Aspergillus fumigatus
Aspergillus fumigatus es una especie de hongo del género Aspergillus, y es uno de los Aspergillus más comunes. > especies que causan enfermedades en individuos con inmunodeficiencia.
Aspergillus fumigatus, un saprótrofo muy extendido en la naturaleza, se encuentra normalmente en el suelo y en la materia orgánica en descomposición, como las pilas de compost, donde desempeña un papel esencial en el reciclaje de carbono y nitrógeno. Las colonias del hongo se producen a partir de conidióforos; miles de conidias diminutas de color gris verdoso (2 a 3 μm) que se transportan fácilmente por el aire. Durante muchos años, A. fumigatus se pensaba que solo se reproducía asexualmente, ya que nunca se había observado ni apareamiento ni meiosis. En 2008, A. fumigatus demostró poseer un ciclo reproductivo sexual completamente funcional, 145 años después de su descripción original por Fresenius. Aunque A. fumigatus ocurre en áreas con climas y ambientes muy diferentes, muestra una baja variación genética y una falta de diferenciación genética poblacional a escala global. De este modo, se mantiene la capacidad para tener relaciones sexuales, aunque se produce poca variación genética.
El hongo es capaz de crecer a 37 °C o 99 °F (temperatura normal del cuerpo humano) y puede crecer a temperaturas de hasta 50 °C o 122 °F, y los conidios sobreviven a 70 °C o 158 °F. —condiciones que encuentra regularmente en las pilas de abono que se calientan espontáneamente. Sus esporas están omnipresentes en la atmósfera y se estima que todo el mundo inhala unos cientos de esporas cada día; Por lo general, el sistema inmunológico los elimina rápidamente en individuos sanos. En personas inmunocomprometidas, como receptores de trasplantes de órganos y personas con SIDA o leucemia, es más probable que el hongo se vuelva patógeno, superando las debilitadas defensas del huésped y causando una variedad de enfermedades generalmente denominadas aspergilosis. Debido al reciente aumento en el uso de inmunosupresores para tratar enfermedades humanas, se estima que A. fumigatus puede ser responsable de más de 600.000 muertes al año con una tasa de mortalidad entre el 25 y el 90%. Se han postulado varios factores de virulencia para explicar este comportamiento oportunista.
Cuando el caldo de fermentación de A. fumigatus se descubrió una serie de alcaloides indólicos con propiedades antimitóticas. Los compuestos de interés han sido de una clase conocida como triprostatinas, siendo la espirotriprostatina B de especial interés como fármaco anticancerígeno.
Aspergillus fumigatus cultivado en determinados materiales de construcción puede producir micotoxinas genotóxicas y citotóxicas, como la gliotoxina.
Genoma
Aspergillus fumigatus tiene un genoma haploide estable de 29,4 millones de pares de bases. Las secuencias del genoma de tres especies de Aspergillus (Aspergillus fumigatus, Aspergillus nidulans y Aspergillus oryzae) se publicaron en < i>Naturaleza en diciembre de 2005.
Patogenia
Aspergillus fumigatus es la causa más frecuente de infección fúngica invasiva en personas inmunodeprimidas, que incluyen pacientes que reciben terapia inmunosupresora para enfermedades autoinmunes o neoplásicas, receptores de trasplantes de órganos y pacientes con SIDA. A. fumigatus causa principalmente una infección invasiva en el pulmón y representa una causa importante de morbilidad y mortalidad en estos individuos. Además, A. fumigatus puede causar infecciones pulmonares crónicas, aspergilosis broncopulmonar alérgica o enfermedades alérgicas en huéspedes inmunocompetentes.
Respuesta inmune innata
La exposición por inhalación a conidios en el aire es continua debido a su distribución ubicua en el medio ambiente. Sin embargo, en individuos sanos, el sistema inmunológico innato es una barrera eficaz contra A. fumigatus infección. Una gran parte de los conidios inhalados se eliminan por la acción mucociliar del epitelio respiratorio. Debido al pequeño tamaño de los conidios, muchos de ellos se depositan en los alvéolos, donde interactúan con las células epiteliales y efectoras innatas. Los macrófagos alveolares fagocitan y destruyen los conidios dentro de sus fagosomas. Las células epiteliales, específicamente los neumocitos tipo II, también internalizan conidios que viajan al lisosoma donde se destruyen los conidios ingeridos. Las células inmunitarias de primera línea también sirven para reclutar neutrófilos y otras células inflamatorias mediante la liberación de citocinas y quimiocinas inducida por la ligadura de motivos fúngicos específicos a receptores de reconocimiento de patógenos. Los neutrófilos son esenciales para la resistencia a la aspergilosis, como se demuestra en individuos neutropénicos, y son capaces de secuestrar tanto conidios como hifas a través de mecanismos distintos y no fagocíticos. Las hifas son demasiado grandes para la internalización mediada por células y, por lo tanto, el daño inducido por la NADPH-oxidasa mediado por neutrófilos representa la defensa dominante del huésped contra las hifas. Además de estos mecanismos de eliminación mediados por células, los péptidos antimicrobianos secretados por el epitelio de las vías respiratorias contribuyen a la defensa del huésped. El hongo y sus polisacáridos tienen la capacidad de regular las funciones de las células dendríticas mediante Vía de señalización de Wnt-β-Catenina para inducir PD-L1 y promover respuestas reguladoras de células T
Invasión
Las personas inmunodeprimidas son susceptibles a la A invasiva. fumigatus, que se manifiesta más comúnmente como aspergilosis pulmonar invasiva. Los conidios inhalados que evaden la destrucción inmune del huésped son los progenitores de la enfermedad invasiva. Estos conidios emergen del estado de latencia y realizan un cambio morfológico a hifas al germinar en el ambiente cálido, húmedo y rico en nutrientes de los alvéolos pulmonares. La germinación ocurre tanto extracelularmente como en endosomas de neumocitos tipo II que contienen conidios. Después de la germinación, el crecimiento de hifas filamentosas da como resultado la penetración epitelial y la posterior penetración del endotelio vascular. El proceso de angioinvasión provoca daño endotelial e induce una respuesta proinflamatoria, expresión de factor tisular y activación de la cascada de coagulación. Esto produce trombosis intravascular e infarto tisular localizado; sin embargo, la diseminación de fragmentos de hifas suele ser limitada. La diseminación a través del torrente sanguíneo sólo ocurre en personas gravemente inmunocomprometidas.
Respuesta de hipoxia
Como es común con las células tumorales y otros patógenos, las hifas invasoras de A. fumigatus encuentra microambientes hipóxicos (bajos niveles de oxígeno, ≤ 1%) en el lugar de la infección en el organismo huésped. Las investigaciones actuales sugieren que tras la infección, la necrosis y la inflamación causan daño tisular, lo que disminuye las concentraciones de oxígeno disponibles debido a una reducción local en la perfusión, es decir, el paso de líquidos a los órganos. En A. fumigatus específicamente, se ha descubierto que los metabolitos secundarios inhiben el desarrollo de nuevos vasos sanguíneos que provocan daño tisular, inhibición de la reparación del tejido y, en última instancia, microambientes hipóxicos localizados. Actualmente se desconocen las implicaciones exactas de la hipoxia en la patogénesis de los hongos; sin embargo, estos ambientes con poco oxígeno se han asociado durante mucho tiempo con resultados clínicos negativos. Debido a las importantes correlaciones identificadas entre hipoxia, infecciones fúngicas y resultados clínicos negativos, los mecanismos por los cuales A. fumigatus se adapta a la hipoxia es un área de interés cada vez mayor para nuevos objetivos farmacológicos.
Se ha demostrado que dos proteínas de unión a elementos reguladores de esteroles altamente caracterizadas, SrbA y SrbB, junto con sus vías de procesamiento, afectan la aptitud de A. fumigatus en condiciones hipóxicas. El factor de transcripción SrbA es el regulador maestro en la respuesta fúngica a la hipoxia in vivo y es esencial en muchos procesos biológicos, incluida la homeostasis del hierro, la resistencia a los fármacos antifúngicos azólicos y la virulencia. En consecuencia, la pérdida de SrbA resulta en una incapacidad para A. fumigatus para crecer en condiciones bajas de hierro, una mayor sensibilidad a los fármacos antifúngicos azólicos y una pérdida completa de virulencia en modelos de ratón IPA (aspergilosis pulmonar invasiva). Los mutantes knockout de SrbA no muestran ningún signo de crecimiento in vitro en condiciones bajas de oxígeno, lo que se cree que está asociado con la virulencia atenuada. La funcionalidad de SrbA en la hipoxia depende de un proceso de escisión aguas arriba llevado a cabo por las proteínas RbdB, SppA y Dsc A-E. SrbA se escinde de un retículo endoplásmico que contiene una proteína precursora de 1015 aminoácidos a una forma funcional de 381 aminoácidos. La pérdida de cualquiera de las proteínas procesadoras de SrbA anteriores da como resultado una copia disfuncional de SrbA y una pérdida posterior del crecimiento in vitro en hipoxia, así como una virulencia atenuada. Los estudios de inmunoprecipitación de cromatina con la proteína SrbA llevaron a la identificación de un segundo regulador de la hipoxia, SrbB. Aunque se sabe poco sobre el procesamiento de SrbB, este factor de transcripción también ha demostrado ser un actor clave en la virulencia y la respuesta a la hipoxia fúngica. Al igual que SrbA, un mutante knockout de SrbB resultó en una pérdida de virulencia; sin embargo, no hubo una mayor sensibilidad hacia los fármacos antifúngicos ni una pérdida completa de crecimiento en condiciones hipóxicas (reducción del 50 % en SrbB en lugar de una reducción del 100 % en SrbA). En resumen, tanto SrbA como SrbB han demostrado ser críticos en la adaptación de A. fumigatus en el huésped mamífero.
Adquisición de nutrientes
Aspergillus fumigatus debe adquirir nutrientes de su entorno externo para sobrevivir y florecer dentro de su huésped. Se ha demostrado que muchos de los genes implicados en tales procesos influyen en la virulencia mediante experimentos que implican mutaciones genéticas. Ejemplos de absorción de nutrientes incluyen la de metales, nitrógeno y macromoléculas como los péptidos.
Adquisición de hierro
El hierro es un cofactor necesario para muchas enzimas y puede actuar como catalizador en el sistema de transporte de electrones. A. fumigatus tiene dos mecanismos para la captación de hierro, la adquisición de hierro reductiva y la mediada por sideróforos. La adquisición reductora de hierro incluye la conversión del hierro del estado férrico (Fe+3) al ferroso (Fe+2) y la posterior absorción a través de FtrA, una permeasa de hierro. La mutación dirigida del gen ftrA no indujo una disminución de la virulencia en el modelo murino de A. fumigatus invasión. Por el contrario, la mutación dirigida de sidA, el primer gen en la vía de biosíntesis de sideróforos, demostró que la absorción de hierro mediada por sideróforos es esencial para la virulencia. La mutación de los genes de biosíntesis de sideróforos sidC, sidD, sidF y sidG dio lugar a cepas de A. fumigatus con disminuciones similares en la virulencia. Estos mecanismos de absorción de hierro parecen funcionar en paralelo y ambos están regulados positivamente en respuesta a la falta de hierro.
Asimilación de nitrógeno
Aspergillus fumigatus puede sobrevivir con una variedad de fuentes de nitrógeno diferentes, y la asimilación de nitrógeno es de importancia clínica, ya que se ha demostrado que afecta la virulencia. Las proteínas implicadas en la asimilación de nitrógeno están reguladas transcripcionalmente por el gen AfareA en A. fumigatus. La mutación dirigida del gen afareA mostró una disminución en la aparición de la mortalidad en un modelo de invasión en ratones. La proteína RhbA regulada por Ras también se ha implicado en la asimilación de nitrógeno. Se descubrió que RhbA estaba regulada positivamente transcripcionalmente después del contacto de A. fumigatus con células endoteliales humanas y cepas con mutación dirigida del gen rhbA mostraron un crecimiento disminuido en fuentes pobres de nitrógeno y una virulencia reducida in vivo.
Proteinasas
El pulmón humano contiene grandes cantidades de colágeno y elastina, proteínas que permiten la flexibilidad del tejido. Aspergillus fumigatus produce y secreta elastasas, proteasas que escinden la elastina para descomponer estos polímeros macromoleculares para su absorción. En 1984 se descubrió por primera vez una correlación significativa entre la cantidad de producción de elastasa y la invasión de tejidos. También se ha descubierto que los aislados clínicos tienen mayor actividad de elastasa que las cepas ambientales de A. fumigatus. Se han caracterizado varias elastasas, incluidas las de las familias de serina proteasa, aspártico proteasa y metaloproteasa. Sin embargo, la gran redundancia de estas elastasas ha dificultado la identificación de efectos específicos sobre la virulencia.
Respuesta de proteína desplegada
Varios estudios encontraron que la respuesta de la proteína desplegada contribuye a la virulencia de A. fumigatus.
Metabolismo secundario
metabolitos secundarios en desarrollo fúngico
El ciclo de vida de los hongos filamentosos, incluido Aspergillus spp. Consta de dos fases: una fase de crecimiento hifal y una fase reproductiva (esporulación). El cambio entre las fases de crecimiento y reproducción de estos hongos está regulado en parte por el nivel de producción de metabolitos secundarios. Se cree que los metabolitos secundarios se producen para activar la esporulación y los pigmentos necesarios para las estructuras de esporulación. La señalización de la proteína G regula la producción de metabolitos secundarios. La secuenciación del genoma ha revelado 40 genes potenciales implicados en la producción de metabolitos secundarios, incluidas las micotoxinas, que se producen en el momento de la esporulación.
Gliotoxina
La gliotoxina es una micotoxina capaz de alterar las defensas del huésped mediante inmunosupresión. Los neutrófilos son los principales objetivos de la gliotoxina. La gliotoxina interrumpe la función de los leucocitos al inhibir la migración y la producción de superóxido y provoca apoptosis en los macrófagos. La gliotoxina altera la respuesta proinflamatoria mediante la inhibición de NF-κB.
Regulación transcripcional de la gliotoxina
LaeA y GliZ son factores de transcripción conocidos por regular la producción de gliotoxina. LaeA es un regulador universal de la producción de metabolitos secundarios en Aspergillus spp. LaeA influye en la expresión del 9,5% de la A. fumigatus, incluidos muchos genes de biosíntesis de metabolitos secundarios, como las péptidos sintetasas no ribosomales. La producción de numerosos metabolitos secundarios, incluida la gliotoxina, se vio afectada en una cepa mutante LaeA (ΔlaeA). El mutante ΔlaeA mostró una mayor susceptibilidad a la fagocitosis de macrófagos y una menor capacidad para matar neutrófilos ex vivo. Las toxinas reguladas por LaeA, además de la gliotoxina, probablemente tengan un papel en la virulencia, ya que la pérdida de producción de gliotoxina por sí sola no recapituló el patotipo hipovirulento ∆laeA.
Tratamientos actuales para combatir las infecciones por A. fumigatus
Los tratamientos no invasivos actuales utilizados para combatir las infecciones por hongos consisten en una clase de medicamentos conocidos como azoles. Los fármacos azol como voriconazol, itraconazol e imidazol matan los hongos al inhibir la producción de ergosterol, un elemento crítico de las membranas celulares de los hongos. Mecánicamente, estos fármacos actúan inhibiendo la enzima fúngica citocromo p450 conocida como 14α-desmetilasa. Sin embargo, A. fumigatus la resistencia a los azoles está aumentando, posiblemente debido al uso de bajos niveles de azoles en la agricultura. El principal modo de resistencia es a través de mutaciones en el gen cyp51a. Sin embargo, se han observado otros modos de resistencia que representan casi el 40% de la resistencia en aislados clínicos. Junto con los azoles, existen otras clases de fármacos antifúngicos, como los polienos y las equinocandinas.
Galería
Conidia phialoconidia of A. fumigatus
Colonia en plato de Petri
A. fumigatus aislado de suelos de madera
Deslice de un cerebro de pavo infectado
