Aspergillus fumigatus

Aspergillus fumigatus é unha especie de fungos ascomicetos do xénero Aspergillus e é unha das especies máis comúns dese xénero que causa enfermidades en individuos con inmunodeficiencia.

Aspergillus fumigatus é un saprótrofo moi común na natureza que se atopa normalmente nos solos e materia orgánica en descomposición, como moreas de compost, onde desempeña un papel esencial na reciclaxe do carbono e do nitróxeno. Colonias do fungo producen conidióforos, que liberan miles de diminutos conidios (esporas) verde agrisados de 2–3 μm, que facilmente se transportan polo aire. Durante moitos anos pensouse que A. fumigatus só se reproducía asexualmente, xa que non se observaran apareamentos nin meioses. Porén, en 2008 demostrouse que posúe un ciclo de reprodución sexual funcional completo, 145 anos despois da súa descrición orixinal por Fresenius. Aínda que A. fumigatus aparece en áreas con diferentes climas e ambientes, mostra unha baixa variabilidade xenética e unha falta de diferenciación xenética das poboacións a escala global. Así, mantense a capacidade do sexo, a pesar de que se produce pouca variabilidade xenética.

Este fungo pode crecer a 37 °C (a temperatura normal do corpo humano), e pode seguir crecendo a temperaturas de 50 °C, e os conidios sobreviven mesmo a 70 °C, condicións que atopa frecuentemente nas moreas de compost, que xeran a súa propia calor. As súas esporas son moi ubicuas na atmosfera e estímase que todas as persoas inhalan centos de esporas ao día, as cales normalmente son eliminadas moi rápido polo sistema inmunitario en individuos sans. Porén, en individuos inmunocomprometidos, como os receptores de órganos transplantados ou persoas con SIDA ou leucemia, é máis probable que o fungo se comporte como patóxeno, superando as debilitadas defensas do hóspede e causando un conxunto de doenzas chamadas en xeral asperxilose. Debido ao recente incremento do uso de inmunosupresores para tratar enfermidades humanas, estímase que A. fumigatus pode ser responsable dunhas 600.000 mortes anualmente cunha taxa de mortalidade entre o 25 e o 90%. Postulouse a actuación de varios factores de virulencia para explicar este comportamento oportunista.

Cando se cribaron caldos de fermentación de A. fumigatus descúbríronse varios alcaloides indólicos con propiedades antimitóticas. Os compostos interesantes eran dunha clase de triproestatinas, das cales a de maior interese anticanceríxeno é a espirotriproestatina B.

Aspergillus fumigatus crece en certos materiais de construción dos edificios e pode producir micotoxinas xenotóxicas e citotóxicas, como a gliotoxina.

 Xenoma 

Aspergillus fumigatus ten un xenoma haploide estable de 29,4 millóns de pares de bases. Publicáronse as secuencias xenómicas de tres especies de Aspergillus, concretamente A. fumigatus, A. nidulans e A. oryzae, na revista Nature en decembro de 2005.

 Patoxénese 

Aspergillus fumigatus é a causa máis frecuente de infección fúnxica invasiva en individuos inmunocomprometidos, entre os que están pacientes que están recibindo terapia inmunosupresora contra doenzas autoinmunes ou neoplásticas, receptores de transplantes de órganos e doentes de SIDA. A. fumigatus causa principalmente infeccións invasivas pulmonares e representa unha causa importante de morbilidade e mortalidade neses individuos. Adicionalmente, A. fumigatus pode causar infeccións pulmonares crónicas, asperxilose broncopulmonar alérxica, ou enfermidades alérxicas en hóspedes inmunocompetentes.

 Resposta inmunitaria innata 
A exposición por inhalación de conidios transportados polo aire é continua debido a súa ubicua distribución no ambiente. Porén, nas persoas con boa saúde o sistema inmunitario é unha eficaz barreira contra a infección por A. fumigatus. Unha gran porción dos conidios inhalados son limpados pola acción mucociliar do epitelio respiratorio. Debido ao pequeno tamaño dos conidios, moitos deles deposítanse nos alvéolos, onde interaccionan co epitelio e células efectoras innatas. Os macrófagos alveolares fagocitan e destrúen os conidios dentro dos seus fagosomas. As células epiteliais, concretamente pneumocitos tipo II, tamén internalizan os conidios que transportan aos lisosomas, onde son destruídos. As células inmunitarias de primeira liña tamén serven para recrutar neutrófilos e outras células inflamatorias por medio da liberación de citocinas e quimiocinas inducida pola ligazón de motivos específicos dos fungos a receptores de recoñecemento de patóxeno. Os neutrófilos son esenciais para a resistencia á asperxilose, como se demostrou en individuos neutropénicos e son capaces de secuestrar tanto conidios coma hifas por mecanismos non fagocíticos distintos. As hifas son demasiado grandes para a internalización nas células e os danos inducidos pola NADP oxidase mediada polos neutrófilos representa a defensa dominante do hóspede contra elas. Ademais destes mecanismos de eliminación mediados por células, os péptidos  antimicrobianos segregados polo epitelio das vías aéreas contribén tamén á defensa do hóspede. O fungo e os seus polisacáridos teñen a capacidade de regular as funcións das células dendríticas pola vía de sinalización de Wnt-β-catenina para inducir a expresión de PD-L1 e promover as respostas de célula T reguladora.

 Invasión 
miniatura|300px|Esquema dunha infección invasiva de Aspergillus. As hifas xerminan dentro das células epiteliais ou dentro dos alvéolos. As hifas esténdense polas células epiteliais, invadindo finalmente e atravesando as células endoteliais da vasculatura. En raros casos, fragmentos das hifas rompen e despréndense, dispersándose pola corrente circulatoria.
Os individuos inmunosuprimidos son susceptibles á infección invasiva por A. fumigatus, que se manifesta máis comunmente como unha asperxilose pulmonar invasiva. Os conidios inhalados que evaden a destrución inmune realizada polo hóspede son os proxenitores causantes da doenza invasiva. Estes conidios saen da súa latencia e experimentan un cambio morfolóxico a hifas xerminando no ambiente cálido, húmido e rico en nutrientes dos alvéolos pulmonares. A xerminación ocorre tanto extracelularmente coma nos endosomas dos pneumocitos de tipo II que conteñen conidios. Despois da xerminación, o crecemento hifal filamentoso ten como resultado a penetración no epitelio e a subseguinte penetración do endotelio vascular. O proceso de anxioinvasión causa danos endoteliais e induce unha resposta proinflamatoria, expresión de factores tisulares e activación do cadoiro de coagulación. Isto orixina unha trombose intravascular e infarto nos tecidos localizado; porén, a diseminación de fragmentos de hifas adoita ser limitado. A diseminación na corrente sanguínea só ocorre en individuos gravemente inmunocomprometidos.

 Resposta á hipoxia 

Como é común en células tumorais e outros patóxenos, as hifas invasivas de A. fumigatus encontran microambientes hipóxicos (baixos niveis de oxíxeno, ≤ 1%) no sitio de infección do organismo hóspede. Investigacións actuais indican que na infección, a necrose e a inflamación causan danos nos tecidos que fan diminuír as concentracións de oxíxeno dispoñible debido a unha redución local da perfusión, é dicir, o paso de fluídos aos órganos. En A. fumigatus atopouse que metabolitos secundarios inhiben o desenvolvemento de novos vasos sanguíneos, o que orixina danos nos tecidos, a inhibición da reparación dos tecidos e finalmente microambientes hipóxicos localizados. As implicacións exactas da hipoxia sobre a patoxénese fúnxica non se coñecen polo momento; porén, estes ambientes baixos en oxíxeno foron asociados desde hai tempo con resultados clínicos negativos. Debido ás correlacións significativas identificadas entre a hipoxia, as infeccións fúnxicas e os resultados clínicos negativos, os mecanismos polos cales se adapta A. fumigatus á hipoxia son unha área de crecente interese enfocada a novas dianas de fármacos.

Dúas proteínas que se ligan a elementos reguladores de esterois moi cracterizadas, chamadas, SrbA e SrbB, xunto coas súas vías de procesamento, sábese que teñen un impacto na fitness de A. fumigatus en condicións hipóxicas. O factor de transcrición SrbA é o regulador mestre na resposta fúnxica á hipoxia in vivo e é esencial en moitos procesos biolóxicos como a homeostase, resistencia a fármacos azois antifúnxicos e  virulencia. En consecuencia, a perda de SrbA resulta na incapacidade de que A. fumigatus creza en condicións baixas en ferro, unha maior sensibilidade a fármacos azois antifúnxicos e unha perda completa de virulencia en modelos de ratos de asperxilose pulmonar invasiva. Os mutantes knockout para SrbA non mostran ningún signo de crecemento in vitro con baixo oxíxeno, o cal se pensa que está asociado coa atenuación da virulencia. A funcionalidade de SrbA en hipoxia depende dun proceso de corte da molécula augas arriba levado a cabo polas poteínas RbdB, SppA e Dsc A-E. SrbA é o resultado de cortar unha proteína precursora máis grande de 1015 aminoácidos que se encontra no retículo endoplasmático, quedando só a forma funcional de 381 aminoácidos. A perda de calquera das proteínas procesadoras de SrbA antes mencionadas ten como resultado a formación dunha copia disfuncional de SrbA, coa subseguinte perda de crecemento in vitro en hipoxia, así como unha virulencia atenuada. Os estudos de inmunoprecipitación da cromatina coa proteína SrbA levaron á identificación dun segundo regulador da hipoxia, SrbB. Aínda que se sabe pouco sobre o procesamento de SrbB, este factor de transcrición é tamén un elemento clave na virulencia e na resposta á hipoxia do fungo. De xeito similar a SrbA, nos ratos knockout mutantes para SrbB obsérvase unha perda de virulencia, aínda que non había aumento de sensibilidade a fármacos antifúnxicos nin unha perda completa de crecemento en condicións hipóxicas (redución do 50% en SrbB en vez da redución do 100% observada en SrbA). En resumo, tanto SrbA coma SrbB teñen unha función crítica na adaptación de A. fumigatus dentro do hóspede mamífero.

 Adquisición de nutrientes 
Aspergillus fumigatus debe adquirir os nutrientes que precisa do seu ambiente externo para sobrevivir e prosperar dentro do seu hóspede. Moitos xenes implicados en ditos procesos afectan á virulencia por medio de experimentos que implican mutacións xenéticas. Exemplos de captación de nutrientes son os de metais, nitróxeno e macromoléculas como os péptidos.
miniatura|esquerda|300px|Vía biosintética de sideróforos proposta de Aspergillus fumigatus: sidA cataliza o primeiro paso na biosíntese tanto do sideróforo extracelular triacetilfusarinina C coma do intracelular ferricrocina.

 Adquisición de ferro 

O ferro cómpre como cofactor para moitos encimas e pode actuar como catalizador no sistema de transporte electrónico. A. fumigatus ten dous mecanismos para a captación de ferro, a obtención redutora de ferro e a mediada por sideróforos. A adquisición redutora de ferro comprende a conversión do ferro desde o estado férrico (Fe+3) ao ferroso (Fe+2) e a súa subseguinte captación por medio de FtrA, unha permease de ferro. Unha mutación dirixida ao xene ftrA non induce un decrecemento na virulencia no modelo murino de invasión por A. fumigatus. Ao contrario, unha mutación dirixida a sidA, o primeiro xene necesario para a vía da biosíntese do sideróforo, probou que a captación de ferro mediada por sideróforo é fundamental para a virulencia. A mutación nos xenes para a biosíntese de sideróforo augas abaixo sidC, sidD, sidF e sidG orixinou cepas de A. fumigatus cunha diminución similar da virulencia. Estes mecanismos de captación de ferro parecen funcionar en paralelo e ambos os dous están regulados á alza en resposta á privación de ferro.

 Asimilación de nitróxeno 
Aspergillus fumigatus pode sobrevivir con diferentes fontes de nitróxeno, e a súa asimilación de nitróxeno viuse que ten importancia clínica, xa que afecta á virulencia. As proteínas implicadas na asimilación de nitróxeno son reguladas transcricionalmente polo xene AfareA en A. fumigatus. A mutación dirixida ao xene afareA mostrou un decrecemento na mortalidade nun modelo de ratos da invasión. A proteína regulada pore Ras RhbA tamén foi implicada na asimilación de nitróxeno. A RhbA é regulada á alza transcricionalmente despois do contacto de A. fumigatus con células endoteliais humanas e cepas con mutacións dirixidas ao xene rhbA mostraban unha diminución do crecemento con fontes de nitróxeno pobres e unha virulencia reducida in vivo.

 Proteinases 

O pulmón humano contén grandes cantidades de coláxeno e elastina, proteínas que permiten a flexibilidade dos tecidos. Aspergillus fumigatus produce e segrega elastases, que son proteases que cortan a elastina para degradar estes polímeros macromoleculares para a captación. En 1984 descubriuse por primeira vez unha correlación significativa entre a cantidade de produción de elastase e a invasión dos tecidos. Tamén se observou que os illamentos clínicos teñen unha maior actividade de elastase que as cepas ambientais de A. fumigatus. Caracterizáronse varias elastases, como as das familias da serina protease, aspártico protease e metaloprotease. Non obstante, a gran redundancia destas eleastases dificultou a identificación dos efectos específicos sobrfe a virulencia.

 Resposta a proteínas non pregadas 

Varios estudos atoparon que a resposta a proteínas non pregadas contribúe á virulencia de A. fumigatus.

 Metabolismo secundario 

 Metabolitos secundarios no desenvolvemento fúnxico 
miniatura|300px|O factor de transcrición LaeA regula a expresión de varios xenes implicados na produción de metabolitos secundarios en Aspergillus spp.
O ciclo cital de fungos filamentosos, incluíndo Aspergillus spp., consta de dúas fases: unha fase de crecemento hifal e unha fase reprodutiva (esporulación). O cambio entre o crecemento e as fases reprodutivas destes fungos está regulado en parte polo nivel de produción de metabolitos secundarios. Os metabolitos secundarios crese que se producen para activar a esporulación e os pigmentos requiridos polas estruturas da esporulación. A sinalización da proteína G regula a produción de metabolitos secundarios. A secuenciación do xenoma revelou 40 xenes potencialmente implicados na produción de metabolitos secundarios, incluíndo micotoxinas, que se producen no momento da esporulación.

 Gliotoxina 
A gliotoxina é unha micotoxina con capacidade de alterar as defensas do hóspede por medio da inmunosupresión. Os neutrófilos son as dianas principais da gliotoxina. A gliotoxina interrompe a función dos leucocitos ao inhibir a migración e produción de superóxidos e causa apoptose en macrófagos. A gliotoxina perturba a resposta proinflamatoria pola inhibición de NF-κB.

 Regulación transcricional da gliotoxina 
LaeA e GliZ son factores de transcrición coñecidos para regular a produción de gliotoxina. LaeA é un regulador universal da produción de metabolitos secundarios en Aspergillus spp. LaeA inflúe na expresión do 9,5% do xenoma de A. fumigatus, incluíndo moitos xenes para a biosíntese de metabolitos secundarios como as sintetases de péptidos non ribosómicos. A produción de numerosos metabolitos secundarios, como a gliotoxina, está alterada nunha cepa mutante para LaeA (ΔlaeA). O mutante ΔlaeA mostrou un incremento da susceptibilidade á fagocitose de macrófagos e unha diminución da capacidade de matar neutrófilos ex vivo. As toxinas reguladas por LaeA, ademais da gliotoxina, probablemente teñen un papel na virulencia, xa que a perda da produción da gliotoxina por si soa non orixina o fenotipo hipovirulento ∆laeA.

 Tratamentos actuais para combater as infeccións por A. fumigatus 
Os tratamentos non invasivos actuais usados para combater as infeccións fúnxicas consisten na administración dun tipo de fármacos denominados azois. Os fármacos tipo azol como voriconazol, itraconazol e imidazol matan fungos ao inhibiren a produción de ergosterol, un composto esencial para as membranas celulares fúnxicas. Mecanisticamente, estes fármacos actúan inhibindo o encima citocromo p450 fúnxico coñecido como 14α-desmetilase. Porén, a resistencia de A. fumigatus aos azois está incrementándose, debido posiblemente ao uso de baixos niveis de azois na agricultura. O principal modo de resistencia é por mutacións no xene cyp51a. Porén, outros modos de resistencia supoñen case un 40% da resistencia dos illamentos clínicos. Ademias dos azois existen outras clases de fármacos anifúnxicos como os polienos e equinocandinas.Chen, S. C., Slavin, M. A., & Sorrell, T. C. (2011). Echinocandin antifungal drugs in fungal infections: a comparison. Drugs, 71(1), 11–41. https://doi.org/10.2165/11585270-000000000-00000Science direct - Polyenes overview

 Galería 

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Asperxilose broncopulmonar alérxica
 Asperxiloma
 Pneumonite por hipersensibilidade

 Ligazóns externas 
 Emergence of Azole Resistance in Aspergillus fumigatus and Spread of a Single Resistance Mechanism. en SciVee
 The Fungal Research Trust 
 Aspergillus información de DoctorFungus.org

Categoría:Aspergillus