posibles implicaciones ecológicas y comportamentales de
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Posibles implicaciones ecológicas y comportamentales de Folsomia
candida hacia volátiles liberados por las levaduras Cryptococcus
neoformans, Candida parapsilosis y Malassezia furfur
Felipe Delgadillo Barrera
Universidad de Los Andes
Departamento de Ciencias Biológicas
Monografía
Agosto, 2020
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Contenido:
1. Resumen ……………………………………………………………………….... 3
2. Introducción…………………………………………………………………..….. 5
3. Antecedentes teóricos: Relación colémbolos-levadura………………………..….8
3.1 Caracterización de Folsomia candida ……………………….…………..…….9
3.2 Relación Folsomia candida – levaduras: Producción de COVs ………..……11
3.3 Levaduras de interés………………………………………………..…………13
3.3.1. Candida parapsilosis: Biología y metabolismo de volátiles ……….....14
3.3.2. Cryptococcus neoformans: Biología y metabolismo de volátiles…..….15
3.3.3. Malassezia furfur: Biología y metabolismo de volátiles…………........16
4. Interacción levaduras de interés vs. F. candida………………………………….....18
4.1. Principales COVs y F. candida……………………………………………..19
5. Conclusiones ………………………………………………………………….……..21
6. Bibliografía ……………………………………………………………………...….23
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1. Resumen
Los sistemas de hospedero-visitante han sido un importante tema de investigación en la
biología y la microbiología. En los ecosistemas terrestres, los hongos son
descomponedores, simbiontes y patógenos que viven en fuerte asociación con bacterias,
plantas, vertebrados e invertebrados. La interacción entre estos organismos es esencial y
está mediada por la producción de compuestos orgánicos volátiles (COV) liberados
como subproductos en el metabolismo de hongos como las levaduras. Por tal razón, los
COVs proporcionan una forma útil y eficiente de comunicación inter e intraespecífica.
Las levaduras como Candida parapsilosis, Cryptococcus neoformans y Malassezia
furfur se pueden encontrar en ecosistemas terrestres como materia orgánica del suelo y
tejidos animales. Es un hecho que estas levaduras están asociadas con patologías
humanas y por tal razón han sido ampliamente estudiadas con el fin de comprender su
ecología y metabolismo. Debido a lo anterior, su genoma y muchas de sus rutas
metabólicas se pueden encontrar en múltiples bases de datos. A pesar de esto, no está
claro el efecto de los COVs liberados por estas levaduras sobre los organismos que
comparten su ecosistema. El colémbolo Folsomia candida es conocido como un
organismo modelo utilizado en la biología para evaluar aspectos ecológicos,
comportamentales y evolutivos, debido a su fácil mantenimiento y su valioso papel en
el ecosistema del suelo. Folsomia juega un papel fundamental en la transformación de
la materia orgánica, donde su principal fuente de alimento proviene de los hongos.
Teniendo en cuenta que los perfiles de olor liberados por C. parapsilosis, C.
neoformans y M. furfur podrían afectar el comportamiento de F. candida, esta relación
entre levaduras y colémbolos puede ser un excelente modelo para probarlo. Por tal
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motivo, esta revisión proporciona información sobre la biología de F. candida y las
levaduras mencionadas anteriormente, con el fin de comprender cómo estos organismos
podrían interactuar potencialmente a través de los COVs. Finalmente, se espera que la
información presentada aquí proporcione suficiente conocimiento que pueda usarse
como base en el desarrollo de experimentos de comportamiento para evaluar las
interacciones Folsomia-levadura.
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2. Introducción
El estudio de señales químicas entre organismos hospedero-visitante clarifica muchas
brechas en la biología, donde ramas como la ecología, genética y evolución se ven
directamente beneficiadas (Arguello et al., 2013). Estos sistemas de hospedero-visitante
han sido estudiados en la agricultura, parasitología, comportamiento animal, ecología, entre
otros; con el fin de caracterizar y comprender la dinámica de los organismos dentro de su
hábitat (Arguello et al., 2013; Pelosi et al., 2018). Con base en esto, actualmente el campo
de las ciencias biológicas ha estudiado a profundidad algunos modelos de pares de
organismos como la interacción planta-artrópodo o levadura-insecto con el objetivo de
entender estas relaciones hospedero-visitante (Arguello et al., 2013; Becher et al., 2018;
Antonelli et al., 2020; Mwingira et al., 2020).
Las adaptaciones a diferentes entornos ecológicos permiten a ciertos organismos como los
artrópodos especializar sus estructuras olfativas con el fin de ubicar hospedadores, hábitats
y sitios de ovoposición adecuados (Scheidler et al., 2015; Pelosi et al., 2018; Sun et al.,
2018). En los artrópodos, se utiliza parsimoniosamente un rango distinto y limitado de
volátiles de diversas fuentes en diversos contextos que provocan fuertes comportamientos
de origen olfativo (Scheidler et al., 2015). Estos productos químicos volátiles se detectan y
discriminan en gran medida por los receptores de olor (RO): una familia divergente de
proteínas, que se expresa en las neuronas receptoras olfativas (NRO) ubicadas en
estructuras como antenas y otros órganos olfatorios (Fountain & Hopkin, 2005). Estas
señales olfativas generadas por microorganismos tienen una naturaleza orgánica-volátil y se
les denomina compuestos orgánicos volátiles (COVs) (Bennett et al., 2012).
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Dentro de los microorganismos las levaduras metabolizan fácilmente azúcares,
aminoácidos y ácidos grasos para producir ésteres, alcoholes superiores, carbonilos,
derivados de ácidos grasos y compuestos de azufre, o volátiles libres que sirven como
señalizadores (Palanca et al., 2013). La capacidad de producción de COVs por parte de
microorganismos como las levaduras dependerá del sustrato en el que se desarrollan
(González et al., 2019). Por ejemplo, diferentes cepas y especies de levaduras pueden
producir diferentes niveles de ésteres, alcoholes superiores y otros volátiles (Scheidler et
al., 2015). Sin embargo, no se sabe si la producción de perfiles volátiles complejos
diferenciales por levaduras es simplemente un subproducto neutral de otras reacciones
bioquímicas, o si este rasgo tiene una función activa en la fisiología o ecología del
organismo (Scheidler et al., 2015).
Una hipótesis para explicar la función de la manipulación volátil y del papel de estos COVs
para las levaduras es que tales perfiles de olores atraen a los insectos y otros artrópodos,
mejorando la dispersión y la supervivencia de estos microorganismos (Begon, 1982;
Arguello et al., 2013; Becher et al., 2018). Se han realizado esfuerzos continuos para
comprender las relaciones entre el huésped y visitante con levaduras y moscas Drosophila
(Becher et al., 2018). Lo anterior con el fin de buscar hipótesis de relaciones hospedero-
visitante que puedan explicar fenómenos de comportamiento como ovoposición,
alimentación, polinización, endogamia y dispersión de levaduras (Arguello et al., 2013).
Distintos investigadores han examinado la relación que existe entre larvas de Drosophila y
los COVs provenientes de levaduras que crecen en la fruta en descomposición (Begon,
1982; Reuter et al., 2007; Becher et al., 2018). Begon (1982) encontró que estos COVs
sirven como referencia para el establecimiento del organismo y culminación de su fase de
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crecimiento. A partir de estos estudios huésped-visitante, se encontró también que el adulto
de Drosophila es un vector importante para las levaduras, ayudando a la tasa de dispersión
y endogamia de estas (Reuter et al., 2007). La atracción de Drosophila por la fruta en
descomposición se atribuye en gran medida a los volátiles procedentes de la fermentación
generada por Saccharomyces cerevisiae (Stökl et al., 2010; Becher et al., 2018). La
evidencia de esta relación proximal entre artrópodos y levaduras se fortaleció recientemente
a través de un estudio experimental que demuestra la co-ocurrencia de las mismas señales
atrayentes entre levaduras y flores, evaluando estos volátiles tanto en Drosophila como en
colémbolos (Becher et al., 2018). De lo anterior los autores sugirieron que probablemente
la comunicación levadura-artrópodo pueda haber contribuido a la evolución de la
polinización mediada por insectos en plantas con flor; sin embargo, esta es por ahora solo
una hipótesis que necesita de más investigación (Becher et al., 2018).
Los colémbolos son organismos usados recientemente como modelos para explicar
distintos fenómenos de comportamiento, desarrollo, y ecología del suelo debido a su fácil
manutención, rápido metabolismo, gran facilidad de adaptarse a un amplio número de
ambientes y su particular modo alimenticio que se basa en la ingesta de hongos y levaduras
(Fountain & Hopkin, 2005). Es por lo anterior que estos organismos son ideales para el
estudio comportamental hospedero-visitante, pues permiten facilitar la observación de
fenómenos como atracción, repulsión, reproducción, ovoposición y dispersión de levaduras
por intermedio de los colémbolos (Lilly et al., 2006; Stökl et al., 2010; Christiaens et al.,
2014; Becher et al., 2018).
Folsomia candida es una especie de colémbolo presente en casi todos los ecosistemas
terrestres, con gran importancia en la mesofauna edáfica al cumplir un papel relevante de
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la transformación de la materia orgánica del suelo (Kaneda & Kaneko, 2002). Por su parte,
las levaduras Candida parapsilosis, Cryptococcus neoformans y Malassezia furfur pueden
encontrarse en ecosistemas terrestres (suelo, material orgánico en descomposición y tejidos
animales) y por ende tener relaciones hasta ahora desconocidas con otros habitantes de la
mesofauna edáfica como los colémbolos (Omar & Rehm, 1988; Brandt, 2002; Schein et al.,
2002; Okagaki et al., 2010; Theelen et al., 2018; Antonelli et al., 2020). Estas levaduras
han sido ampliamente estudiadas con el fin de comprender su ecología y metabolismo, pues
generan múltiples patologías en humanos (Reuter et al., 2007). Por tal motivo, su genoma y
muchas de sus rutas metabólicas productoras de COVs se encuentran descritas en bases de
datos y estudios (Caileux et al., 1992; Scotter et al., 2005; Perl et al., 2011; González et al.,
2019). Teniendo en cuenta todo lo anterior, esta revisión busca hacer una aproximación
concisa a la ecología, fisiología y comportamiento de estas tres levaduras; y de cómo estas
pueden influenciar en el comportamiento es F. candida.
3. Antecedentes teóricos: Relación colémbolos - levadura
Los invertebrados y hongos interactúan entre sí de manera directa e indirecta. Las
interacciones directas comprenden en gran medida la provisión de una fuente de alimento o
hábitat (Boddy & Jones, 2008). Las interacciones indirectos de los hongos hacia los
invertebrados se explican por la alteración del comportamiento; es decir, estos pueden
generar atracción, repulsión o inactividad en el animal (Boddy & Jones, 2008). Las
interacciones indirectos de los invertebrados sobre los hongos se relacionan en gran medida
con la propagación, incluido el transporte, la inoculación y la facilitación de la colonización
de recursos, cambios en el entorno físico y químico, cambios en la comunidad microbiana;
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y también cambios en la fisiología y el metabolismo de las levaduras (Boddy & Jones,
2008).
Estudios previos corroboran que señales fisicoquímicas de levaduras median las
interacciones mutualistas entre este tipo de microorganismos y artrópodos (Becher et al.,
2018; Meriggi et al., 2020). Estas señales suelen ser comúnmente volátiles que produce la
levadura, los cuales son principalmente metabolitos secundarios como los COVs
producidos durante su crecimiento en sustratos orgánicos (Benett et al., 2012). En muchos
casos se les ha atribuido a olores agradables dulces y/o florales (Becher et al., 2018).
3.1. Caracterización de Folsomia candida
El Orden Collembola representa un linaje monofilético de una línea temprana que condujo
a los insectos superiores (Fountain & Hopkin, 2005). Por lo general, tienen una dieta
fungívora; sin embargo, esta última depende mucho del ambiente (actividad microbiana y
la naturaleza de la biomasa en el ecosistema del suelo) al cual están expuestos, viéndose la
posibilidad de alimentarse de colonias bacterianas o directamente de material vegetal
(Kaneda & Kaneko, 2002).
Folsomia candida hace parte de la Familia Isotomidae que está dentro del Orden
Collembola (ITIS, 2020a). Esta especie se ha usado como organismo tipo o "estándar"
durante más de 40 años para comprender la ecología del suelo, estimar los efectos de
pesticidas y contaminantes ambientales, o como biorremediador de metales pesados
(Fountain & Hopkin, 2005). F. candida usualmente se reproduce por partenogénesis la cual
puede ser inducida por la bacteria Wolbachia que normalmente es un endosimbionte que se
ha asociado principalmente con los tejidos del cerebro y los ovarios, donde impone un
sistema de reproducción partenogenética debido a una transferencia horizontal de genes que
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promueven este tipo de reproducción (Vandekerckhove et al., 1999; Czarnetzki & Tebbe,
2004; Agamennone et al., 2015).
La morfología de F. candida presenta características únicas como la presencia de una furca
bien desarrollada (órgano que le ayuda a dar saltos ante algún estímulo externo), ausencia
de espinas anales, y un abdomen con tres segmentos posteriores fusionados (Fountain &
Hopkin, 2005). La longitud promedio de esta especie suele ser de 3,0 mm de longitud, y su
color corporal usualmente es amarillo cremoso (Fountain & Hopkin, 2005). F. candida
posee un órgano posterior en cada antena que es capaz de detectar corrientes de aire y
químicos volátiles, cambios de presión entre otros estímulos (Fountain & Hopkin, 2005;).
Esta especie de colémbolo tiene un mecanismo de tolerancia bastante alto hacia
condiciones de desecación y frio extremo (Fountain & Hopkin, 2005). Este último
mecanismo se debe a un gran aumento de ácidos grasos insaturados crioprotectores de 16,
18 y 20 carbonos a nivel membranal de las células de la cutícula, además de proteínas tipo
Hsp (Heat shock protein) como la proteína Hsp-7 (Holmstrup et al., 2002; Fountain &
Hopkin, 2005).
La mayoría de los colémbolos se alimentan de hifas fúngicas y células levaduriformes
(Sabatini & Innocenti, 2000; Fountain & Hopkin, 2005). El hábito de alimentación de F.
candida generalmente se basa en hongos que crezcan en las superficies de material vegetal
en descomposición (Thimm et al., 1998; Sabatini & Innocenti, 2000; Agamennone et al.,
2015; Becher et al., 2018). Por ejemplo, se ha comprobado fuertes preferencias de estos
colémbolos por especies de hongos de interés agronómico como Phytophtora infestans el
cual genera el tizón tardío de la papa, Gaeumannomyces graminis que genera la clorosis del
arroz y Rhizoctonia cerealis que produce marchitamiento de cereales (Sabatini & Innocenti,
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2000), así como levaduras de interés investigativo como S. cerevisiae y Yarrowia lipolytica
(Thimm et al., 1998; Becher et al., 2018).
En cuanto a la microbiota que esta especie de colémbolo posee, se han encontrado
alrededor de once especies de bacterias taxonómicamente diferentes (pertenecientes a los
géneros Bacillus, Stenotrophomonas, Mesorhizobium, Paracoccus y Paenibacillus) y un
hongo filamentoso (Acremonium charticola) los cuales fueron aislados del tracto digestivo
de F. candida en estudios sobre la diversidad de su microbiota digestiva (Agamennone et
al., 2015).
3.2. Relación Folsomia candida – levaduras: Producción de COVs
La relación entre artrópodos como Folsomia candida y levaduras es particularmente un
modelo prometedor en la investigación de interacciones ecológicas y coadaptaciones
(Kaneda & Kaneko, 2002; Fountain & Hopkin, 2005; Becher et al., 2018; Meriggi et al.,
2020). Como se ha mencionado anteriormente, F. candida es una especie de colémbolo
presente en casi todos los ecosistemas terrestres, con gran importancia en la mesofauna
edáfica al cumplir un papel relevante de la transformación de la materia orgánica del suelo
además de tener interacciones con levaduras y los perfiles olfativos que estas pueden
sintetizar (Kaneda & Kaneko, 2002; Fountain & Hopkin, 2005; Becher et al., 2018).
Recientemente se ha reportado que COVs producidos por levaduras como Yarrowia
lipolytica y S. cerevisiae generan un fuerte fenómeno de atracción hacia distintas especies
de artrópodos (Christiaens et al., 2014; Becher et al., 2018; Mwingira et al., 2020; Baig et
al., 2020; Meriggi et al., 2020). Compuestos tales como furano, lactonas, metilcetonas,
ésteres, alquenos, alcanos y alcoholes pueden obtenerse a través del catabolismo de los
ácidos grasos e intermediarios de rutas de piruvato y acetato, los cuales tienen la
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posibilidad de influir en el comportamiento de distintos artrópodos (Lilly et al., 2006;
González et al., 2010; Becher et al., 2018; González et al., 2019; Meriggi et al., 2020).
Los volátiles más importantes producidos por levaduras pertenecen a la familia de los
alcoholes superiores, y estos se originan por la degradación de cadenas de aminoácidos
ramificados denominados como BCAA por sus siglas en inglés (Lilly et al., 2006). Estos
aminoácidos pasan por un proceso de cetoacidificación por la acción enzimática de amino-
transferasas que se encuentran en el citosol y en las mitocondrias de estos
microorganismos (Lilly et al., 2006). Una de las principales aminotransferasas involucradas
en el proceso de creación de alcoholes superiores en S. cerevisiae es la enzima a-ceto ácido
deshidrogenasa la cual es codificada por un solo gen denominado baa1 (Dickinson et al.,
1997). La reacción que sigue es por una decarboxilación, que convierte el a-ceto ácido en
un aldehído de cadena ramificada mediante la eliminación de un átomo de carbono
(Dickinson et al., 1997). Luego de ello ocurre una reacción catalizada por enzimas alcohol
deshidrogenasas, que conducen a la reducción dependiente de NADH y finalmente la
posterior producción de alcoholes tipo BCAA (Lilly et al., 2006). También se han descrito
otros volátiles atrayentes de D. melanogaster muy importantes metabolizados por S.
cerevisiae como es el acetato de etilo, el cual es sintetizado por procesos de
decarboxilación y acetilación donde los genes atf1 y atf2 son determinantes en la formación
de este COV (Becher et al., 2018; Baig et al., 2020). Adicionalmente se ha encontrado que
en la reducción de aldehídos a los alcoholes tipo fusel (alcoholes con más de dos átomos de
carbono) como 3-metil-1-butanol, 2- metil- 1- butanol, y 2- feniletanol y ácidos fusel como
2- fenilacetato, y en la formación de acetoína son esenciales los genes bdh1, bdh2; tales
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COVs cumplen un rol importante en la atracción de artrópodos (Dickinson et al., 1997;
Verstrepen et al., 2003; González et al., 2010; Becher et al., 2018; Meriggi et al., 2020).
No es muy claro el papel exacto que juega la síntesis de los COVs por parte de las
levaduras (Scheidler et al., 2015; Arguello et al., 2013; Becher et al., 2018). Por un lado,
puede que esta producción de volátiles cree un perfil complejo diferencial que le dé algún
tipo de función activa en la fisiología o ecología de la levadura; o que por el contrario, este
perfil simplemente sea un subproducto neutral de otras reacciones bioquímicas (Scheidler
et al., 2015). Una hipótesis que recientemente se ha propuesto para explicar la función de
estos perfiles volátiles es la manipulación volátil hacia otros organismos habitantes del
subsuelo como los colémbolos (Arguello et al., 2013; Becher et al., 2018; Meriggi et al.,
2020). La base de esta hipótesis se basa en que estas firmas de olor atraen a los insectos y
otros artrópodos, mejorando la dispersión y la supervivencia de las levaduras; y a cambio
de ello, estos reciben alimento, un lugar donde reproducirse, ovopositar y desarrollarse
(Stökl et al., 2010; Becher et al., 2018; Meriggi et al., 2020).
3.3.Levaduras de interés
Un primer paso necesario para entender las posibles interacciones existentes entre Folsomia
candida y levaduras como Candida parapsilosis, Cryptococcus neoformans y Malassezia
furfur, es entender su biología y producción de volátiles los cuales podrían ser posibles
atrayentes para el colémbolo F. candida. Estas levaduras son comúnmente encontradas en
ecosistemas terrestres del subsuelo, material orgánico en descomposición y tejidos
animales; y por consiguiente, tener relaciones hasta ahora desconocidas con otros
habitantes de la mesofauna edáfica como los colémbolos (Schein et al., 2002; Silva et al.,
2012; Becher et al., 2018; Antonelli et al., 2020). Dado su importante rol como
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microorganismos patógenos de humanos, tanto su genoma como muchas de las rutas
metabólicas productoras de COVs se encuentran descritas en bases de datos y estudios
(Caileux et al.,1992; Scotter et al., 2005; Perl et al., 2011; Silva et al., 2012; González et
al., 2019). En los siguientes apartados se mencionarán los principales caracteres
morfológicos y metabólicos de estas tres levaduras, así como sus COVs más relevantes.
3.3.1. Candida parapsilosis: Biología y metabolismo de volátiles
El género Candida cuenta con mas de 150 especies pertenecientes al Filo Ascomycota,
algunas de ellas están frecuentemente involucradas en infecciones fúngicas humanas (Silva
et al., 2012; Brandt, 2002). Candida comprende un grupo extremadamente heterogéneo de
organismos fúngicos que pueden crecer en forma levaduriforme (Trofa et al., 2008; Silva et
al., 2012). Macroscópicamente, sus colonias, en agar Sabouraud dextrosa (ASD), son de
color blanco-beige, puntiformes con crecimiento radial uniforme, sin pigmento al medio
(Silva et al., 2012). Dependiendo de la especie, la textura de la colonia puede ser suave,
rugosa, brillante, o sin brillo (Silva et al., 2012). En condiciones estándar (nutrientes
óptimos), sus células pueden tener morfología esférica a ovalada y tienen un tamaño
aproximado de 2–5 x 3–7 mm (Larone, 2002).
Candida parapsilosis no produce hifas verdaderas, pero puede generar pseudohifas que son
característicamente grandes y curvas, y a menudo denominadas "células gigantes"(Trofa et
al., 2008). Estas pseudohifas se originan a partir de células levaduriformes, pero ese nuevo
crecimiento celular permanece unido a la célula madre el cual eventualmente se alarga, lo
que resulta en filamentos con constricciones en las uniones célula-célula. Estos
crecimientos no tienen septos verdaderos entre células (Silva et al., 2012).
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Aunque la mayoría de estudios de C. parapsilosis se concentran en reportes clínicos e
investigación de fármacos; es importante mencionar que este hongo está presente en forma
de biopelículas en diversos ambientes como suelo y superficies sólidas comunes como
madera, metal, porcelana entre otros (Brandt, 2002). Este organismo se ha encontrado en
ambientes dulceacuícolas y en agua de mar (Omar & Rehm, 1988). En cuanto a su
metabolismo, este hongo no es capaz de usar la maltosa como fuente de carbono (Silva et
al., 2012); sin embargo, es capaz de degradar glucosa y concentraciones altas de lípidos
(Nosek et al., 2009).
Un estudio de cromatografía de masas hecho por Caileux y colaboradores identifica los
principales COVs que C. parapsilosis produce por su metabolismo, encontrando que los
compuestos que generaba en mayor cantidad pertenecen a las familias de los alcanos,
alcoholes, cetonas y compuestos furánicos (Caileux et al., 1992). Los COVs de mayor
concentración y prevalencia según la Tabla 1 para C. parapsilosis en medio agar Sabouraud
son etanol y etil-acetato (Caileux et al., 1992). Sin embargo, como se ha mencionado
anteriormente, las firmas de olor de una especie de levadura en particular varían según el
sustrato, la duración de su incubación, el tipo de nutrientes, la temperatura y otros
parámetros ambientales (González et al., 2019). Algo que soporta la afirmación anterior es
el estudio hecho por Perl y colaboradores, donde se encontró que el perfil de COVs de
mayor concentración y prevalencia por C. parapsilosis en medio agar sangre era etanol y
alcohol fenetílico (Perl et al., 2011).
3.3.2. Cryptococcus neoformans: Biología y metabolismo de volátiles
Cryptococcus neoformans es una levadura esférica, con cápsula musinosa que pertenece al
Filo Basidiomycota (Okagaki et al., 2010; ITIS, 2020b). Su morfología macroscópica en
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agar Sabouraud suele ser colonias blanca-amarillas cremosas levaduriformes con
crecimiento radial puntiforme sin pigmento al medio (Okagaki et al., 2010). En cuanto a su
morfología microscópica, sus células suelen tener un diámetro aproximado de 1,8 a 3,0 μm
las cuales generalmente suelen estar encapsuladas por polisacáridos, su temperatura óptima
de crecimiento es 37°C (Schein et al., 2002; Heitman et al., 2011).
Esta levadura suele causar meningitis mortal principalmente en humanos
inmunocomprometidos, pero también puede afectar a individuos inmunocompetentes
(Schein et al., 2002). Se han establecido dos principales hábitats como reservorios naturales
para C. neoformans: el excremento de palomas (Columba livia) y la madera en
descomposición (Okagaki et al., 2010). Estos sustratos resultan excelentes para C.
neoformans pues las células levaduriformes son capaces de catabolizar grandes
concentraciones de urea, catecolaminas y otros compuestos nitrogenados (Litvintseva et al.,
2011). C. neoformans también puede producir lacasa la cual puede ser melanizada en las
heces aviares, lo que proporciona cierta protección contra la radiación UV, temperaturas
extremas y compuestos oxidativos (Litvintseva et al., 2011).
En cuanto a los COVs que C. neoformans puede generar, la Tabla 1 muestra como en
medio agar Sabouraud se producen alcanos, alcoholes y cetonas (Scotter et al., 2005). El
etanol, acetaldehído y crotonaldehido indicaron ser los COVs con concentraciones más
altas tanto en agar Sabouraud como en agar extracto de malta (Tabla 1) (Scotter et al.,
2005).
3.3.3. Malassezia furfur: Biología y metabolismo de volátiles
Malassezia es un género de levaduras dependiente de lípidos que se encuentran sobre la
piel de humanos y otros animales de sangre caliente, aunque también se han reportado en
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suelos y fuentes hídricas (Antonelli et al., 2020). Comúnmente se encuentran en la piel sin
generar ningún síntoma; sin embargo, al existir una disbiosis en la microbiota del
individuo, Malassezia puede asociarse a diversos trastornos de piel e infecciones del
torrente sanguíneo (Theelen et al., 2018). El género Malassezia tiene alrededor de 18
especies las cuales pertenecen a la clase Malasseziomycetes del Filo Basidiomycota (ITIS,
2020c). Las especies de Malassezia podrían representar entre el 53% al 80% de la
microbiota fúngica de la piel humana por lo cual en los últimos años se ha investigado su
metabolismo, ecología y posibles usos en la industria (González et al., 2019).
El género Malassezia tiene una particular dependencia a lípidos para su correcto
crecimiento debido a su incapacidad de sintetizar ácidos grasos de novo (Hort & Mayser,
2011). Esta característica se explica por la carencia de un complejo de ácido graso sintasa
citosólico en su metabolismo (González et al., 2019). Para poder subsistir, Malassezia
depende de lípidos encontrados en su ambiente, estos lípidos posteriormente son
metabolizados por enzimas que generarán los ácidos grasos necesarios para su
supervivencia (González et al., 2009; Theelen et al., 2018; González et al., 2019). La
especie Malassezia furfur es una levadura con morfología variada, su descripción
macroscópica en agar Dixon se caracteriza por tener colonias blanca-amarillas cremosas
levaduriformes con crecimiento radial con borde rugoso, sin pigmento al medio (González
et al., 2009). Su morfología es típicamente globosa, elipsoidal o hasta cilíndrica (González
et al., 2019). Este microorganismo tiene la capacidad de asimilar ácido palmítico, oléico,
laúrico y esteárico lo que la diferencia de las demás especies (González et al., 2009).
Recientes reportes han demostrado la capacidad de M. furfur para producir volátiles según
el medio donde esté creciendo (González et al., 2019). Los COVs que se presentan con
18
mayor prevalencia en M. furfur pertenecen a las familias de los alcanos, alcoholes, cetonas
y compuestos furánicos (González et al., 2019). El dióxido de carbono, hexan-1-ol, octano
y nonano mostraron ser los compuestos con picos más altos de concentración para el medio
caldo Dixon (González et al., 2019). Sin embargo, en este mismo estudio demostraron que
el perfil de volátiles que podía tener M. furfur dependía en gran medida de variables
ambientales como el contenido de ácidos grasos del sustrato y la fase de crecimiento en la
que se encontraba la levadura (González et al., 2019). La información resumida de todos
los COVs producidos por las tres especies de levaduras revisadas acá se presentan en la
siguiente tabla:
4. Interacción levaduras de interés vs. F. candida
Estudios previos han propuesto a partir de ensayos comportamentales de predilección que
aquellas levaduras que llevan a cabo procesos de fermentación generalmente atraen a los
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insectos que se alimentan de néctar floral mediante la emisión de señales químicas
parcialmente superpuestas entre los COVs de las levaduras y los COVs de algunas plantas
(Lilly et al., 2006; Stökl et al., 2010; Benett et al., 2012; Becher et al., 2018; 2020). Por
ejemplo, Stökl y colaboradores determinaron a partir de estos ensayos de predilección que
el olor floral del 2-fenil-etanol, es un COV clave para la atracción de D. melanogaster, y
que es compartido tanto por S. cerevisiae como por la planta Arum palaestinum (Stökl et
al., 2010). Dado que no se han reportado estudios de predilección entre Folsomia candida y
levaduras como C. parapsilosis, C. neoformans y M. furfur, en este apartado se discutirá la
posible relación entre los COVs producidos por estos microorganismos y F. candida.
Basados en investigaciones con otros organismos modelo, en el próximo apartado se
propondrá un posible fenómeno comportamental para este colémbolo.
4.1. Principales COVs y F. candida
El etanol y el alcohol fenetílico son COVs presentes en olores florales y frutales los cuales
comúnmente se producen por procesos de fermentación de azucares (Zhu et al., 2003;
Piškur et al., 2006). Becher y colaboradores a partir de estudios comportamentales de
predilección, probaron la preferencia de D. melanogaster ante la exposición al etanol y
alcohol fenetílico, de tal manera que el insecto prefería sobrevolar y asentarse en lugares
con presencia de estos COVs (Becher et al., 2018). Por otro lado, Christiaens y
colaboradores demostraron que el etil acetato y el acetaldehído promueven la atracción de
D. melanogaster cumpliendo un papel activo en la dispersión de las células de la levadura
S. cerevisiae (Christiaens et al., 2014). Los autores comprobaron esta función de dispersión
mecánica a partir de un análisis de predilección cuando existía una represión del gen atf1
de S. cerevisiae, que codifica una enzima clave denominada acetato éster sintasa, lo que
20
reduce drásticamente la atracción de Drosophila y, por lo tanto, limita la dispersión de la
levadura (Christiaens et al., 2014). El hexan-1-ol producido por M. furfur es un producto
importante de la vía de fermentación de alcoholes tipo BCAA (Lilly et al., 2006; González
et al., 2019). Un estudio realizado por Cobb & Domain relaciona la exposición de hexan-1-
ol con fuertes respuestas electrofisiológicas en larvas de Drosophila las cuales promueven
su crecimiento, sugiriendo que este COV puede jugar un papel particularmente importante
en el ciclo de vida de esta especie de mosca (Cobb & Domain, 2000). Recientes estudios
han clasificado los COVs nonano y octano como moléculas tipo feromona (Mwingira et al.,
2020). Mwingira y colaboradores demostraron que emisiones de compuestos como el
nonano y octano determinaban el sitio de reproducción e inducían la ovoposición en
Anopheles gambiae y Culex quinquefasciatus (Mwingira et al., 2020).
Extrapolando estos resultados a la interacción de F. candida con microorganismos como
C. parapsilosis, C. neoformans y M. furfur los cuales también reportan producción de
etanol, etil acetato, acetaldehido, hexan-1-ol, octano y nonano (Tabla 1), es posible que
también exista una atracción ante este tipo de COVs. Esto generaría un proceso de
señalización volátil donde tanto la levadura como el artrópodo estarían directamente
beneficiados por procesos de dispersión por parte de la levadura y procesos de atracción,
alimentación, reproducción y ovoposición por parte de F. candida. Si se tiene en cuenta que
esta especie de colémbolo comparte proteinas olfativas, hábitos de atracción y ovoposición
y alimentación con los insectos usados en las investigaciones ya mencionadas (Cobb &
Domain, 2000; Christiaens et al., 2014; Pelosi et al., 2018; Becher et al., 2018; Mwingira et
al., 2020); se pueden esperar desde el punto de vista teórico respuestas comportamentales
similares en las exposición de F. candida a los COVs liberados por estas tres especies de
21
levaduras. Futuros estudios comportamentales con F. candida deberán demostrar este tipo
de respuestas. La información de este apartado se resume en la Tabla 2.
5. Conclusiones: Implicaciones ecológicas y futuros estudios
El objetivo de esta revisión fue proporcionar una información concisa sobre la biología de
F. candida y las levaduras C. parapsilosis, C. neoformans y M. furfur, con el fin de
entender desde el punto de vista teórico como los VOCs liberados por las levaduras pueden
producir comportamientos específicos en el colémbolo; dado que aún no hay suficientes
estudios que clarifiquen un modelo de interacción que involucre a dichos organismos.
Aunque esta revisión es netamente teórica, se espera que sea un valioso aporte para
estudios de predilección de COVs con artrópodos como F. candida, con el fin de
comprender el campo de la interacción microbiológica con integrantes de la mesofauna
edáfica.
Como se evidenció, la producción de COVs por parte de las levaduras es un método de
señalización efectivo para la atracción de artrópodos. En una interacción colémbolo-
levadura, uno de los principales beneficios para el hongo sería la dispersión como un
mecanismo útil que le ayudaría a alcanzar nuevos nichos, especialmente cuando los
recursos en el lugar donde se encuentra se agotan y por ende es vital la atracción de
22
vectores mecánicos como lo podría ser F. candida. Desde el punto de vista del colémbolo,
estas levaduras por medio de sus perfiles COVs podrían brindarle a los artrópodos
numerosos beneficios directos como una señalización óptima de lugares adecuados para su
alimentación, reproducción, ovoposición y desarrollo de larvas.
A pesar de todos los soportes teóricos que se mencionaron en esta revisión, es necesario
que la hipótesis aquí presentada sea puesta a prueba en futuros ensayos comportamentales
de laboratorio, con el fin de comprobarla y generar nuevos temas de investigación en
neurofisiología, comportamiento, reproducción y biología del desarrollo. Esta revisión
también sugiere que la producción de firmas volátiles por parte de levaduras se ve
fuertemente influenciada por factores ambientales e incluso puede desempeñar un papel en
la mímica de perfiles volátiles de plantas y manipulación de sus polinizadores; sin embargo,
este es un tema que también requiere investigación.
23
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