактики и лечения инвазивных грибковых инфекций.Цель исследования – определение чувствительности к антифунгальным препаратам основных возбудителей при кандидемии у онкологических больных, а также определение генов резистентности и факторов патогенности.Материал и методы. Проанализировано 82 штамма Candida spp., выделенных из крови онкологических больных в течение 2015–21 гг. Определение минимальных ингибирующих концентраций флуконазола, вориконазола, позаконазола, анидулафунгина и микафунгина выполняли градиентным методом (Е-тест, BioMerieux, France). Для оценки значений МИК использовали критерии EUCAST и CLSI. Определены гены, ассоциированные с факторами патогенности и резистентности к противогрибковым лекарственным средствам.Результаты. По результатам нашего исследования (критерии EUCAST) в качестве эмпирической терапии инвазивного кандидоза (в т. ч. кандидемии) наименее эффективными препаратами являются триазолы, особенно флуконазол, к которому статистически значимо чаще штаммы Candida spp. резистентны по сравнению с вориконазолом (47,2 % против 23,2 %, p<0,01) и позаконазолом (47,2 % против 30,4 %, p><0,05). Наибольшая активность in vitro отмечается у препаратов группы эхинокандинов, причем анидулафунгин в 2 раза активнее микафунгина (4,1 % резистентных штаммов против 11,4 %), но статистически значимой разницы при этом не выявлено. Гены ERG11 и FKS1, ассоциированные с резистентностью к противогрибковым препаратам, были выявлены у 28,6 % штаммов Candida spp.. Ген ERG11 детектирован в 8,6 % случаев, причем только у штаммов Candida albicans. Ген FKS1 определен у 20,0 % штаммов (85,7 % – C. parapsilosis, по 7,1 % – C. tropicalis и C. glabrata). Гены факторов патогенности определены у 78,6 % штаммов C. albicans и у 79,1 % изолятов C. parapsilosis. Заключение. Молекулярно-генетические методы выявления штаммов Candida spp., несущих гены резистентности к антифунгальным препаратам, определение факторов патогенности –><  0,01) и позаконазолом (47,2 % против 30,4 %, p<0,05). Наибольшая активность in vitro отмечается у препаратов группы эхинокандинов, причем анидулафунгин в 2 раза активнее микафунгина (4,1 % резистентных штаммов против 11,4 %), но статистически значимой разницы при этом не выявлено. Гены ERG11 и FKS1, ассоциированные с резистентностью к противогрибковым препаратам, были выявлены у 28,6 % штаммов Candida spp.. Ген ERG11 детектирован в 8,6 % случаев, причем только у штаммов Candida albicans. Ген FKS1 определен у 20,0 % штаммов (85,7 % – C. parapsilosis, по 7,1 % – C. tropicalis и C. glabrata). Гены факторов патогенности определены у 78,6 % штаммов C. albicans и у 79,1 % изолятов C. parapsilosis. Заключение. Молекулярно-генетические методы выявления штаммов Candida spp., несущих гены резистентности к антифунгальным препаратам, определение факторов патогенности –>< 0,05). Наибольшая активность in vitro отмечается у препаратов группы эхинокандинов, причем анидулафунгин в 2 раза активнее микафунгина (4,1 % резистентных штаммов против 11,4 %), но статистически значимой разницы при этом не выявлено. Гены ERG11 и FKS1, ассоциированные с резистентностью к противогрибковым препаратам, были выявлены у 28,6 % штаммов Candida spp.. Ген ERG11 детектирован в 8,6 % случаев, причем только у штаммов Candida albicans. Ген FKS1 определен у 20,0 % штаммов (85,7 % – C. parapsilosis, по 7,1 % – C. tropicalis и C. glabrata). Гены факторов патогенности определены у 78,6 % штаммов C. albicans и у 79,1 % изолятов C. parapsilosis.Заключение. Молекулярно-генетические методы выявления штаммов Candida spp., несущих гены резистентности к антифунгальным препаратам, определение факторов патогенности – это перспективные направления для поиска биомаркеров, облегчающих сложную задачу трактовки результатов микробиологического исследования по оценке способности штаммов Candida spp. к развитию инвазивных микозов

Kosterlitz-Thouless scaling at many-body localization phase transitions

We propose a scaling theory for the many-body localization (MBL) phase transition in one dimension, building on the idea that it proceeds via a “quantum avalanche.” We argue that the critical properties can be captured at a coarse-grained level by a Kosterlitz-Thouless (KT) renormalization group (RG) flow. On phenomenological grounds, we identify the scaling variables as the density of thermal regions and the length scale that controls the decay of typical matrix elements. Within this KT picture, the MBL phase is a line of fixed points that terminates at the delocalization transition. We discuss two possible scenarios distinguished by the distribution of rare, fractal thermal inclusions within the MBL phase. In the first scenario, these regions have a stretched exponential distribution in the MBL phase. In the second scenario, the near-critical MBL phase hosts rare thermal regions that are power-law-distributed in size. This points to the existence of a second transition within the MBL phase, at which these power laws change to the stretched exponential form expected at strong disorder. We numerically simulate two different phenomenological RGs previously proposed to describe the MBL transition. Both RGs display a universal power-law length distribution of thermal regions at the transition with a critical exponent αc = 2, and continuously varying exponents in the MBL phase consistent with the KT picture.</p

Wide-scale identification of novel/eliminated genes responsible for evolutionary transformations

Abstract Background It is generally accepted that most evolutionary transformations at the phenotype level are associated either with rearrangements of genomic regulatory elements, which control the activity of gene networks, or with changes in the amino acid contents of proteins. Recently, evidence has accumulated that significant evolutionary transformations could also be associated with the loss/emergence of whole genes. The targeted identification of such genes is a challenging problem for both bioinformatics and evo-devo research. Results To solve this problem we propose the WINEGRET method, named after the first letters of the title. Its main idea is to search for genes that satisfy two requirements: first, the desired genes were lost/emerged at the same evolutionary stage at which the phenotypic trait of interest was lost/emerged, and second, the expression of these genes changes significantly during the development of the trait of interest in the model organism. To verify the first requirement, we do not use existing databases of orthologs, but rely purely on gene homology and local synteny by using some novel quickly computable conditions. Genes satisfying the second requirement are found by deep RNA sequencing. As a proof of principle, we used our method to find genes absent in extant amniotes (reptiles, birds, mammals) but present in anamniotes (fish and amphibians), in which these genes are involved in the regeneration of large body appendages. As a result, 57 genes were identified. For three of them, c-c motif chemokine 4, eotaxin-like, and a previously unknown gene called here sod4, essential roles for tail regeneration were demonstrated. Noteworthy, we established that the latter gene belongs to a novel family of Cu/Zn-superoxide dismutases lost by amniotes, SOD4. Conclusions We present a method for targeted identification of genes whose loss/emergence in evolution could be associated with the loss/emergence of a phenotypic trait of interest. In a proof-of-principle study, we identified genes absent in amniotes that participate in body appendage regeneration in anamniotes. Our method provides a wide range of opportunities for studying the relationship between the loss/emergence of phenotypic traits and the loss/emergence of specific genes in evolution