Candida albicans forms azole-resistant liquid-suspension biofilms with distinct characteristics and a potential to aid in dispersal

No mundo microscópico da infecção humana, um fungo unicelular chamado Candida albicans é um adversário formidável. É um residente comum do corpo humano, mas quando o sistema imunológico falha ou dispositivos médicos como cateteres são introduzidos, pode tornar-se mortal. Durante décadas, os cientistas compreenderam como este fungo sobrevive construindo cidades protetoras conhecidas como biofilmes. Imagine uma fortaleza: as células do fungo aderem a uma superfície, como um cateter plástico ou um dente, e constroem um escudo espesso e viscoso ao seu redor. Este escudo, feito das suas próprias secreções, protege-as dos antibióticos e das defesas imunológicas do corpo. Este processo de aderir a uma superfície e construir uma fortaleza tem sido o modelo padrão para explicar como a Candida causa problemas. No entanto, este modelo assume que o fungo precisa sempre de um lugar sólido para se fixar. Nos ambientes complexos e fluidos do corpo humano, como a corrente sanguínea ou o espaço entre os tecidos, uma superfície sólida nem sempre está disponível. A questão que permanecia era: se não há uma parede para se agarrar, como é que este fungo perigoso se organiza, sobrevive e se espalha?

Investigadores da Universidade Monash descobriram agora que a Candida albicans não fica simplesmente a flutuar sem rumo quando não consegue encontrar uma superfície. Em vez disso, constrói um tipo de fortaleza diferente, uma que flutua livremente no líquido. A equipa descobriu que, quando o fungo é colocado num ambiente líquido onde não consegue facilmente aderir ao fundo, ou quando uma fortaleza baseada numa superfície se torna demasiado povoada, as células formam espontaneamente aglomerados tridimensionais densos que ficam suspensos no fluido. Estes não são apenas aglomerados de células soltas; são estruturas altamente organizadas, que os investigadores chamam de biofilmes de suspensão líquida. Dentro destas cidades flutuantes, as células do fungo organizam-se numa rede complexa. Algumas células parecem bolas redondas, enquanto outras esticam-se em formas longas e tubulares. Estas diferentes formas estão todas conectadas por uma vasta rede de filamentos longos e semelhantes a fios que atuam como as vigas estruturais que sustentam toda a cidade flutuante.

Para compreender como estas estruturas flutuantes se formam, os cientistas cultivaram o fungo num ambiente de laboratório que mimetizava um ambiente livre de superfícies. Utilizaram um tipo especial de gel ao qual o fungo não conseguia aderir, forçando-o a crescer no líquido acima. Observaram que o fungo ignorava o gel e, em vez disso, formava bolas de crescimento densas e irregulares a flutuar no líquido. Estas estruturas flutuantes eram surpreendentemente grandes, atingindo centenas de micrómetros de tamanho, e estavam repletas de células. Quando os investigadores observaram de perto a arquitetura interna, viram que as células não estavam apenas amontoadas aleatoriamente. Elas estavam tecidas por uma rede massiva de hifas, que são as extensões longas e semelhantes a fios que o fungo utiliza para crescer. Esta estrutura é distinta dos biofilmes planos e em forma de folha que crescem em superfícies, mas partilha muitas das mesmas qualidades protetoras.

A descoberta mais crítica deste estudo é que estes biofilmes flutuantes são tão perigosos quanto os que estão presos a superfícies, particularmente no que diz respeito à resistência aos medicamentos. Os investigadores testaram os aglomerados flutuantes contra o fluconazol, um antifúngico comum usado como tratamento de primeira linha para infeções fúngicas. Descobriram que os biofilmes flutuantes eram completamente resistentes ao fármaco, tal como os biofilmes aderidos à superfície. Em contraste, as células individuais e flutuantes que não tinham formado estas estruturas eram facilmente mortas pelo mesmo fármaco. Isto sugere que o próprio ato de formar o aglomerado flutuante proporciona um escudo contra o tratamento. Os investigadores também descobriram que estas estruturas flutuantes não são um acidente aleatório, mas sim um comportamento regulado. Descobriram que os mesmos genes de controlo mestre que dizem ao fungo para construir uma fortaleza de superfície também lhe dizem para construir uma flutuante. Quando os investigadores desativaram estes genes de controlo, o fungo perdeu a capacidade de formar os aglomerados flutuantes, provando que esta é uma estratégia biológica deliberada e não uma reação passiva.

O estudo também revelou como estes biofilmes flutuantes podem ajudar a propagação da infeção. Os investigadores observaram que, quando um biofilme baseado numa superfície cresce durante muito tempo e fica sem espaço, começa a produzir estes aglomerados flutuantes. Estes aglomerados podem então desprender-se e viajar através dos fluidos do corpo. Quando os investigadores colocaram estes aglomerados flutuantes numa nova superfície limpa, estes iniciaram com sucesso novos biofilmes baseados em superfícies. Isto indica que o biofilme flutuante atua como um veículo de dispersão, transportando a infeção para novos locais no corpo. Ao contrário da visão tradicional onde as infeções se espalham através da libertação de células únicas e fracas na corrente sanguínea, este novo mecanismo sugere que o fungo pode viajar como uma unidade protegida e resistente a fármacos.

Os investigadores também analisaram a atividade genética destes biofilmes flutuantes para ver como diferem dos seus "primos" ligados à superfície. Descobriram que, embora os dois tipos de biofilmes partilhem um programa genético muito semelhante, os flutuantes têm um foco único na busca por ferro. O ferro é um nutriente vital para o fungo, mas é frequentemente escasso no corpo humano. Os biofilmes flutuantes ativaram genes especificamente desenhados para caçar e capturar ferro de forma mais agressiva do que os biofilmes de superfície. Isto sugere que o estilo de vida flutuante impõe diferentes exigências nutricionais ao fungo, talvez porque esteja rodeado por fluido em vez de uma superfície sólida. Apesar destas diferenças, o perfil genético global do biofilme flutuante converge com o do biofilme de superfície ao longo do tempo, mostrando que são dois lados da mesma moeda, adaptados a diferentes ambientes físicos.

Esta descoberta altera a forma como pensamos sobre as infeções fúngicas. Durante anos, o foco tem sido em como o fungo adere a dispositivos médicos. Agora, sabemos que, mesmo na ausência de uma superfície, ou quando uma superfície está cheia, o fungo tem um plano de reserva. Pode construir uma cidade flutuante que é tão resistente e difícil de tratar como aquela que está presa a uma parede. Este modo de crescimento flutuante poderia explicar por que algumas infeções são tão difíceis de tratar e por que parecem espalhar-se para novas partes do corpo mesmo quando o local original é tratado. O estudo sugere que o fungo é muito mais adaptável do que se pensava anteriormente, sendo capaz de alternar entre uma fortaleza ligada à superfície e uma colónia flutuante móvel, dependendo das condições que enfrenta.

As implicações desta descoberta estendem-se para além do laboratório. Em pacientes com cateteres urinários ou aqueles que sofrem de infeções na corrente sanguínea, os médicos veem frequentemente aglomerados de células e glóbulos brancos na urina ou no sangue. Estes aglomerados têm sido difíceis de interpretar, sendo por vezes descartados como simples detritos. Esta nova investigação sugere que estes aglomerados podem ser os biofilmes flutuantes descritos no estudo. Se estas estruturas flutuantes forem, de facto, uma característica comum da infeção humana, elas representam um reservatório oculto de células resistentes a fármacos que podem semear novas infeções em qualquer parte do corpo. Compreender que o fungo pode construir estas fortalezas flutuantes abre novos caminhos para a investigação. Os cientistas podem agora perguntar-se como decompor estas estruturas flutuantes ou evitar que se formem em primeiro lugar.

Os investigadores confirmaram que este comportamento não se limita a um tipo específico de líquido ou a uma única estirpe de fungo. Observaram a formação destes biofilmes flutuantes em vários meios de cultura, incluindo aqueles que mimetizam as condições dentro do corpo humano. Também demonstraram que o processo é reversível; o fungo pode transitar de um biofilme de superfície para um flutuante e vice-versa, dependendo da disponibilidade de espaço. Esta flexibilidade destaca a resiliência do organismo. Não é apenas uma vítima passiva do seu ambiente, mas um arquiteto ativo que remodela a sua própria estrutura para sobreviver.

No final, este artigo fornece uma imagem mais clara de como a Candida albicans sobrevive no corpo humano. Mostra que o fungo não depende de uma única estratégia. Pode construir uma fortaleza numa parede, mas se a parede desaparecer ou estiver cheia, constrói uma fortaleza no ar. Esta fortaleza flutuante é complexa, organizada e altamente resistente aos fármacos que usamos para a combater. Ao desvendar este modo de crescimento oculto, os investigadores identificaram um novo alvo para compreender e tratar as infeções fúngicas. O próximo passo é determinar com que frequência estes biofilmes flutuantes ocorrem em pacientes reais e se o combate a estes pode melhorar os resultados para aqueles que sofrem destas difíceis infeções. O estudo não oferece uma cura imediata, mas fornece uma peça crucial do puzzle, revelando uma forma anteriormente desconhecida pela qual um patógeno mortal se organiza para sobreviver e espalhar-se.