Docente: Prof. Dr. Felipe S. Chambergo – fscha@usp.br Data: Quinta-feira 14 – 18 h / Sala: 203 Edifício I1.

USP – 2020

Biotecnologia

ACH5525 Microbiologia, Imunologia e Parasitologia

1o semestre 2020

Micologia Morfologia e fisiologia dos fungos; ecologia

dos fungos; Fungos de importância em saúde humana,

veterinária e vegetal. Micotoxinas e Micotoxicose

Prova 1

Biotecnologia

ACH5525 Microbiologia, Imunologia e Parasitologia

1o semestre 2020

Fungos

(Woese, 2000; Mora et al., 2011)

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).

Árvore filogenética

(Hibett et al., 2007)

O Reino Fungi

(706 espécies)

(1300 espécies)

(20 espécies)

(179 espécies)

( 206 espécies)

(40 espécies)

(277 espécies)

(1071 espécies)

(169 espécies)

(64163 espécies)

(31515 espécies)

ZYGOMYCOTA

1

2

3

4

5

6

7

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

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.

Heterótrofos

Reprodução

Sexuada Assexuada

Metabolismo

Multicelular (Filamentoso) Unicelular

Parede Celular Quitina/Glicano

Fungos

Secundário Primário

• Representados pelos cogumelos, bolores, mofos, orelhas-de-pau, leveduras;

• Eucariontes; • Heterótrofos e aclorofilados; • Uni ou pluricelulares; • Nutrem-se de matéria orgânica morta (fungos saprófitas) ou viva

(fungos parasitas); • Apresentam dois grande grupos: os pluricelulares ou

filamentosos(bolores) e os unicelulares (leveduras). • Sua reserva energética é formada pelo glicogênio (a mesma

reserva de carboidrato encontrada nos animais). • Podem apresentar parede celular celulósica, impregnada de

quitina ou apenas com quitina;

Características

Corpo de frutificação

Micélio

Conjunto de filamentos (hifas), parte “invisível” do fungo

Os esporos são as estruturas de dispersão dos fungos, são as suas “sementinhas” .

Parte visível do fungo, responsável pela reprodução do mesmo.

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 substâncias metabólicas (toxinas) indisposição intestinal.

Pão mofado Laranja mofada Fruta mofada

Porque fazem digestão extracorpórea

Doenças em animais e seres humanos Mucor sp; Rhizopus sp; Aspergillus sp; Fusarium sp;

Histoplasma sp; Candida sp; Paracoccidioides sp; Cryptococcus sp; Trichophyton sp;

Pseudogymnoascus sp; Batrachochytrium sp

Deterioração de alimentos Aspergillus sp, Penicillium sp, Mucor sp e

Rhizopus sp

Aflatoxina B1

Produção de Tóxinas Amantia phalloides (alfa-amanitina),

Claviceps purpurea (ergotamine); Aspergillus flavus (aflatoxina)

Amatoxina

Doenças em plantas e degradação de Madeira

Phythium 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 dimórficos ambientais.

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 maior de

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

soropositivos para HIV, com predisposição congênita, desnutridos, muito novos ou idosos)

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

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.

Reconhecimento de Fungos

doi:10.1038/nri2939 - 2011

doi.org/10.1016/j.biopha.2018.10.075

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

Relação entre genes humanos e susceptibilidade a fungos

doi:10.1128/microbiolspec .FUNK-0050-2016. -2017

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

DOI 10.1007/978-1-4939-7104-6_2

Aspergillus fumigatus

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

AGRICULTURA

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 efluentes Enzimas Industriais

Biocatalisadores

Fungos comestíveis Proteína microbiana Bebidas alcoólicas

Produtos fermentados Antioxidantes

Micorrizas Controle biológico

Biopesticidas Resistência a

pragas

Fungos e Sociedade: Amigos

FungoFUNGO Produto/Uso Características Potencial Ref

Agaricus bisporus Lentinula edodes Pleurotus sp Volvariella volvaceae

Alimentação Aroma, textura e sabor. Fonte rica de nutrientes, com baixo conteúdo de gordura e colesterol, sem glúten, e baixo teor de sódio.

O mercado global de cogumelos foi avaliado em US $ 29.427,92 milhões em 2013. Este mercado deverá crescer em 9,5% a partir de 2014, chegando a US $ 50,034.12 milhões até 2019.

Fusarium graminearum Quorn-mycoproteina Proteína de células simples ~ £550 m em 2019 Aspergillus oryzae, A. tamari or A. sojae.

Molho de soja, Soja fermentada (miso_

Condimentos ~ US$23.29 bn em 2020, no mercado de molhos como condimentos

Penicillium camemberti P. roqueforti

Queijo Aroma e sabor ~ US$ 100 bn em 2019, para queijos em geral

Penicillium chrysogenum, Cephalosporium sp

Antibióticos: Aproximadamente 22% produzidos por fungos filamentosos

Penicilina G e Penicilina V biossintética, tem um mercado combinado de $ 4,4 bilhões, e penicilina e cefalosporina semisintéticas, tem um mercado de US $ 11 bilhões.

Tolypocladium inflatum

Ciclosporina A/Immnunosupresor Transplante de órgãos ~US $ 1.5 bilhões

Aspergillus terreus Penicillium citrinum Monascus ruber.

Lovastatin Compactin

Inibem a 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA redutase, a enzima importante na biossintese de colesterol no fígado. A diminuição de colesterol intracelular induz um aumento da síntese de receptores hepáticos de LDL,

~US $ 15 bilhões

Taxomyces andreanae Taxol (paclitaxel) Anti-tumor. Tratamento de câncer de mama e ovário, age bloqueando a despolimerização de microtúbulos

~US $ 3.7 bilhões

Claviceps purpúrea Ergot alkaloides e outros relacionados Medicina (antimigranha, vasoconstrição, vasodilatação, antihipertensão, anti-parkinson, desordens psiquiátricos)

~US $ 3.7 bilhões

Gibberella zeae Zearelanona (estrogênio) Agente anabólico em gado e ovelha, aumentando o crescimento e eficiência alimentar.

Gibberella fujikuroi Giberelinas Hormônio de plantas O mercado global de reguladores do crescimento das plantas deverá atingir aproximadamente US $ 6,4 bilhões em 2020

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Fungi produce a multitude of low-molecular-mass compounds known as secondary metabolites, which have roles in a range of cellular processes such as transcription, development and intercellular communication. In addition, many of these compounds now have important applications, for instance, as antibiotics or immunosuppressants.

Immunosuppressants Compounds that reduce the activity of the immune system by inhibiting essential processes. Cholesterol-lowering compound A compound that leads to a reduction of the cholesterol level in human blood (for example, by inhibition of the 3-hydroxy-3′-methyl glutaryl coenzyme A reductase activity involved in cholesterol biosynthesis). Terpenes Organic molecules formed of an isoprene (C5H8) unit backbone to give, for example, C10 (monoterpene), C15 (sesquiterpene) and C20 (diterpene) compounds. Antibiotic compounds Antibiotics are low-molecular weight organic natural products (secondary metabolites) made by microorganisms at low concentration.

Metabolismo secundário.

Metabolismo secundário.

Brakhage, A. Nature Reviews/Microbiology. 2013, (11):21

Light grey indicates non-ribosomal peptide derivatives; dark grey represents a non-ribosomal peptide derivative that requires a tryptophan dimethylallyltransferase for synthesis; red represents polyketide derivatives; blue represents a mixed polyketide–non-ribosomal peptide compound; green represents a gibberellin, for which synthesis involves terpene cyclase but no non-ribosomal peptide synthetase or polyketide synthase.

Micotoxinas Metabólitos tóxicos produzidos por fungos comuns.

As aflatoxinas, produzidas por Aspergillus flavus e espécies relacionadas em grãos e nozes, causam câncer de fígado, A ocratoxina A produzida por espécies de Aspergillus e Penicillium em vários alimentos, incluindo grãos (em climas frios), café, uvas secas e vinhos. Causa danos nos rins e também é cancerígeno. As fumonisinas são produzidas por Fusarium verticillioides e espécies relacionadas no milho. Eles causam câncer de fígado em ratos e talvez câncer de esôfago em humanos. O desoxinivalenol de um grupo de micotoxinas chamadas tricotecenos, que são tóxicos porque interferem na síntese de proteínas. O desoxinivalenol e a zearalenona, que é uma micotoxina estrogênica, são produzidos por Fusarium graminearum e espécies relacionadas em grãos pequenos, principalmente trigo

https://www2.biomin.net/

Antibióticos

Tormo, J.R. Manipulating Filamentous Fungus Chemical Phenotypes by Growth on Nutritional Arrays. IN: Fungal Secondary Metabolism, Edited by Nancy P. Keller and Geoffrey Turner, Humana Press, Springer New York, USA, 2012.

2004

Ácidos orgânicos de importância econômica, produzidos por fungos

Cosméticos, medicina, alimentos, indústria química, agricultura

Indústrias alimentar, farmacêutica, têxtil, de couro e outras.

Resinas sintéticas, fibras sintéticas, plásticos, borrachas e aditivos de óleo

Agente acidulante, conservante, emulsionante, saborizante, sequestrante e tampão, utilizado em indústrias de alimentos, bebidas, armacêuticos, nutracêuticos e cosméticos

Okabe, M. Appl Microbiol Biotechnol (2009) 84:597-606

IA is an important intermediate in polymer production. It is extremely useful in the industrial production of synthetic resins, synthetic fibers, pesticides, plastic, rubbers, surfac-tants, ion-exchange agents, and lubricating oil additives.

A identificação de uma série completa de derivados de alcano de cadeia linear de menor massa sendo produzida por um fungo endofítico sugeriu, pela primeira vez, que os micróbios possam ter a capacidade de produzir os esqueletos de carbono básicos que compõem o combustível para motores diesel e a mistura de VOC deste fungo foi denominada: Mycodiesel. Gliocladium roseum (NRRL 50072)

2014

this organism produced an extensive series of the acetic acid esters of straight-chained alkanes including those of pentyl, hexyl, heptyl, octyl, sec-octyl and decyl alcohols. Other hydrocarbons: undecane, 2,6-dimethyl; decane, 3,3,5-trimethyl; cyclohexene, 4-methyl; decane, 3,3,6-trimethyl; and undecane, 4,4-dimethyl.

Mycoprotein Mycoprotein is made from Fusarium venenatum, an ascomycete, which is a type of fungus that naturally occurs in the soil. Once harvested, the organism is fed with carbohydrate in large air-lift fermenters before being separated by centrifugation to form the mycoprotein ‘dough’, that can be used in a variety of ways to make Quorn products.

www.quorn.com

is a nutritious protein source is high in fiber is low in sodium, sugar, cholesterol, and fat is rich in essential amino acids has a meat-like texture has a low carbon and water footprint, in comparison with chicken and beef

Terpenoides Despite this diversity, all terpenoids are derived from the simple five carbon precursor molecules dimethylallyl diphosphate (DMAPP) 1 and isopentenyl diphosphate (IPP). In fungi, these two isomers are produced from acetyl-CoA via the mevalonate pathway. Fungi represent an incredible resource for the discovery of new biosynthetic pathways.

DOI 10.1007/10_2014_283

Fungi bioluminescence Desjardin, Oliveira and Stevani

Photochem. Photobiol. Sci., 2008, 7, 170–182

.........................................................................22 ................................................................................01: TAXOL - Paclitaxel ................................................................................07

....................................................................19 ......................................................................04

......................................36 ................................................................................06 ................................................................................52

.................................................................22

..........................................................10

196 compostos

...................................................................17

Número

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