Muchas señales de transducción y rutas metabólicas conservadas, son críticas para la patogénesis de hongos (Lengeler y col., 2000). Estas mismas rutas se conocen perfectamente en S. cerevisiae, en parte porque es un microorganismo muy bien caracterizado y que permite ser manipulado fácilmente, al contrario que ocurre en otras levaduras patógenas como C. albicans. Teniendo en cuenta el amplio conocimiento genético que se tiene de S. cerevisiae, junto con el hecho de ser una levadura que muestra una estrecha relación filogenética con especies patógenas del género Candida (Bowman y col., 1992; Lott y col., 1993), ha permitido estudiar los factores genéticos necesarios para la supervivencia
in vivo de otros patógenos fúngicos. Sin embargo, el aumento de casos clínicos causados por
S. cerevisiae, su capacidad para infectar ratones (Byron y col., 1995; Clemons y col., 1994), también ha permitido estudiar los genes y las rutas de señalización y metabólicas que pueden estar involucradas en su supervivencia in vivo empleando modelos murinos Goldstein y McCusker, 2001; Kingsbury y col., 2006).
a) Auxotrofías y supervivencia in vivo
El estudio de las mutaciones de auxotrofía, permiten valorar in vivo, aspectos clave de la biología del hongo, como por ejemplo, la concentración de un nutriente requerido, combinado con la capacidad de consumo de dicho nutriente in vivo, el efecto fenotípico de la limitación de nutriente necesarios, in vivo, y posiblemente el bloqueo específico de algunas rutas, ya que indicarán algún fenotipo de auxotrofía (Goldstein y McCusker, 2001). A continuación se detallan las auxotrofías que muestran una relación directa con la supervivencia de S. cerevisiae, in vivo:
El mutante ade2∆, que bloquea el último paso de la ruta de biosíntesis de purinas, muestra un defecto en la supervivencia in vivo.
El mutante autotrófico para leucina (leu2∆), causa una severa disminución de la supervivencia in vivo.
b) Dimorfismo y supervivencia in vivo
Como se comentó anteriormente, el dimorfismo es un factor de virulencia muy importante para muchos de los patógenos fúngicos, en la infección de humanos. El cambio reversible entre célula levaduriforme y pseudohifa ha sido caracterizado en S. cerevisiae. Este fenómeno está regulado por la ruta de transducción de las MAPKs, mediada por el factor de transcripción Tec1 y la ruta de transducción del AMP cíclico, mediado por el factor de transcripción Flo8. Ambos factores de transcripción finalmente activan la transcripción del gen FLO11 (Rupp y col., 1999), entre otros, que codifica la floculina Flo11 (Lambrechts y col., 1996).
Los mutantes simples flo8∆, tec1∆ y el doble mutante flo8∆tec1∆, muestran cierta deficiencia en la supervivencia in vivo. Sin embargo, esta deficiencia no es tan crítica como la que experimentan mutantes deficientes en dimorfismo de C. albicans (Schweizer y col., 2000).
Existen rasgos de virulencia, importantes en la supervivencia de ciertas especies, en concreto, como es el caso de la presencia de capsula para C. neoformans. De la misma manera se plantea que el dimorfismo puede ser importante para la supervivencia de ciertas especies de Candida. Sin embargo, otras especies como C. glabrata, considerada una levadura patógena oportunista, causante actualmente del 20% de los casos de candidemia sintomática (Diekema y col., 2002), muestra una capacidad limitada de pseudofilamentar in vitro (Csank y Haynes, 2000), mientras que in vivo, no forma pseudohifas (Fidel y col., 1999). Este comportamiento es muy similar a lo que se observa in vivo, para S. cerevisiae (Clemons y col., 1994), lo cual no es de extrañar, si se tiene en cuenta la estrecha relación filogenética de estas dos levaduras (Lott y col., 1993). Estas observaciones permitieron abordar el papel de las rutas y los genes implicados en la captación, transporte y metabolismo del nitrógeno y compuestos de carbono, en la supervivencia in vivo (Kingsbury y col., 2006). Se ha descrito que, teniendo en cuenta las fuentes potenciales de nitrógeno que S. cerevisiae puede encontrar in vivo (amonio, urea y aminoácidos), no necesitará cambiar a su forma pseudohifal para sobrevivir, ya que puede emplear una gran variedad de fuentes de nitrógeno, que no limitarán su crecimiento, como para que sufra el cambio dimórfico. Por otro lado, fuentes de carbono pobres presentes en el medio, también pueden llevar a dicho cambio. Sin embargo, puesto que en el suero murino la glucosa es el azúcar predominante y es también la fuente de carbono preferida para las levaduras, S. cerevisiae no tendrá que alterar su crecimiento vegetativo para sobrevivir in vivo. De manera que la incapacidad de
S. cerevisiae (y C. glabrata) de formar pseudohifas in vivo, se atribuye a las condiciones ambientales que puede encontrar. Pero de todos modos, se plantea que algunos genes de regulación del nitrógeno serán importantes in vivo para estas levaduras, de manera que la transición dimórfica es importante en la patogenicidad.
c) Metabolismo de carbohidratos
La hidrólisis de carbohidratos de almacenamiento como el glucógeno, parece tener una contribución en la supervivencia in vivo de S. cerevisiae. Sin embargo, la hidrólisis de la trehalosa parece tener una gran influencia. Esta levadura acumula ambos carbohidratos en condiciones de limitación de nitrógeno, bajas concentraciones de carbohidratos y estrés osmótico y térmico (Eleuterio y col., 1993; Hottiger y col., 1987; Lillie y Pringue, 1980; Parrouu y col., 1999). Puesto que la hidrólisis de glucógeno y trehalosa puede aumentar la supervivencia durante una limitación de carbono (Sillje y col., 1999), el gran papel que tiene
in vivo solo la hidrólisis de trehalosa sugiere que la importante función de la trehalosa puede deberse a un papel adicional en la correcta renaturalización de las proteínas en la recuperación tras sufrir estrés (De Virgilio y col., 1994; Parrou y col., 1997; Singer y Lindquist, 1998).
d) Biosíntesis de aminoácidos
Entre los genes críticos para la supervivencia in vivo de S. cerevisiae, destacan aquellos requeridos en la biosíntesis de aminoácidos. Concretamente los genes ARO7 para la síntesis de aminoácidos aromáticos, HOM3 para la biosíntesis de la metionina y treonina e ILV2, de la ruta de biosíntesis de isoleucina y/o valina, parecen ser esenciales para S. cerevisiae in vivo, ya que mutantes de estos genes dan lugar a una disminución de su supervivencia. Sin embargo, otros genes muestran un bajo o nulo requerimiento, como es el gen MET3, involucrado en la biosíntesis de metionina, LYS9 para la lisina o SPE3 para la espermidina (Kingsbury y col., 2006), así como los genes para la histidina (HIS3) y el triptófano (TRP1) (Goldstein y McCusker, 2001). No obstante, estos fenotipos de supervivencia para S. cerevisiae contrastan con otras levaduras como C. neoformans, donde los mutantes met3∆,
lys9∆ y spe3∆ ven atenuada tanto la supervivencia como la virulencia in vivo (Kingsbury y col., 2006). Estas diferencias de supervivencia in vivo podrían deberse a las diferencias entre
especies en cuanto a los principales nichos habitados in vivo, al transporte de compuestos de nitrógenos u otros requerimientos.
La necesidad de los genes ARO7, HOM3 e ILV2 para la supervivencia de
S. cerevisiae in vivo, indicaría que la presencia y el transporte de la treonina, aminoácidos aromáticos, la isoleucina y/o la valina sucede a bajas concentraciones in vivo, o bien que los mutantes aro7∆, hom3∆ o ilv2∆ den lugar a otros fenotipos que influyan en la supervivencia (Kingsbury y col., 2006).
e) Las proteínas de shock térmico, HSP
La exposición a elevadas temperaturas y otras formas de estrés a células y tejidos de una gran variedad de organismos, se produce la síntesis de proteínas conocidas como Hsp, o de “shock” térmico. De esta manera los organismos se vuelven más tolerantes a temperaturas extremas. S. cerevisiae produce proteínas estrechamente relacionadas con la familia de las Hsp90, Hsc82 y Hsp82, las cuales difieren en el patrón de expresión (Hsc82, expresa constitutivamente altos niveles, mientras que Hsp82 es más fuertemente inducible por calor), aunque presentan la misma función, crecer a altas temperaturas, requiriendo para ello altas concentraciones de cada proteína (Borkovich y col., 1989). El papel de estas proteínas en la patogénesis de S. cerevisiae ha sido investigado, estableciéndose que la sobre- expresión de Hsp90 (Hodgetts y col., 1996), aumenta la virulencia de cepas de laboratorio de S. cerevisiae, permitiendo la proliferación y persistencia en los órganos, de manera similar a los aislados clínicos de esta levadura (Clemons y col., 1994). Aunque no se ha establecido el papel que puedan tener estas proteínas en las patogénesis de esta levadura, quizás tenga que ver con el hecho de que estas proteínas son antígenos inmunodominantes y están asociadas con la inmunidad humoral protectora, como ocurre en el caso de C. albicans
3. Las técnicas moleculares, herramientas útiles para el estudio de la epidemiología