Inmunología, Microbiología y Enfermedades Infecciosas Ciclo 2014 1

Teoría – Micología básica, principales grupos de hongos patógenos para el hombre y uso de antimicóticos

Semana 2

Dr. Pierre A. Chávez Vereau

Generalidades El estudio de los hongos comienza antes que el de las bacterias. En 1677, Hooke construye unas lentes y estudia las manchas amarillas de las hojas de una rosa, donde observa que estaban constituidas por organismos filamentosos, los cuales describe en detalle e ilustra con dibujos. En 1729, Micheli describe el género Aspergillus entre otros hongos. En la primera mitad del siglo XIX se realizan progresos en el estudio de los hongos y no es hasta entonces que aquellos organismos para el hombre comienzan a atraer la atención. En la actualidad existen aproximadamente de 50 000 a 100 000 especies “aceptadas” de hongos. De las mismas, alrededor de 200 son patógenas a los animales y al hombre bajo ciertas circunstancias; de estas, una pequeña porción puede causar enfermedad en el humano. Los hongos son microorganismos eucarióticos, aerobios, no fotosintéticos, inmóviles; tienen una pared celular que constituye el 90 % del peso seco del hongo, la cual está constituida de polisacáridos como: quitina, celulosa, glucanas y mananas, entre otros; esto constituye entre el 70 al 80 % y el 10 al 20 % lo forman proteínas y glicoproteínas las cuales son antigénicas. Esta pared le imparte al hongo rigidez, actúa como barrera osmótica, determina la forma del microorganismo, es importante en la taxonomía y propiedades antigénicas. Además, los hongos sintetizan lisina, por biosíntesis del ácido L-aminolipídico; tienen microtúbulos compuestos de la proteína tubulina, ergosterol en sus membranas celulares (sitio donde actúan algunos fungistáticos como los polienos e imidazoles bloqueando su formación), centríolo, mitocondria, ribosoma 80 S, núcleo rodeado de membrana, retículo endoplásmico y mitocondrias. Son heterotróficos y la mayoría obtiene sustancias orgánicas preformadas del medio ambiente. Los hongos vierten enzimas hidrolíticas en sus alrededores, las cuales degradan el sustrato en pequeñas subunidades y de esta forma es que ellos lo absorben. Los patógenos humanos poseen las enzimas necesarias

para obtener nutrientes directamente del hospedero. El material alimenticio de reserva es el glucógeno. Solamente algunos hongos poseen cápsula, por ejemplo, el Cryptococcus neoformans, compuesta de polisacárido, es antigénica y antifagocítica. Por lo general, los hongos patógenos no producen toxinas, provocan enfermedades crónicas con lesiones de tipo granulomatosas y son resistentes a los tratamientos. Las micosis superficiales y cutáneas pueden ser crónicas, pero rara vez afectan la salud general, mientras que las profundas sí la afectan y a veces son mortales. Los hongos son reconocidos en el laboratorio por su morfología macroscópica y microscópica, y de acuerdo con ello se dividen en dos grupos: 1. Hongos filamentosos: La hifa o filamento es el elemento primario de estos hongos; son

estructuras cilíndricas parecidas a tubos; pueden tener tabiques o septos en número variable o no tenerlos y ser aceptadas o cenocíticas; poseen poros pequeños. Según la forma que adopten pueden ser: vesiculosas, nodulares, pectinadas, en raqueta, en candelabro fávico y otras.

Al conjunto de hifas unidas y entrelazadas se les denomina micelio, el cual puede ser aéreo o reproductivo, es el que crece en la superficie del medio de cultivo y donde podemos encontrar las conidias o esporas; el micelio vegetativo o nutritivo es aquel que se introduce en el medio de cultivo para absorber los nutrientes.

En el micelio aéreo se desarrolla la colonia del hongo, que de acuerdo con el género o especie a que pertenezcan van a tener diferentes formas y colores. Así pueden ser: algodonosas, pulverulentas, cerebriformes, crateriformes, etc.; y los pigmentos pueden ser: rojo, carmelita, violeta, verde, amarillo y otros.

2. Hongos levaduriformes: Forman colonias suaves, cremosas, con pigmentos variados

según el género y la especie; pueden ser: blancas, crema, color café, negras; van a estar constituidas por células redondas, ovales o gemantes denominadas blastosporas o blastoconidias; en algunas levaduras estas células quedan unidas y se alargan formando una especie de filamento denominado pseudomicelio. La reproducción es asexual por gemación.

*Dimorfos: son aquellos que crecen tanto en la forma filamentosa como en la levaduriforme, dependiendo esto, entre otros factores, de la temperatura a que sean sometidos (25 o 37 ºC) y de los nutrientes. Los hongos se reproducen sexual y asexualmente. Desde el punto de vista médico la reproducción asexual es la más importante, pues la mayoría de los hongos patógenos para el hombre sólo se reproducen de esta forma. Las esporas asexuales se denominan conidias, estas pueden formarse sobre conidióforos especializados, a partir de una hifa o sobre los lados o extremos de estas. Dentro de una misma colonia pueden formarse más de una clase de conidias.

Tipos de conidias o esporas asexuales 1. Microconidias pequeñas unicelulares: pueden ser redondas o piriformes. 2. Macroconidias grandes fusiformes o en forma de clava, de tabaco o lápiz: por regla

general septadas o multiseptadas. 3. Blastosporas o blastoconidias: célula redonda u oval que se reproduce por gemación

con separación posterior del brote o yema de la célula progenitora. 4. Clamidosporas: las células en la hifa se agrandan y forman paredes gruesas, son

resistentes a condiciones ambientales desfavorables y germinan cuando estas condiciones mejoren.

5. Artrosporas: una hifa septada que se fragmenta en células individuales. Esporas asexuales Se producen por meiosis y de acuerdo con su origen pueden ser: 1. Zigosporas: Fusión de la punta de dos hifas cercanas y se desarrollan esporas grandes

de paredes gruesas. 2. Ascosporas: Dentro de una célula especializada llamada asca se forman de cuatro a

ocho esporas. 3. Basidiosporas: En la superficie de una célula especializada llamada basidio se forman

cuatro esporas. Existen diferentes clasificaciones de los hongos, está la de Whittaker en 1969, pero para facilitar su ubicación vamos a clasificarlas en dos clases, atendiendo al tipo de reproducción. Hongos perfectos (poseen reproducción sexual y asexual). Clase: Zygomycetes o Phycomycetes. Esporas asexuales, esporangiosporas; y sexuales,

zigosporas, micelio no tabicado. Ejemplo: Mucor, Rhizopus. Basidiomycetes. Esporas sexuales, basidiosporas; y asexuales, conidias. Ejemplo:

Setas.

Ascomycetes. Esporas sexuales, ascosporas; y asexuales, conidias. Ejemplo: Nannizzia, Arthroderma, Emmonsiella.

Hongos imperfectos (poseen solamente reproducción asexual hasta el momento). Clase: Deuteromycetes. Esporas asexuales o conidias. Ejemplo: Candida, Malassezia

furfur, Trichophyton, etcétera. La mayoría de los hongos patógenos para el hombre se encuentran en esta clase.

Metabolismo de los hongos Los hongos requieren carbono, nitrógeno y otros elementos. El carbono es usado para la síntesis de carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. La oxidación de los mismos proporciona la energía requerida por los hongos; además, secretan enzimas extracelulares como la amilasa, proteasa y lipasa que degradan macromoléculas. El nitrógeno es requerido para la síntesis de los constituyentes celulares como: aminoácidos, proteínas, purinas, pirimidinas, ácidos nucleicos, glucosamina y quitina. Casi todos los hongos son aerobios, pero algunas levaduras y hongos filamentosos como el Mucor son facultativos. Ninguno es anaerobio estricto; pueden tolerar variaciones de pH entre 2 y 10, mas su crecimiento óptimo es alrededor de 7; prefieren un ambiente húmedo, sin embargo, las conidias o esporas pueden sobrevivir en una atmósfera seca; la temperatura óptima para el crecimiento de la mayoría de los hongos es entre 25 y 37 ºC, aunque algunos pueden crecer a bajas temperaturas y otros a 45 ºC como, por ejemplo, Aspergillus fumigatus. Clasificación clínica de las micosis 1. Superficiales (afectan la epidermis): a) Pitiriasis versicolor. b) Tiña negra palmaris. c) Piedra blanca. d) Piedra negra. 2. Cutáneas (afectan la epidermis, dermis, pelos, uñas): a) Dermatofitosis. b) Candidiasis. 3. Micosis subcutáneas (afectan la epidermis, dermis, tejido celular subcutáneo; pueden invadir el tejido muscular y óseo. Comúnmente no se observan diseminaciones, ni linfáticas, ni hematógenas): a) Esporotricosis. b) Cromomicosis. c) Rinosporidiosis. d) Micetomas. e) Lobomicosis. 4. Micosis sistémicas o profundas (por lo general, la lesión inicial es a nivel del pulmón, diseminándose por vía hematógena a otros sistemas u órganos): a) Candidiasis (oportunista). b) Criptococosis (oportunista). c) Histoplasmosis. d) Coccidioidomicosis. e) Paracoccidioidomicosis. f) Blastomicosis. g) Aspergilosis (oportunista).

h) Mucormicosis (oportunista). Los hongos que producen micosis subcutáneas y profundas viven libres en la naturaleza y no producen enfermedades contagiosas. Transmisión de las micosis 1. Contacto directo. Ejemplo: dermatofitosis. 2. Penetración a través de heridas en la piel. Ejemplo: cromomicosis. 3. Penetración a través del tracto respiratorio. Ejemplo: histoplasmosis. 4. Penetración por cateterismo intravenoso. Ejemplo: candidiasis. 5. Autoinfección. Ejemplo: pitiriasis versicolor. ANTIMICÓTICOS Introducción A continuación se tratarán los mecanismos de acción desde el punto de vista microbiológico. Al conocer cómo funcionan los hongos y hacia qué estructuras van dirigidas los antimicóticos, es posible deducir las reacciones adversas que éstos generan. Sitio de acción de los antifúngicos Las levaduras son eucariontes; por lo tanto, se diferencian mucho de las bacterias en cuanto a su estructura, la que presenta varios sitios donde pueden actuar los antimicóticos (figura 1). En la mayoría de los casos, el fármaco antimicótico actúa en la membrana citoplasmática del hongo, específicamente en la síntesis de ergosterol; esto ocurre, por ejemplo, con la familia de los polienos, a la que pertenecen la anfotericina B y la nistatina, y con la familia de los azoles, que son los fármacos más utilizados en clínica. La familia de las alilaminas, entre las cuales destaca la terbinafina, también bloquea la síntesis de ergosterol. Hace unos años, se utilizaba mucho la griseofulvina, que actúa sobre la división nuclear e inhibe la mitosis, inhibiendo los microtúbulos, razón por la cual su toxicidad es importante en las células del torrente sanguíneo; por eso, su uso debía ser controlado estrictamente con hemograma. Por otra parte está la fluorocitosina, un análogo de nucleósido que es capaz de inhibir la síntesis de ADN y ARN. Durante años se estuvo buscando un fármaco selectivo para las células fúngicas, que no actuara sobre las células humanas, de modo de disminuir las reacciones adversas; hasta que se descubrieron las equinocandinas, que inhiben la síntesis de la pared celular del hongo, de la cual carecen las células mamíferas, siendo drogas mucho más selectivas.

El ergosterol es un componente lipídico de la membrana sobre el cual actúa la mayoría de los fármacos antimicóticos. Es el esterol que predomina en las células fúngicas y, entre sus funciones, da fluidez e integridad a la membrana, permite la función apropiada de muchas enzimas unidas a ella y, al favorecer la función de la quitina sintetasa, permite el crecimiento y la división celular. Las levaduras y los hongos filamentosos presentan, generalmente, gemaciones o células hijas, por lo que es preciso que la membrana sea bastante dinámica. La síntesis del ergosterol, cuyo precursor es el escualeno, está compuesta por una serie de etapas. Los antimicóticos como los azoles y la amorolfina, que se utiliza mucho en micosis de uña como tratamiento tópico, actúan en ciertas etapas de la síntesis del ergosterol; inhibiendo específicamente algunas enzimas, por ejemplo, las alilaminas bloquean la escualeno epoxidasa y los azoles bloquean la 14 alfa lanosterol desmetilasa. Estas enzimas son codificadas por una familia de genes que pueden mutar y generar una resistencia secundaria a los antimicóticos. La pared celular es otro sitio de acción importante. Es una estructura muy compleja, compuesta en 90% por polisacáridos y en 10% a 20% por lípidos y glicoproteínas. Del punto de vista morfológico, determina las distintas formas que tienen los hongos; además, les permite interactuar con el ambiente y protege a éste contra la lisis osmótica, es un sitio de unión para enzimas y tiene propiedades antigénicas, que son aprovechadas para realizar diagnósticos. A continuación se revisarán las principales características de los antimicóticos. Polienos Los polienos más importantes son la nistatina, que se usa en forma tópica, y la anfotericina B, que se administra por vía intravenosa. Son de estructura lipídica, lo que dificulta el suministro; incluso, cuando se realizan pruebas in vitro hay que disolverlos con solventes específicos; por eso también es difícil utilizarlas en el tratamiento de pacientes. Esta familia se une a los componentes de la membrana plasmática e interactúa con el ergosterol, pero sin inhibir su síntesis. Al unirse al ergosterol, se forma un poro de gran

tamaño por el que se pierden iones, azúcares y otros compuestos, hasta que la célula finalmente revienta. Por eso, y además porque la unión es irreversible, la anfotericina es un fármaco fungicida. En cuanto a la especificidad de los polienos, las bacterias no tienen ergosterol, sino otros componentes, por lo que son insensibles a estos compuestos, sin embargo, este fármaco, podría interactuar con la membrana de las células eucariontes, razón por la cual la anfotericina B es bastante tóxica. La estructura química de la anfotericina B es similar a la del colesterol, por eso tiene afinidad por la membrana, se adhiere a ella y ocasiona su rotura. Los distintos antifúngicos que componen la familia de los polienos tienen distinta afinidad por lípidos; por ejemplo, la anfotericina B tiene más afinidad por el ergosterol que por el colesterol. Cuanto más afinidad tenga un fármaco por el colesterol, tanto más tóxico es para el ser humano. La anfotericina B es bastante tóxica, genera reacciones febriles, gastrointestinales y azoemia, por nefrotoxicidad; por lo tanto, siempre que se suministre este fármaco se debe monitorizar los niveles de potasio, la función renal y las reacciones febriles, y utilizar antipiréticos cuando sea necesario; además, puede ocasionar anemia normocítica normocrómica. En cuanto a su espectro, la mayoría de los hongos oportunistas se inhiben con concentraciones relativamente bajas de anfotericina B. 5 fluorocitosina La 5 fluorocitosina (5FC) es una pirimidina fluorinada, cuya molécula tiene un átomo de flúor que actúa inhibiendo la síntesis de ADN y ARN en la célula fúngica. Es un fármaco bastante específico, que no actúa en la síntesis de nucleótidos de las células humanas. La 5 fluorocitosina puede entrar en la membrana fúngica gracias a la enzima citosina permeasa, que no está presente en la célula de mamíferos, por eso es específica. Al entrar en la célula, esta molécula sufre modificaciones y va hacia la síntesis de ARN, pero origina una fluorouridina aberrante, o sea, genera un ARN mutante, que va a afectar la síntesis proteica, función esencial en las células. Por otra parte, puede inhibir la enzima que permite el paso de uridina a timidina, o timidilato sintetasa, porque el ADN está constituido por timidina y no por uracilo, lo que también afecta la síntesis de ADN. Aunque este fármaco es muy tóxico para la célula micótica, el hongo se defiende mutando determinadas enzimas que participan en su acción, como la citosina permeasa, cuya mutación impide la entrada del antimicótico, de modo que éste no tendrá efecto; además puede alterar enzimas que forman parte de la vía de modificaciones que sufre el fármaco de la célula, como la urodina monofosfato pirofosforilasa. Este fármaco rápidamente genera resistencia secundaria; es decir, una vez que la célula fúngica ha estado en contacto con él comienzan a generarse todas estas mutaciones y se presenta la resistencia.

Azoles Estos fármacos cambiaron la historia de la medicina y se considera que los antifúngicos sistémicos derivados del imidazol y del triazol constituyen el avance más importante de los últimos años, en el tratamiento de las micosis sistémicas oportunistas. La aparición del fluconazol, después de la anfotericina, permitió lograr una disminución de la toxicidad de los tratamientos antimicóticos. Los imidazoles son bastante tóxicos, pero los triazoles sirven para tratar algunas micosis sistémicas que antes eran intratables, con muy buena tolerancia por parte de los pacientes. El grupo de los azoles está compuesto por dos familias: los imidazoles y los triazoles, que comparten mecanismos de acción y resistencia. Entre de los imidazoles están clotrimazol, miconazol y ketoconazol; este último era uno de los fármacos más utilizados en la onicomicosis, pero su toxicidad hepática es muy importante. Los triazoles se toleran mejor; entre de ellos destacan fluconazol e itraconazol, que son los triazoles de primera generación; recientemente se desarrollaron los de segunda generación, entre ellos voriconazol, ravuconazol y posaconazol, cuyo espectro de acción ha mejorado frente a otros hongos. El que se ha estudiado más ha sido el voriconazol, con muy buenos resultados en cuanto a muerte celular. En comparación con los más antiguos, estos fármacos son activos contra más especies de Candida albicans y, además, son activos contra Aspergillus, a diferencia de los azoles de primera generación, con excepción del itraconazol, que antes se utilizaba en la aspergilosis invasora. Voriconazol ha mejorado el pronóstico de las aspergilosis invasoras y su perfil de seguridad es muy similar al de los triazoles, con escasas reacciones adversas. La aparición de estos nuevos azoles se debe al trabajo científico que se ha realizado para disminuir al máximo la toxicidad de los fármacos y mejorar la potencia de drogas, con el mismo mecanismo de acción. Los azoles se pueden administrar por vía oral y parenteral, se distribuyen relativamente bien y se disuelven con facilidad. En cuanto a sus mecanismos de acción, inhiben la biosíntesis de ergosterol en el paso de desmetilación del lanosterol, en el carbono 14; por lo tanto, su blanco es la lanosterol-14-alfa-desmetilasa, que es una de las especies del citocromo p450, localizada en el retículo endoplasmático. La disminución del ergosterol más la acumulación de esteroles metilados causa una alteración de la membrana celular, la que se vuelve más permeable y vulnerable a daños. De ahí deriva la toxicidad de estos fármacos, porque algunos de los azoles son menos selectivos y suelen actuar sobre enzimas hepáticas y causar hepatitis fulminantes, porque el mecanismo descrito compromete funciones que dependen de la membrana, en la que puede haber otras enzimas. Así, se altera el transporte de nutrientes y la síntesis de quitina, lo que puede inhibir el crecimiento. Los azoles no siempre son fungicidas; depende de su tipo. Los imidazoles tienden a ser fungicidas en concentraciones altas, pero en general se acepta que son fungistáticos y que su efecto es limitado, aunque la situación ha cambiado con los nuevos fármacos, porque son más potentes sobre las células. El hecho de ser fungistático se relaciona directamente con la capacidad de desarrollar resistencia secundaria, porque siempre quedan poblaciones que no mueren con el fármaco y comienzan a generar mecanismos para defenderse de este fármaco.

La toxicidad presenta una diferencia importante entre los dos grupos de azoles, debido a su selectividad. En consecuencia, los imidazoles son más tóxicos. Los efectos adversos son náuseas, anomalías endocrinológicas (irregularidad menstrual, ginecomastia en hombres) y alteraciones de las pruebas hepáticas, que es uno de los efectos más frecuentes. El ketoconazol es el más tóxico. Cuando se administran estos fármacos se deben monitorizar las pruebas hepáticas y ajustar la dosis en pacientes que sufren daño hepático o que están usando otras drogas que podrían interferir. Actualmente se recomienda el uso de azoles menos tóxicos (triazoles). El espectro de actividad es amplio, tanto en los triazoles como en los imidazoles, los que actúan sobre levaduras, dermatofitos, Aspergillus y otros hongos filamentosos; el fluconazol es la excepción, pues carece de actividad sobre algunas levaduras (C. krusei) y sobre Aspergillus, Sporotrix, Rhizopus y otros hongos filamentosos. Por eso, siempre se debe identificar la especie de Candida albicans y cuando aparece una infección importante, invasora, en la cual sólo se ha determinado el género, no se puede iniciar el tratamiento con un azol, lo ideal es partir siempre con anfotericina B y después, según la especie, se puede cambiar a azol. En caso de carecer de test de susceptibilidad, la decisión se toma sobre la base de los datos locales o publicados, aunque en realidad la mayoría de las Candida albicans son susceptibles. Griseofulvina El mecanismo de acción de la griseofulvina consiste en inhibir la mitosis de los hongos con la producción de células multinucleadas. Esta droga interrumpe el huso mitótico e interactúa con los microtúbulos polimerizados. Es fungistática in vitro para varias especies de dermatofitos. No tiene efecto sobre bacterias ni sobre otros hongos, levaduras, Actinomyces ni Nocardia, pero en general, en una época, dio muy buenos resultados en el tratamiento de las dermatomicosis. Tiene el inconveniente de que se debe administrar por períodos muy prolongados, de seis meses a un año. Además, como es poco selectiva, hay que controlar su uso con hemograma. Por estos motivos, hoy está en desuso. Alilaminas: terbinafina La terbinafina actúa por inhibición de la enzima escualeno epoxidasa en la membrana celular micótica, por lo que también altera la síntesis de esteroles, conduce a déficit de esterol y acumulación de escualeno causando la muerte celular micótica. Por eso es tan eficaz en la onicomicosis; tres meses de tratamiento bastan para erradicar el hongo, lo que no sucedía antes con otros antimicóticos. Está demostrado que las onicomicosis generan efectos psicológicos importantes en los pacientes, quienes no se atreven a usar sandalias; es una enfermedad muy molesta. En bajas concentraciones, la terbinafina es fungicida contra dermatofitos, mohos y algunos hongos dimórficos; en las levaduras, según la especie, puede ser fungicida o fungistática. De hecho, se ha utilizado también en otras terapias. Además, la terbinafina es relativamente selectiva y no presenta tantos efectos adversos como las otros antimicóticos, porque la enzima que inhibe no está relacionada con el sistema citocromo p450. No influye en el metabolismo hormonal y, en general, no se ve afectada por otros fármacos de metabolismo hepático. Se puede administrar por vía oral o

tópica, pero de todas maneras es preciso ajustar la dosis en pacientes con patología hepática o renal. Se tolera bien y permite acortar el tratamiento de la onicomicosis. Equinocandinas En general, la mayoría de los fármacos antimicrobianos provienen del ambiente y son sintetizados por hongos y bacterias como los Streptomyces. Muchos hongos están en contacto con estos agentes constantemente y por eso algunos son intrínsecamente resistentes. En unestudio se encontró una equinocandina en el ambiente: la caspofungina, que cambió la historia de la aspergilosis invasora en cuanto a la mortalidad, ya que la disminuyó de 100% a 50%. Este fármaco actúa en la pared celular del hongo, inhibe la síntesis de glucanos, componentes que no están en la célula eucarionte humana, por lo que es relativamente selectivo. Las principales indicaciones de administración son las candidiasis y las aspergilosis invasoras; no se describen muchas reacciones adversas. También están en el mercado la micafungina y la anidulafungina. Nuevos antifúngicos En la actualidad hay nuevos fármacos que actúan sobre los factores de elongación en la síntesis del ARN e inhiben la síntesis proteica, como la sordarina; otros inhiben la síntesis de quitina, como la nikkomicina y algunos péptidos antimicrobianos. A medida que se avanza en el conocimiento de la estructura del hongo se puede apuntar a nuevos blancos en forma selectiva. Referencias bibliográficas: Lectura Obligatoria 1. Murray Patrick R., Rosenthal Ken S. and Pfaller, Michael A., Medical Microbiology, 6th

edition, ED Mosby Elsevier, Canada, 2009. Cap. 68-74. Lectura Opcional 1. Mandell Gerald L, Bennett John E. and Dolin Raphael, Principles and Practice of

Infectious Diseases, 7th Edition, ED Mosby Elsevier, USA, 2010.

2. Goering Richard V., et al editors, Mims´ Medical Microbiology, 4th edition, ED Churchill Livingstone Elsevier, China, 2010.