Habitat de Coccidioides spp.
Regiões que são endêmicas para coccidioidomicose são geralmente caracterizadas por um clima semi-árido que facilita a propagação de esporos de Coccidioides no ar. O clima ameno de inverno, típico das regiões endêmicas, proporciona condições ideais para o crescimento do fungo, e os verões secos e quentes facilitam a dispersão da artroconidia. Entretanto, a distribuição de Coccidioides spp. no solo de regiões endêmicas é irregular, mesmo em regiões com alta incidência de infecção .
Os primeiros estudos para descrever o habitat de Coccidioides foram os de Egebert et al. , e Elconin et al. e Lacy e Swatek ; esses pesquisadores obtiveram isolados fúngicos de amostras de solo com alta salinidade e sugeriram que a salinidade elevada do solo pode ser um requisito para o desenvolvimento fúngico. Os esporos de Coccidioides também são conhecidos por crescerem em solos arenosos alcalinos que são ricos em matéria orgânica e sais. Fisher et al. confirmaram que o habitat dos Coccidioides em regiões endêmicas é caracterizado também por solos com altos níveis de nutrientes essenciais, como ferro, cálcio e magnésio. Além disso, os resultados adicionais de Fisher et al. apoiam a capacidade deste fungo de crescer em quase qualquer tipo de solo desértico, incluindo aqueles com baixos níveis de pH; este fungo também pode tolerar temperaturas extremas do ar que variam de -40,0 a 48,8 °C e temperaturas do solo que variam de -6,5 a 60,5 °C. Os autores também enfatizam que fatores abióticos em zonas endêmicas podem proporcionar condições favoráveis para o crescimento de Coccidioides. Um maior conteúdo orgânico no solo pode levar a uma maior disponibilidade de nutrientes para o crescimento fúngico, enquanto que o aumento da salinidade e altas temperaturas podem diminuir a competição com outros microorganismos. Por exemplo, altas concentrações de borato de sódio no solo podem ser anti-sépticas para alguns microrganismos mas não necessariamente para os Coccidioides . Mais recentemente, trabalhos de De Macedo et al. confirmaram as características ambientais descritas anteriormente para o habitat de Coccidioides spp. através da identificação positiva de Coccidioides isolados em amostras de solo obtidas de regiões semi-áridas no estado do Piauí, na região nordeste do Brasil.
Dabrowa et al. determinaram a presença de fungos potencialmente patogênicos em zonas intertidais. Embora os autores não tenham conseguido confirmar isolados positivos de C. immitis, é possível que este fungo esteja presente em zonas intertidais considerando a presença endêmica de Coccidioides em todo o sudoeste dos EUA. Além disso, foi previamente demonstrado que a C. immitis é capaz de sobreviver em água do mar e água salgada saturada por até seis semanas em laboratório. É importante salientar que, mesmo nestas condições, C. immitis mantém a capacidade de infectar várias espécies aquáticas como caranguejos de rio, peixe-dourado, golfinhos de nariz de garrafa e peixes-leão. A concentração de C. immitis nestes sedimentos é naturalmente elevada durante a estação chuvosa, como resultado do escoamento do oceano ou dos rios. No México, apesar do sucesso do isolamento clínico de Coccidioides spp., a triagem de amostras ambientais teve baixa eficácia, de modo que Catalán-Dibene et al. exploraram uma área altamente endêmica perto da fronteira dos EUA e México, onde previamente detectaram Coccidioides por métodos moleculares . Neste estudo testaram o soro de 40 roedores presos usando ELISA, e detectaram anticorpos contra Coccidioides em duas espécies: Peromyscus maniculatus e Neotoma lepida. Este estudo estabelece a base para a análise deste patógeno em seu ambiente natural.
Baptista-Rosas et al. geraram um modelo para a distribuição das espécies de Coccidioides usando uma combinação de várias variáveis ambientais e pontos de referência geoespacial nos EUA e México, que são locais com isolados positivos de Coccidioides. Este modelo sugere que os solos áridos nos desertos norte-americanos provavelmente servirão como nichos ecológicos para Coccidioides, de acordo com a maior incidência de doenças nestas regiões e achados por outros .
Currentemente, achados por vários estudos concordam quanto aos traços ecológicos que definem o habitat de Coccidioides. Este tipo de fungo está associado a solos em regiões áridas, semi-áridas e alcalinas que possuem vegetação xerófita esparsa, temperaturas médias elevadas e uma precipitação média anual baixa. Portanto, a capacidade dos Coccidioides de sobreviver sob tais condições extremas representa uma vantagem sobre outros microorganismos, como sugerido pela Baumgardner . Com base no trabalho de De Hoog , o gênero Coccidioides consiste em fungos xerotolerantes porque podem crescer sob condições extremas de hostilidade. Além disso, os Coccidioides podem ser considerados organismos halotolerantes , pois ambas as espécies deste gênero toleram concentrações elevadas de sal de até 8% . No entanto, pouco se sabe sobre os mecanismos que as espécies de Coccidioides utilizam para sobreviver sob condições de alta salinidade. Algumas estratégias que a Coccidioides pode utilizar para sobreviver sob estas condições podem incluir: (1) manter altas concentrações de sal intracelular, osmoticamente ou pelo menos equivalente à sua concentração externa (estratégia “sal-in”) permitindo a sua adaptação a um ambiente alcalino. Contudo, isto requer uma adaptação especial dos seus sistemas intracelulares; e (2) manter baixas concentrações de sal no seu citoplasma (estratégia “compatível-soluto”). A pressão osmótica do meio é equilibrada por solutos compatíveis (2-sulfotrealose, trealose, sacarose, glicerol, betaína glicina, ectoína e glicosilglicerol). Esses solutos não afetam a atividade enzimática, pois altas concentrações de sais inorgânicos não requerem uma adaptação especial dos sistemas intracelulares. Entretanto, resta determinar quais estratégias são usadas pelos Coccidioides para sobreviver sob condições de alta salinidade.
Role de animais como reservatórios
Foi sugerido que os animais podem desempenhar um papel no enriquecimento do solo, servindo como substrato ou fator de crescimento para alguns patógenos . Por exemplo, o crescimento de Histoplasma capsulatum ou Cryptococcus neoformans é favorecido em solos ricos em excrementos derivados de animais e matéria orgânica .
Autores têm proposto há mais de cinco décadas que as carcaças de animais podem servir como meio de crescimento de Coccidioides no solo . Isto foi apoiado pelo achado de isolados de fungos-positivos perto de tocas de animais , em contraste, isolados de solo sem contato animal foram negativos para o fungo . É importante ressaltar que apesar de alguns trabalhos sugerirem a existência de “pontos quentes” em zonas endêmicas ou áreas onde a presença de Coccidioides é altamente provável, as tentativas de isolar o fungo do solo não foram bem sucedidas. No entanto, a coccidioidomicose tem sido tipicamente considerada uma infecção “clássica” adquirida no solo. No entanto, o trabalho enfatizou o papel dos animais no ciclo de vida dos coccidioides, com a descoberta de isolados de fungos positivos em amostras coletadas de tocas de animais na cidade de Solonololes, no estado do Ceará, no nordeste do Brasil. Esta cidade está localizada a uma altitude de 155. 38 metros acima do nível do mar, tem uma temperatura média de 26-28,8 °C, tem uma estação chuvosa de janeiro a abril com uma precipitação média anual de 700 mm e contém vegetação xerófita. Solonololes está localizado em uma região semi-árida do Brasil e é caracterizado por altas temperaturas, seca freqüente e solo friável. Estas características estão de acordo com as descritas anteriormente para o habitat de Coccidioides spp. e dão mais suporte à idéia de que os animais podem enriquecer o solo e agir como um importante fator de crescimento para este fungo. Adicionalmente, foi proposto que animais infectados, tais como morcegos e tatus, podem fazer parte do ciclo de vida de Coccidioides e assim agir como reservatórios do fungo .
Recentes descobertas de análises genômicas comparativas sugerem que Coccidioides spp. contém um número significativo de genes que são importantes para as interações do hospedeiro, e o número de genes envolvidos nas interações do hospedeiro é maior do que aqueles importantes para a sobrevivência em seu habitat natural . Esta tendência é ainda apoiada pela descoberta de numerosas mudanças na composição genética dos Coccidioides, sendo que a maior mudança ocorre no número de genes que são importantes para a sobrevivência em habitats naturais. Por exemplo, a diminuição dos genes envolvidos na degradação da parede celular (celulase, tannase, cutinase e pectin lyase) ocorre juntamente com uma expansão no número de genes envolvidos no uso das carcaças como fonte de energia (protease e queratinase). Alguns destes genes codificam famílias de proteases, como as proteases serínicas extracelulares, as proteases aspárticas e as Meps. Pelo menos dez genes Mep (designados como Mep1 a Mep10) foram encontrados em Coccidioides posadasii, e a maioria deles foram classificados nas famílias M35 (deuterolysin) e M36 (fungalysin). Em suma, estas alterações sugerem que Coccidioides spp. não são fungos típicos do solo na medida em que mantêm uma estreita associação com animais ricos em queratina, tanto durante a infecção de um hospedeiro vivo como depois de o hospedeiro ter morrido ao crescer na carcaça como micélio .
Overall, estes achados podem sugerir que a localização de Coccidioides spp. no ambiente está intrinsecamente ligada às actividades do seu hospedeiro. O baixo número de isolados de fungos de amostras de solo parece concordar com a observação de que os Coccidiodos estão melhor adaptados a um ciclo de vida que inclui um hospedeiro animal. Além do baixo número de isolados de fungos que podem ser obtidos de amostras de solo, a descoberta de que a maioria dos isolados positivos do solo são encontrados em associação com matéria orgânica derivada de carcaças de animais suporta ainda mais interações intrincadas do hospedeiro. Portanto, com base nestes achados, propomos que o ciclo de vida de Coccidioides spp. no habitat natural do solo possa ser breve. Uma vez que Coccidioides spp. infecte um hospedeiro, a doença pode progredir, levando à morte do hospedeiro e fornecendo nova matéria orgânica semeada com partículas fúngicas. As altas temperaturas nestas zonas endémicas, combinadas com os elevados níveis de dióxido de carbono resultantes do processo de decomposição, proporcionam um ambiente óptimo para a transformação dimórfica das estruturas parasitárias (esférulas) de Coccidioides, dando origem às formas infecciosas (artroconidia). Ao completar este ciclo de vida, novos fungos infecciosos estão disponíveis para dispersão por mecanismos estabelecidos (Fig. 1), permitindo assim que os fungos infectem rapidamente novos hospedeiros e reiniciem o ciclo. Portanto, o tempo gasto pelo fungo sem interação do hospedeiro é breve, o que explica em parte a dificuldade de obtenção de isolados fungos-positivos a partir de amostras de solo (Fig. 1). A breve existência de Coccidioides spp. na ausência de um hospedeiro pode estar relacionada com as condições ambientais extremas do nicho ecológico. As altas concentrações de sal no solo ou na água representam um desafio energético e dispendioso para a vida. Em condições de alta salinidade, o fungo deve manter gradientes de concentração iônica para assegurar o equilíbrio osmótico. As condições ambientais extremas têm impulsionado mudanças adaptativas no genoma de Coccidioides spp., levando à aquisição de um pequeno número de novos genes que estão principalmente associados com as interações entre o fungo e seus hospedeiros animais . Portanto, essas mudanças genéticas asseguram o uso de animais como reservatórios por Coccidioides spp., que parecem proporcionar um ambiente favorável ao desenvolvimento fúngico.
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Fungi pertencentes ao gênero Coccidioides habitam zonas áridas e semi-áridas com solos alcalinos e temperaturas extremas. Nestas condições, eles crescem de forma micelial e desenvolvem estruturas reprodutivas assexuadas. (1) Estas estruturas podem ser dispersas pelo vento e encontrar um hospedeiro, principalmente mamíferos, incluindo humanos, onde ocorrem alterações dimórficas, dando origem a uma forma parasitária que tem esférulas e endosporos. (2), Centenas de endósporos são liberados, e cada endósporo tem a capacidade de dar origem a outra esférula, repetindo o ciclo de vida no hospedeiro. Em humanos, a infecção pode progredir para a doença, ou pode ser erradicada pelo sistema imunológico. Da mesma forma, nos animais, a infecção pode ou não levar à doença. Em caso de doença e eventual morte do hospedeiro, os Coccidioides ficam expostos ao meio ambiente e retornam a uma forma micelial (3), voltando assim a integrar-se no seu habitat
As condições ambientais extremas presentes no habitat natural do solo de Coccidioides spp. não são favoráveis para a reprodução sexual do fungo, pois este processo requer um maior gasto energético . Sugerimos que Coccidioides spp. tendem a reproduzir-se assexualmente no habitat natural; em contraste, quando o fungo encontra um hospedeiro animal adequado, a reprodução sexual pode recomeçar, embora a reprodução sexual não tenha sido demonstrada em Coccidioides spp., existem evidências para este tipo de reprodução . Estas mudanças nas modalidades de reprodução segundo o habitat podem explicar parcialmente a variabilidade genética de Coccidioides spp. .
Mecanismos de disseminação de Coccidioides spp.
Coccidioidomicose tem sido relatada em várias espécies animais (Quadro 1); no entanto, até à data, o papel dos animais na epidemiologia da doença humana não tem sido totalmente considerado.
Tem sido sugerido que espécies de animais domésticos terrestres e espécies de animais selvagens podem atuar como disseminadores de Coccidioides no meio ambiente, por exemplo, como resultado de más práticas de descarte de carcaças. Fungos patogênicos, incluindo Coccidioides spp., podem crescer “in vitro” nos componentes inorgânicos dos ossos. Portanto, carcaças de animais infectados podem abrigar Coccidioides spp. patogênicos e servir como um nicho ecológico ou reservatório do qual o fungo patogênico pode ser facilmente dispersado pelo vento e transportado rapidamente por longas distâncias (Fig. 1). O movimento do vento sobre as carcaças ou ossos infectados pode gerar bioaerossóis , este é um provável mecanismo de dispersão. Outra característica importante dos Coccidioides spp. que assegura a sobrevivência sob condições ambientais extremas é a sua capacidade de depositar melanina na parede celular e no citoplasma de artroconídios, esférulas e endosporos, excluindo hifas fúngicas. A deposição de melanina proporciona proteção contra temperaturas extremas e radiação ultravioleta (UV) e, em geral, contra a radiação solar. Gostinčar et al. propuseram um mecanismo pelo qual a melanina pode proteger o fungo Hortae werneckii de alta salinidade. Este fungo é capaz de sintetizar 1, 8-dihidroxi-melanina como uma proteção contra o estresse osmótico, o que sugere que Coccidioides spp. que também são capazes de sintetizar melanina podem utilizar mecanismos de proteção similares contra a hipersalinidade. Além disso, Coccidioides produz hidrofobinas que ajudam este fungo a adaptar-se e sobreviver no seu ambiente. É interessante especular como esses componentes estruturais fúngicos se relacionam com diferentes fenômenos que ocorrem nas superfícies que eles encontram. A nível dos microorganismos, os fenómenos ou condições superficiais tornam-se a força dominante, enquanto factores como a gravidade são, na sua maioria, insignificantes. Uma das funções das hidrofobinas é controlar as forças superficiais . Quando as hifas encontram superfícies aquosas, as suas hidrofobinas circundantes fornecem uma superfície hidrofóbica que ajuda a quebrar a tensão superficial, permitindo assim a formação de micelas que se separam do meio aquoso e viajam pelo ar, aumentando a eficiência pela qual as conidias se difundem pelo ar .
O movimento dos humanos e a migração de outros mamíferos podem servir como outro mecanismo de dispersão fúngica no ambiente . Um excelente exemplo é a migração a longa distância de morcegos . Trabalhos de Cordeiro et al. demonstraram que estes mamíferos estão infectados com Coccidioides spp., o que pode apoiar a ideia dos morcegos como reservatórios e disseminadores deste fungo. A transferência de espécies animais em cativeiro, por exemplo, mamíferos marinhos ou terrestres de zonas endêmicas que podem estar infectadas com Coccidioides (Tabela 1), pode servir como mecanismo de dispersão da doença em regiões não endêmicas. Estas duas formas de dispersão fúngica podem explicar como a transmissão ocorre em casos clínicos dentro de zonas não endêmicas, como as descritas no estado de Washington, onde vários casos de coccidioidomicose foram relatados, incluindo um caso de coccidioidomicose cutânea primária, dois casos de pneumonia e um caso que evoluiu para meningite. Além disso, Litvintseva et al. demonstraram a colonização persistente dos solos por C. immitis no Estado de Washington a infecções humanas recentes e confirmaram a identidade genética entre isolados do solo e um dos pacientes do caso.
Este método de dispersão também daria uma explicação para um isolado positivo de C. posadasii que foi obtido de um paciente que adquiriu a doença de uma região não endêmica (Campeche, México) e que não relatou nenhuma excursão fora de seu local de residência . Outra observação raramente referida mas com grande relevância para a epidemiologia da coccidioidomicose é um relato da Nigéria de duas galinhas que foram analisadas post-mortem e mostraram isolados positivos de Coccidioides spp. A relevância deste relatório reside em dois elementos específicos: primeiro, representa o primeiro relatório de coccidioidomicose na região não endêmica da Nigéria; segundo, é o primeiro relatório da infecção em aves, confirmando que Coccidioides spp. são capazes de infectar não-mamíferos. Outro caso interessante é o de um menino chinês de 14 anos que nunca visitou ou foi exposto a qualquer material importado de zonas endêmicas para Coccidioides e, no entanto, foi infectado e sofreu de coccidioidomicose. No entanto, foi relatado que o rapaz sofreu um episódio de afogamento no mar. Embora a origem da infecção não fosse clara, sabe-se que os coccidioides podem sobreviver em água salgada, e que estão presentes em mamíferos marinhos. Especula-se que as correntes marinhas podem ser capazes de arrastar a artroconidia para zonas não endémicas. Estes fatos sugerem que a área de distribuição geográfica para Coccidioides está se expandindo e que os fungos responsáveis pela coccidioidomicose estão se adaptando a novos habitats que podem ter características diferentes daquelas descritas anteriormente .
A transmissão animal-a-animal requer contato direto, como o manuseio de animais infectados na clínica ou a inoculação direta com material infectado , que ocorre em uma mordida animal . Este conceito é apoiado pelo trabalho de Lacy e Swatek que relataram a descoberta de esférulas viáveis no tecido e secreção dos animais.
Existem vários relatos de coccidioidomicose em animais domésticos que foram confirmados por evidências serológicas . Isto representa um problema para a saúde pública, pois a presença de Coccidioides spp. nestes animais sugere que eles podem servir como disseminadores do fungo e, portanto, ser um possível perigo para a saúde humana.