Taxonomia e Fisiologia dos fungos

Alessandra P. Sant’Anna Salimena

Maio/2018

Instituto de Ciências Biológicas Departamento de Parasitologia, Microbiologia e Imunologia

Árvore Filogenética da Vida

Filos

Esta árvore filogenética geral, baseada em sequências do gene de rRNA 18S, retrata as relações entre os principais grupos (filos) de fungos. Eles podem ser utilizados na determinação de relações relativamente próximas entre eucariotos, mas não as distantes. Esta figura apoia o conceito de que os quitridiomicetos sejam filogeneticamente basais a todos os demais grupos fúngicos e que os grupos mais derivados de fungos sejam os basidiomicetos e os ascomicetos.

Célula fúngica A maioria dos fungos é multicelular, formando uma rede de filamentos denominados hifas

As hifas são as paredes celulares tubulares que envolvem a membrana citoplasmática

As hifas fúngicas frequentemente septadas

A célula vegetativa de uma hifa contém mais de um

núcleo (cenocítica)

A maioria deles têm quitina, em suas

paredes celulares

Polissacarídeos, como mananas, galactosanas e

quitosanas

As paredes celulares de fungos são geralmente compostas por 80-90% de polissacarídeos com

proteínas, lipídeos, polifosfatos e íons

inorgânicos formando a matriz de cimentação

da parede

O entendimento da química da parede celular fúngica é importante, devido ao extenso emprego biotecnológico dos fungos. Além

disso, a química da parede celular fúngica foi utilizada na classificação deles com finalidades de pesquisa e industriais

Taxonomia dos fungos Dificuldade na identificação / classificação de fungos: taxonomia baseadas

em aspectos morfológicos

Dificuldades: definir espécie ou gênero

Fases sexuadas (telomórficas) e assexuadas (anamórficas) de um mesmo organismo são classificadas com espécies distintas

Técnicas moleculares Relações filogenéticas entre as diferentes espécies de fungos Desenvolvimento de métodos de diagnóstico e epidemiologia

Deuteromycota

Fungos mitospóricos ou anamórficos Reprodução assexuada por conídios

Fase sexuada é desconhecida, perdida ou ausente;

Classificados corretamente por análises moleculares

Principais espécies patogênicas

Atualmente inexistente Reagrupados em Ascomycota ou Basidiomycota

Compreende apenas uma classe O grupo é considerado o mais primitivo dentro dos fungos Microscópicos e de morfologia simples 100 gêneros, 1000 espécies (1-2% das espécies de fungos) Hábitat: maioria aquáticas, presente em águas doces e trato digestivo de mamíferos herbívoros

Chytridiomycota

Patógeno de anfíbios. Ex.: Batrachochytrium dendrobatidis. Causa a quitridiomicose em sapos, uma condição em que o organismo infecta a epiderme do sapo, interferindo em sua capacidade de respirar pela pele.

Chytridiomycota

Os fungos quitrídios foram implicados na mortandade intensa de anfíbios ao redor do mundo, possivelmente em resposta ao aumento da temperatura ambiental associado ao aquecimento global. Acredita-se que as temperaturas mais elevadas melhoraram as condições de crescimento para os quitrídios e, consequentemente, as associações entre sapos e quitrídios ocorrem com maior probabilidade. Outros fatores também podem contribuir para a mortalidade dos sapos, incluindo maior suscetibilidade dos anfíbios à infecção por quitrídios decorrente da perda do hábitat e poluição aquática.

Esporo flagelado (móvel) Zoósporo com um flagelo Posterior do tipo chicote

Chytridiomycota

Micélio contínuo (cenocítico) ausente ou pouco desenvolvido Estrutura de reprodução assexuada: zoosporângio

possível remanescente de sua adaptação a

ambientes aquáticos,

principalmente água doce e solos úmidos,

onde são comumente encontrados

Inclui fungos de micélio cenocítico Sexuada pela formação de zigósporos Assexuada produção de esporangiósporos, no interior dos esporângios Ex.: Rhizopus stolonifer (mofo preto do pão - deterioração de alimentos)

Zigomycota

Zigomycota

Zigomycota Na fase assexuada, os micélios formam esporângios, no interior dos quais os esporos haploides são produzidos. Quando liberados, esporos geneticamente idênticos são dispersos e germinam, originando micélios de crescimento vegetativo

Na fase sexual, há micélios com tipos de acasalamento de compatibilidades diferentes. Quando hifas de diferentes tipos de acasalamento encontram-se bastante próximas, elas

formam extensões de hifas que contêm vários núcleos.

A fusão de dois gametângios combina os núcleos haploides e inicia a formação de um zigosporângio heterocariótico (núcleos diferentes), que pode permanecer dormente, assim como resistir à dessecação e a outras condições favoráveis. Quando as condições são favoráveis, os núcleos haploides distintos fundem-se, tornando-se diploides, e a meiose, então, leva à produção de esporos haploides, à medida que o zoosporângio germina em um esporângio. Assim como na fase assexual, a liberação dos esporos, nesse caso geneticamente diferentes, a partir do esporângio, dispersa o organismo, permitindo o crescimento vegetativo de hifas.

Caracterizam-se por formar associação com raízes da maioria das famílias de plantas (endomicorrizas – micorrizas arbusculares)

A maioria dos representantes desse filo formam associação simbiótica

obrigatória com vegetais, auxiliando os mesmos na absorção de nutrientes

Glomeromycota

Reproduzem assexuadamente formando glomerósporos

Glomeromycota

Estrutura reprodutiva assexuada formada por Fungos Micorrízicos

Arbusculares (FMA)

Acredita-se que os glomeromicetos, na forma de simbiontes de plantas, desempenharam importante papel na capacidade de plantas vasculares primitivas colonizarem o solo. Até o momento, nenhum foi cultivado independentemente de uma planta. Esses organismos têm apenas reprodução assexuada e a maioria apresenta morfologia cenocítica.

Cogumelos, Orelhas de pau, ferrugens, leveduras e outros Compreende fungos de hifas septadas (apocítica) Caracterizam pela produção de esporos sexuados, os basidiósporos típicos de cada espécie Conídios ou propágulos assexuados podem ser encontrados

Basidiomycota

Basidiomycota

Basidiomycota Durante a maior parte de sua existência, um cogumelo desenvolve-se como um simples micélio haplóide, crescendo vegetativamente no solo, em restos de folhas ou em troncos em decomposição. A fase reprodutiva sexual dos basidiomicetos origina o conhecido cogumelo. Nesse processo, os micélios de tipos de acasalamentos haploides positivo e negativo fundem-se e o crescimento mais rápido do micélio dicariótico (dois núcleos por célula) formado por essa fusão sobrepõe-se aos micélios parentais haploides.

Basidiomycota Em seguida, quando as condições ambientais são favoráveis, geralmente após períodos de clima úmido e frio, o micélio dicariótico desenvolve-se em um basidiocarpo, ou corpo de frutificação, iniciando como uma massa de micélios que se diferencia originando o basidiocarpo totalmente desenvolvido que observamos acima do solo, o cogumelo. Os basídios dicarióticos, que são formados na face interior do basidiocarpo, em regiões achatadas denominadas lamelas, que se encontram ligadas ao píleo do cogumelo, realizam então uma fusão dos dois núcleos, formando basídios com núcleos diploides. Os dois ciclos de divisão meiótica originam quatro núcleos haploides nos basídios e cada núcleo torna-se um basidiósporo. Os basidiósporos geneticamente distintos podem, então, ser dispersos pelo vento a novos habitats, iniciando-se novamente o ciclo, germinando em condições favoráveis e desenvolvendo-se como micélios haploides.

Basídia com basidiósporos

Basidiomycota

Basidiomycota

Subfilo Agaricomycotina Classe Agaricomycetes

Basidiomycota

Agrupa fungos de hifas septadas Fungos unicelulares – leveduras Conídios ou propágulos assexuados são também encontrados

O papel ecológico dos ascomicetos consiste principalmente na decomposição de matéria vegetal morta, porém várias espécies de ascomicetos foram ectomicorrizas com árvores florestais, assim como um grande número

participa de simbioses em líquens, juntamente com cianobactérias ou algas verdes

Ascomycota

Tipos de acasalamento distintos, unem-se e fundem-se, formando um núcleo diploide, o qual sofre meiose, originando ascósporos haploides. Em alguns ascomicetos, os ascos são formados no interior de um corpo de frutificação, denominado ascocarpo. Os ascomicetos reproduzem-se assexuadamente pela produção de conídios que se formam por mitose nas extremidades de hifas especializadas, denominadas conidióforo.

Ascomycota

Fisiologia Nutrição Enzimas degradativas (lipases, invertases, lactases, proteínases, amilases)

Utilizam uma variedade de substratos como fonte de carbono. Alguns degradam: lignina, celulose e hemicelulose

São encontrados em todos os ambientes no planeta

Heterotróficos

Fisiologia Nutrição

Fisiologia Nutrição

Fungos

Parasitas

Simbiontes Saprófitas

Fisiologia Nutrição

Nutrição absortiva Enzimas hidrolíticas segregadas para o ambiente para a digestão de grandes moléculas orgânicas em moléculas menores que podem então ser absorvidas como nutrientes

Fisiologia Nutrição

Requerimento nutricional Macroelementos carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre Microelementos minerais (K, Mg, Na, Ca, Cu, Zn, Fe, I) Fatores de crescimento vitaminas

Material celular de reserva

Glicogênio

Meio básico Sabouraud C – Glicose N - peptona

Fisiologia

pH

Fungos filamentosos

Leveduras

Fisiologia

Umidade Ótima (entre 75 e 95%) mas também suportam uma ampla variação

Os fungos filamentosos resistem mais a desidratação

Luminosidade: biossíntese de pigmentos e esporulação

Fisiologia

Temperatura T°C: psicrófilos, mesófilos e termófilos

Filamentosos e Leveduras Leveduras Patogênicas

Fisiologia Temperatura

Fungos Dimórficos

Paracoccidioides brasiliensis

23°C

Forma filamentosa (bolor - infectante)

37°C

Levedura (parasitária)

Fisiologia Temperatura

Fungos Dimórficos

Histoplasma capsulatum, um fungo dimórfico que causa a histoplasmose

Fisiologia

Salinidade Algumas espécies são halofílicas

Tempo de crescimento Mais lento que o das bactérias,varia de 7 a 15 dias em média Leveduras: crescimento mais rápido

Fisiologia Fisiologia

Obtenção de energia – presença de oxigênio

Fungos filamentosos Leveduras

Fungos filamentosos ruminais

Fisiologia Fisiologia

Catabolismo de carboidrato

Fisiologia

Respiração aeróbica

Fisiologia

Fermentação

Drogas antifúngicas

Alessandra P. Sant’Anna Salimena

Maio/2018

Instituto de Ciências Biológicas Departamento de Parasitologia, Microbiologia e Imunologia

Antifúngicos

Em razão dessas características peculiares, os fungos são naturalmente resistentes aos antimicrobianos utilizados no combate

às infecções causadas por bactérias e vice versa

Parede celular espessa constituída por quitina e polissacarídeo Membrana celular cujo principal componente é o ergosterol

A incidência das infecções fúngicas apresenta-se mais elevada em indivíduos com o sistema imunológico comprometido (pacientes desnutridos,

transplantados e imunossuprimidos) Portanto, a duração do tratamento depende de cada caso e não deve ser

interrompida antes da completa recuperação do paciente, para que não haja recorrência

Antifúngicos

Antifúngicos

Classificação dos antifúngicos

Sintéticos ou semi-sintéticos Quimioterápicos: sintetizados

em laboratório Ex.: flucitosina, nicomicinas, derivados morfolínicos etc

Naturais Antibióticos: produzidos por

mos que inibem ou matam outros mos

Ex.: polienos, griseofulvina

Classificação dos antifúngicos

Mecanismo de Ação

Poliênicos Anfotericina B: que foi o primeiro antifúngico eficaz no tratamento das micoses profundas Nistatina: bastante ativa contra leveduras (Candida albicans). A ação primária dos antibióticos poliênicos consiste na alteração da permeabilidade celular da membrana fúngica

Poliênicos Anfotericina B: isolada de um actinomiceto Streptomyces nodosus Difícil administração e efeitos colaterais (nefrotoxicidade) 1990: formulações lipídicas (alto custo) Tratamento de micoses profundas (C. albicans, H. capsulatum, B. dermatitidis, Aspergillus spp etc) Uso sistêmico: em associação com Fluocitosina (diminuição qtde), consequentemente , há uma diminuição a incidência dos efeitos colaterais relacionados com essa droga.

Poliênicos Anfotericina B

Vale ressaltar que apesar da anfotericina B possuir uma maior afinidade pelo ergosterol do que pelo colesterol, e sendo este último de grande

importância para o homem, ela apresenta uma relativa, mas não absoluta, especificidade pela célula fúngica

Ligam-se ao ergosterol da membrana celular fúngica Produzindo poros ou canais, resultando no aumento da

permeabilidade da membrana, permitindo grande perda de eletrólitos do meio intracelular,

particularmente potássio

Ligação ao Ergosterol – Formação de Poros

Poliênicos Anfotericina B

Aspectos farmacocinéticos Via intra venosa: infecções fúngicas sistêmicas Intra articular: tratamento com esporotricose A anfotericina B distribui-se amplamente por todo o organismo, inclusive na placenta. Contudo possui baixo poder de penetração em determinados fluidos corporais, tal fato justifica o seu uso através de injeção local nessas situações. Em torno de 90-95% da anfotericina B apresenta-se ligada às proteínas plasmáticas. A maior parte dessa droga é excretada através da urina.

Poliênicos Anfotericina B

Efeitos colaterais Pode potencializar a nefrotoxicidade de drogas do tipo antibióticos aminoglicosídeos e ciclosporina que, por sua vez, são nefrotóxicos em potencial. O uso concomitante com glicocorticóides pode aumentar os distúrbios eletrolíticos provocados por esses agentes. Geralmente após a injeção intravenosa surgem febre e calafrios. Espectro de ação A anfotericina B, dependendo do fungo envolvido, bem como da concentração utilizada, pode apresentar uma atividade fungicida, quando utilizada em doses elevadas, ou fungistática, quando em baixas concentrações. Candida albicans, Histoplasma capsulatum, Cryptococcus neoformans, algumas espécies de Aspergillus sp.

Poliênicos Anfotericina B

Poliênicos

Nistatina: isolada de Streptomyces noursei Atividade contra Candida spp. (via tópica e oral) De uso tópico: encontra-se disponível principalmente na forma de pomadas e cremes vaginais Efeitos adversos: raros (dermatite e distúrbios gastrointestinais)

Mecanismo de ação Baseia-se na interação dessa droga com o ergosterol, com a consequente formação de poros e aumento da permeabilidade da membrana fúngica.

Poliênicos Nistatina

Efeitos colaterais São raros, visto que não é absorvida quando administrada pelas vias convencionais. Contudo, podem ocorrer episódios de dermatite atópica ou diarreia, relacionados com o uso desse fármaco pelas vias tópica e oral, respectivamente. Espectro de ação A nistatina tem sido usada por via oral, para tratar candidíase na mucosa da cavidade oral e digestiva, através do seu contato direto com o agente agressor. No entanto, ela é administrada mais comumente pela via tópica, sobre a pele e mucosas, especialmente a vaginal, na forma de óvulo, creme vaginal, loções e pomadas.

Poliênicos Nistatina

Derivados Azólicos

Fazem parte de um grupo de agentes sintéticos, com estrutura química semelhante, que possuem um amplo espectro de atividade antifúngica. Estes fármacos atuam inibindo a biossíntese dos lipídios, particularmente o ergosterol. Cetoconazol Esse agente é muito utilizado no tratamento de micoses sistêmicas e inibe a síntese de esteróides gonadais e adrenais.

Derivados Azólicos Cetoconazol

Mecanismo de ação Esse fármaco interage com a C-14 α-demetilase, que é uma enzima do citocromo P-450, bloqueando a demetilação do lanosterol em ergosterol que, por sua vez, é o principal esteróide da membrana fúngica. Essa inibição prejudica a função da membrana, aumentando a sua permeabilidade. Age sinergicamente com a fluocitosina, cuja atividade ocorre intracelularmente, no tratamento de determinadas infecções fúngicas (candidíase).

Derivados Azólicos Cetoconazol

Aspectos farmacocinéticos Após a sua administração por via oral, é rapidamente convertido para a forma de hidrocloreto, no conteúdo ácido do estômago, sendo em seguida absorvido. Apresenta-se amplamente ligado às proteínas plasmáticas. Contudo, a sua distribuição pelo organismo é bastante limitada, não atingido, por exemplo, níveis terapêuticos no líquido cérebro espinhal. O metabolismo dessa droga ocorre no fígado. A excreção dos metabólitos do cetoconazol ocorre principalmente através da bile, com a consequente eliminação através das fezes. Efeitos colaterais Náuseas e vômitos Espectro de ação O cetoconazol pode desempenhar uma atividade fungicida ou fungistática, dependendo da concentração utilizada. Os mecanismos de resistência ao cetoconazol são pouco conhecidos.

Derivados Azólicos

Fluconazol Diferentemente do cetoconazol, não apresenta nenhuma atividade sobre o sistema endócrino e ainda possui uma excelente penetrabilidade no líquor. Mecanismo de ação Inibe a síntese do ergosterol presente na membrana fúngica.

Derivados Azólicos Fluconazol

Aspectos farmacocinéticos Apresenta baixa ligação com as proteínas plasmáticas, podendo ser administrado pelas vias oral ou intravenosa. O metabolismo do fluconazol é imcompleto, sendo a sua excreção realizada por via renal. Efeitos colaterais Baixa. Alguns podem apresentar náuseas e vômitos. Espectro de ação Criptococose, candidemia, blastomicose e histoplasmose. Receptores de transplante de medula óssea.

Derivados Azólicos

Itraconazol É um azólico sintético, desprovido de efeitos endócrinos. Mecanismo de ação Inibe a síntese do ergosterol presente na membrana fúngica. Aspectos farmacocinéticos É bem absorvido por via oral, sendo essa absorção aumentada com a ingestão de alimentos. Efeitos colaterais Alguns podem apresentar náuseas, vômitos, hipertensão e cefaléia. Espectro de ação Criptococose, candidemia, blastomicose e histoplasmose.

Derivados Azólicos

Miconazol É um azólico sintético. Mecanismo de ação Inibe a C-14 α-demetilase, resultando no bloqueio da demetilação do lanosterol em ergosterol, com o consequente aumento da permeabilidade da membrana fúngica. Aspectos farmacocinéticos É bem absorvido pelas vias oral, intravenosa e tópica. Sua absorção por via oral ocorre de forma bastante reduzida, e quando é utilizada por via intravenosa provoca uma série de efeitos colaterais. Efeitos colaterais Oral: vômitos e diarreia Inravenosa: flebites, anemia Tópica: prurido e irritação Espectro de ação Dermatófitos e Candida.

Dano à membrana plasmática de levedura causado por Miconazol

Derivados Azólicos

Clotrimazol É um azólico sintético. Mecanismo de ação Inibição da biossíntese do ergosterol. Aspectos farmacocinéticos Via tópica: baixa, mesmo assim é potentemente metabolizado no fígado e excretado na bile. Via oral: é rapidamente inativado por enzimas hepáticas, reduzindo portanto, consideravelmente a sua biodisponibilidade. Efeitos colaterais Prurido e urticária, em pequeno número de pacientes. Espectro de ação Dermatófitos e Candida albicans e Malassesia sp.

Derivados Azólicos

Econazol É um azólico sintético. Mecanismo de ação A ação antifúngica dessa droga decorre de sua atividade sobre a síntese do ergosterol. Aspectos farmacocinéticos Não deve ser administrado por via oral ou parenteral, provocando sérios efeitos colaterais. Deve ser administrado apenas topicamente. Efeitos colaterais Prurido e eritema. Espectro de ação Micoses superficiais, visto que atinge concentrações terapêuticas apenas no estrato córneo e na derme.

Alilaminas São bastante eficazes no tratamento tópico das dermatofitoses, assim como da candidíase cutânea. Atuam inibindo a biossíntese do ergosterol. Terbinafina É sintética, utilizada por via tópica ou oral. Mecanismo de ação Inibe a enzima esqualeno-epoxidase e, por conseguinte, bloqueia a biossíntese do ergosterol. É importante salientar que elas atuam independentemente do citocromo P-450. Aspectos farmacocinéticos Via oral: 70% e Via tópica: pequena fração Seu metabolismo ocorre no fígado, sendo os metabólitos inativos excretados através da urina. Efeitos colaterais Via oral: anorexia, náuseas, vômitos, diarreia Tópica: urticária e exantema Espectro de ação Dermatófitos e candidíase cutâneo-mucosa

Alilaminas

Naftifina Eficaz no tratamento das micoses superficiais. Mecanismo de ação Age bloqueando a síntese do ergosterol. Aspectos farmacocinéticos Foi desenvolvida especialmente para uso tópico, forma de creme a 1%. Efeitos colaterais É muito baixa, alguns casos de dermatite de contato. Espectro de ação Dermatofitoses, especialmente no combate a Tinea corporis e Tinea cruris.

Fluocitosina É uma pirimidina fluorada sintética, geralmente utilizada em combinação com a anfotericina B, no tratamento de micoses sistêmicas e meningites causadas por Cryptococcus neoformans e Candida sp.

Mecanismo de ação A 5-FC penetra na célula fúngica por intermédio de uma citosina permease específica, denominada citosina deaminase, que é uma enzima não encontrada em células de mamíferos. Em seguida, é convertida em 5-fluorouracil, que é um falso nucleotídeo. Este composto, por sua vez inibe a enzima timidilato sintetase, resultando, assim em uma deficiência de ácido timidílico, que é um componente essencial do DNA.

Fluocitosina Aspectos farmacocinéticos Via oral: bem absorvida e distribui-se amplamente por todo o organismo, inclusive atingindo concentrações elevadas no líquor. A excreção ocorre por via renal, por filtração glomerular. Efeitos colaterais Náuseas, vômitos, diarreia e menos comumente enterocolite Espectro de ação Tem sido utilizado sozinha, no tratamento da cromomicose, ou associada à anfotericina B, no combate à meningite criptocócica.

Griseofulvina Pesquisadores da Escola de Higiene e Medicina Tropical da Universidade Londres, a partir do Penicillium griseofulvum. Mecanismo de ação Ocorre através da sua penetração na célula fúngica, por um processo energia dependente. Interagindo com os microtúbulos desfazendo o fuso mitótico, provocando, assim, uma inibição no processo de mitose e por conseguinte na multiplicação do microrganismo.

Mecanismo de ação Interage com os microtúbulos impedindo formação do fuso mitótico (inibição

da multiplicação do fungo)

Griseofulvina Aspectos farmacocinéticos Via oral, sendo essa absorção facilitada pela ingestão concomitante de alimentos ricos em gordura. Ela se distribui largamente através dos tecidos queratinizados, tais como pele, pêlos e unhas. Portanto, por esse motivo a griseofulvina é a droga de escolha no tratamento das dermatofitoses. Efeitos colaterais Cefaléia e náusea. Espectro de ação Trichophyton, Microsporum e Epidermophyton, infecções dermatofíticas, não sendo utilizada nas micoses superficiais.

Resistência aos antifúngicos Estudos com C. albicans e outras espécies.

Pouco conhecido para Aspergillus spp. e C. neoformans

Não há evidências de que os fungos são capazes de destruir ou modificar os agentes antifúngicos

Genes de resistência antifúngica não são transferidos entre as células

Formação de biofilmes

Mecanismo de resistência aos antifúngicos

Mecanismo de resistência aos antifúngicos

Resistência aos Azóis – Alteração do alvo

Fuconazol: C. albicans e C. krusei Itraconazol: A. fumigatus

Mecanismo de resistência aos antifúngicos

Resistência aos Azóis – Bomba de efluxo

Fuconazol: C. albicans, C. glabrata e C. krusei Itraconazol: A. fumigatus

Mecanismo de resistência aos antifúngicos

Resistência aos derivados poliênicos

Alteração ou diminuição no conteúdo de ergosterol: C. albicans,

C. glabrata, C. krusei e C. lusitaniae

Testes de Susceptibilidade

Fornecem uma estimativa confiável da atividade relativa de dois ou mais fármacos contra o organismo testado

Correlação com a atividade antifúngica in vivo

Monitoramento de resistência entre uma população normalmente susceptível

Avaliação de novas drogas antifúngicas

Métodos qualitativos e quantitativos (CIM)

Para fins de padronização, o método aceito internacionalmente e preconizado pelo CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute), antigo NCCLS (National Committee for Clincal Laboratory Standards) é a diluição em meio líquido, tanto em tubos quanto em microplacas

Testes de Susceptibilidade

Obrigada

alessandrasalimena@yahoo.com.br