Curso avanzado en Bioquímica del Suelo 6. (Salvador González Carcedo) La naturaleza de los aportes naturales. c) Las paredes de los hongos.

Ahora que estamos en época, ha llegado el momento para hablar de los hongos. Lógicamente a los edafólogos nos interesa su Necromasa, ya que sus paredes constituyen el 30% del peso del hongo, y abundará en el suelo pasados unas semanas, justo cuando vuelvan a esporular.  Da rigidez a la pared e integridad de la célula protegiéndola de cambios osmóticos que ocurren en la solución del suelo. Regula la entrada selectiva de moléculas, al actuar como filtro y media las interacciones entre células en procesos como la aglutinación sexual, y la floculación.

El interés farmacéutico por el conocimiento de esta estructura se centra en sus procesos de síntesis, ya que una vez desvelados, podrán impedirse, permitiendo la génesis de nuevos antimicóticos mas eficaces (Cesar Nombela).  Mi interés edafológico es inverso, ya que si conozco sus componentes podré determinar los procesos de degradación que acaecen, y qué enzimas participan, estrategia que se hace extensiva a las paredes, membranas, glucocáliz y capa S de las bacterias, descritos en 6B1 y 6B2 o de los restos mas voluminosos procedentes de los vegetales del apartado 6.a.1..  Queda claro que tengo el corazón partido…

Si en la composición de la pared, aparecen proteínas, lípidos y otras sustancias, el componente principal lo conforman polisacáridos (80%) cuya composición predominante varía según el grupo taxonómico del que hablemos: celulosa/glucógeno, celulosa/b-glucano, celulosa/quitina, quitina/b-glucano, y quitina/manana.  De ellos, los cuatro últimos pares cobran especial interés dada la gran significación de número y funcionalidad metabólica de zigomicetos, ascomicetos y basidiomicetos del suelo y mucho más en los periodos mesófilo y de maduración de los procesos de compostaje.

Según Cid et al. (1995) y Orlean (1997), la pared celular está constituida por tres macromoléculas: ß-glucano (formado por enlaces ß-1,3, ß-1,6, o ambos), quitina y manoproteínas, los cuales representan respectivamente el 50-60 %, 1-2-% y 35-40 % del peso seco de la pared fúngica con una estructura está dispuesta en capas, en el que la región externa de aspecto fibrilar (muy electrodensa y rica en manoproteínas), y la capa interna amorfa, constituida por ß-1,3-glucano, que a su vez consta de dos zonas, una interior menos amorfa, enfrentada a la membrana plasmática y rica en proteínas y otra más externa que parece contener una proporción importante de ß-1,6-glucano.  Todos estos componentes están unidos entre sí mediante enlaces covalentes (Kollár et al. 1997).

Si se comparan los dos componentes englobados en la fracción de b-glucano, el b,1,3 glucano es el predominante (35%), se organiza en cadenas lineales (1.500 unidades de glucosa) que se asocian a las cadenas de quitina por el extremo no reductor (lo que justifica su insolubilidad en medios alcalinos). Por el contrario b,1,6 glucano representa menos (10% del peso de la pared) es mas pequeño (350 unidades) y está ramificado, pero su responsabilidad estructural es fundamental, porque enlaza a todos los componentes de la pared.

De la quitina podemos decir que es un polímero estructural pequeño, (120-170 unidades de NAG (N-acetilglucosamina)) cuya deposición se realiza durante la citoquinesis y su distribución (no generalizada) se localizada en una zona vecina a la membrana, conformando una especie de disco en torno al “cuello” o septo primario del hongo. Aunque en menor proporción, también se distribuye aleatoriamente alrededor de la pared celular de la célula madre, formando parte de los complejos ß-1,3-glucano-quitina y ß-1,6-glucanoquitina que son muy importantes en el mantenimiento de la integridad celular. De las cuatro capas de que consta la pared celular de la ascospora, la segunda de ellas está constituida por quitosán, que es un derivado deacetilado de quitina.

Finalmente hablaré de la manoproteinas (35-40% en peso) como polipéptidos que llegan a tener hasta el 95% de carbohidratos. Funcionalmente son componentes estructurales de la pared celular, como aglutininas y floculinas; o enzimas  localizadas en la pared celular o en el espacio periplásmico (desempeñan un papel morfogenético o trófico) o simplemente son secretadas extracelularmente como la invertasa y la fosfatasa ácida.

La expresión de numerosas manoproteínas de la pared celular está afectada por la disponibilidad de nutrientes y las condiciones ambientales (Chu et al. 1998). Juegan un papel importante en la porosidad de la pared celular y en ciertos hongos patógenos, también en aspectos relacionados con la patogenicidad, como la adhesión a los tejidos y la inmunogenicidad que generan (Calderone 1993).

La clasificación de las manoproteínas se basa en los métodos de extracción con los que se separan de la pared celular Así tenemos:

·         Proteínas unidas no covalentemente o mediante puentes disulfuro a la pared celular, que se liberan con SDS y agentes reductores (mercaptoetanol o ditiotreitol, Cappellaro et al. 1998; Mrsa et al. 1997); sin embargo, la mayoría proceden de la membrana plasmática y no de la pared.   Algunas corresponden a enzimas conocidas: como exoglucanasas, endoglucanasas y quitinasas.

·         Proteínas unidas covalentemente a la pared celular, que se liberan mediante tratamiento con ß-1,3-glucanasas, ß-1,6-glucanasas o quitinasas, lo que indica que están unidas de forma covalente a los glucanos de la pared. Los heteropolímeros ß-1,6/ ß-1,3-glucano o el ß-1,3-glucano los responsables del anclaje de estas manoproteínas a la pared celular.

Según el tipo de unión covalente, se pueden distinguir dos tipos de manoproteínas: proteínas GPI y proteínas Pir.

Las proteínas GPI unidas al ß-1,6-glucano, pueden ser extraídas de la pared celular mediante digestión con ß-1,6 o ß-1,3-glucanasas (Kapteyn et al. 1999; Orlean 1997). Se conocen unas 50 y tienen 3 características comunes: una secuencia señal en el extremo N-terminal, una región rica en serinas y treoninas y una señal de anclaje a la molécula GPI en el extremo C-terminal (consta de un dominio hidrofóbico con un tamaño mínimo de 12 aminoácidos separados del sitio de unión de la molécula GPI (aminoácido ?) por un tramo corto de aminoácidos más polares). Las proteínas GPI son puentes de unión entre la membrana plasmática y la pared celular (Kapteyn et al. 1999).   Además hay una fracción minoritaria de GPI (2 %) que están unidas a la quitina a través, únicamente, del ß-1,6-glucano que son resistente a la extracción con ß-1,3-glucanasas y que se liberan tratándolas con exoquitinasa (Kapteyn et al. 1997).

Las Proteínas Pir al estar muy O-glicosiladas pueden extraerse de la pared mediante digestión con ß-1,3-glucanasas o mediante un tratamiento suave con álcali, tratamiento que conduce a la eliminación de la O-glicosilación en un proceso denominado beta-eliminación. (Mrsa et al. 1997).  Esta familia de proteínas comparten varias características: un péptido señal en el extremo N-terminal, un punto de reconocimiento de la proteasa tras los primeros 60-70 aminoácidos del extremo amino-terminal y varias repeticiones internas en su secuencia (son las Proteins with Internal Repeats).

Existe un modelo modular secuenciado de organización del ensamblaje de la pared fúngica (Componentes-complejos macromoleculares-estructura de pared) propuesto por Kollár et al. 1997, y ratificado por Lipke and Ovalle 1998 y Smits et al. 1999, según el cual, las fibras insolubles de ß-1,3-glucano se distribuyen alrededor de la superficie de la célula, uniéndose mediante un enlace covalente a las cadenas de quitina y conformando así la parte interna de la pared celular. Hacia el exterior de la pared se sitúan las manoproteínas unidas al extremo no reductor de las moléculas de ß-1,3-glucano, (directamente, como es el caso de las proteínas Pir, o indirectamente a través de una molécula de ß-1,6-glucano en el caso de las proteínas GPI). También están presentes en la pared las proteínas unidas a quitina mediante cadenas cortas de ß-1,6-glucano, aunque en menor proporción.

Como consecuencia se generan dos grandes módulos o bloques constituyentes de las unidades estructurales de la pared celular Kapteyn et al. 1999 :

·         bloque GPI (quitina?ß-1,3-glucano?ß-1,6-glucano?Proteína-GPI) y

·         bloque Pir (quitina?ß-1,3-glucano?Proteína-Pir),

En definitiva la pared fúngica se construye en base a “bloques de construcción” que se ensamblan de forma ordenada y repetida con ayuda enzimáticas. Ya hablamos de esta capacidad de auto-ensamblaje de la Capa S, aunque ahora es mediada por enzimas.

Otro aspecto que vengo introduciendo abarca a los factores de virulencia. Navarro-García et al. 2001 detallan algunos que son propios del hongo, que recuerdan a los expuestos para el glucocaliz y la capa S. Veamos:

– capacidad de adherencia a células y otros materiales minerales y orgánicos, debida a las manoproteínas, a la quitina (Ghannoum and Abu-Elteen 1991) y a las adhesinas tipo fimbrias (Yu et al. 1994).

– dimorfismo o transición dimórfica. Las hifas facilitan la rotura del macrófago durante el proceso de fagocitosis y con ello, la muerte del mismo (Díez-Orejas et al. 1999) Los filamentos se adhieren más y secretan más cantidades de enzimas hidrolíticas que las formas levaduriformes (Senet 1998).

– variabilidad genética. Los hongos presentan un elevado grado de recombinación mitótica (Whelan and Soll 1982) y un gran número de reorganizaciones cromosómicas (Chu et al. 1993). Estos mecanismos generarían variabilidad genética en ausencia de ciclo meiótico en esta levadura.

– enzimas extracelulares que son capaz de secretar proteinasas, fosfolipasas, etc.

– variabilidad antigénica que permite a la levadura escapar del sistema inmunitario del hospedador.

– hidrofobicidad, una característica de la superficie celular que permite una mejor adhesión a la superficie de las células que ataca.

– efectos sobre el sistema inmunitario del huésped. Al ser el hongo capaz de modular la respuesta inmune del huésped.

Aunque partido el corazón, vuestra paciente lectura me enorgullece.

Saludos cordiales,

Salvador Gonzalez Carcedo