Molecular epidemiology and evaluation of Candida spp. persistence in the vaginal mucosa, in chronic cases of vulvovaginal candidosis

Abstract

Vulvovaginal candidosis is an infection that affects most women of childbearing age; however epidemiological data on its incidence and risk of chronicity still need clarification, knowing that it varies from region to region. This study aimed to evaluate, in 93 vaginal isolates from 36 women of childbearing age with episodic (16) and/or chronic (20) vulvovaginal candidosis, virulence factors, genotypic characteristics and their relationship with chronicization of vulvovaginal candidosis, and to compare the characteristics of fungi from the two clinical groups in order to obtain differences that allow us to understand the causes of chronicity. We identified the strains phenotypically using the chromogenic medium CHROMagar and analysis of biochemical profiles. We evaluated the minimum inhibitory concentration of azole compounds (fluconazole and clotrimazole) using the in vitro microdilution method according to the CLSI standard at two different pHs (pH4.5 and pH7) for fluconazole, the ability to form biofilms using the crystal violet method according to Sherry et al, 2017, the ability to: a) form germ tube in Candida albicans strains according to the methodology described by Ellepola and Samaranayake, 2008, b) produce phospholipase using the adapted method Price et al, 1982, c) produce proteinase described by Vinodhini et al, 2016, d) cell wall hydrophobicity and e) ability to resist high pH. Adhesion to HeLa cells (human cervical cancer epithelial cell line) and resistance to phagocytosis by RAW 264.7 cells (murine macrophages) were tested in vitro, as well as evaluating their genetic similarity through the analysis of DNA profiles (molecular typing by RAPD). The antifungal activity of NaHCO3 against C. albicans ATCC 10231 and 12 clinical strains VVC was also determined using the microdilution method, biofilm formation and germ tube (hypha) formation in the presence of NaHCO3. For analysis and comparison of data from the two clinical groups, we used the graphpad prism 7 program for statistical analysis (χ2 test). Results: C. albicans was the most frequent species. When we compared the results of the determination of the minimum inhibitory concentration of the isolates from the two clinical groups, we did not find significant differences between them. We found that there were no significant differences between groups regarding the distribution of the number of biofilm-forming strains in sporadic cases of vulvovaginal candidosis or chronic vulvovaginal candidosis. In sporadic vulvovaginal candidosis (considering only strains with moderate germ tube capacity) there was a greater (p < 0.05) capacity to produce germ tubes in relation to chronic vulvovaginal candidosis. Regarding the proportion of isolates strong in producing phospholipase, no significant differences were found between sporadic and chronic isolates. The evaluation of the DNA profiles of consecutive isolates of chronic vulvovaginal candidosis revealed differences. Yeast isolates involved in sporadic infection adhered in greater proportion to HeLa cells (related to their ability to produce biofilm) (p < 0.05), while the ability to evade phagocytosis (related to high protein production) (p < 0.05) was more evident in the chronic isolates; the resistance of sporadic cases to phagocytosis related to a greater hydrophobicity of the cell wall (p < 0.05). We found that C. albicans had the ability to proliferate in broths over a wide range of pH values (7.40 to 9.77) and that the minimum inhibitory concentration of NaHCO3 against C. albicans was 12.5 mg/ml (pH 8.97). It was not possible to determine the minimum lethal concentration, which suggests that it is a fungistatic mechanism of action. C. albicans cells exposed to NaHCO3 (at concentrations at least twice the minimum inhibitory) showed a 1.5-fold reduction in the normal growth rate and a 93% reduction in hyphae-producing cells, when compared to non-exposed cells to NaHCO3. Furthermore, there was a 50% reduction in biofilm mass when C. albicans cells were exposed to four times the minimum inhibitory concentration. Conclusions: Our results show that, interestingly, one of the strategies for Candida spp persists in the host and express few virulence factors, thus triggering a lower defense reaction, and that isolates from episodic cases are strong producers of biofilms and germ tubes, which helps to adhere to Hela cells (and therefore to the vaginal epithelium), probably related in some way to the hydrophobicity of the wall. Furthermore, when in contact with macrophages these isolates persist, do not form as much biofilm or adhere as well to the epithelium, but are better resistant to phagocytosis because they produce more proteases and are more resistant to pH variations. The strains originating from chronic cases also have the ability to model virulence factors over time, which allows them to better persist in the host. We conclude that in the presence of NaHCO3 the growth of clinical and collection isolates (ATCC 10231) had, regardless of pH, reduced growth, attenuation of the formation of biofilms and hyphae, so this compound is profiled as an adjuvant for therapy with a view to controlling the chronicization of vulvovaginal candidosis.A candidose vulvovaginal é uma infeção que afeta a maioria das mulheres em idade fértil; contudo dados epidemiológicos sobre a sua incidência e risco de cronicização ainda carecem de esclarecimento, sabendo-se que varia de região para região. Este estudo visou avaliar em 93 isolados vaginais de 36 mulheres em idade fértil com candidose vulvovaginal episódica (16) e/ou crónica (20), fatores de virulência, características genotípicas e a relação destas com cronicização da candidose vulvovaginal, e comparar as características dos fungos provenientes dos dois grupos clínicos de modo a obter diferenças que permitam perceber as causas da cronicização. Identificamos as estirpes fenotipicamente, utilizando o meio cromogénico CHROMagar e análise dos perfis bioquímicos. Avaliamos a concentração mínima inibitória dos compostos azólicos (fluconazol e clotrimazol) utilizando o método de microdiluição in vitro segundo a norma CLSI em dois diferentes pHs (pH4.5 e pH7) para o fluconazol, a capacidade de: a) formar biofilmes utilizando o método de cristal violeta segundo Sherry et al, 2017, b) formar tubo germinativo nas estirpes Candida albicans segundo a metodologia descrita por Ellepola e Samaranayake, 2008, c) produzir fosfolipase utilizando o método adaptado Price et al, 1982, e) produzir proteinase descrito por Vinodhini et al, 2016 e a f) hidrofobicidade da parede celular e a capacidade de resistir a pHs altos. Adesão a células HeLa (linha de células epiteliais de câncer cervical humano) e a resistência à fagocitose por células RAW 264.7 (macrófagos murinos), foram testadas in vitro, a sua semelhança genética foi avaliada através da análise dos perfis de ADN (tipagem molecular por RAPD). Também foi determinada a atividade antifúngica de NaHCO3 contra C. albicans ATCC 10231 e 12 estirpes clínicas VVC usando o método de microdiluição, a formação de biofilme e do tubo germinativo (hifa) em presença do NaHCO3. Para comparação dos dados dos dois grupos clínicos utilizamos o programa graphpad prism 7 para análise estatística (teste do χ2). Resultados C. albicans foi a espécie mais frequente. Quando comparamos os resultados da determinação da concentração mínima inibitória dos isolados dos dois grupos clínicos, não encontramos diferenças significativas entre eles. Verificamos que não houve diferenças significativas entre os grupos, relativamente à distribuição do número de estirpes formadoras de biofilme em casos esporádicos de candidose vulvovaginal ou de candidose vulvovaginal crónica. Na candidose vulvovaginal esporádica (considerando apenas estirpes com capacidade de formar tubo germinativo moderada) verificou-se uma maior (p <0.05) capacidade de produzir tubos germinativos em relação a candidose vulvovaginal crónica. Em relação à proporção de isolados fortes em produzir fosfolipase, não foram encontradas diferenças significativas entre os isolados esporádicos e crónicos. A avaliação dos perfis de DNA de isolados consecutivos de candidose vulvovaginal cronica revelou existirem diferenças. Os isolados de levedura envolvidos na infeção esporádica aderiram em maior proporção às células HeLa (relacionada com a sua capacidade de produzir biofilme) (p <0,05), enquanto que a capacidade de evadir a fagocitose (relacionada com produção elevada de protéases) (p <0,05) foi mais evidente nos isolados crónicos; sendo a resistência dos casos esporádicos à fagocitose relacionada com uma maior hidrofobicidade da parede celular (p <0,05). Verificámos que C. albicans tinha a capacidade de proliferar em caldos numa ampla faixa de valores de pH (de 7,40 a 9,77) e que a concentração inibitória mínima de NaHCO3 contra C. albicans foi de 12,5 mg / ml (pH 8,97). Não foi possível determinar a concentração letal mínima, o que sugere tratar-se de um mecanismo de ação fungistático. As células de C. albicans expostas ao NaHCO3 (em concentrações pelo menos duas vezes a mínima inibitória), apresentaram redução de 1,5 vezes na taxa de crescimento normal e redução de 93% nas células produtoras de hifas, quando comparadas às células não expostas ao NaHCO3. Além disso, houve redução de 50% na massa do biofilme, quando as células de C. albicans foram expostas a quatro vezes mais do que a concentração mínima inibitória. Conclusões: Os nossos resultados mostram que, curiosamente, uma das estratégias para Candida spp persistirem no hospedeiro e expressarem poucos fatores de virulência, e assim desencadearem menor reação de defesa, e que os isolados de casos episódicos são fortes produtores de biofilmes e de tubos germinativos, o que ajuda a aderir a células Hela (e, portanto, ao epitélio vaginal), provavelmente relacionado de alguma forma com a hidrofobicidade da parede. Mais ainda, quando em contacto com os macrófagos estes isolados persistem, não formam tanto biofilme nem aderem tao bem ao epitélio, mas resistem melhor à fagocitose porque produzem mais protéases e são mais resistentes a variações de pH. As estirpes provenientes de casos crónicos têm também a capacidade de modelar os fatores de virulência ao longo do tempo, o que lhes permite melhor persistir no hospedeiro. Concluímos que em presença de NaHCO3 o crescimento dos isolados clínicos e de coleção (ATCC 10231) tiveram independentemente do pH, crescimento reduzido, atenuação da formação de biofilmes e hifas, pelo que se perfila este composto como um adjuvante para terapia com vista ao controle da cronicização da candidose vulvovaginal

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