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Einführung
Aspergillus-Arten sind filamentöse Pilze, die häufig im Boden, in der verfallenden Vegetation sowie in Samen und Körnern vorkommen und dort als Saprophyten gedeihen. Aspergillus-Arten können gelegentlich für den Menschen schädlich sein . Die meisten Aspergillus-Arten kommen das ganze Jahr über in einer Vielzahl von Umgebungen und Substraten auf der Erde vor . Nur wenige bekannte Arten gelten als wichtige opportunistische Erreger beim Menschen .Die polyphasische Taxonomie hatte einen großen Einfluss auf die Artenkonzepte in der Gattung Aspergillus. Die Gattung wurde in 22 verschiedene Abschnitte unterteilt; Aspergillus, Fumigati, Circumdati, Terrei, Nidulantes, Ornati, Warcupi, Candidi, Restricti, Usti, Flavipedes und Versicolores enthalten klinisch relevante Arten (5). Obwohl es mehr als 200 bekannte Arten in der Gattung gibt, sind nur wenige von ihnen mit Infektionen beim Menschen assoziiert .
Beim Menschen ist Aspergillus fumigatus der häufigste und lebensbedrohlichste opportunistische Pilzpathogen in der Luft, der bei immungeschwächten Wirten besonders wichtig ist . Das Einatmen von A. fumigatus-Sporen (Konidien) in die Lunge kann mehrere Krankheiten verursachen, die vom immunologischen Status des Wirts beim Menschen abhängen. Diese Krankheiten umfassen invasive Lungenaspergillose, Aspergillom und verschiedene Formen von Überempfindlichkeitserkrankungen wie allergisches Asthma, Überempfindlichkeit, Pneumonitis und allergische bronchopulmonale Aspergillose (ABPA) .
Es gibt erhebliche Bedenken hinsichtlich der möglichen gesundheitlichen Folgen der Exposition gegenüber biologischen Materialien in der Luft . Schimmelpilze stellen eine große Gefahr für die menschliche Gesundheit dar; Ihre Auswirkungen reichen von mittelschweren Allergien und schwerem Asthma bis hin zu disseminierten Infektionen. Die Exposition gegenüber Schimmelpilzen in Innenräumen wird normalerweise nicht als spezifischer Risikofaktor für die Ätiologie von Pilzkrankheiten angesehen, es sei denn, es liegen besondere Bedingungen vor, die für bestimmte Infektionen unerlässlich sind. Pilzinfektionen, die besonders aggressiv auf Gewebe sind, sind auf immungeschwächte Personen (z. B. Krankenhauspatienten) beschränkt. Aspergillus-Arten sind ein allgegenwärtiger Schimmelpilz in häuslichen und Krankenhausumgebungen. Zimmerpflanzen stellen eine natürliche Umgebung für das Wachstum dieser Pilze dar ; Es wurden jedoch nur wenige Empfehlungen zur Vermeidung bekannter Quellen der Pilzproliferation (Pflanzen und Blumen) in Innenräumen abgegeben.
Mehrere Studien haben zuvor gezeigt, dass die Exposition gegenüber Luftpilzen in Innenräumen durch feuchtigkeitsgeschädigte Gebäude zu gesundheitsschädlichen Auswirkungen führen kann . Aspergillus ist einer der gut dokumentierten Schimmelpilze, von denen bekannt ist, dass sie gesundheitliche Probleme verursachen. Schimmelpilze wie Aspergillus können die menschliche Gesundheit aufgrund von Toxizität, Allergie und Infektion beeinträchtigen . Es ist bekannt, dass einige Arten von Aspergillus in der Lage sind, sekundäre Metaboliten oder Mykotoxine zu produzieren . Das Einatmen hoher Konzentrationen gemischter organischer Stäube, einschließlich Mykotoxine, flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) und Allergene (Glucane), ist mit dem Sick-Building-Syndrom verbunden .
Die vorliegende Arbeit ist eine Übersicht über Studien, die an Aspergillus-Arten in Innenräumen durchgeführt wurden; es wurde gezeigt, dass diese Arten weltweit eine Gefahr für die berufliche und öffentliche Gesundheit darstellen. Wir haben unsere Suche eingeleitet, indem wir alle in PubMed veröffentlichten englischen Referenzen (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed) zwischen 1965 und 2015 unter Verwendung der folgenden Schlüsselwörter überprüft haben: „Aspergillus“, „Innenräume“, „Allergie“, „Berufsrisiko“, „flüchtige organische Verbindung“ und „Mykotoxin“. Nachdem wir diese erste Reihe von Berichten überprüft hatten, scannten wir einzelne Referenzen, die in jeder Veröffentlichung aufgeführt sind, um zusätzliche Fallberichte zu finden.
Pathogenität von Aspergillus
Mykotoxinproduktion
Aspergillus-Arten scheiden zahlreiche sekundäre Metaboliten, sogenannte Mykotoxine, in ihre Umwelt aus . Mykotoxine entstehen bei aufeinanderfolgenden Enzymreaktionen über mehrere biochemisch einfache Zwischenprodukte aus dem Primärstoffwechsel von Acetaten, Mevalonaten, Maloniten und einigen Aminosäuren. Aspergillus produziert einige der bedeutendsten bekannten Mykotoxine, einschließlich Aflatoxin, Gliotoxin, und Ochratoxin A. Der Sekundärmetabolit Gliotoxin hat das größte Interesse an A geweckt. fumigatus wegen seiner starken immunsuppressiven und zytoziden Eigenschaften und der Tatsache, dass es während experimenteller Infektionen und in Seren von Patienten mit Aspergillose leicht nachgewiesen werden kann . Dennoch sind die spezifischen Rollen anderer Toxine in der Pathogenese der Aspergillose gut definiert.
Pilzmetaboliten können auch phagozytische Funktionen beeinträchtigen, die normalerweise Konidien- und Hyphen-Formen zerstören würden. Gliotoxin reduziert die Adhäsion und Phagozytose von Pilzelementen; Aflatoxin beeinflusst die Phagozytose, die intrazelluläre Abtötung und die spontane Superoxidproduktion. Komplementbindung und Aktivierung von gebundenen Opsoninen, die normalerweise die Phagozytose verstärken, werden ebenfalls von Aflatoxin beeinflusst, wodurch Pilzelemente weniger anfällig für Zerstörung sind . In einer anderen Studie haben Niyo et al. die Verwendung eines Kaninchenmodells zeigte, dass T2-Toxin die Phagozytose von A. fumigatus conidia durch Alveolarmakrophagen verringerte, wodurch der Schweregrad der experimentellen Aspergillose erhöht wurde. Khouache et al. zeigte, dass Verruculogen, ein weiteres Mykotoxin, das von A produziert wird. fumigatus, modifizierte die elektrophysiologischen Eigenschaften von menschlichen und porcinen Epithelzellen, die den Ziliarschlag verlangsamen und das Epithel schädigen könnten, um die Besiedlung von A. fumigatus in den Atemwegen zu beeinflussen.
Anpassung an Wirbeltierwirte
Aspergillus-Arten besitzen vielseitige Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, unter verschiedenen Umweltbedingungen zu überleben; Die Art ist ein allgegenwärtiger Pilzpathogen in einer Vielzahl von Wirten, einschließlich Menschen und Tieren . Aspergillus fumigatus Konidien sind im Vergleich zu Konidien der meisten anderen Schimmelpilze effizienter in der Luft verteilt . Schon leichte Luftströmungen können Konidien aufgrund ihrer bemerkenswerten Hydrophobie zerstreuen. Diese Konidien in der Luft sind aufgrund des Vorhandenseins von Melanin in ihren Zellwänden vor ultravioletter Bestrahlung geschützt .
Aspergillus fumigatus kann aus einer Vielzahl von Umweltbedingungen bei einer optimalen Temperatur von 37 ° C (Bereich: 12-65 ° C) und einem pH-Wert von Wachstumsstellen zwischen 2,1 und 8,8 isoliert werden. Die Thermotoleranz erleichtert das Wachstum des Pilzes nicht nur in zerfallenden organischen Stoffen (seiner primären ökologischen Nische), sondern auch in den Atemwegen von Säugetieren oder Vögeln. Aspergillus fumigatus befindet sich üblicherweise in Kompost, einer dynamischen Umgebung, die erheblichen Temperaturschwankungen und intensiver mikrobieller Aktivität unterliegt. Die Fähigkeit, in diesem Lebensraum zu gedeihen, erfordert ein erhebliches Maß an Thermotoleranz, von dem angenommen wird, dass es zur Virulenz beiträgt . Diese Eigenschaften könnten als Reaktion auf Konkurrenten innerhalb der ökologischen Nische des Organismus entwickelt werden und spiegeln wahrscheinlich keine spezifischen Anpassungen wider, um Abwehrmechanismen des Wirbeltierwirts entgegenzuwirken.
Darüber hinaus bestätigt das Vorhandensein verschiedener Glycosylhydrolasen , einer Gruppe extrazellulärer Proteinasen im A. fumigatus-Genom, die Wachstumsfähigkeit des Pilzes durch Abbau von Polysacchariden aus Pflanzenzellwänden und Erwerb von Stickstoffquellen, die durch Abbau von proteinhaltigen Substraten zur Verfügung gestellt werden .
Die physikalischen Eigenschaften von Konidien ermöglichen es A. fumigatus, das Epithel der Atemwege und distalen Teile der Atemwege effizienter zu erreichen und daran zu haften als andere Pilzarten mit ähnlich großen Luftsporen . Aspergillus fumigatus conidia sind globose bis subglobose mit einer Größe (2-3,5 µm), die klein genug ist, um die mukoziliäre Clearance zu umgehen und die unteren Atemwege zu erreichen. Darüber hinaus tragen das Vorhandensein von Melanin in der Konidialwand und stark negativ geladene Sialinsäurereste zum Schutz von A. fumigatus gegen Wirtszellenreaktionen bei .
Ähnlich wie bei vielen anderen Infektionskrankheiten ist die Entwicklung von Aspergillus-Infektionen von längeren Wechselwirkungen zwischen dem Erreger und dem Wirt abhängig. Um in tierisches Gewebe einzudringen, verlassen sich Aspergillus-Arten auf die koordinierte Expression einer Vielzahl von Genen, die am Pilzwachstum beteiligt sind, einschließlich Konidienkeimung, Zellwandanordnung, Thermotoleranz, Nährstoffaufnahme und Resistenz gegen widrige Bedingungen wie oxidativen Stress. Es wurde beobachtet, dass während der Aspergillus-Pathogenese verschiedene Arten von Stress auftreten, die Pilzantworten zur Überwindung von Stress verursachen und mit einer erhöhten Virulenz und Pilzpersistenz verbunden sein können .
Aspergillus-Allergene und Allergien
Pilze sind einer der wichtigsten und am weitesten verbreiteten Allergenproduzenten. Es wurde geschätzt, dass fast 50% der Menschen im Laufe ihres Lebens allergische Symptome gegen Pilze entwickeln . Es muss jedoch beachtet werden, dass Schimmelpilze keine vorherrschenden Allergene sind und dass Pilze im Freien wichtiger sind als die in Innenräumen. Die allergischen Reaktionen der meisten Menschen beschränken sich auf Rhinitis und Asthma. Um das Risiko des Fortschreitens oder der Intensivierung einer Allergie zu verringern, dürfen Pilze in Innenräumen nicht wachsen. Pilzbesiedlung in Häusern, Schulen oder Büros muss erkannt und ausgelöscht werden, bevor Feuchtigkeit das Wachstum solcher Pilze erleichtert .In der Asthma-Ätiologie wird angenommen, dass Pilzallergene weniger signifikant sind als Staub in Haushalten; Dennoch kann die Beseitigung von Pilzen aus Wohnumgebungen Asthma verbessern. Studien haben gezeigt, dass es einen Zusammenhang zwischen Asthma-Exazerbation bei Erwachsenen und hohen Konzentrationen von Aspergillus spp. und ihre Allergene . Nach der vorliegenden Literatur ist die Anzahl der Pilzkolonien in Heimen, die asthmatische Kinder versorgen, höher, insbesondere in Kinderbetten und in Räumen, in denen Kinder die meiste Zeit verbringen .
Laut der offiziellen Website von
Die Empfindlichkeit gegenüber Aspergillus hängt mit allergischen Erkrankungen zusammen . Aspergillus kann eine wichtige Quelle für interne Allergene sein . In einer Studie von Jaakkola et al. spezifisches IgE zu A. fumigatus war mit Asthma in den Erwachsenen bedeutsam verbunden. Mehrere Studien zeigten, wie Feuchtigkeit und das beobachtbare Wachstum von Pilzen in Häusern gesunde menschliche Atmungssysteme schädigen können (49-51).
Die oben genannten Studien zeigten einen signifikanten Zusammenhang zwischen der Luftfeuchtigkeit in Wohnräumen und dem Wachstum von Pilzen in Innenräumen, Atembeschwerden, Asthma und Atemwegsbeschwerden. Die Schwere des Asthmas und die durchschnittliche Anzahl der Symptome bestätigen seine Assoziation mit Feuchtigkeitsgehalt und Pilzwachstum.
Bei Jugendlichen zeigte die Empfindlichkeit gegenüber inhalierten Allergenen in den ersten Lebensjahren höhere IgE-Raten als bei ökologisch inhalierten Allergenen (50). Nach der Empfindlichkeit gegenüber Katzen- und Hundehaaren ist die Staubempfindlichkeit in der Kindheit in westlichen Ländern eine wichtige Voraussetzung . Die Verteilung und medizinische Bedeutung der Empfindlichkeit gegenüber Pilzen ist bei jungen Patienten noch unbekannt. Empfindlichkeit gegenüber Hausstaub, Atemwegsbeschwerden im Kindesalter und möglichen Pilzallergenen kann durch das Leben in feuchten Häusern entstehen . Kürzlich haben Forscher den Zusammenhang zwischen der Konzentration von Pilzsporen in der Luft und den gesundheitlichen Folgen bei Kindern untersucht. Die Exposition gegenüber bestimmten Pilzarten in Innenräumen im Winter hat sich als Risikofaktor für Asthma, Atopie und Atemwegsbeschwerden bei Kindern erwiesen .Abnormale allergische Syndrome wie ABPA und allergische Pilz-Rhinosinusitis sowie allergische Reaktionen auf Pilze in Innenräumen können auf IgE oder IgG zurückzuführen sein, die beide mit der Exposition gegenüber Pilzen in Innenräumen verbunden sind, obwohl Pilze in Innenräumen nicht als Risikofaktoren für diese Erkrankungen angesehen werden .
Pilze können Allergene, Toxine und gelegentlich infektiöse Bestandteile enthalten. β-D-Glucane, die die strukturellen Verbindungen der meisten Pilzzellwände bilden, stimulieren bekanntermaßen Makrophagen und Neutrophile. Diese Verbindungen sind wirksame Marker für Oberflächen, die Pilzcluster auf staubigen Oberflächen enthalten . Es wurde berichtet, dass Pilzglucane, insbesondere (1 → 3) -ß-Glucane, eine wesentliche Rolle als Induktoren chronischer Lungenerkrankungen spielen . Glucane können auch mit Anzeichen einer unspezifischen Entzündung in Verbindung gebracht werden. Die wasserunlösliche Form von Glucan verursacht eine verzögerte Reaktion in Form von reduzierten Konzentrationen von Makrophagen und Lymphozyten in der Lungenwand .
Glucanspiegel über 1 ng/m3 verursachen Symptome wie chronische Bronchitis, Gelenkschmerzen, juckende Nase, Engegefühl in der Brust und Schweregefühl im Kopf . Thorn und Rylander schlugen vor, dass Glucan als Marker zur Identifizierung des Entzündungsrisikos der Atemwege verwendet werden könnte . Beijer et al. gefunden, dass eine respiratorische Herausforderung für β – Glucane die Entzündung der Atmungszellen beeinflussen könnte, was mit einer längeren Exposition gegenüber Pilzen in Häusern zusammenhängen könnte. Pilze sind allgegenwärtig, und die Exposition gegenüber ihnen ist unvermeidlich; Daher kann die Exposition gegenüber Pilzen direkt oder indirekt das menschliche Wohlbefinden beeinflussen. Laut einer Studie von Skoner könnte die Exposition gegenüber Pilzen bei empfindlichen Menschen zu einer IgE-vermittelten Entzündung der Nasenschleimhaut und zur Freisetzung von Histamin führen. Längerer Kontakt mit Pilzen kann zu chronischen Rhino-Symptomen führen, die nicht grundsätzlich allergisch sind, aber Reizungen verursachen .
Die Symptome der allergischen Rhinitis, die chronischen Symptomen der Nase ähneln, sind weitgehend mit dem Sick-Building-Syndrom verbunden. Darüber hinaus können Pilze eine Rolle bei der Krankheitsentwicklung spielen, aber diese Unterscheidung könnte schwer nachzuweisen sein. Obwohl es eine allgemeine Wahrnehmung gibt, dass Schimmelpilze eine Reihe von schlecht definierten Allergenen und Antigenen produzieren, gab es signifikante Verbesserungen bei der Identifizierung wichtiger Allergene aus mehreren Schimmelpilzarten; Über 25 Allergene wurden allein von A. fumigatus berichtet .
Die klonierten Allergene von Aspergillus, einschließlich Hitzeschockproteine, Serin und ribosomale Proteasen, Enolasen und Zytotoxine Asp f1, haben eine breite Palette von biologischen Funktionen. Asp f1, das zu Mitogillin und a-Sarcinis homolog ist, ist ein Hauptallergen von A. fumigatus mit einem Molekulargewicht von 18 kDa; zytotoxische und Ribonuklease-Effekte werden von A. fumigatus und A. restrictus exprimiert. Dieses Allergen kommt nicht in Sporen vor und wird beim Keimen von A. fumigatus reichlich ausgeschieden. Etwa 85% der A. Fumigatus-sensitiven Patienten produzieren den IgE-Antikörper gegen Asp f1. Die Messung des IgG-Anti-Asp-f1-Antikörpers kann als Marker für die Besiedlung von A. fumigatus bei Patienten mit Mukoviszidose, ABPA und Aspergillom verwendet werden . Asp f1 wurde auch zur Beurteilung der T-Zell-Reaktivität bei ABPA-Patienten angewendet.
Flüchtige organische Verbindungen
Mikroorganismen produzieren große Mengen flüchtiger mikrobieller organischer Verbindungen (MVOCs), darunter Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ester sowie Schwefel- und Salpeterverbindungen. MVOCs werden im Prinzip als Produkte des Primärstoffwechsels während der Synthese von DNAs, Aminosäuren und Fettsäuren betrachtet. Obwohl die Unterscheidung zwischen primärem und sekundärem Metabolismus nicht klar ist, können sich in beiden Stadien MVOCs bilden. Die Produkte von MVOCs hängen stark vom Substrat und den Umgebungsbedingungen ab; verschiedene Verbindungen, die MVOCs definieren, können nicht-mikrobiellen Ursprungs sein .
Es wird angenommen, dass Pilz-VOCs (FVOCs) Kopfschmerzen, Konzentrationsschwäche, Unaufmerksamkeit und Schwindel verursachen können. Aspergillus versicolor ist einer der Hauptproduzenten dieser Verbindungen. Einige andere häufige Arten von Aspergillus, die in Innenräumen wachsen, einschließlich A. fumigatus, A. sydowii, A. flavus und A. niger, produzieren auch FVOCs . Einige Menschen wie Asthmatiker können im Vergleich zu anderen Personen auf niedrigere Konzentrationen von MVOCs ansprechen. Epidemiologische Studien zu FVOCs berichteten über eine positive Beziehung zwischen FVOCs in Innenräumen und Asthma oder Allergien . Frühere Studien zeigten, dass flüchtige Metaboliten, die in Pilzkulturen wie A. fumigates gefunden wurden, im Atem von Patienten nachweisbar sind, die von Pilzen besiedelt oder infiziert wurden . Bis jetzt, Dem diagnostischen Potenzial von VOCs, die von Mikroorganismen produziert werden, wurde wenig wissenschaftliche Aufmerksamkeit geschenkt, obwohl diese Mikroorganismen in der Natur häufig zur Kommunikation und als Chemo-Lockstoffe von Pflanzen und Insekten verwendet werden; der Geruch von Bakterien wurde jedoch von menschlichen Beobachtern gut dokumentiert.
Es könnte andere flüchtige Metaboliten geben, die von A. fumigatus produziert werden und klinisch nützlich sein können. Nach den aktuellen Ergebnissen können MVOCs die besten Marker für überschüssige Feuchtigkeit und mögliche Pilzkontamination sein; Ihre Auswirkungen auf die Gesundheit bleiben jedoch unklar.
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