CC BY
155
'3 (95) май 2016 г.
ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА ^ 73
УДК 582.282.12:616.98: 616-056.3
А.А. БАЯЗИТОВА12, Н.И. ГЛУШКО1, С.А. ЛИСОВСКАЯ1, Е.В. ХАЛДЕЕВА1, В.Р. ПАРШАКОВ1, О.Н. ИЛЬИНСКАЯ2
1Казанский научно-иссследовательский институт эпидемиологии и микробиологии Роспотребнадзора, 420015, г. Казань, ул. Большая Красная, д. 67
2Казанский федеральный университет, 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18
Аллергены Aspergillus niger и Aspergillus fumigatus
Баязитова Алина Ахметовна — старший лаборант лаборатории микологии, аспирант кафедры микробиологии, тел. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected]
Глушко Надежда Ивановна — старший научный сотрудник лаборатории микологии, тел. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected] Лисовская Светлана Анатольевна — кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории микологии, тел. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected]
Халдеева Елена Владимировна — кандидат химических наук, заведующая лабораторией микологии, тел. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected]
Паршаков Вениамин Романович — младший научный сотрудник лаборатории микологии, тел. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected]
Ильинская Ольга Николаевна — доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой микробиологии, тел. (843) 233-78-55, e-mail: [email protected]
Риск развития микогенной аллергии, наряду со способностью вызывать микозы и оказывать токсическое действие, является одним из медицински значимых свойств грибов. В обзоре рассмотрены грибы рода Aspergillus, в частности, Aspergillus niger и Aspergillus fumigatus, как одни из важных источников ингаляционных аллергенов. Предоставлена оценка аллергенности Aspergillus niger и Aspergillus fumigatus, также приведена более подробная характеристика наиболее значимых аллергенов.
Ключевые слова: Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, аллергия, аллергены, грибы.
A.A. BAYAZITOVA12, N.I. GLUSHK01, S.A. LISOVSKAYA1, E.V. KHALDEEVA1, V.R. PARSHAKOV1, O.N. ILYINSKAYA2
1Kazan Research Institute of Epidemiology and Microbiology of the Russian Agency for Consumer Supervision, 67 Bolshaya Krasnaya Str., Kazan, Russian Federation, 420015 2Kazan Federal University, 18 Kremlevskaya Str., Kazan, Russian Federation, 420008
Allergens of Aspergillus niger and Aspergillus fumigatus
Bayazitova AA — Senior laboratory assistant of Mycology Laboratory, postgraduate student of Microbiology Department, tel. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected]
Glushko N.I. — Senior Researcher of Mycology Laboratory, tel. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected] Lisovskaya S.A. — Cand. Biol. Sc., Leading Researcher of Mycology Laboratory, tel. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected] Khaldeeva E.V. — Cand. Chem. Sc., Head of Mycology Laboratory, tel. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected] Parshakov V.R. — Junior Researcher of Mycology Laboratory, tel. (843) 236-56-59, e-mail: [email protected] Ilyinskaya O.N. — D. Biol. Sc., Professor, Head of Microbiology Department, tel. (843) 233-78-55, e-mail: [email protected]
The risk of fungal allergy, along with the ability to cause mycosis and to have toxic effects, is one of the important medical properties of fungi. This review covers the fungi of the genus Aspergillus, in particular Aspergillus niger and Aspergillus fumigatus, as one of the most important sources of inhalant allergens. The assessment of the allergenicity of Aspergillus niger and Aspergillus fumigatus, and detailed description of the most significant allergens are provided.
Key words: Aspergillus niger, Aspergillus fumigatus, allergy, allergens, fungi.
УН
алогия. пульмонологи
Аллергические заболевания, такие как аллергический ринит, пищевая аллергия и атопический дерматит(экзема), распространены среди всех возрастных групп [1]. По данным National Institute of Allergy and Infectious Diseases, астма затрагивает более 17 миллионов взрослых и более 7 миллионов детей. Аллергический ринит, респираторные и другие виды аллергии поражают примерно 10 процентов детей в возрасте до 18 лет. Кроме того, пищевая аллергия затрагивает около 5 процентов детей в возрасте до 5 лет и 4 процента детей в возрасте от 5 до 17 лет и взрослых [2].
Аллергические реакции возникают как иммунный ответ на аллергены клещей домашней пыли, домашних животных, пыльцу, споры грибов, которые не оказывают влияния на большинство людей. Одним из источников аллергии могут являться грибы. И хотя аллергенными свойствами обладают лишь около 100 из более чем 100 000 видов известных грибов, в связи с тем, что грибы способны колонизировать субстраты практически повсеместно, их споры постоянно присутствуют в воздухе, вызывая у сенсибилизированных больных круглогодичную симптоматику [3].
Прямые доказательства этиологической значимости грибов в развитии бронхиальной астмы были получены при проведении ингаляционных провокационных тестов [4]. При исследовании иммунных механизмов грибковой сенсибилизации оказалось, что некоторые виды грибов, в частности Aspergillus, наряду с IgE-опосредованными реакциями, могут вызывать развитие гиперчувствительного пневмо-нита [5]. Наряду со спорами, аллергенной активностью обладают и компоненты мицелия грибов, поэтому большинство применяемых в клинике аллергенных экстрактов представляет комплекс из обоих компонентов [3].
Среди грибов, обладающих этиологической значимостью в развитии аллергии, представители рода Aspergillus являются одним из самых важных ингаляционных аллергенов в различных странах. По некоторым данным, частота сенсибилизации различными видами Aspergillus у больных с аллергическими заболеваниями органов дыхания по всему миру варьирует от 15,3 до 38% [6].
Наиболее часто выделяют Aspergillus niger и Aspergillus fumigatus. Они могут встречаться в пыли, почве, поражать фрукты, овощи и молочные продукты. Грибы рода Aspergillus играют важную роль в очистке сточных вод и разложении органических отходов, а также в пищевой промышленности, поскольку используются в производстве пива, соевого соуса, при производстве ферментов и органических кислот. В ряде исследований [7, 8] показано, что растительное сырье (хлопок, табак, лен и др.) обрабатывающих предприятий в значительной степени поражено различными видами аспергиллов, что также способствует развитию профессиональных аллергических заболеваний [9].
Последние достижения в области геномики грибов выявили множество неизвестных ранее данных об этих видах. Это открыло новые возможности для изучения биологических и молекулярных механизмов, участвующих в патогенном взаимодействии, а также для исследования неизученных вторичных метаболитов.
В целом, аллергены Aspergillus изучены меньше, чем Cladosporium или Altemaria. Обнаружены общие аллергены у A. fumigatus и А. niger, но не у A. versicolor, A. nidulans и A. glaucus [10]. Аллергены
Aspergillus охватывают широкий диапазон функциональных белков, в том числе токсины, ферменты, белки теплового шока, а также несколько уникальных белков, не имеющих гомологии с любыми из известных белков (см. табл.) [11].
Из пяти обнаруженных аллергенов A. niger [6] наиболее изученными являются три:
Asp n 14 (р-ксилосидаза) — профессиональный аллерген, который присутствует в используемых в настоящее время хлебопекарных добавках и вызывает симптомы сенсибилизации, по меньшей мере, у 4% пекарей [12].
Asp n 18 (вакуолярная серин-протеаза), гомологичные ей аллергены также были выделены из Aspergillus fumigatus (Asp f 18) и Penicillium (Pench 18 и Pen о 18) [13].
Asp n 25 (3-фитаза B) представляет собой глико-протеин с молекулярной массой приблизительно 85 кДа. Он, в основном, используется как ферментативная добавка при обработке пищевых продуктов, богатых фитатами, например, зерновых, бобовых культур, а также в качестве пищевой добавки, используемой для лучшего усвоения продуктов, богатых фитатами, в Австралии и Новой Зеландии (Food Standards Australia NZ 2011) [14].
Из 23 известных аллергенов A. fumigatus обычно выделяют 3 основных: Asp f 1, Asp f 2 и Asp f 18.
Более 80% пациентов с аллергическим бронхоле-гочным аспергиллезом (AБЛA) сенсибилизированы к Asp f 1 [24]. Он не присутствует в спорах и может быть использован в качестве специфического маркера для выявления прорастания этого гриба [16].
Исследования показали, что рекомбинантный Asp f1 (rAsp fI/a) имеет аналогичные функциональные характеристики при сравнении с нативным аллергеном, и на основании этой информации было проведено исследование роли аллергена Asp f1 в ассоциированных с A. fumigatus заболеваниях [17]. Были продемонстрированы некоторые сложные взаимосвязи: например, повышение чувствительности к А. fumigatus у больных с атопическим дерматитом не связано с Asp f 1, в отличие от большого числа случаев сенсибилизации к этому аллергену у аллергических астматиков [18].
Проведенные ранее исследования показали, что рекомбинантный вариант Asp f 1 (rAsp f I/a) очень чувствителен к специфическим тестам, которые могут быть использованы для идентификации AБЛA у больных муковисцидозом [19]. В исследовании сывороток от 147 больных муковисцидозом специфические IgE к A. fumigatus и пять общих ингаляционных аллергенов измеряли с помощью радио-аллергосорбентного теста. Тридцать пациентов (20%) имели специфический IgE к A. fumigatus, и у 22 из этих пациентов был выявлен общий IgE на уровне более или равном 400 МЕ/мл, что повышает специфичность диагностики АБЛА. 84% сывороток содержали специфический IgG к Asp f1 по сравнению с 6% сывороток от пациентов из контрольной группы и 20% сывороток от 25 детей-аллергиков, страдающих астмой, только один из которых имел специфические IgE к А. fumigatus [20].
Сенсибилизация к Asp f 2 развивается более чем у 90% чувствительных к А. fumigatus лиц [21]. По аналогии с Asp f 1, сенсибилизация может меняться в зависимости от основного заболевания. В исследовании, проводимом среди 25 пациентов с АБЛА, 96% имели специфические IgE, против Asp f 2, в отличие от пациентов из контрольной группы или больных аллергической астмой, которые имели по-
аллергология. иммунология. пульмонологи
'3 (95) май 2016 г. ПРАКТИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА___75
Таблица.
Аллергены Aspergillus niger и Aspergillus fumigatus
Аллерген Биохимическое наименование Аллергенность Молекулярная масса
Aspergillus niger
Asp n 14 ß-ксилосидаза 1дЕ к этому белку выявлены у 11% из 171 пекарей с симптомами профессионального аллергического заболевания. 105
Asp n 18 вакуолярна-ясерин-про-теаза 34
Asp n? 85
Asp n 25 3-фитаза B 66-100
Aspergillus fumigatus
Asp f 1 Митогиллин Из 13 пациентов с АБЛА или астмой и с IgE антителами к A. fumigatus, 11 (85%) имели IgE антитела к Asp f 1. 18
Asp f 2 Фибриноген-связывающий белок Как нативные, так и рекомбинантные Asp f 2 связывались со специфическим IgE у 10 пациентов с аллергическим бронхо-легочным аспергиллезом (АБЛА) и 10 пациентов с кистозным фиброзом - АБЛА в ELISA. Однако у пациентов с астмой и реакцией на Aspergillus в кожной пробе, но без признаков аБла, отмечены низкие уровни IgE антител к Asp f 2. 37
Asp f 3 Пероксисо-мальный белок Из 89 лиц с повышенной чувствительностью к A. fumigatus, 72% показали связывание IgE с Asp f 3 (ELISA). 19
Asp f 4 У 92% из 24 пациентов с AБЛA, отмечено связывание IgE с Asp f 4 в ELISA. Из 16 больных астмой с немедленной реакцией к A. fumigatus в кожном тесте, 0,18% показали связывание IgE с Asp f 4. 30
Asp f 5 Металлопроте-иназа Из 54 пациентов с АБЛА, 50 (93%) показали IgE связывание с Asp f 5 в ELISA. Из 35 A. fum/'gatus-чувствительных пациентов без АБЛА, 26 (74%) показали IgE связывание к r Asp f 5. 40
Asp f 6 Мп супероксид дисмутаза Из 54 пациентов с АБЛА, 30 (56%) показали IgE связывание с Asp f 6 в ELISA. у 35 A. fum/'gatus-чувствительных пациентов без АБЛА связывание IgE с r Asp f 6 отсутствовало. 26.5
Asp f 7 Из 54 пациентов с АБЛА, 25 (46%) показали IgE связывание с r Asp f 7 в ELISA. Из 35 пациентов чувствительных к A. fumigatus без АБЛА, 10 (29%) показали IgE связывание с r Asp f 7. 12
Asp f 8 Рибосомаль-ный белок Р2 Asp f 8 взаимодействовал с IgE антителами в сыворотке крови пациентов и показал положительную реакцию в кожных тестах у пациентов с АБЛА. 11
Asp f 9 Гликозильная гидролаза Из 54 пациентов с АБЛА, 48 (89%) показали IgE связывание с r Asp f 9 в ELISA. Из 35 A. fumigatus-чувствительных пациентов без АБЛА, 11 (31%) показали IgE связывание к r Asp f 9. 34
Asp f 10 Аспарагино-вый белок Из 54 пациентов с АБЛА, 15 (28%) показали IgE связывание с r Asp f 9 в ELISA. Из 35 A. fumigatus-чувствительных пациентов без АБЛА, 1 (3%) показали IgE связывание к r Asp f 10. 34
Asp f 11 Пептидил-про-лил-изомераза Из 30 пациентов, чувствительных к A. fumigatus, 27 (90%) показали IgE связывание с r Asp f 11 в ELISA. r Asp f 11 индуцировал положительную кожную реакцию у 4 пациентов с высоким уровнем специфичных IgE (>30 EЭ/мл). 24
Asp f 12 Белок теплового шока Р90 IgE связывается с r Asp f 12 на иммуноблоте (был протестирован один пациент с АБЛА). 90
Asp f 13 Щелочная се-рин протеаза Показано, что внеклеточный эластолитический белок является важным фактором вирулентности в инвазивном аспергиллезе. 34
Asp f 15 Серин-протеаза 16
Asp f 16 Из 26 пациентов с АБЛА, 70% показали IgE связывание с r Aspf 16 в ELISA. 43
"Н
алогия. пульмонологи
Аллерген Биохимическое наименование Аллергенность Молекулярная масса
Asp f 17
Asp f 18 Вакуолярная серин-проте-аза У 15 (79%) из 19 больных астмой, чувствительных к A. fumigatus, отмечено связывание IgE в сыворотке с Asp f 18 (идентифицированного с помощью анализа последовательности N-концевой аминокислоты). Из 14 пациентов, у 11 (79%) показано связывание IgE с Asp f 18. 34
Aspf 22 Энолаза, гли-колитического фермента У 6 из 7 пациентов, выявлено связывание IgE с природным Asp f 22 и r Asp f 22 на иммуноблоте. 46
Asp f 23 Рибосомаль-ный белок L3 44
Asp f 27 Циклофилин Из 40 лиц чувствительных к A. fumigatus, 75% показали IgE связывание с r Asp f 27 в ELISA. 18
Asp f 28 А тиоредоксин Из 40 лиц чувствительных к A. fumigatus, 30% показали IgE связывание с r Asp f 28 в ELISA. 13
Asp f 29 Тиоредоксин Из 40 лиц чувствительных к A. fumigatus, 50% показали IgE связывание с r Asp f 29 в ELISA. 13
Asp f 34 РМА белок клеточной стенки Из 40 лиц чувствительных к A. fumigatus, 93% показали IgE связывание с r Asp f 34 в ELISA. 20
ложительные реакцию кожных проб к этому аллергену [22].
Asp f 18 представляет собой вакуолярную серин-протеазу, которая реагирует с IgE антителами в 79% случаев сенсибилизации Aspergillus и может рассматриваться в качестве основного аллергена из A. fumigatus [23].
Влияние плесневых грибов на здоровье человека многопланово. Они способны приводить к развитию широкого диапазона хронических, сапрофитных и аллергических состояний. В некоторых производствах, где культивируют микромицеты, имеется возможность возникновения микозов и микоал-лергозов на фоне респираторной сенсибилизации людей спорами и фрагментами мицелия грибов. Таким образом, изучение аллергенов и разработка препаратов для выявления грибковой сенсибилизации лиц, контактирующих с микромицетами, имеет большое значение для своевременной диагностики и лечения аллергических заболеваний.
ЛИТЕРАТУРА
1. http://fightthecauseofallergy.org (дата обращения: 13.04.2016)
2. https://www.niaid.nih.gov/Pages/default.aspx (дата обращения: 13.04.2016)
3. Паттерсон Р., Грэммер Л.К., Гринбергер П.А. Аллергические болезни: диагностика и лечение. — ГЭОТАР МЕДИЦИНА, 2000. — 768 с.
4. Licorish K. et al. Role of Altemaria and Penicillium spores in the pathogenesis of asthma I I // J. Allergy Clin. Immunol. — 1985. — Vol. 76. — P. 819.
5. Pepys J. et al. Hypersensitivity diseases of the lungs due to fungi and organic dusts. Monographs in Allergy. — 1969. — Т. 4.
6. Vermani M., Vijayan V.K., Agarwal M.K. Identification of Aspergillus (A flavus and A niger) Allergens and Heterogeneity of Allergic Patients' IgE Response // Iranian Journal of Allergy, Asthma and Immunology. — 2015. — Т. 14, №4. — С. 361.
7. Пастерная Н.Н., Брысин В.Г. Аллергенность плесневых грибов. — Ташкент: Медицина, 1975. — 75 c.
8. Topping M.D. et al. Clinical and immunological reactions to Aspergillus niger among workers at a biotechnology plant // British Journal of Industrial Medicine. — 1985. — Т. 42, №5. — С. 312-318.
9. Nigam S., Ghosh P.C., Sarma P.U. A new glycoprotein allergen/ antigen with the protease activity from Aspergillus fumigatus //
International archives of allergy and immunology. — 2003. — Т. 132, №2. — С. 124-131.
10. Bush R.K., Yunginger J.W. Standardization of fungal allergens // Clin. Rev. Allergy. — 1987. — Vol. 5. — P. 3.
11. http://allergen.org (дата обращения: 13.04.2016)
12. Sander I. et al. Allergy to Aspergillus-derived enzymes in the baking industry: identification of ß-xylosidase from Aspergillus niger as a new allergen (Asp n 14) // Journal of allergy and clinical immunology. — 1998. — Т. 102, №2. — С. 256-264.
13. Lockey R.F. Allergens and allergen immunotherapy. — CRC Press, 2004. — 750 c.
14. http://www.fao.org/fileadmin/user_upload/agns/pdf/CTA Phytase_ from_Aspergillus_Niger_Final.pdf (дата обращения: 13.04.2016)
15. Banerjee B., Greenberger P.A., Fink J.N., Kurup V.P. Molecular characterization of Aspergillus fumigatus allergens // Indian Journal Of Chest Diseases And Allied Sciences. — 2000. — Т. 42, №4. — С. 239-248.
16. Sporik R.B., Arruda L.K., Woodfolk J. et al. Environmental exposure to Aspergillus fumigatus allergen (Asp f I) // Clinical & Experimental Allergy. — 1993. — Т. 23, №4. — С. 326-331.
17. Moser M., Crameri R., Menz G. et al. Cloning and expression of recombinant Aspergillus fumigatus allergen I/a (rAsp f I/a) with IgE binding and type I skin test activity // The Journal of Immunology. — 1992. — Т. 149, №2. — С. 454-460.
18. Disch R., Menz G., Blaser K., Crameri R. Different reactivity to recombinant Aspergillus fumigatus allergen I/a in patients with atopic dermatitis or allergic asthma sensitised to Aspergillus fumigatus // International archives of allergy and immunology. — 1995. — Т. 108, №1. — С. 89-94.
19. Nikolaizik W.H., Moser M., Crameri R. et al. Identification of allergic bronchopulmonary aspergillosis in cystic fibrosis patients by recombinant Aspergillus fumigatus I/a-specific serology // American journal of respiratory and critical care medicine. — 1995. — Т. 152, №2. — С. 634-639.
20. El-Dahr J.M., Fink R., Selden R. et al. Development of immune responses to Aspergillus at an early age in children with cystic fibrosis // American journal of respiratory and critical care medicine. — 1994. — Т. 150, №6. — С. 1513-1518.
21. Crameri R., Lidholm J., Gronlund H. et al. Automated specific IgE assay with recombinant allergens: evaluation of the recombinant Aspergillus fumigatus allergen I in the Pharmacia Cap System // Clinical & Experimental Allergy. — 1996. — Т. 26, №12. — С. 1411-1419.
22. http://www.phadia.com/ (дата обращения: 13.04.2016)
23. Banerjee B., Kurup V.P., Greenberger P.A. et al. Cloning and expression of Aspergillus fumigatus allergen Asp f 16 mediating both humoral and cell—mediated immunity in allergic bronchopulmonary aspergillosis (ABPA) // Clinical & Experimental Allergy. — 2001. — Т. 31, №5. — С. 761-770.
аллергология. иммунология. пульмонологи
