Simple Science

Ciencia de vanguardia explicada de forma sencilla

# Biología # Microbiología

Conquistando la Candida: El Dilema del Hierro

La sobrecarga de hierro complica el tratamiento de infecciones fúngicas mortales.

Andreia Pedras, Cláudia Malta Luís, Luís M. P. Lima, Dalila Mil-Homens, Catarina Amaral, Américo G. Duarte, Wilson Antunes, Ana Gaspar-Cordeiro, Ricardo O. Louro, Pedro Lamosa, Cláudio M. Soares, Diana Lousa, Catarina Pimentel

― 7 minilectura


Infecciones Fúngicas: El Infecciones Fúngicas: El Peligroso Papel del Hierro por Candida. tratamientos para infecciones mortales Niveles altos de hierro dificultan
Tabla de contenidos

Las infecciones fúngicas invasivas (IFI) son un problema de salud serio. Pasan cuando hongos, como la levadura, entran al torrente sanguíneo o invaden órganos. Cada año, alrededor de 1.5 millones de personas mueren en todo el mundo debido a estas infecciones. Uno de los tipos más comunes es causado por una levadura llamada Candida. Esta levadura afecta a menudo a personas en hospitales, especialmente a aquellas que reciben tratamientos que debilitan sus sistemas inmunológicos.

¿Qué es Candida y Por Qué es un Problema?

Candida es un tipo de hongo que vive en la piel y dentro del cuerpo humano sin causar daño. Sin embargo, bajo ciertas condiciones-como cuando el sistema inmunológico de una persona está debilitado-puede pasar de ser un compañero inofensivo a un ladrón sigiloso, invadiendo órganos y causando infecciones serias. Esta transformación se debe en parte a su capacidad para formar biopelículas fuertes, lo que le permite adherirse a superficies como dispositivos médicos y tejidos del cuerpo.

Cuando Candida entra al torrente sanguíneo, provoca una condición grave conocida como candidemia. Esta forma de infección es común en Unidades de Cuidados Intensivos (UCI), donde ocurren aproximadamente dos tercios de los casos. Desafortunadamente, la candidemia conlleva un alto riesgo de muerte y largas estancias hospitalarias, creando una carga pesada tanto para los pacientes como para los sistemas de salud.

Curiosamente, entre las diferentes especies de Candida, Candida albicans es la que más se encuentra en infecciones del torrente sanguíneo. Otras, como Candida glabrata y Candida parapsilosis, también juegan un papel pero son menos comunes.

Luchando Contra Candida: El Arsenal Antifúngico

Los médicos tienen varios medicamentos antifúngicos para enfrentar la candidiasis invasiva. Los más utilizados son los azoles, que son preferidos por su bajo costo y menos efectos secundarios. Los azoles funcionan al inhibir la producción de ergosterol, un ingrediente clave en las membranas celulares de los hongos. Pero aquí está el problema: algunas especies de Candida no responden a estos medicamentos, llevando al surgimiento de cepas resistentes.

Como resultado, otra clase de antifúngicos llamada equinocandinas se ha convertido en la opción preferida para tratar la candidiasis invasiva. Las equinocandinas, como caspofungin, micafungin y anidulafungin, atacan directamente la pared celular de los hongos. Funcionan bloqueando una enzima esencial, interrumpiendo la pared celular fúngica y llevando a la muerte celular.

La pared celular de los hongos no es solo una barrera protectora; también es una señal de alerta para el sistema inmunológico. Sus componentes avisan al cuerpo que un hongo está invadiendo. Esto significa que si los medicamentos antifúngicos afectan la pared celular, también podrían influir en cómo los hongos interactúan con nuestras células inmunitarias.

Hierro: La Espada de Doble Filo

El hierro es esencial para muchos organismos vivos, incluidos los hongos. Sin embargo, el cuerpo humano intenta mantener bajos los niveles de hierro para prevenir el crecimiento de microbios nocivos. En un esfuerzo por combatir a los invasores, el cuerpo a menudo limita la disponibilidad de hierro, creando un ambiente hostil para hongos como Candida.

¡Pero aquí viene el giro! Cuando hay demasiado hierro en el cuerpo, en realidad ayuda a que Candida crezca. Este "exceso de hierro" puede resultar de varias condiciones, como enfermedades del hígado o ciertos tratamientos como la quimioterapia. Desafortunadamente, los altos niveles de hierro están vinculados a peores resultados en infecciones fúngicas y ponen a los pacientes en mayor riesgo.

En un giro extraño, tener demasiado hierro hace que C. albicans sea menos susceptible a los agentes antifúngicos. Esto se debe a que el exceso de hierro altera la composición de la pared celular del hongo, haciéndola más resistente a los tratamientos que la atacan.

La Investigación: Descubriendo la Interacción Entre el Hierro y los Medicamentos Antifúngicos

Los investigadores realizaron estudios para profundizar en cómo el hierro complica la lucha contra Candida. Descubrieron que en condiciones de exceso de hierro, la capacidad de caspofungin para inhibir la enzima vital que construye la pared celular del hongo se ve obstaculizada. Esto significa que el medicamento, que debería estar matando al hongo, pierde su eficacia cuando hay hierro alrededor.

En un entorno de laboratorio, cuando los investigadores probaron diferentes condiciones, encontraron que la combinación de hierro y caspofungin redujo significativamente la efectividad del medicamento. Esto significa que la presencia de hierro en exceso en el cuerpo podría disminuir las posibilidades de vencer las infecciones por Candida con caspofungin.

La historia se volvió aún más interesante cuando los científicos usaron pequeñas larvas artificiales, comúnmente conocidas como Galleria mellonella, como modelo para estudiar infecciones fúngicas. Descubrieron que cuando estas larvas estaban cargadas de hierro y luego infectadas con Candida, el tratamiento antifúngico con caspofungin era mucho menos efectivo.

La Batalla de la Biopelícula

Las biopelículas son unas de las armas secretas de Candida. Estas estructuras permiten que Candida se adhiera a superficies, como dispositivos médicos o tejidos, y formen un escudo protector contra los tratamientos. Incluso con el tratamiento de caspofungin, si Candida forma una biopelícula, se vuelve más difícil de eliminar.

En sus experimentos, los investigadores observaron que el hierro afectaba la capacidad de caspofungin para prevenir la formación de estas biopelículas. Cuando el hierro estaba presente durante las etapas iniciales de formación de biopelículas, la efectividad del medicamento se vio afectada. Sin embargo, una vez que la biopelícula alcanzó la madurez, la presencia de hierro ya no parecía impactar la eficacia de caspofungin.

Este hallazgo sugiere que las biopelículas maduras podrían producir sustancias que se unen al hierro, neutralizando así su efecto antagonista sobre caspofungin.

Investigando los Efectos del Hierro en la Pared Celular de C. albicans

Construyendo sobre sus hallazgos, los investigadores exploraron si la forma en que el hierro influía en los componentes de la pared celular de C. albicans jugaba un papel en la ineficacia de caspofungin. Encontraron que los altos niveles de hierro no cambiaron la composición general de la pared celular, lo cual fue un giro inesperado.

Más pruebas mostraron que tratar la levadura con hierro no la protegía de caspofungin u otros agentes que atacan la pared celular. Parecía que la presencia de hierro en sí interfería directamente con la capacidad de caspofungin para hacer su trabajo.

Usando técnicas complejas como espectroscopia y microscopía, los científicos mostraron que caspofungin se une al hierro, lo cual podría alterar su estructura. Esta alteración probablemente cambia cuán bien caspofungin puede inhibir la enzima que tiene como objetivo.

La Dinámica Molecular del Hierro y Caspofungin

Para entender los cambios estructurales que ocurren cuando caspofungin se une al hierro, los investigadores recurrieron a simulaciones de dinámica molecular. Estas simulaciones revelaron dos formas distintas de caspofungin cuando estaba unido al hierro en comparación con cuando estaba libre. Esta diferencia en forma podría impactar cuán bien el medicamento interactúa con las enzimas responsables de construir la pared celular del hongo.

En Resumen: Una Relación Complicada

Las infecciones fúngicas invasivas representan una amenaza significativa, especialmente en personas inmunocomprometidas. El hierro, aunque vital para muchos procesos biológicos, puede volverse en contra del cuerpo en casos de sobrecarga, creando complicaciones para los tratamientos antifúngicos.

La investigación muestra que los altos niveles de hierro pueden reducir significativamente la efectividad de caspofungin contra Candida. Esto resalta la importancia de monitorear los niveles de hierro en pacientes en riesgo de infecciones fúngicas, así como considerar estrategias de tratamiento alternativas en condiciones de sobrecarga de hierro.

A medida que la ciencia médica continúa desentrañando estos misterios, parece que la batalla contra las infecciones fúngicas está lejos de acabar. Con el hierro acechando en el campo de batalla, ambos lados deben planear cuidadosamente para ganar ventaja. Es una lucha dura, pero el conocimiento y la investigación allanan el camino para mejores defensas y tratamientos contra estos molestos invasores.

Fuente original

Título: Caspofungin binding to iron compromises its antifungal efficacy against Candida albicans

Resumen: Echinocandin drugs, such as caspofungin, inhibit the synthesis of {beta}-1,3-D-glucans, which are essential components of the fungal cell wall. These drugs are often the preferred option for treating invasive fungal infections (IFIs) caused by Candida spp. due to their superior efficacy compared to other antifungal agents. Iron overload conditions, which exacerbate fungal burden, are well-documented as significant risk factors for the progression of IFIs. Recent in vitro studies have suggested that iron overload may also reduce the efficacy of cell wall-perturbing agents, such as echinocandins, against Candida albicans, by altering the composition of the fungal cell wall. Here, we show that iron loading conditions which do not interfere with the cell wall composition are still capable of recapitulating the caspofungin-resistant phenotype induced by iron in C. albicans. Spectroscopic analyses provided evidence that caspofungin binds to iron through its ethylenediamine moiety and two amide groups. Consistent with the in vitro activity of {beta}-1,3-D-glucan synthase, molecular dynamics simulations revealed that, when bound to iron, caspofungin undergoes conformational changes that may reduce its ability to inhibit the enzyme. Importantly, the in vivo antifungal efficacy of caspofungin is compromised in a Galleria mellonella model of IFI caused by C. albicans simulating a context of iron overload. This effect may extend beyond C. albicans infections, as the antagonism between iron and caspofungin was also observed in other medically important fungi causing IFIs.

Autores: Andreia Pedras, Cláudia Malta Luís, Luís M. P. Lima, Dalila Mil-Homens, Catarina Amaral, Américo G. Duarte, Wilson Antunes, Ana Gaspar-Cordeiro, Ricardo O. Louro, Pedro Lamosa, Cláudio M. Soares, Diana Lousa, Catarina Pimentel

Última actualización: Dec 30, 2024

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.30.630750

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.30.630750.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

Gracias a biorxiv por el uso de su interoperabilidad de acceso abierto.

Artículos similares