CAPÍTULO 42: Hongos. Conceptos básicos

Los hongos son eucariotas con mayor nivel de complejidad biológica que las bacterias, son portadores de esporas y se reproducen tanto sexual como asexualmente. Algunos son unicelulares o se diferencian y se tornan multicelulares por el desarrollo de filamentos largos y ramificados. Carecen de la clorofila de las plantas, por lo que necesitan adquirir nutrientes del entorno externo. Las enfermedades causadas por los hongos se denominan micosis. Estas infecciones varían mucho en sus manifestaciones, pero tienden a presentarse con características subagudas o crónicas, que a menudo generan recidivas. La enfermedad aguda, como la producida por muchos virus y bacterias, es poco común con las infecciones por hongos.

ESTRUCTURA

La célula fúngica tiene muchas características eucariotas típicas, incluido un núcleo con nucleolo, membrana nuclear y cromosomas lineales (figura 42–1). El citoplasma contiene un citoesqueleto con microfilamentos de actina y microtúbulos que contienen tubulina. También se encuentran presentes ribosomas y organelos, como las mitocondrias, el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi. Las células fúngicas tienen una pared celular rígida externa a la membrana citoplasmática, que difiere en su composición química de las paredes celulares de bacterias y plantas. Además de la pared celular, otra diferencia importante con las células de mamíferos es la composición de esteroles de la membrana citoplasmática. En las células de mamíferos, el esterol dominante de la membrana es el colesterol; en hongos, es el ergosterol. Los hongos suelen ser haploides en su contenido de DNA, aunque los núcleos diploides se forman a través de la fusión nuclear en el proceso de reproducción sexual. Curiosamente, la generación de núcleos poliploides/aneuploides es una estrategia utilizada por algunos hongos para generar diversidad genética como respuesta al estrés celular, como el tratamiento antifúngico.

La estructura química de la pared celular de los hongos es marcadamente diferente de la de las células bacterianas en que no contiene peptidoglicano, glicerol, ácidos teicoicos o lipopolisacáridos. En su lugar se encuentran polisacáridos complejos como mananos, glucanos y quitinas en estrecha relación entre sí y con proteínas estructurales (figura 42–2). Las manoproteínas están compuestas de polímeros a base de manosa (manano) que se encuentran en la superficie celular y en la matriz estructural de la pared celular, donde están vinculados a diversas proteínas. Las manoproteínas son muy importantes ya que los anticuerpos se desarrollan fácilmente contra estas moléculas en la superficie celular. Las posibles variaciones en la composición y los enlaces de las cadenas laterales del manano permiten que los hongos generen una superficie celular compleja y adaptable para evitar la fácil detección inmunitaria por parte de un hospedero infectado. La identificación de diferentes anticuerpos dirigidos contra las manoproteínas específicas también permite a los laboratorios distinguir “serológicamente” entre cepas individuales dentro de una especie fúngica. Los alfa y beta glucanos son polímeros de glucosa que se encuentran abundantemente en toda la pared celular. Adicionalmente, la quitina, compuesta de largas cadenas de N-acetilglucosamina, proporciona soporte estructural rígido a la célula fúngica de manera análoga a la quitina en las conchas de cangrejo o la celulosa en las plantas. Además de sus funciones estructurales, estos carbohidratos de la pared celular cumplen funciones celulares complejas, a menudo activando e inhibiendo simultáneamente varios brazos de la respuesta inmunológica del hospedero.

METABOLISMO

Una diferencia importante entre los hongos y las plantas es que los hongos carecen de cloroplastos y de mecanismos de producción de energía fotosintética; por tanto, deben adquirir nutrientes de fuentes exógenas. La diversidad metabólica entre los hongos es grande, pero la mayoría puede crecer con fuentes muy simples de carbono y nitrógeno. En la Naturaleza, los nutrientes para los hongos de vida libre se derivan de la materia orgánica en descomposición. La mayoría de los hongos es aerobia estricta, aunque algunos crecen en condiciones anaeróbicas.

REPRODUCCIÓN

Los hongos pueden reproducirse por procesos sexuales o asexuales. La forma asexual se denomina anamorfa y su elemento reproductor se llama conidia. La forma sexual se denomina teleomorfa y las estructuras de reproducción se denominan esporas (p. ej., ascosporas, zigosporas, basidiosporas). La reproducción asexual incluye la división mitótica del núcleo haploide con la producción asociada de conidias con forma de esporas por gemación o la separación de elementos de las hifas. En la reproducción sexual, los núcleos haploides de las células donadoras y receptoras se fusionan para formar un núcleo diploide, el cual se divide por meiosis clásica. Algunos de los cuatro núcleos haploides resultantes son recombinantes genéticos y pueden sufrir división adicional por mitosis.

El tamaño de los hongos varía en forma notable. Una sola célula sin tabiques transversos puede variar desde el tamaño de una bacteria (2 a 4 µm) hasta una estructura visible a simple vista. La morfología de crecimiento varía desde las colonias que en forma superficial tienen un aspecto similar al de las bacterias hasta algunas de naturaleza más compleja, multicelulares, muy coloridas y de gran belleza. Los hongos son un ejemplo y son considerados como una organización compleja de células que muestran diferenciación estructural.

La micología es la ciencia dedicada al estudio de los hongos y cuenta con varios términos para describir los componentes morfológicos que constituyen estas estructuras. Es factible limitar el número de términos y conceptos que es necesario dominar al considerar sólo a los hongos de importancia médica y aceptar cierto grado de simplificación.

LEVADURAS Y MOHOS

Los hongos que causan infecciones humanas se dividen en términos generales según sus formas morfológicas. Las levaduras son hongos que crecen principalmente en forma de células redondas. Los mohos son hongos que crecen principalmente como estructuras filamentosas en forma de tubo llamadas hifas (figura 42–3A y B). Aunque es útil considerar esta distinción básica basada en la forma de la célula, es importante recordar que algunos hongos pueden hacer la transición entre morfologías similares a las levaduras y a hifas. A menudo, esta plasticidad de la forma está directamente relacionada con la patogénesis, ya que diferentes formas pueden ser más adecuadas para microambientes distintos. Las levaduras tienden a tener las formas celulares más simples, reproduciéndose mediante un proceso de gemación asexual, constricción y separación celular similar a muchas bacterias. La célula hija recién formada se llama blastoconidio.

Los hongos también crecen con el desarrollo de hifas, que son extensiones de la célula en forma de tubo con paredes gruesas y paralelas. A medida que las hifas se extienden, forman una masa entrelazada llamada micelio. La mayoría de los mohos forman tabiques de hifas, paredes transversales perpendiculares a las paredes celulares que dividen la hifa en células subunitarias (figura 42–4). La estructura de estos tabiques varía entre especies y puede contener poros y paredes incompletas que permiten el movimiento de nutrientes, organelos y núcleos entre las células adyacentes. Algunas especies, incluidos algunos patógenos humanos, forman tabiques muy distantes entre sí. Debido a su apariencia microscópica se sugiere una sola y continua hifa, estas especies en particular a menudo se denominan mohos “aseptados”. Tanto en las hifas septadas como en las aseptadas, a menudo hay múltiples núcleos presentes en cada célula.

Una porción del micelio (micelio vegetativo) generalmente crece en el medio o sustrato orgánico (p. ej., tierra) y funciona como las raíces de las plantas como recolector de nutrientes y humedad. El crecimiento de la superficie más visible puede asumir un carácter esponjoso a medida que el micelio se vuelve aéreo. Las paredes de las hifas son rígidas para soportar esta extensa red entrelazada. Las hifas aéreas llevan las estructuras reproductivas de esta clase de hongos. Estas estructuras sexuales suelen ser únicas para cada especie, lo que permite a los laboratorios de microbiología distinguir entre los mohos en función de sus características morfológicas. Algunos hongos también forman pseudohifas, que en realidad son células de levadura alargadas que crecen de un extremo a otro. Por lo tanto, las pseudohifas se distinguen de las hifas verdaderas por tener constricciones recurrentes en forma de yemas y paredes celulares menos rígidas.

Las conidias formadas de manera exógena pueden originarse directamente de la hifa o de una estructura especial en forma de tallo, el conidióforo (figura 42–3B). En ocasiones se utilizan términos como macroconidia y microconidia para indicar el tamaño y complejidad de estas conidias. Las conidias que se desarrollan en el interior de la hifa se denominan clamidoconidia o artroconidia. La clamidoconidia se vuelve más grande que la hifa misma; son estructuras redondeadas, de pared gruesa, que pueden ubicarse en el extremo terminal de la hifa o en su trayecto. Las artroconidias adquieren la forma y tamaño de unidades de hifa, pero se encuentran engrosadas o diferenciadas de alguna otra manera. Las artroconidias pueden formar un grupo de conidias delicadamente unidas que se separan y diseminan cuando se agitan. Algunas de las formas reproductoras asexuales se ilustran en la figura 42–5A–D; la espora sexual más común se conoce como ascospora. En el asca, estructura en forma de saco, pueden encontrarse 4 u 8 ascosporas.

DIMORFISMO

Aunque muchos hongos tienden a crecer como levaduras o mohos, algunas especies cambian entre formas morfológicas dependiendo de las condiciones ambientales; estas especies se conocen como hongos dimórficos. Muchos, incluido el patógeno fúngico humano más común, Candida albicans, muestran una capacidad sorprendente para modificar su forma y estructura celular para adaptarse a nuevos entornos. Estas transiciones morfológicas suelen ser muy importantes para la patogénesis de las infecciones humanas.

Un grupo distinto de patógenos humanos son los hongos térmicamente dimórficos, que cambian de crecimiento similar a una levadura a crecimiento hifal en función de la temperatura; estas especies de hongos tienden a crecer en forma de moho en su reservorio ambiental, así como cuando se incuban en cultivo a temperatura ambiente. Sin embargo, se convierten en una forma de crecimiento similar a una levadura en el hospedero mamífero o cuando se incuban en cultivo a 37 °C. Para la mayoría, es posible manipular in vitro las condiciones de cultivo para demostrar tanto las fases de levadura como de moho. El crecimiento en fase de levadura requiere condiciones similares a las del entorno fisiológico in vivo, como incubación de 35 °C a 37 °C y medio enriquecido. El crecimiento del moho requiere nutrientes y temperatura ambiente mínimos. Es importante destacar que los conidios producidos en la fase de moho pueden ser infecciosos y servir para diseminar el hongo durante el crecimiento en el medio ambiente.

Los eventos morfológicos y fisiológicos vinculados con la conversión dependiente de la temperatura entre las fases de moho y levadura se estudiaron en el patógeno humano Histoplasma capsulatum. Son comprensiblemente complejos, dado el espectacular cambio de medio en que encuentra el hongo cuando sus conidios de moho flotan desde su hábitat en el suelo hasta los alvéolos pulmonares. La conversión a la fase de levadura se activa luego por la temperatura del hospedero (37 °C) y otras condiciones relacionadas con el microambiente (p. ej., limitación de hierro, cambios del pH, valores elevados de CO₂). Los estudios in vitro muestran que los primeros eventos de este cambio morfológico implican la inducción de la respuesta al choque térmico y el desacoplamiento de la fosforilación oxidativa; estos eventos celulares tempranos son seguidos por interrupción de la síntesis de RNA y de proteínas, y el metabolismo respiratorio. Las células luego pasan a través de un estado metabólicamente inactivo, emergiendo con capacidades enzimáticas mejoradas que involucran compuestos de sulfhidrilo (p. ej., cisteína, cistina) que son exclusivos de la etapa de levadura. A medida que se desarrolla el crecimiento de la levadura, se recuperan las actividades mitocondrial y sintética, pero hay una nueva constelación de oxidasas, polimerasas, proteínas, glucanos de la pared celular y otros compuestos, que probablemente favorecen el parasitismo del hospedero. En total, más de 500 genes se expresan diferencialmente en las fases de moho y levadura.

El dimorfismo en los hongos es reversible, una característica que lo distingue de los procesos de desarrollo como la embriogénesis que se observa en eucariotas superiores; se demostró la importancia del dimorfismo en la virulencia fúngica en varios hongos, incluidos C. albicans y H. capsulatum. Las cepas que están bloqueadas en una fase de crecimiento tienen capacidad notablemente reducida para producir enfermedades y persistir en el hospedero.

CLASIFICACIÓN

Históricamente, la clasificación de los hongos se basa en características celulares observables, como la tabicación de las hifas y la apariencia de las estructuras sexuales; sin embargo, los métodos de clasificación basados en secuencias de DNA son cada vez más comunes, lo que permite que se agrupen por parentesco genético. Las técnicas de clasificación molecular también demostraron que varias especies microbianas son en realidad hongos a pesar de tener pocas características de crecimiento de estos (p. ej., especies de Pneumocystis y Microsporidia).

Históricamente, los hongos se organizaron en cinco filos: Ascomycota, Basidiomycota, Zygomycota, Chytridiomycota y Glomeromycota. Los géneros de importancia médica se encuentran principalmente dentro de Ascomycota, con unos pocos en Basidiomycota y Zygomycota, como se muestra en el cuadro 42–1.

La clasificación de los hongos de importancia médica utilizada en los siguientes capítulos se basa en los tipos de tejidos que parasitan y las enfermedades que producen, más que en los principios de taxonomía micológica básica. Los hongos superficiales, como los dermatofitos, causan lesiones insidiosas en la piel y sus anexos, conocidas como tiña y “pie de atleta” (tiña de los pies). Los patógenos subcutáneos por lo general producen infección a través de la piel, seguida de diseminación subcutánea o linfática. Los hongos oportunistas son aquellos que se encuentran en el medio ambiente o en la microbiota residente y que producen enfermedades, principalmente en el hospedador inmunodeprimidos. Los patógenos sistémicos son los hongos más virulentos y pueden causar enfermedad sistémica progresiva grave en una persona previamente sana; no se encuentran en la microbiota humana. Aunque su mayor potencial radica en producir infecciones viscerales profundas y diseminación sistémica (micosis sistémicas), también llegan a generar infecciones superficiales como parte de su espectro patológico o como un evento inicial. Las micosis superficiales no se diseminan a tejidos profundos. Al igual que con todas las clasificaciones clínicas, ocurren excepciones y superposiciones. Al final, la interacción entre el hospedero y el microorganismo define la enfermedad.