Fungos Biologia IV Profa. Ilana L. B. C. Camargo

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1 Fungos Biologia IV Profa. Ilana L. B. C. Camargo 1 Fungos Grupo grande diverso e amplamente disseminado de organismos (bolores, cogumelos e leveduras); Cerca de espécies descritas e estima-se existir até 1,5 milhões de espécies; Grupo filogeneticamente distinto de outros organismos, sendo relacionados de forma mais estreita aos animais; Habitats diversos: aquáticos (doce ou salgada) e terrestes (maioria); Habitam o solo e a matéria vegetal morta; 1

2 Árvore filogenética da vida, definida a partir de comparações entre sequências de RNA ribossomal. 3 Árvore filogenética de Eukarya baseada em análise comparativa de sequências de RNA ribossomômicos18s. 2

3 Shimeji Fungos o Micologia: ramo da microbiologia que estuda os fungos. o > 100 mil espécies conhecidas, ~ 200 sp patógenos do homem e outros animais. o Bolores e cogumelos (filamentosos), leveduras (unicelulares) o Bolores limosos: eucariotos que tem similaridade fenotípica com protozoários e fungos. São classificados como Protistas!! 3

4 Fungos Quimiorganotrófico - usam compostos orgânicos (C+H) como fonte de energia Maioria aeróbia Alimentam-se por meio de enzimas extracelulares que digerem compostos orgânicos complexos, como polissacarídeos ou proteínas, em seus componentes monoméricos que são captados pelas células Reciclam a matéria orgânica não viva e viva Fungos Importante atividade ecológica dos fungos Basideomicetos decomposição de madeira, papel, tecido e outros derivados Utilizam celulose e lignina como fontes de carbonos e energia Rigidez Polímero complexo, no qual os blocos constituintes são compostos fenólicos Fungo da podridão da madeira decompõe a lignina em plantas 4

5 Fungos Crescem em extremos ambientais com baixo ph e temperatura elevada (até 62 C) Facilidade de dispersão dos esporos fúngicos Contaminantes comuns em alimentos, meios de cultura e superfícies em geral. Fungos - Caracterísitcas Fungos filamentosos Leveduras Multicelular com rede de filamentos chamada de hifas; Hifas paredes celulares tubulares que envolvem a membrana citoplasmática Cada filamento de hifa cresce a partir da extremidade, por meio da extensão da célula terminal Conjunto de hifas = micélio ou bolor observação a olho nú 5

6 Fungos - Caracterísitcas Formação de hifas Septadas Não septadas (Cenocíticas) Vários núcleos! Esporo tubo Hifa germinativo Micélio Fungos - Caracterísitcas Hifas aéreas ou vegetativas Hifas aéreas podem conter esporos assexuais frequentemente pigmentados chamados de conídeos Aspecto pulverulento Atua na dispersão do fungo 6

7 Fungos - Caracterísitcas Diagrama do ciclo de vida assexual de um bolor. Fotos: MEV e MO de Penicillium sp; placa com colônia de Penicillium notatum. Fungos - Caracterísitcas Alguns com estruturas reprodutivas macroscópicas Corpos de frutificação (cogumelos ou puff balls) Liberam milhões de esporos que são disseminados pelo vento água, ou animais para novos habitats e então podem germinar 7

8 Fungos - Caracterísitcas Leveduras células únicas crescimento por brotamento Levedura Saccharomyces cerevisae. Foto superior: MEV, mostrando uma célula com broto e outra com a cicatriz do broto. Foto ao centro: MO de uma célula em brotamento. 8

9 Fungos Dimórficos Fungos Dimórficos Blastomyces dermatitidis 9

10 Fungos Dimórficos Características e Adaptações nutricionais o Parede celular: 80-90% polissacarídeo, mais proteínas, lipídeos, polifosfatos e íons orgânicos. o Quitina: polissacarídeos mais comum. É um polímero derivado da N-acetilglicosamina. Outros: mananas, galactosanas e quitosanas. o Membrana plasmática: Ergosterol (substitui o colesterol das MP de eucariotos superiores). o Quimiorganotróficos - usam compostos orgânicos (C+H) como fonte de energia 10

11 Características e Adaptações nutricionais o ph ótimo de crescimento ~ 5,0; alguns crescem até 62 o C. o Maioria aeróbia. Leveduras anaeróbia facultativa. o Resistentes à pressão osmótica crescem em [ ] altas de açúcar ou sal. o Metabolizam carboidratos complexos (p.e., lignina). o Podem também crescer sobre substâncias com baixo grau de umidade. o Necessitam de menos nitrogênio para crescimento equivalente ao das bactérias o Formam esporos sexuais e assexuais (relacionados com reprodução) Não exibem extrema tolerância e longevidade Auxiliam na identificação!! Filogenia dos fungos baseada no RNAr 18S Quitridiomicetos Zigomicetos Glomeromicetos Ascomicetos Basidiomicetos 11

12 Ciclo de vida reprodução Maioria por reprodução assexuada antigamente chamados de Deuteromicetos ou fungos imperfeitos Reprodução sexual fungos perfeitos Com a sistemática molecular esta classificação deixou de ser amplamente utilizada Ciclo de vida - reprodução assexual Hifas filamentosas Crescimento e dispersão Brotamento Divisão celular simples Conídeos Esporos assexuais 12

13 Ciclo de vida - reprodução assexual Esporos assexuais formados pelas hifas de um organismo por mitose e divisão celular (não envolve a meiose ou fusão de gametas). Germinam e tornam-se organismos geneticamente idênticos ao parental Esporos sexuais desenvolvem-se a partir da fusão de gametas unicelulares ou hifas especializadas chamadas de gametângios Esporos sexuais podem se originar pela fusão de duas células haplóides originando uma célula diplóide que então sofre meiose e mitose originando esporos haplóides individuais. São produzidos menos frequentemente. Germinam e apresentam características de ambos os parentais MENOS RESISTENTES AO CALOR QUE OS ENDÓSPOROS BACTERIANOS Ciclo de vida - reprodução assexual Diagrama do ciclo de vida assexual de um bolor. Fotos: MEV e MO de Penicillium sp; placa com colônia de Penicillium notatum. 13

14 Ciclo de vida reprodução sexual Plasmogamia: Citoplasma de 2 micélios próximos fundem-se. Os micélios formados pelas hifas de fungos sexualmente compatíveis unem-se de modo que uma hifa é denominada hifa(+) e outra hifa(-). As hifas ao se unirem formam um corpo de frutificação sobre o solo denominado zigósporo que tem dois núcleos haplóides no qual se unem formando um diplóide. Essa junção cariótica denomina-se cariogamia. Há a formação do esporângio que libera esporos Ciclo de vida reprodução sexual e assexual 14

15 Ciclo de vida reprodução sexual e assexual Ciclo de vida espóros Esporos produzidos em: Interior de Sacos fechados (Ascos) são chamados de ascósporos Na extremidade de uma estrutura claviforme (Basídeo) é chamado de basidiósporos 15

16 Filogenia dos fungos Árvore filogenética baseada no sequenciamento do gene do rrna 18S Basidiomicetos Ascomicetos Glomeromicetos Zigomicetos Quitridiomicetos Animais Compartilham com os animais um ancestral comum mais recente do que com qualquer outro grupo de organismos eucarióticos Grupos irmãos que divergiram há ~1,5 bilhões de anos Linhagem mais antiga = quitridiomicetos com esporos flagelados Ausência de flagelos na maioria dos fungos indica que a motilidade é uma característica que foi perdida em épocas diferentes nas várias linhagens fúngicas Quitridiomicetos Principais Gêneros: Allomyces de vida livre Batrachochytrium quitridiomicose em sapos Denominação refere-se à estrutura do corpo de frutificação ( pequeno pote ) que tem zoósporos (esporos móveis com flagelos) Comumente encontrados em água doce e solos úmidos; Células únicas ou formam colônias com hifas Ao infectar a pele do sapo, impede a respiração Casusando morte!! 16

17 Zigomicetos Principais Gêneros: Rhizopus Encephalitozoon fungo parasita desprovido de organelas! Papel de deterioração de alimentos Comumente encontrados em solo e em matéria vegetal em decomposição; Todos são cenocíticos; Todos formam zigósporos Glomeromicetos Grupo pequeno de fungos com grande importância ecológica Cerca de 160 espécies conhecidas Formam endomicorrizas / micorrizas arbusculares na maioria com raízes de plantas herbáceas VER MICORRIZAS no final da aula!!! No papel de simbiontes de plantas, desempenharam importante papel na capacidade de plantas vasculares primitivas colonizarem o solo. Nenhum foi cultivado independente de uma planta; Reprodução assexuada; Morfofogia cenocítica. 17

18 Ascomicetos Principais gêneros: Saccharomyces Candida Neurospora Leveduras ou filamentosos Ascomicetos Ambientes aquáticos ou terrestres Produzem ascos células onde dois núcleos haplóides de acasalamentos distintos formam um núcleo diploide o qual sofre meiose originando ascósporos haplóides Em alguns ascomicetos, os ascos são formados por mitose nas extremidades de hifas especializadas conidióforos. Papel ecológico decomposição de matéria vegetal morta alguns formam ectomicorrizas com árvores florestais vários fazem simbioses em líquens 18

19 Basidiomicetos Principais Gêneros: Agaricus Amanita Grande grupo com mais de espécies descritas Muitos correspondem aos reconhecidos Cogumelos Comestíveis Agaricus Venenosos Amanita Ciclo de vida Ciclo de vida de um cogumelo típico (repr. sexual) Corpo de frutificação Fotos: Amanita muscaria 19

20 Importância econômica de leveduras Doenças causadas por fungos o Micose: qualquer infecção de origem fúngica. o Segundo grau de envolvimento no tecido e modo de entrada, podem ser: o sistêmica, subcutânea, cutânea ou oportunista. 20

21 Doenças causadas por fungos o Sistêmica: infecções no interior do corpo, podem afetar vários tecidos e órgãos. o geralmente resulta da inalação de esporos do solo; o iniciam-se nos pulmões e daí difundem-se para o resto do corpo; o não são contagiosas entre indivíduos; o histoplasmose (Hystoplasma capsulatum), coccidioidomicose (Coccidioides immitis), paracoccidioidomicose ou blastomicose sul-americana (Paracoccidioides brasiliensis). o fungos dimórficos: filamentoso no solo e levedura no tecido. paracoccidioidomicose ou blastomicose sulamericana, também conhecida por Doença de Lutz-Splendore-Almeida é uma doença pulmonar causada pelo fungo Paracoccidioides brasiliensis. A paracoccidioidomicose tem caráter endêmico entre as populações da zona rural, acometendo os indivíduos do sexo masculino, na faixa etária produtiva da vida (30-60 anos) e está relacionada às atividades agrícolas. O agente etiológico é um fungo termodimórfico (Paracoccidioides brasiliensis). A porta de entrada do fungo é a via inalatória. Linfonodomegalias superficiais e profundas, com supuração de massa ganglionar, hepatoesplenomegalia e diversos sintomas (digestivos, cutâneos e osteoarticulares) são as principais manifestações da doença, além de anemia, febre e emagrecimento, com rápida deterioração do estado geral da criança. É raro o comprometimento pulmonar. 21

22 Doenças causadas por fungos Doenças causadas por fungos Meningoencefalite Cryptococcus neoformans 22

23 Doenças causadas por fungos Histoplasma capsulatum A histoplasmose é uma micose sistêmica que afeta órgãos internos. Ela é uma zoonose, transmitida por aves e morcegos. Doenças causadas por fungos Histoplasma capsulatum Infecção pulmonar aguda: assintomática ou subclínica. manifestações são autolimitantes do trato respiratório. Quando há uma inalação maciça de conídeos, pode haver o aparecimento de uma forma pulmonar aguda, grave, após o período de incubação. Sintomas mais comuns são: febre, calafrios, cefaléia, dispnéia, mialgias, hiporexia, tosse e dor no peito. 10% dos pacientes desenvolvem artrite ou atralgias Histoplasmose Pulmonar Crônica: em pacientes fumantes, com certa idade, que possuem doença pulmonar crônica obstrutiva, a histoplasmose pulmonar pode progredir vagarosamente para uma forma fibrocavitária crônica que acomete, geralmente, os lobos superiores dos pulmões. Os sinais clínicos apresentados são: febre baixa vespertina, perda de peso, sudorese noturna, dor no peito e tosse com expectoração hemoptóica. Infecções disseminadas: a infecção primária pelo H. capsulatum, independente de qual seja a sintomatologia, pode disseminar por todo o organismo, em especial, para órgãos ricos em macrófagos. Raramente, os indivíduos que estão com o sistema imune aparentemente normal, irão desenvolver histoplasmose disseminada sintomática 23

24 Doenças causadas por fungos o Subcutâneas: infecções localizadas abaixo da pele. o causada por fungos saprofíticos que vivem no solo e na vegetação; o Esporotricose (Sporothrix schenkii): comum em jardineiros e pessoas que trabalham com a terra. Esporos ou micélio entram por lesões da pele. o Ulcerações nas mãos e áreas atingidas. Esporotricose, uma infecção subcutânea, causada por Sporothrix schenckii. Doenças causadas por fungos o Cutâneas: infecções localizadas na camada externa da epiderme (estrato córneo), pêlos, cabelo e unhas. o fungos são chamados de dermatófitos; dermatomicoses ( tinha ou tínea );. o fungos favorecidos pelo calor e umidade; secretam queratinases. o transmitidas entre indivíduos ou entre animais e indivíduo. o pé-de-atleta, onicomicose (unha). Micose superficial localizada no pé (pé-de-atleta), decorrente de uma infecção por Trichophyton rubrum. 24

25 Doenças causadas por fungos o Oportunistas: causadas por fungos que não induzem doença na maioria das pessoas mas podem fazê-lo nas imunocomprometidas. o Mais comum: Candidíase o Candida albicans, faz parte da flora normal das mucosas dos tratos respiratório superior, gastrointestinal e genital feminino. o Sapinho, vaginite. o Candidíase pode se tornar sistêmica em indivíduos imunodeprimidos. Candida albicans Cryptococcus neoformans Histoplasma capsulatum Pneumocystis carinii Cryptosporidium sp Doenças fúngicas associadas a casos da Síndrome da Imunodeficiência Adquirida (AIDS). (a) Candida albicans em tecido cardíaco de paciente com infecção sistêmica por Candida. (b) Cryptococcus neoformans em tecido hepático de um paciente com criptococose. (c) Histoplasma capsulatum em tecido hepático de paciente com histoplasmose. (d) Pneumocystis carinii em paciente com pneumocistose pulmonar. (e) Cryptosporidium sp, oriundo do intestino delgado de um paciente com criptosporidiose. 25

26 a Patógenos considerados oportunistas, tendo sido implicados na patogênese da AIDS. Doenças causadas por fungos o Micotoxicoses: doença fúngica causada pela ingestão de toxinas de fungos. o Aflatoxinas (Aspergillus flavus) em amendoim. o Toxina de Fusarium, fungo que cresce em grãos, como trigo e arroz. o Amanitina e faloidina (Amanita phalloides): ingestão do cogumelo. o Ergot : produzida por Claviceps purpurea, patógeno de plantas, presentes nos grãos. Fonte do LSD. dietilamida do ácido lisérgico Amanita phalloides Centeio infestado com Claviceps purpurea Esporão-do-centeio 26

27 Drogas anti-fúngicas Categoria Alvo Exemplos Uso Polienos Integridade do ergosterol Anfotericina B Oral Análogos de ácido nucléico Síntese de DNA 5-fluorocitosina Oral Polioxinas Síntese de quitina Polioxina A Polioxina B Azóis Síntese de ergosterol Fluconazol Itraconazol Cetoconazol Miconazol... Agrícola Agrícola Oral Oral Oral Tópico Alilaminas Síntese de ergosterol Terbenafina Oral 53 Drogas anti-fúngicas Anfotericina B 27

28 Drogas anti-fúngicas Itraconazol Inibe a síntese do ergosterol na membrana do fungo Drogas anti-fúngicas Fluconazol Inibe a síntese do ergosterol na membrana do fungo É o fármaco de eleição para Cryptococcus neoformans, para Candidemia e para Coccidioidomicose 28

29 Sítios de ação de alguns agentes quimioterápicos anti-fúngicos (Madigan et al., 2004) Simbioses fúngicas 29

30 Simbioses fúngicas A maioria das plantas depende dos fungos para facilitar sua captação de minerais a partir do solo Líquens Micorrizas Fungos + cianobactérias ou algas verdes Fungos + raízes de plantas Liquens Combinação de alga verde (ou cianobactéria) com fungos; Relação mutualística Quando crescem separados são muito diferentes e podem habitar áreas onde nem fungos ou algas sozinhos poderiam sobreviver sozinhos. Secretam ácidos orgânicos que desgastam as rochas Crescimento lento Telhados, árvores, estruturas de cimento 30

31 Liquens Fotomicrografia de uma seção transversal de um líquen. 61 Liquens 3 caracterísitcas morfológicas: 1. Liquens crustosos crescidos encrustados; 2. Liquens foliosos - parecidos com folhas; 3. Liuens fruticosos projeções do tipo dedos 31

32 Liquens (a) (b) (c) Liquens. (a) liquen folhoso, (b) Calpoplaca crenularia, (c) Usnea sp crescendo em um galho de uma árvore, (d) Cladonia sp. (d) 63 Liquens Importância Econômica Os liquens produzem ácidos que degradam rochas e ajudam na formação do solo, tornando-se organismos pioneiros em diversos ambientes. Esses ácidos também possuem ação citotóxica e antibiótica. Quando a associação é com uma cianobactéria, os liquens são fixadores de nitrogênio, sendo importantes fontes de nitrogênio para o solo. Os liquens são extremamente sensíveis à poluição, sobrevivendo de bioindicadores de poluição, podendo indicar a qualidade do ar e até quantidade de metais pesados em áreas industriais. Algumas espécies são comestíveis, servindo de alimento para muitos animais. 32

33 Micorrizas Micorriza ou Micorrhyzum Associação mutualística do tipo simbiótico, existente entre certos fungos e raízes de algumas plantas. Formam-se quando as hifas de um fungo invadem as raízes de uma planta. As hifas vão auxiliar as raízes da planta na função de absorção de água e sais minerais do solo, já que aumentam a superficie de absorção ou rizosfera. Deste modo as plantas podem absorver mais água e adaptar-se a climas mais secos. Os fungos, como "pagamento" dos seus serviços, recebem da planta os fotoassimilados (carboidratos), que necessitam para a sua sobrevivência e que não conseguem sintetizar, pois não possuem clorofila. Micorrizas Micorrizas. (a) Raiz do pinheiro Pinus rigida que apresenta uma típica ectomicorriza, com rizomorfos do fungo Thelophora terrestris. (b) Muda de Pinus contorta (um tipo de pinheiro), que revela o extenso desenvolvimento do micélio de absorção de seu fungo associado, Suillus bovinus. Este cresce a partir das raízes da ectomicorriza, originando uma formação em leque responsável pela captação de nutrientes presentes no solo

34 Micorrizas Mudas de seis meses de pinheiro de Monterey (Pinus radiata) crescendo em solo de pradarias: à esquerda, desprovida de micorriza; à direita, com micorriza. 67 Classificação morfológica da colônia 34

35 Bibliografia -Madigan et al., Microbiologia de Brock. São Paulo:Prentice-Hall, 12ª ed., (Capítulo 18 Fungos (Parte IV); Cap. 27-Parte IV, Fármacos antifúngicos; Cap. 35 parte III Doenças fúngicas) -Para quem quer mais sobre as doenças: - Levinson, W.; Jawetz, E. Microbiologia Média e Imunologia. Porto alegre: ArtMed, 4ª ed., (Parte 5) 69 35