Biotecnologia - Universidade de São Paulo · Os fungos surgiram na terra ~ mil milhões de anos...

Docente:

Prof. Dr. Felipe S. Chambergo – fscha@usp.br

Data: Quinta-feira 14 – 18 h / Sala Virtual: ACH5525 - MeetGoogle

USP – 2020

Biotecnologia

ACH5525 Microbiologia, Imunologia e Parasitologia

2o semestre 2020

Biotecnologia

ACH5525 Microbiologia, Imunologia e Parasitologia

2o semestre 2020

Micologia

Morfologia e fisiologia dos fungos; ecologia

dos fungos;

Fungos de importância em saúde humana,

veterinária e vegetal. Micotoxinas e

Micotoxicose

Vacinas

https://doi.org/10.1016/j.coi.2012.03.013

Antimicrobianos

É uma substância que mata (Bactericida) ou inibe o

desenvolvimento (bacteriostáticos) de microrganismos,

Resistência Bacteriana

A resistência antimicrobiana refere-se à "Resistência de

um micro-organismo a um antimicrobiano que era

originalmente eficaz para o tratamento de infecções

causado por este“

Mecanismos de resistência:

-Intrínseca (Resistência natural)

-Adquirida

-Mutações

-Processos de recombinação genética

(conjugação,transformação e transdução)

- Transposição (Transposons)

Antibióticos

Antibióticos de origem sintética

Antibióticos de origem natural

Mecanismos de ação de drogas antibacterianas1.Inibição da síntese da parede celular

2.Inibição da síntese proteica

3.Inibição da síntese de ácidos nucleicos

4.Destruição da membrana plasmática

5.Inibição da síntese de metabólitos essenciais

1. Inibição da síntese da parede celular: β-lactâmicos

2. Inibição da síntese proteica

3.Inibição da síntese de ácidos nucleicos

4. Destruição da membrana plasmática: Peptídeos

antimicrobianos, polimixinas

5.Inibição da síntese de metabólitos essenciais

A resistência aos antibióticos ocorre como parte

de um processo de evolução natural, ela pode

ser significativamente mais lenta, mas não

interrompida. Assim, estratégias de prevenção,

novos testes de diagnóstico e antibióticos,

podem oferecer suporte de tratamento mais

eficazes que podem diminuir a resistência a

antibióticos.

Resistência aos antibióticos

Dwyer et al.,2014. Unraveling the Physiological Complexities of Antibiotic LethalityAnnu Rev Pharmacol Toxicol. Sep 10. [Epub ahead of print

Dwyer et al 2014Antibiotics induce redox-related physiological alterations as part of their lethality

Antimicrobianos produzem ROS (espécies reativas de oxigênio)?

Sistema de resgate (SOS) em E. coli

Pol IV

Pol V

doi: 10.1056/NEJMra0904124

12

3

4

5

6

7

Mechanisms of Resistance in Gram-Negative Bacteria, and

the Antibiotics Affected

Antibióticos e meio ambiente

Andersson and Hughe., 2014. Microbiological effects of sublethal evels of antibiotics. Nat Rev Microbiol. 2014 Jul;12(7):465-78.

Uso de sabonete antibacteriano ?

Yueh and Tukey. 2016, Triclosan: A Widespread Environmental Toxicant with Many Biological Effects. Annu. Rev.

Pharmacol. Toxicol. 2016. 56:251–72

Estratégias

-Derivados de Novos antibióticos (A modificação da estrutura básica do

conhecido agente ou desenvolvimento de inibidores de mecanismo de resistência

específica conhecidos (β-lactamases ou inibidores de bomba de efluxo).

-Descoberta de novos agentes antimicrobianos

-Drogas antivirulentas (Anticorpos ou compostos para bloquear ou inibir fatores

de virulência, exemplos: Adesinas, fímbrias etc)

- Uso de Bacteriófagos

- Uso de Nanopartículas

-Ecologia/provas biologicas evolucionarias (alvos da ecologia e resistência

bacteriana, incluindo inibidores de transferência de plasmídeo, e oligos antisensse

para o silenciamento do gene.)

Fungos

1.5 - 5.1 milhões de espécies de fungos

(Hawksworth et al., 2001; O’Brien et al., 2005).

120 mil espécies de fungos catalogadas (Hibbett et al., 2011).(Woese, 2000; Mora et al., 2011)

Árvore filogenética

(Hibett et al., 2007)

O Reino Fungi

(20 espécies)

(179 espécies)

( 206 espécies)

(40 espécies)

(277 espécies)

(1071 espécies)

(169 espécies)

Z

Y

G

O

M

Y

C

O

T

A

(1300 espécies) 1

(706 espécies) 2

3

4

5

6(64163 espécies)

(31515 espécies) 7

Os fungos surgiram na terra ~ mil milhões de anos atrás (na era neoproterozoica).

- Decompositores primários em todos os ecossistemas;

- Essenciais para a sobrevivência de muitos grupos de organismos com os quais se associam;

- Patógenos de humanos, plantas, fungos ou animais (~300 espécies);

- Importantes na agricultura e na produção de alimentos;

- Modelos genéticos com grande potencial para a biotecnologia.

(Baker et al., 2008; Voigt e Kirk, 2011)

Heterótrofos

Reprodução

SexuadaAssexuada

Metabolismo

Multicelular

(Filamentoso)Unicelular

Parede Celular

Quitina/Glicano

Fungos

SecundárioPrimário

Corpo de frutificação

Parte visível do fungo,

responsável pela reprodução

do mesmo.

Os esporos são as

estruturas de dispersão

dos fungos, são as suas

“sementinhas” .

Micélio

Conjunto de filamentos

(hifas), parte “invisível” do

fungo

Multicelulares

Nutrição

• Partículas de alimento são grandes para entrarem nas hifas e serem digeridas.

• Desta forma, as hifas liberam enzimas digestivas para o meio, ocorrendo digestão extracelular.

• Efetuada a digestão, os produtos são absorvidos, difundindo-se em todo o fungo.

• As vezes, o micélio libera substânciasmetabólicas (toxinas) → indisposiçãointestinal.

Pão mofado Laranja mofada Fruta mofada

Porque fazem

digestão

extracorpórea

Doenças em animais e seres humanosMucor sp; Rhizopus sp; Aspergillus sp; Fusariumsp;

Histoplasma sp; Candida sp; Paracoccidioides sp;

Cryptococcus sp; Trichophyton sp;

Pseudogymnoascus sp; Batrachochytrium sp

Deterioração de alimentosAspergillus sp, Penicillium sp, Mucor sp e

Rhizopus sp

Aflatoxina B1

Produção de TóxinasAmantia phalloides (alfa-amanitina),

Claviceps purpurea (ergotamine); Aspergillus

flavus (aflatoxina)

Amatoxina

Doenças em plantas e degradação de

MadeiraPhythium debaryanum; Phytophthora infestans;

Puccinia sp; Ustilago sp

Fungos e Sociedade: Inimigos

CLASSIFICAÇÃO DAS MICOSES

Superficiais e Cutâneas

1.As micoses superficiais e cutâneas estão entre as doenças transmissíveis mais

comuns.

2.A maioria das infecções fúngicas cutâneas e superficiais é causada pelas

espécies de malassézias, dermatófitos ou Candida (discutido adiante).

3.O crescimento dos dermatófitos é favorecido pela presença de soro e pela

temperatura corporal. Esses fungos raramente estão envolvidos em infecções

invasivas.

4.Os dermatófitos zoofílicos e geofílicos causam inflamação aguda, que

respondem a tratamento tópico dentro de algumas semanas e raramente há

recidiva.

5.Os dermatófitos antropofílicos causam lesões crônicas e relativamente

brandas, que podem necessitar de meses ou anos de tratamento e

frequentemente há recidiva.

Micoses subcutâneas

1.As micoses subcutâneas podem ser causadas por dezenas de fungos

filamentosos (bolores) ambientais associados a vegetais e ao solo.

2.Essas infecções são geralmente adquiridas após pequenos cortes ou arranhões,

introduzindo solo ou debris de plantas (p. ex. lascas e espinhos) contendo o fungo

patogênico. A infecção subsequente é crônica e raramente se dissemina

para tecidos mais profundos.

3.O Sporothrix schenckii, o agente etiológico da esportotricose, é um fungo

dimórfico que apresenta crescimento hifal, mas no hospedeiro adquire um

crescimento leveduriforme.

4.O diagnóstico das cromoblastomicoses se dá por observação microscópica dos

tecidos, exibindo aspecto semelhante e produzindo células de coloração dos

corpúsculos escleróticos esféricos e amarronzados (melanizados) no

interior das lesões.

5.O diagnóstico das feoifomicoses é a presença de hifas septadas amarronzadas

(melanizadas) no interior das lesões.

6.A característica típica de um micetona é o edema localizado e a formação de

fístulas que contêm grânulos compostos por hifas e tecido inflamatório

(macrófagos, fibrina)

MICOSES ENDÊMICAS

1.As micoses endêmicas (coccidioidomicoses, histoplasmoses, blastomicoses e paracoccidioidomicoses)

são caracterizadas por apresentarem áreas geográficas distintas de distribuição e por serem causadas por

fungos filamentosos dimórficosambientais.

2.Mais de 90% das micoses endêmicas são iniciadas pela inalação das conídias do agente etiológico

fúngico. Uma vez nos pulmões, as conídias se diferenciam em células leveduriformes (Histoplasma

capsulatum, Blastomyces dermatitidis e Paracoccidioides brasiliensis) ou esferular ( Coccidioides).

3.Em áreas endêmicas, as taxas de infecções por Coccidioides, H. capsulatum e P. brasiliensis são muito

altas, porém aproximadamente 90% dos casos ocorrem em indivíduos imunossuprimidos, sendo infecções

geralmente assintomáticas ou autolimitadas.

4.Indíviduos com comprometimento da imunidade de base celular têm risco significativamente maiorde

desenvolver infecções disseminadas (p. ex., pacientes que são imunodeficientes ou imunossuprimidos,

soropositivos para HIV, com predisposição congênita, desnutridos, muito novos ouidosos)

5.Para todas as infecções endêmicas, a incidência de infecções disseminadas é significativamente maior em

indivíduos do sexo masculino.

6.Testes sorológicos para pesquisa de anticorpos contra os fungos endêmicos apresentam valor de

diagnóstico e de prognóstico.

Ferrugem do café Micose de unha

Micose de pele ou pé-de-atleta Pé-de-atleta

Paciente com HIV e com a

candidíase (doença

oportunista)Recém-nascido com candidíase

18

Estrutura da parede celular de fungos

http://dx.doi.org/10.1016/j.micres.2013.02.005 - 2013

Reconhecimento de Fungos

Signalling pathways in innate recognition of fungi. Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) and damage-associated

molecular patterns (DAMPs) that are present during fungal infections are recognized by pattern recognition receptors (PRRs).

The major PRRs are Toll-like receptors (TLRs); C-type lectin receptors (CLRs; such as dectin 1 (also known as CLEC7A), dectin

2 (also known as CLEC6A), DC-specific ICAM3-grabbing non-integrin (DC-SIGN), mincle and the mannose receptor); galectin

family proteins (such as galectin 3) and receptor for advanced glycation end-products (RAGE). TLRs and CLRs activate multiple

intracellular pathways upon binding to specific fungal PAMPs, including β-glucans (especially β-(1,3)-glucans with varying

numbers of β-(1,6) branches), chitin, mannans linked to proteins through N-or O-linkages, β-(1,2)-linked oligomannosides and

fungal nucleic acids.doi:10.1038/nri2939 - 2011

Mecanismos de evasão

do sistema Imune

(a) Increased cell size is an effective deterrent to

phagocytosis. C. neoformans accomplishes this by

both the polysaccharide capsule, pictured as the blue

halo around the cell, and the formation of Titan or

Giant cells. The multinucleate hyphae of C. albicans

can grow too large to be ingested by a single

phagocyte.

(b) Both species bind to complement regulators and

inhibit the formation of C3b. Host-derived proteins

are shown with a grey interior; fungal-derived

proteins are in solid colors.

(c) Both species have unique mechanisms for escaping

after phagocytosis. C. neoformans canbe expelled

from the macrophage (‘vomocytosis’) without

apparent damage to either cell, while C. albicans

hyphal growth ruptures the macrophage.

(d) Phagolysosomal function is impaired by a C.

neoformans-directed transient permeabilization,

stabilized by a flash of actin polymerization around

the organelle. C. albicans-containing organelles are

aberrantly trafficked, often resulting in an association

with the ER membrane

DOI 10.1016/j.mib.2011.09.007

Mecanismos de evasão do sistema Imune

doi:10.1016/j.it.2007.10.001

Antifungal Therapy: Treatment of Mycosis

https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00036

-Echinocandins (caspofungin) cause

disruption of cell wall, allowing other

antifungals (polyenes, azoles, and 5-FC) to

enter.

-Azoles (itraconazole (ITZ), fluconazole,

voriconazole (VRZ), posaconazole (PCZ),

ketoconazole, and miconazole ) and

polyenes (amphotericin B (AmB) and

nystatin), can inhibit or bind to ergosterol,

leading to cell lysis

-5FC to enter the cell and inhibit nucleic

acid synthesis.

Dashed arrows indicate the site of action for

each antifungal class.

DOI: 10.1128/CMR.18.1.163-194.2005

Local de ação dos

agentes Anti-fúngicos

Targets and mechanisms of action of systemic antifungal drugs.

Maubon, D., Garnaud, C., Calandra, T., Sanglard, D. & Cornet, M. Resistance of Candida spp. to antifungal drugs in the ICU:

Where are we now? Intensive Care Med. 40, 1241–1255(2014).

Tratamento

doi.org/10.1016/j.biopha.2018.10.075

Vacinas contra Fungos

doi.org/10.1016/j.biopha.2018.10.075-2019

Vacinas contra Fungos

Vídeos

IHARA

https://protejaseucultivo.com.br/home

Ferrugem e Mancha alvo

https://www.youtube.com/watch?v=w40-TisM-s8

Controle biológico

https://www.youtube.com/watch?v=OKtvOKMtNRc&feature=emb_rel_end

Manejo Integrado de Pragas MIP

https://www.youtube.com/watch?v=1pzYfprNHlU

FUNGOS

-Células

- Metabolismo

Primário

e Secundário

ALIMENTOS AMBIENTE

GENÉTICA

FÁRMACOS

ATIVIDADE

ENZIMÁTICA

BIOFÁBRICA

Antibióticos

Anticâncer

Antivirais

Fungicidas

Antiparasitários

Imunossupressores

Inibidores enzimáticos

Bloqueadores de

receptores

Protetor solar

Alcoóis, Ácidos graxos

Proteínas recombinantes

Biocombustíveis

Corantes

Ácidos orgânicos

Moléculas intermediárias

Genes

Vias Metabólicas

Micoremediação

Tratamento de efluentesEnzimas Industriais

Biocatalisadores

Fungos comestíveis

Proteína microbiana

Bebidas alcoólicas

Produtos fermentados

Antioxidantes

Micorrizas

Controle biológico

Biopesticidas

Resistência a

pragas

AGRICULTURA

Fungos e Sociedade: Amigos

Photograph: Stephanie Mounaud, J. Craig Venter Institute (http://blogs.jcvi.org/author/smounaud/)

Star: Talaromyces stipitatus; Tree: Aspergillus nidulans

Ornaments: Penicillium marneffei; Trunk: Aspergillus

terreus.

Hat, Eyes, Mouth, Buttons: Aspergillus niger; Arms: Aspergillus

nidulans; Nose: Aspergillus terreus with Penicillium marneffei;

Body: Neosartorya fischeri.

Fungos e Arte

Referências

ABBAS, Abul K.; LICHTMAN, Andrew H.; PILLAI, Shiv.. Imunologia celular e

molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2015.

BROOKS, Geo. F. et al. Microbiologia médica de Jawetz, Melnick e Adelberg. 26.

ed. Porto Alegre: AMGH, 2014.

BURMESTER & Antonio Pezzutto, Color Atlas of Immunology 2003.

HALL, John Edward; GUYTON, Arthur C. Guyton & Hall tratado de fisiologia

médica. 13. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2017.

LEVINSON, Warren. Microbiologia médica e imunologia. 10. ed. Porto Alegre:

AMGH, 2010.

SILVERTHORN, Dee Unglaub. Fisiologia humana: uma abordagem integrada. 7.

ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.

TORTORA, Gerard J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. Microbiologia. 12.

ed. Porto Alegre: Artmed, 2017.

Apostila de Parasitologia: https://www.fernandosantiago.com.br/fic_papo.pdf