Hábitat de Coccidioides spp.
Las regiones endémicas para la coccidioidomicosis se caracterizan generalmente por un clima semiárido que facilita la diseminación de las esporas de Coccidioides en el aire. El suave clima invernal típico de las regiones endémicas proporciona condiciones óptimas para el crecimiento del hongo, y los veranos secos y calurosos facilitan la dispersión de los artroconidios . Sin embargo, la distribución de Coccidioides spp. en el suelo de las regiones endémicas es irregular, incluso en las regiones con una alta incidencia de la infección.
Los primeros estudios que describieron el hábitat de Coccidioides fueron los de Egebert et al. y Elconin et al. y Lacy y Swatek ; estos investigadores obtuvieron aislados del hongo a partir de muestras de suelo con una alta salinidad y sugirieron que la elevada salinidad del suelo puede ser un requisito para el desarrollo del hongo. También se sabe que las esporas de Coccidioides crecen en suelos arenosos alcalinos ricos en materia orgánica y sales. Fisher et al. confirmaron que el hábitat de Coccidioides en las regiones endémicas se caracteriza también por suelos con altos niveles de nutrientes esenciales como el hierro, el calcio y el magnesio. Además, los hallazgos adicionales de Fisher et al. apoyan la capacidad de este hongo para crecer en casi cualquier tipo de suelo desértico, incluidos los que tienen niveles bajos de pH; este hongo también puede tolerar temperaturas extremas del aire que van de -40,0 a 48,8 °C y del suelo que van de -6,5 a 60,5 °C. Los autores también destacan que los factores abióticos en las zonas endémicas pueden proporcionar condiciones favorables para el crecimiento de Coccidioides. Un mayor contenido orgánico en el suelo puede conducir a una mayor disponibilidad de nutrientes para el crecimiento del hongo, mientras que el aumento de la salinidad y las altas temperaturas pueden disminuir la competencia con otros microorganismos. Por ejemplo, las altas concentraciones de borato de sodio en el suelo pueden ser antisépticas para algunos microorganismos pero no necesariamente para Coccidioides . Más recientemente, el trabajo de De Macedo et al. confirmó las características ambientales descritas anteriormente para el hábitat de Coccidioides spp. mediante la identificación positiva de aislados de Coccidioides en muestras de suelo obtenidas en regiones semiáridas del estado de Piauí, en la región noreste de Brasil.
Dabrowa et al. determinaron la presencia de hongos potencialmente patógenos en zonas intermareales. Aunque los autores no pudieron confirmar los aislamientos positivos de C. immitis, es posible que este hongo esté presente en las zonas intermareales teniendo en cuenta la presencia endémica de Coccidioides en todo el suroeste de Estados Unidos. Además, se ha demostrado previamente que C. immitis es capaz de sobrevivir en agua de mar y en agua salada saturada hasta 6 semanas en el laboratorio. Es importante destacar que, incluso en estas condiciones, C. immitis mantiene la capacidad de infectar a varias especies acuáticas como cangrejos de río, peces de colores, delfines nariz de botella y peces león . La concentración de C. immitis en estos sedimentos se eleva de forma natural durante la temporada de lluvias como resultado de la escorrentía oceánica o fluvial . En México, a pesar de los exitosos aislamientos clínicos de Coccidioides spp., el cribado de muestras ambientales ha tenido una baja efectividad, por lo que Catalán-Dibene et al. exploraron una zona altamente endémica cerca de la frontera entre EE.UU. y México, donde previamente se detectaron Coccidioides por métodos moleculares . En este estudio analizaron el suero de 40 roedores atrapados mediante ELISA, y detectaron anticuerpos contra Coccidioides en dos especies: Peromyscus maniculatus y Neotoma lepida. Este estudio sienta las bases para el análisis de este patógeno en su entorno natural.
Baptista-Rosas et al. generaron un modelo para la distribución de las especies de Coccidioides utilizando una combinación de varias variables ambientales y puntos de referencia geoespaciales en EE.UU. y México, que son lugares con aislamientos positivos de Coccidioides. Este modelo sugiere que es probable que los suelos áridos de los desiertos norteamericanos sirvan de nichos ecológicos para Coccidioides, de acuerdo con la mayor incidencia de la enfermedad en estas regiones y los hallazgos de otros.
Actualmente, los hallazgos de varios estudios coinciden en cuanto a los rasgos ecológicos que definen el hábitat de Coccidioides. Este tipo de hongo se asocia a suelos de regiones áridas, semiáridas y alcalinas que presentan una escasa vegetación xerofítica, elevadas temperaturas medias y una baja pluviometría media anual . Por lo tanto, la capacidad de Coccidioides para sobrevivir en estas condiciones extremas representa una ventaja sobre otros microorganismos, como sugiere Baumgardner . Según los trabajos de De Hoog , el género Coccidioides está formado por hongos xerotolerantes porque pueden crecer en condiciones hostiles extremas. Además, los Coccidioides pueden considerarse organismos halotolerantes , porque las dos especies de este género toleran altas concentraciones de sal de hasta el 8% . Sin embargo, se sabe poco sobre los mecanismos que utilizan las especies de Coccidioides para sobrevivir en condiciones de alta salinidad. Algunas estrategias que Coccidioides puede utilizar para sobrevivir en estas condiciones pueden ser (1) mantener altas concentraciones salinas intracelulares, osmóticamente o al menos equivalentes a su concentración externa (estrategia «salt-in») que le permita adaptarse a un ambiente alcalino. Sin embargo, esto requiere una adaptación especial de sus sistemas intracelulares; y (2) mantener bajas concentraciones de sal en su citoplasma (estrategia «compatible-soluta»). La presión osmótica del medio se equilibra con solutos compatibles (2-sulfotrehalosa, trehalosa, sacarosa, glicerol, betaína glicina, ectoína y glicosilglicerol). Estos solutos no afectan a la actividad enzimática ya que las altas concentraciones de sales inorgánicas no requieren una adaptación especial de los sistemas intracelulares . Sin embargo, queda por determinar qué estrategias utiliza Coccidioides para sobrevivir en condiciones de alta salinidad.
Función de los animales como reservorios
Se ha sugerido que los animales pueden desempeñar un papel en el enriquecimiento del suelo al servir como sustrato o factor de crecimiento para algunos patógenos . Por ejemplo, el crecimiento de Histoplasma capsulatum o Cryptococcus neoformans se ve favorecido en suelos ricos en excrementos y materia orgánica de origen animal .
Desde hace más de cinco décadas los autores han propuesto que los cadáveres de animales pueden servir de medio para el crecimiento de Coccidioides en el suelo . Esto fue apoyado por el hallazgo de aislados positivos para el hongo cerca de las madrigueras de los animales , en contraste, los aislados del suelo sin contacto con animales fueron negativos para el hongo . Es importante destacar que, aunque algunos trabajos sugieren la existencia de «puntos calientes» en zonas endémicas o áreas donde la presencia de Coccidioides es altamente probable, los intentos de aislar el hongo del suelo han sido infructuosos. No obstante, la coccidioidomicosis se ha considerado normalmente una infección «clásica» adquirida en el suelo. Sin embargo, un trabajo realizado por enfatizó el papel de los animales en el ciclo de vida de Coccidioides, con el hallazgo de aislamientos positivos para el hongo en muestras recogidas de madrigueras de animales en la ciudad de Solonolpoles en el estado de Ceará, en el noreste de Brasil. Esta ciudad está situada a una altitud de 155 38 metros sobre el nivel del mar, tiene una temperatura media de 26-28,8 °C, tiene una estación de lluvias de enero a abril con una precipitación media anual de 700 mm y contiene vegetación xerofítica. Solonolpoles se encuentra en una región semiárida de Brasil y se caracteriza por las altas temperaturas, la sequía frecuente y el suelo friable. Estas características coinciden con las descritas anteriormente para el hábitat de Coccidioides spp. y proporcionan más apoyo a la idea de que los animales pueden enriquecer el suelo y actuar como un importante factor de crecimiento para este hongo . Además, se ha propuesto que los animales infectados, como los murciélagos y los armadillos, pueden formar parte del ciclo vital de Coccidioides y, por lo tanto, actuar como reservorios del hongo.
Los hallazgos recientes de los análisis genómicos comparativos sugieren que Coccidioides spp. contiene un número significativo de genes que son importantes para las interacciones con el hospedador, y el número de genes que participan en las interacciones con el hospedador es mayor que los que son importantes para la supervivencia en su hábitat natural . Esta tendencia se ve respaldada por el hallazgo de numerosos cambios en la composición genética de Coccidioides, siendo el mayor cambio el que se produce en el número de genes que son importantes para la supervivencia en los hábitats naturales. Por ejemplo, la disminución de genes implicados en la degradación de la pared celular (celulasa, tanasa, cutinasa y pectina liasa) se produce junto con una expansión del número de genes implicados en el uso de los cadáveres como fuente de energía (proteasa y queratinasa). Algunos de estos genes codifican familias de proteasas, como las serina-proteasas extracelulares, las aspárticas y las Meps. Se han encontrado al menos diez genes Mep (designados como Mep1 a Mep10) en Coccidioides posadasii, y la mayoría de ellos se clasificaron en las familias M35 (deuterolisina) y M36 (fungolisina) . En resumen, estos cambios sugieren que Coccidioides spp. no son los típicos hongos del suelo en el sentido de que mantienen una estrecha asociación con animales ricos en queratina, tanto durante la infección de un huésped vivo como después de que éste haya muerto, creciendo en el cadáver como micelio.
En general, estos hallazgos pueden sugerir que la localización de Coccidiodes spp. en el medio ambiente está intrínsecamente ligada a las actividades de su huésped. El bajo número de hongos aislados en muestras de suelo parece coincidir con la observación de que los Coccidiodes están mejor adaptados a un ciclo de vida que incluye un huésped animal. Además del bajo número de hongos aislados que pueden obtenerse de las muestras de suelo, el hallazgo de que la mayoría de los aislados de suelo positivos se encuentran en asociación con la materia orgánica derivada de los cadáveres de animales apoya aún más las intrincadas interacciones con el huésped. Por lo tanto, basándonos en estos hallazgos, proponemos que el ciclo vital de Coccidioides spp. en el hábitat natural del suelo puede ser breve. Una vez que Coccidioides spp. infecta a un hospedador, la enfermedad puede progresar, conduciendo finalmente a la muerte del hospedador y proporcionando nueva materia orgánica sembrada de partículas fúngicas. Las altas temperaturas de estas zonas endémicas, combinadas con los elevados niveles de dióxido de carbono que resultan del proceso de descomposición, proporcionan un entorno óptimo para la transformación dimórfica de las estructuras parasitarias (esférulas) de Coccidioides, dando lugar a las formas infecciosas (artroconidios). Una vez completado este ciclo vital, los nuevos hongos infecciosos están disponibles para su dispersión por los mecanismos establecidos (Fig. 1), lo que permite a los hongos infectar rápidamente a nuevos huéspedes y reiniciar el ciclo. Por tanto, el tiempo que el hongo pasa sin interacción con el hospedador es breve, lo que explica en parte la dificultad de obtener aislados positivos para el hongo a partir de muestras de suelo (Fig. 1). La breve existencia de Coccidioides spp. en ausencia de un hospedador puede estar relacionada con las condiciones ambientales extremas del nicho ecológico. Las altas concentraciones de sal en el suelo o en el agua suponen un reto energéticamente costoso para la vida. En condiciones de alta salinidad, el hongo debe mantener gradientes de concentración iónica para asegurar el equilibrio osmótico . Las condiciones ambientales extremas han impulsado cambios adaptativos en el genoma de Coccidioides spp., lo que ha llevado a la adquisición de un pequeño número de genes nuevos que están asociados en su mayoría a las interacciones entre el hongo y sus huéspedes animales . Por lo tanto, estos cambios genéticos aseguran el uso de animales como reservorios por parte de Coccidioides spp., que parecen proporcionar un entorno favorable para el desarrollo del hongo.
Los hongos pertenecientes al género Coccidioides habitan en zonas áridas y semiáridas con suelos alcalinos y temperaturas extremas. En estas condiciones, crecen en forma de micelio y desarrollan estructuras reproductivas asexuales. (1) Estas estructuras pueden ser dispersadas por el viento y encontrar un huésped, principalmente mamíferos, incluido el ser humano, donde se producen cambios dimórficos, dando lugar a una forma parasitaria que tiene esférulas y endosporas. (2), Se liberan cientos de endosporas, y cada endospora tiene la capacidad de dar lugar a otra esférula, repitiendo el ciclo vital en el huésped. En los seres humanos, la infección puede progresar hasta convertirse en una enfermedad, o puede ser erradicada por el sistema inmunitario. Del mismo modo, en los animales, la infección puede o no conducir a la enfermedad. En caso de enfermedad y eventual muerte del hospedador, los Coccidioides se exponen al medio ambiente y vuelven a adoptar una forma micelial (3), integrándose así de nuevo en su hábitat
Las condiciones ambientales extremas presentes en el hábitat natural del suelo de Coccidioides spp. no son favorables para la reproducción sexual del hongo porque este proceso requiere un mayor gasto energético . Sugerimos que Coccidioides spp. tiende a reproducirse asexualmente en el hábitat natural; en cambio, cuando el hongo se encuentra con un huésped animal adecuado, la reproducción sexual puede reanudarse, aunque no se ha demostrado la reproducción sexual en Coccidioides spp. hay evidencias de este tipo de reproducción . Estos cambios en las modalidades de reproducción según el hábitat pueden explicar en parte la variabilidad genética de Coccidioides spp. .
Mecanismos de diseminación de Coccidioides spp.
Se ha informado de la existencia de la coccidioidomicosis en varias especies animales (Tabla 1); sin embargo, hasta la fecha, no se ha considerado plenamente el papel de los animales en la epidemiología de la enfermedad humana.
Se ha sugerido que las especies de animales terrestres domésticos y las especies de animales salvajes pueden actuar como diseminadores de Coccidioides en el medio ambiente, por ejemplo, como resultado de las malas prácticas de eliminación de cadáveres. Los hongos patógenos, incluido el Coccidioides spp., pueden crecer «in vitro» en los componentes inorgánicos de los huesos. Por lo tanto, los cadáveres de animales infectados pueden albergar Coccidioides spp. patógenos y servir de nicho ecológico o reservorio desde el que el hongo patógeno puede ser fácilmente dispersado por el viento y transportado rápidamente a grandes distancias (Fig. 1). El viento que se desplaza sobre los cadáveres o huesos infectados puede generar bioaerosoles, este es un mecanismo probable de dispersión. Otra característica importante de Coccidioides spp. que asegura la supervivencia en condiciones ambientales extremas es su capacidad de depositar melanina dentro de su pared celular y dentro del citoplasma de los artroconidios, las esférulas y las endosporas, excluyendo las hifas fúngicas. La deposición de melanina proporciona protección contra las temperaturas extremas y la radiación ultravioleta (UV) y, en general, contra la radiación solar . Gostinčar et al. propusieron un mecanismo por el cual la melanina puede proteger al hongo Hortae werneckii de la alta salinidad. Este hongo es capaz de sintetizar 1, 8-dihidroxi-melanina como protección contra el estrés osmótico, lo que sugiere que Coccidioides spp. que también son capaces de sintetizar melanina pueden utilizar mecanismos de protección similares contra la hipersalinidad. Además, Coccidioides produce hidrofobinas que ayudan a este hongo a adaptarse y sobrevivir en su entorno. Es interesante especular cómo estos componentes estructurales de los hongos se relacionan con diferentes fenómenos que ocurren en las superficies que encuentran. A nivel del microorganismo, los fenómenos o condiciones de la superficie se convierten en la fuerza dominante, mientras que factores como la gravedad son en su mayoría insignificantes. Una de las funciones de las hidrofobinas es controlar las fuerzas superficiales . Cuando las hifas se encuentran con superficies acuosas, las hidrofobinas que las rodean proporcionan una superficie hidrofóbica que ayuda a romper la tensión superficial, permitiendo así la formación de micelas que se separan del medio acuoso y se desplazan por el aire, aumentando la eficacia con la que los conidios se difunden por el aire.
El movimiento de los seres humanos y la migración de otros mamíferos puede servir como otro mecanismo de dispersión de los hongos en el medio ambiente . Un excelente ejemplo es la migración de larga distancia de los murciélagos . Los trabajos de Cordeiro et al. demostraron que estos mamíferos están infectados por Coccidioides spp., lo que puede apoyar la idea de que los murciélagos son reservorios y diseminadores de este hongo. La transferencia de especies animales en cautividad, por ejemplo, mamíferos marinos o terrestres de zonas endémicas que pueden estar infectados por Coccidioides (Tabla 1), puede servir como mecanismo de dispersión de la enfermedad hacia regiones no endémicas. Estas dos formas de dispersión fúngica pueden explicar cómo se produce la transmisión en casos clínicos dentro de zonas no endémicas, como los descritos en el estado de Washington, donde se han notificado varios casos de coccidioidomicosis, entre ellos un caso de coccidioidomicosis cutánea primaria, dos casos de neumonía y un caso que evolucionó a meningitis . Además, Litvintseva et al. demostraron la colonización persistente de los suelos por C. immitis en el Estado de Washington hasta las infecciones humanas recientes y confirmaron la identidad genética entre los aislados del suelo y uno de los pacientes del caso.
Este método de dispersión también proporcionaría una explicación para un aislado positivo de C. posadasii que se obtuvo de un paciente que adquirió la enfermedad en una región no endémica (Campeche, México) y que no informó de ninguna excursión fuera de su lugar de residencia . Otra observación a la que rara vez se hace referencia, pero que tiene gran relevancia para la epidemiología de la coccidioidomicosis, es un informe de Nigeria sobre dos pollos que fueron analizados post-mortem y mostraron aislamientos positivos de Coccidioides spp. La relevancia de este informe radica en dos elementos específicos: en primer lugar, representa el primer informe de coccidioidomicosis en la región no endémica de Nigeria; en segundo lugar, es el primer informe de la infección en aves, lo que confirma que Coccidioides spp. es capaz de infectar a los no mamíferos. Otro caso interesante es el de un niño chino de 14 años que nunca había visitado ni había estado expuesto a ningún material importado de zonas endémicas de Coccidioides y que, sin embargo, se infectó y padeció coccidioidomicosis. Sin embargo, se informó de que el chico había sufrido un episodio de ahogamiento en el mar. Aunque el origen de la infección no estaba claro, se sabe que los Coccidioides pueden sobrevivir en el agua salada, y se sabe que están presentes en los mamíferos marinos. Se especula que las corrientes marinas pueden arrastrar los artroconidios hacia zonas no endémicas. Estos hechos sugieren que el área de distribución geográfica de Coccidioides se está expandiendo y que los hongos responsables de la coccidioidomicosis se están adaptando a nuevos hábitats que pueden tener características diferentes a las descritas anteriormente.
La transmisión de animal a animal requiere un contacto directo, como la manipulación de animales infectados en la clínica o la inoculación directa con material infectado , que se produce en la mordedura de un animal . Este concepto está respaldado por el trabajo de Lacy y Swatek, quienes informaron del hallazgo de esférulas viables en el tejido y la secreción de los animales.
Hay varios informes de coccidioidomicosis en animales domésticos que han sido confirmados por pruebas serológicas . Esto supone un problema para la salud pública porque la presencia de Coccidioides spp. en estos animales sugiere que pueden servir como diseminadores del hongo y, por tanto, ser un posible peligro para la salud humana.