Las levaduras en microbiología: mucho más allá del pan y el vino

Las levaduras son hongos unicelulares microscópicos, que no son visibles a simple vista y llevan millones de años viviendo en nuestro planeta. Para poder observarlas en detalle, necesitamos un microscopio. Estos microorganismos son muy abundantes en la naturaleza y se encuentran en diversos ambientes, como el suelo, las plantas (semillas, frutas, flores, etc.), y el intestino de los animales. Una de sus principales funciones es la de descomponedores primarios de la materia muerta de plantas y animales en muchos ecosistemas.

La levadura es la primera célula eucariota en la que se ha intentado expresar proteínas recombinantes, debido a que es de fácil uso industrial: es barata, cultivarla es sencillo y se duplica cada 90 minutos en condiciones nutritivas favorables. Además, es un organismo fácil de modificar genéticamente, lo que permite realizar experimentos en varios días o semanas.

Clasificación y taxonomía

El término levadura se refiere básicamente a un grupo de hongos unicelulares, donde las hifas y/o pseudohifas pueden o no estar presentes y tienen una fase sexual perfecta o teleomorfa. Sin embargo, las levaduras a las que no se les ha descrito aún la fase sexual, y sólo se les conoce la fase anamorfa, son denominadas como “formas parecidas a levaduras” o “yeastlike”; estas se reproducen por gemación.

En cuanto a la ubicación taxonómica, este último grupo es ubicado en la división Deuteromycota u hongos anamorfos, clase Blastomycetes o Levaduras. En cuanto al grupo teleomorfo, cuando la célula haploide de la levadura se conjuga y da origen a asco con sus ascosporas, son incluidas en la División Ascomycota, clase Ascomycetes. Las que producen basidios con basidiosporas, están entre los Basidiomycota, clase Basidiomycetes. En este artículo se empleará el término levadura en forma independiente.

Tipos de levaduras

La levadura puede clasificarse en levadura de panadería y levadura química, pero también puede hacerse una clasificación según el proceso de descomposición de sustancias. La levadura para pan se emplea para la elaboración de masas de pan y de pizza, precisamente porque estos dos alimentos se caracterizan por su consistencia esponjosa a la vez que firme.

• Levadura fresca o prensada: Se trata de un producto vivo que se disuelve con facilidad y que aporta un sabor más profundo y una textura más esponjosa. Debe conservarse siempre en la nevera porque tiene una consistencia un poco húmeda. Antes de aplicarla a la masa, la levadura fresca debe diluirse en agua tibia. Es ideal para masas que fermentan lentamente, como el pan de pueblo o las hogazas artesanas.
• Levadura seca o de panadería: Es la más utilizada entre los tipos de levadura para hacer pan. Implica el uso de menos cantidades que la fresca, además de que aguanta más y su fecha de caducidad es más duradera. Se puede incorporar directamente a la masa sin necesidad de dejarla reposar con anterioridad. Aparte de para hacer pan, este tipo de levadura se emplea también en repostería y para la elaboración de masa de pizza y empanadas.
• Levadura química (polvo de hornear): Se utiliza tradicionalmente en las recetas de postres que se preparan en el hogar. A través del proceso de gasificación, los alimentos preparados crecerán con el aire cuando se pongan a cocinar. Sin embargo, no es un buen sustituto de la levadura de panadería, ya que funciona bien para bizcochos o magdalenas, donde se busca esponjosidad sin fermentación.
• Masa madre: A diferencia de la levadura fresca o seca, la que se emplea para hacer el pan de masa madre no se puede adquirir en una tienda, sino que debe de crearse, a través de un meticuloso proceso. Se caracteriza por el empleo de un cereal integral para la elaboración de la levadura, pues es de este cereal de donde se obtienen los microorganismos. La elaboración de la levadura de masa madre también se caracteriza por desprender un olor avinagrado con el paso de los días, además de por la aparición de burbujas que hacen que aumente el volumen de la masa. Aunque su preparación lleva días, su fermentación lenta crea panes únicos, con una corteza crujiente y un aroma inconfundible.

La eterna pregunta de cuál es el mejor tipo de levadura para hacer pan tiene una respuesta clara: depende del uso. Así que, más que buscar una campeona absoluta, lo ideal es conocer bien los distintos tipos de levadura y saber cuándo conviene usar cada una. Como en casi todo en la cocina, el secreto está en adaptar el ingrediente.

Proceso de fermentación

Las levaduras son importantes por su capacidad para realizar la descomposición mediante fermentación (predominantemente alcohólica) de diversos compuestos orgánicos, principalmente los azúcares o hidratos de carbono, produciendo distintas sustancias. Estos microorganismos son los que producen la fermentación alcohólica, cuya función como agentes fermentadores fue reconocida por Luis Pasteur, en 1856. Este científico demostró que las células viables de levaduras causan fermentación en condiciones anaeróbicas y, en este proceso, el azúcar presente en el mosto se convierte en etanol y dióxido de carbono.

La fermentación alcohólica es un proceso biológico en ausencia de oxígeno (O2), originado por la actividad de algunos microorganismos como levaduras y bacterias que procesan los azúcares (carbohidratos) como glucosa, sacarosa, fructosa, entre otros. La fermentación alcohólica produce muy poca energía neta: 2 ATP por cada piruvato obtenido de la glicólisis. A diferencia de las bacterias, ninguna especie de levadura conocida crece solo de forma anaeróbica (anaerobios obligados).

Levaduras en la producción de alimentos

La fermentación de azúcares (carbohidratos) por la levadura es la aplicación más grande y antigua de esta tecnología. Se utilizan muchos tipos de levaduras para hacer muchos alimentos.

• Pan: La levadura de panadería, siendo la más común Saccharomyces cerevisiae, se utiliza en panadería (para hacer pan, masa de pizza, bollos o brioches) como un agente de fermentación, que convierte los compuestos fermentables presentes en la masa en gas dióxido de carbono. Esto hace que la masa se expanda o aumente, a medida que el gas forma burbujas o bolsillos. Cuando se hornea la masa, la levadura muere y las bolsas de aire quedan "fijadas", dando al producto horneado una textura suave y esponjosa. La mayoría de las levaduras utilizadas en panadería y pastelería son de la misma especie que las usadas en la fermentación alcohólica. El primer registro que muestra este uso proviene del Antiguo Egipto.
• Vino: Convertir el zumo de uvas en un delicioso vino nos hace pensar en los enólogos como personas con increíbles poderes bíblicos, pero son las levaduras las que están detrás de esta magia vinícola. Las levaduras son microorganismos vivos que se encargan de convertir en alcohol el azúcar presente en el zumo de uvas, es decir, transforman el mosto en vino. Curiosamente, la misma levadura (natural, no química) que se utiliza para el pan es la levadura dominante en la transformación del mosto en vino. Acabada la fermentación, cuando el mosto ya es vino, las levaduras finalizan su trabajo y mueren, precipitándose al fondo del depósito donde se realizó la fermentación. Las lías son pequeñas partículas que se encuentran en el vino después de la fermentación, y son restos de levaduras muertas, ácidos grasos, manoproteínas o polifenoles que aportan interesantes beneficios.
• Cerveza: La levadura de cerveza se utiliza en la fermentación de la cerveza, de forma similar a la levadura química.

Otros usos de las levaduras

Las levaduras, desde hace siglos, no sólo sirven para elaborar pan, cerveza y vino. Hoy, también, para producir hormonas.

• Aditivos probióticos: Desde hace algunos años es conocido su papel como alimento pro-biótico, tanto en seres humanos como en animales. Una vez ingeridas, ya dentro del sistema digestivo del animal, las levaduras desarrollan una acción altamente beneficiosa: favorecen el equilibrio de la flora intestinal, favorecen la sensación de bienestar, potencian el sistema inmunológico, mejoran el estado fisiológico y el tracto del sistema digestivo, etc. El efecto pro-biótico es especialmente beneficioso en la producción ganadera, ayudando a mejorar significativamente el bienestar de los animales y la calidad y cantidad de leche producida. También se usan como aditivo en alimentos para perros y gatos, favoreciendo el proceso digestivo, incrementando el aprovechamiento de los alimentos y reduciendo las diarreas.
• Fertilización y protección de cultivos: Cada vez son más importantes los descubrimientos relacionados con su uso en la fertilización y protección de cultivos. Estos avances permiten reducir el uso de fertilizantes y fitosanitarios de síntesis química en agricultura. El uso de levaduras para controlar diversas enfermedades de los cultivos es ya hoy en día una realidad. La utilización para evitar el desarrollo de hongos en los frutos representa también una alternativa importante a los tratamientos anti-fúngicos tradicionales.
• Nutrición humana y suplementos dietéticos: El uso en la nutrición humana, bien como suplemento dietético o como alimento funcional, es ampliamente conocido. Los nutricionistas aseguran que el alto contenido en proteínas, enzimas, minerales como el zinc, cromo, selenio… y vitaminas de los grupos B y D hacen a los suplementos dietéticos de levadura especialmente atractivos en dietas vegetarianas o situaciones de carencia en alguno de esos nutrientes. De las paredes de las células de levadura se extraen unos polisacáridos denominados beta-glucanos cuya presencia en la dieta refuerza según los expertos nuestro sistema inmunológico.
• Cosmética: Los productos cosméticos que incluyen extractos de células de levadura son altamente apreciados. Favorecen procesos biológicos que afectan a la salud de nuestra piel como son la síntesis de colágeno o la hidratación y oxigenación de la piel. Por ello son especialmente indicados para formulaciones en cremas anti-arrugas y anti-envejecimiento.
• Producción de alcoholes y bioetanol: La producción de alcoholes, para consumo humano, empleo industrial, farmacia, etc., ha sido uno de los usos tradicionales desde hace siglos. El bioetanol añadido a los combustibles derivados del petróleo reduce significativamente las emisiones de CO2 y por tanto su efecto contaminante.
• "Fábrica" de moléculas celulares: La resistencia de la levadura a ambientes extremos, así como el conocimiento en su cultivo y manejo adquirido durante años, la hacen sumamente atractiva como “fábrica” de moléculas celulares. Se destaca la producción en células de levadura, entre otros, de moléculas de hidrocortisona o de moléculas de insulina, proceso este último que ha facilitado la vida a millones de enfermos de diabetes.
• Investigación científica: Vienen siendo utilizadas en diferentes proyectos de investigación desde hace años. Aún se desconoce el papel de más del 25% de sus genes. Un gen de la levadura Debaryomyces hansenii puede ser de gran utilidad en épocas de secas, cuando los suelos se vuelven salitrosos, con alta alcalinidad.

Levaduras patógenas y su importancia en la salud

Sin embargo, no todas las levaduras son benéficas. La importancia del proceso de aislamiento e identificación a nivel de género y especie permite enriquecer, de manera más precisa, los datos sobre la casuística y epidemiología de las micosis causadas por levaduras, principalmente en el grupo de mayor impacto, referido como “levaduras emergentes”.

Género Candida

Entre los hongos patógenos en humanos, existen cerca de 200 especies que han sido reconocidas; de estas, alrededor de 30 son levaduras de interés médico. Entre ellas, desde el punto de vista clínico, han sido y siguen siendo relevantes las del género Candida, las cuales forman parte de la flora normal de nuestro organismo. Son los agentes causales de la candidiasis o candidosis, micosis oportunista, aguda, subaguda o crónica, de alta incidencia en nuestro medio y a nivel mundial; pueden afectar a individuos de cualquier edad, raza o sexo, siendo los factores predisponentes del huésped en combinación con los del microorganismo, los que favorecen el desarrollo de la infección.

Taxonómicamente, este género se encuentra clasificado en: Reino Fungi, División Ascomycota, Clase Ascomycetes, Orden Saccharomycetales, Familia Saccharomycetaceae.

En los últimos 20 a 30 años se ha elevado el número de casos de candidiasis, siendo hasta el presente Candida albicans el principal agente causal, encontrándose entre un 60-70% de los aislamientos clínicos. En individuos infectados por VIH, se ha observado también, que un 90% puede sufrir un episodio de candidiasis orofaríngea. En mujeres VIH positivo, la vulvovaginitis por Candida está muy relacionada, así como los casos de recidivas.

Otras 10 especies del género Candida han incrementado su importancia, desde el punto de vista clínico, como agentes causales de candidiasis; entre estas tenemos: C. tropicalis, C. guilliermondii, C. parapsilosis, C. famata, C. krusei, C. kefyr (sinónimo obsoleto: C. pseudotropicalis), C. glabrata (sinónimo: Torulopsis glabrata), C. pelliculosa, C. lusitaniae, entre otras. Estas levaduras se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza y habitando como comensales en muchos mamíferos y aves. C. glabrata y C. krusei, suelen presentar mayor resistencia al imidazólico fluconazol, por lo que pacientes que reciben este fármaco como profilaxis tienen más riesgo de desarrollar infección por estas dos especies.

Género Cryptococcus

En orden de importancia, siguiendo a C. albicans, se encuentra la levadura capsulada Cryptococcus neoformans, agente causal de la criptococosis, micosis sistémica de evolución subaguda o crónica, que ocupa el cuarto lugar entre las enfermedades oportunistas en pacientes con SIDA. Las formas clínicas más frecuentes son la meningitis y la meningoencefalitis; en algunos casos puede suceder con diseminación a otros órganos.

Del estado anamorfo de esta levadura se han descrito tres variedades: C. neoformans var. grubii (serotipo A), C. neoformans var. neoformans (Serotipo D), ambas de distribución mundial y C. neoformans var. gattii (Serotipo B y C), limitada a regiones tropicales y subtropicales. En su estado teleomorfo, incluida en la división Basidiomycota, clase Basidiomycetes, se encuentra Filobasidiella neoformans var. neoformans para los serotipos A y D y Filobasidiella neoformans var. bacillispora para los serotipos B y C.

Se ha sugerido que el hábitat y la principal fuente de infección de la variedad neoformans es el excremento de aves; la variedad gattii ha sido asociada con los árboles de Eucalyptus spp., originarios de Australia. Dentro de las 19 especies de Cryptococcus que han sido reconocidas, 6 han sido recuperadas ocasionalmente como agentes infecciosos: C. albidus var. albidus, C. albidus var. diffluens, C. luteolus, C. laurentii, C. terreus y C. gastricus.

Otros géneros de levaduras patógenas

Entre otro grupo de levaduras de interés médico, se pueden mencionar las ocho especies del género Malassezia, Geotrichum candidum, Trichosporon spp., Rhodotorula mucilaginosa, Sporobolomyces spp., Saccharomyces cerevisiae, Hansenula polymorpha, Pneumocystis jiroveci (especie que infecta al humano, antiguamente considerado como un protozoario y denominado P. carinii), y otras. El alga aclorofílica del género Prototheca también es estudiada dentro de este grupo, por la similitud del cultivo con el género Candida. P. zopfii y P. wickerhamii son las más reportadas.

La mayoría de las levaduras antes mencionadas, constituyen en menor o mayor grado, parte de la microbiota normal del organismo. Su incidencia puede variar de acuerdo a la localización clínica y procedencia geográfica. El incremento de la incidencia de casos clínicos, por algunas de estas levaduras, ha hecho que se les adjudique el término de “levaduras emergentes”.

Las patologías desarrolladas por este tipo de levaduras comunes de la flora cutánea, mucosa y gastrointestinal del organismo, pueden abarcar un amplio espectro clínico como son: lesiones superficiales (pitiriasis versicolor, dermatitis, foliculitis, etc.), cutáneas (intertrigo, paroniquia, zona pañal, etc.), lesiones de mucosa (oral, gástrica, entérica, genital) y lesiones sistémicas (septicemias, endocarditis, casos meníngeos, etc.). La causa principal de patogenicidad de estas levaduras está relacionada con alteraciones del sistema inmunológico del huésped, así como con otros factores predisponentes, que puedan interferir en el equilibrio del nicho biológico que mantienen a estas levaduras en estado de comensal. Entre los factores desencadenantes podemos mencionar: embarazo, edades extremas (infancia y vejez), uso prolongado de antibióticos, antineoplásicos, glucocorticoides, drogas, uso de prótesis dentales, etc.

Diagnóstico de infecciones por levaduras

Primeramente se lleva a cabo la inspección clínica y posteriormente se realizan los estudios para la orientación y confirmación del diagnóstico; entre estos tenemos: estudio micológico (examen directo y cultivo), histopatológico, inmunoserológico y otros.

Estudio micológico

1. Examen directo (ED) o microscópico de la muestra clínica: Es un método rápido para la visualización de las estructuras fúngicas. En una lámina portaobjeto se añade a la muestra clínica una gota de un aclarante (KOH 10-40%, Clorazol Black E), para favorecer la ruptura de los enlaces intercelulares y liberar la célula fúngica; se coloca el cubreobjeto y se examina directamente al microscopio de luz (o en microscopio de fluorescencia en el caso de usar Calcoflúor), observándose estructuras tales como: blastoconidias redondas u ovales, con o sin gemación, pseudohifas (posiblemente Candida spp.); artroconidias y blastoconidias (Trichosporon spp.); sólo artroconidias (Geotrichum spp.), etc. La presencia de blastoconidias y pseudohifas está asociada con la forma patógena de C. albicans. En todo caso es importante señalar que el ED sólo refiere que se está en presencia de “estructuras compatibles con”, siendo necesario el cultivo para aislar e identificar el microorganismo. En el caso de LCR, se emplea tinta china negra para el descarte de criptococosis; una gota del sedimento del LCR centrifugado se coloca en una lámina portaobjeto y se le añade una gota de la tinta y el cubreobjeto; al microscopio se pueden apreciar levaduras gemantes, de pared definida y cápsula refringente. Este examen sugiere la presencia de blastoconidias compatibles con Cryptococcus spp. Se precisa el aislamiento e identificación para definir la especie.
2. Cultivo: Se efectúa por siembra del material clínico en medios de cultivo como Sabouraud-Dextrosa-Agar, micosel, lactritmel, etc. La mayoría de estas levaduras presentan un crecimiento entre 3-5 días. El crecimiento del cultivo nos puede mostrar colonias pastosas compactas o rugosas de color blanco a crema (sugestivas de Candida, Saccharomyces, Prototheca), colonias anaranjadas o coral (Rhodotorula), mucoides (Cryptococcus), de consistencia dura, superficie rugosa y seca (Geotrichum, Trichosporon), etc. Tomando en cuenta que estas levaduras se encuentran como comensales en el organismo, es fundamental confirmar su significado patológico, para lo cual se debe tomar en cuenta la positividad del ED y el crecimiento de un número considerable de colonias en el medio de siembra, así como su aislamiento en forma repetida del mismo sitio de la lesión. En el caso de procesos pulmonares la prueba más contribuyente para el diagnóstico, es el examen histológico.

Importancia de la identificación de levaduras

Una vez aislado el agente, sólo se puede sugerir el género al cual pertenece, poco se puede referir respecto a la especie. Para tal fin, se hace necesario recurrir a los diversos métodos de identificación, ya que la importancia de identificar estos microorganismos conlleva una serie de razones como:

1. La orientación para el tratamiento antifúngico: Existen múltiples reportes en la literatura, sobre la resistencia innata y adquirida de algunas de estas levaduras de interés médico a los tratamientos antifúngicos de primera y segunda generación, como el caso ya mencionado de C. krusei, C. glabrata y C. albicans, las cuales con frecuencia pueden presentar resistencia al fluconazol. Un caso de septicemia por C. lusitaniae resistente a Anfotericina B ha sido reportado. También se ha señalado que a nivel de los serotipos A y B de C. albicans existen diferencias en cuanto a susceptibilidad frente a los azoles. Este tipo de comportamiento no sólo afecta a las levaduras sino también a otros hongos filamentosos, como es el caso muy ilustrativo de Scedosporium apiospermun, sensible a un amplio rango de antifúngicos mientras que, S. prolificans, es resistente a los mismos; de allí la gran importancia que tiene el llevar a cabo la identificación del microorganismo, garantizando la eficacia del tratamiento antifúngico.
2. Caracterización epidemiológica: Hoy en día, se refleja en muchas casuísticas y publicaciones científicas, la importancia que ha tenido el valorar e introducir en los laboratorios de rutina de micología las pruebas de identificación de levaduras, las cuales han permitido ampliar cada vez más el conocimiento.

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