Microbiología y Parasitología Médicas Tomo I Alina Llop Hernández Ma. Margarita Valdés-Dapena Vivanco Jorge Luis Zuazo Silva Ciudad de La Habana, 2001 Datos CIP - Editorial de Ciencias Médicas Llop Hernández Alina Microbiología, Parasitología Médicas/ Alina Llop Hernández ...[y otros] La Habana: Editorial Ciencias Médicas, 2001 3t., XXVI, 550 p.: il Incluye Bibliografía e Índices ISBN 959-7132-52-4 ISBN 959-7132-53-2 1. MICROBIOLOGIA/educación 2. PARASITOLOGIA/educación 3. ENFERMEDADES TRANSMISIBLES I. Llop Hernández, Alina II. Valdés-Dapena Vivanco, Ma. Margarita II. Zuazo Silva, Jorge L. QW 18 Edición: Lic. Niurka Casanovas Herrero Diseño: DI José Manuel Oubiña González Emplane: Ana Ibis Gómez, Lisett Torres y Xiomara Segura Realización: Manuel Izquierdo Castañeda © Alina Llop Hernández, Ma. Margarita Valdés-Dapena Vivanco, Jorge L. Zuazo Silva y otros, 2001. © Sobre la presente edición: Editorial Ciencias Médicas, 2001 Editorial Ciencias Médicas Centro Nacional de Información de Ciencias Médicas Calle E No. 452 e/ 19 y 21, El Vedado, Ciudad de La Habana, 10400, Cuba. Correo electrónico: ecimed@infomed.sld.cu Fax: 333063 Télex: 0511 202 Teléfonos: 32-5338, 32-4519 y 32-4579 Autores principales Llop Hernández, Alina M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología y Administración de Salud. Profesora Titular. Consultante. Investigadora Titular. Académica de Mérito. Directora del Laboratorio Nacional de Referencia y vicedirectora del Instituto de Medicina Tropical “Pedro Kourí”. Valdés-Dapena Vivanco, Ma . Margarita M.D. Ph.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Profesora Titular. Consultante. Jefe de Servicio de Microbiología del Hospital Pediátrico Docente “Juan M. Márquez”. Zuazo Silva, Jorge L. M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Profesor Auxiliar. Investigador Titular. Consultante del Departamento de Microbiología del Hospital Pediátrico Docente de Centro Habana. Autores Almanza Martínez, Caridad M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Profesora Auxiliar. Cisneros Despaigne, Eugenio M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Instructor. Investigador Agregado. Delgado García, Gregorio M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Asistente. Historiador Médico del Ministerio de Salud Pública. Delgado Rodríguez, Gregorio Aspirante a investigador. Fernández Andreu, Carlos M. M.Sc. Asistente. Investigador Auxiliar. Ginebra González, Olga A. M.D. Especialista 1er. Grado en Microbiología. Asistente. Ilnait Zaragozí Ma. Teresa M.D. M.Sc. Especialista 1er. Grado en Microbiología. Investigadora Agregada. Junco Díaz, Raquel de los A. M.D. M.Sc. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Profesora Auxiliar. Investigadora Auxiliar. Leiva Sánchez, Teresita A. M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Profesora Auxiliar. Macola Olano, Silvia M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Profesora Auxiliar. Martínez Izquierdo, Alicia Ma. M.D. Especialista 1er. Grado en Microbiología. Instructora. Martínez Machín, Gerardo M.D. Especialista 1er. Grado en Microbiología. Instructor. Investigador Agregado. Martínez Motas, Isabel M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Montoro Cardoso, Ernesto M.D. M.Sc. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Investigador Auxiliar. Moya Duque, Sonia M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Asistente. Ochoa Azze, Rolando F. M.D. Especialista 2do. Grado en Inmunología. Instructor. Pérez Amarillo, Julián I. M.D. Especialista 1er. Grado en Microbiología. Instructor. Pérez Monrás, Miriam F. M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Instructora. Investigadora Auxiliar. Perurena Lancha, Mayda R. Ms.C. Investigadora Agregada. Quiñones Pérez, Dianelys M.D. Especialista 1er . Grado en Microbiología. Rodríguez González, Daisy P. M.D. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Asistente. Rodríguez Pérez, Carlos M. M.D. Especialista 1er. Grado en Microbiología. Asistente. Suárez Moreno, Odelaisy M.Sc. Instructora. Investigadora Auxiliar. Svarch Scharager, Natalio M.D. Dr.C. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Profesor Titular. Consultante. Valdivia Álvarez, José A. M.D. Dr. C. Especialista 2do. Grado en Microbiología. Investigador Titular. Prólogo Las enfermedades transmisibles constituyen hoy las principales causas de muerte entre niños y adultos jóvenes, particularmente en el Tercer Mundo. Ellas causan más de 13 000 000 de muertes, y más de la mitad de estas ocurre en los países subdesarrollados. Sólo en la próxima hora, 1 500 personas morirán de alguna enfermedad transmisible; la mitad de ellos, niños menores de 5 años. Según la OMS, las enfermedades transmisibles representan 45 % del total de muertes en los países pobres de Asia y África, 63 % de las muertes de los niños de 0 a 4 años en el mundo y 48 % de las muertes catalogadas como prematuras. Las principales enfermedades transmisibles que producen esta carga de dolor y muerte son: las infecciones respiratorias agudas, el SIDA, las enfermedades diarreicas agudas, la tuberculosis, la malaria y el sarampión. Este sombrío panorama que afecta al mundo, donde la mayoría de las enfermedades infecciosas pueden ser prevenidas con estrategias conocidas, es, sin embargo, el que se nos presenta al iniciar la humanidad el Tercer Milenio. La pobreza, el hambre, la miseria y el desamparo social determinan inequidades que caracterizan al mundo de hoy, y afectan uno de los principales derechos del hombre: el derecho a la salud. Según la OMS, “los países más pobres están pagando un alto precio por la complacencia y negligencia del mundo desarrollado”. En el mundo actual, 20 % de la población mundial vive en absoluta pobreza (menos de 1 USD por día) y la mitad de la población mundial subsiste con 2 USD por día. En Cuba, país pobre, el cual sufre el más inhumano bloqueo que se ha aplicado a un pueblo, la situación de las enfermedades transmisibles es completamente distinta y esto se debe a la prioridad que tiene la salud para nuestro Partido y Gobierno, así como para nuestro sistema socialista. Nuestros programas de control se caracterizan por: Absoluta equidad para toda la población. Protección a toda la población urbana y rural. Fuerte desarrollo de la atención primaria. Protección mediante vacunación contra trece enfermedades transmisibles. Poseer un sistema de vigilancia epidemiológica de enfermedades transmisibles con base de laboratorio muy bien estructurado. Por estas razones, el Sistema de Salud de Cuba ocupa el lugar 39 en su evaluación global, entre 190 países, según aparece en El Reporte Mundial de la Salud de la OMS del año 2000. Los indicadores de Salud de Cuba se corresponden con los de un país desarrollado, donde las llamadas enfermedades tropicales no existen y la mayoría de las transmisibles no son problemas de salud. Nuestro reto actual lo constituyen las infecciones respiratorias agudas y mantener a raya la resistencia de los microorganismos a los antibióticos. A pesar de este panorama favorable, la microbiología y la parasitología médicas tienen que continuar su desarrollo acelerado, y es aquí donde el magnífico libro que se presenta debe desempeñar un papel protagónico. Con anterioridad sólo existía la formidable obra de Parasitología escrita por los profesores Kourí, Basnuevo y Sotolongo. Hoy, esta obra comprende todas las ramas de la microbiología y la parasitología médicas, incluyendo un enfoque clínico-epidemiológico. Los Planes Integrales de Salud que Cuba desarrolla en países hermanos del Tercer Mundo y la existencia de la Escuela de Medicina Latinoamericana, hacen cobrar una mayor dimensión y vigencia a este libro, ya que, como se mencionó antes, son precisamente las enfermedades transmisibles las que están cobrando hoy un alto tributo en vidas a la humanidad, y sólo mediante un buen conocimiento de estas especialidades, tendremos mejores armas para enfrentarlas en los países endémicos y evitar su introducción en Cuba, o controlarlas en caso de que aparezcan. Dr.C. Prof. Gustavo Kourí Flores Director Instituto de Medicina Tropical "Pedro Kourí", Cuba Presidente de la Sociedad Cubana de Microbiología Prefacio La posibilidad de contar con un texto único, actualizado y cubano de Microbiología y parasitología médicas, que cumpla con los objetivos de servir de texto al pregrado de las carreras relacionadas con la medicina, de apoyo al posgrado y como libro de consulta para el personal que trabaja en la Salud, ha sido una necesidad sentida desde hace muchos años, y es hoy una realidad. Se presenta por primera vez en Cuba, una obra de Microbiología y parasitología médicas con la característica de haber sido escrita por un colectivo de 80 autores, de diferentes perfiles dentro de la especialidad, que ha reunido a tres generaciones de profesores dedicados a la docencia, asistencia e investigación y −junto a experimentados trabajadores de la salud pública cubana, ha brindado espacio a brillantes jóvenes los cuales aseguran que esta primera edición tendrá una continuidad actualizada− que recoja, además, la riqueza acumulada por el Sistema de Salud de Cuba. Tratar de integrar una obra en la que concurran tantos autores, no ha resultado fácil sólo por ese simple hecho. Pero... además, cuando han coincidido diferentes objetivos, aún resulta más compleja. Unir voluntades, esfuerzos y escribir con recursos limitados ha sido una pujante labor, como era de esperar. Esta obra modesta, pero llena de amor, servirá para dar a conocer, además de todo lo de valor científico que ella en sí misma encierra, cómo una especialidad médica que sirve de instrumento imprescindible en el diagnóstico, la vigilancia y el control de las enfermedades infecciosas, puede lograr desarrollo, aun tratándose de un país pobre, porque... la inequidad en salud no existe donde la salud pública es un derecho de todos, donde ha habido éxitos innegables y donde existe la voluntad de que así sea. Los logros de la medicina cubana hoy se extienden por otras tierras, con el calor humano que la caracteriza, la modestia y la ética en la que han sido educados los médicos de nuestra sociedad. A esos médicos que hoy prestan el concurso de sus modestos esfuerzos lejos de Cuba, va dedicada esta obra. Estamos seguros de que nuestros maestros y nuestros alumnos sabrán apreciar el esfuerzo realizado. Prof. Alina Llop Hernández Prof. Ma. Margarita Valdés-Dapena Vivanco Prof. Jorge L. Zuazo Silva Índice General TOMO I Sección I. Generalidades Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo 1. Breve historia de la microbiología y la parasitología médicas 2. Nomenclatura y clasificación de los microorganismos 3. Principios básicos de epidemiología en las enfermedades transmisibles 4. Microscopia y coloraciones 5. Características de las células procarióticas y eucarióticas 6. Metabolismo microbiano 7. Cultivo y crecimiento de los microorganismos 8. Genética microbiana 9. Efecto de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos 10. Quimioterapia antimicrobiana 11. La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana Sección II. Interacción hospedero-parásito Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo 12. 13. 14. 15. Fundamentos de la ecología Flora indígena del cuerpo humano Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad Atributos del hospedero para resistir Sección III. Bacterias Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo 16. 17. 18. 19. Taxonomía, clasificación y nomenclatura de las bacterias Mecanismos de defensa frente a las infecciones bacterianas Estafilococos Estreptococos Capítulo 20. Enterococos Capítulo 21. Bacilos grampositivos no esporulados: Corynebacterium, Propionibacterium, Listeria y Erysipelothrix Capítulo 22. Bacilos grampositivos esporulados aerobios: Bacillus Capítulo 23. Clostridios Capítulo 24. Neisserias y Moraxella catarrhalis Capítulo 25. Bacilos y cocos gramnegativos anaerobios Capítulo 26. Enterobacterias Capítulo 27. Haemophilus y Gardnerella vaginalis Capítulo 28. Cocobacilos gramnegativos pequeños: Brucella, Bordetella, Francisella y Pasteurella Capítulo 29. Pseudomonas Capítulo 30. Acinetobacter y otros bacilos gramnegativos no fermentadores Capítulo 31. Legionelas Capítulo 32. Vibrios Capítulo 33. Aeromonas y Plesiomonas Capítulo 34. Campylobacter, Helicobacter y microorganismos afines Capítulo 35. Actinomicetos Capítulo 36. Micobacterias Capítulo 37. Microorganismos espirilares Capítulo 38. Micoplasmas y Ureaplasma Capítulo 39. Clamidias Capítulo 40. Rickettsias Sección IV. Hongos Capítulo 41. Generalidades de micología Capítulo 42. Inmunología de las micosis Capítulo 43. Malassezia furfur, Piedraia hortae, Trichosporon beigelii y Phaeoannellomyces werneckii Capítulo 44. Dermatófitos Capítulo 45. Hongos causantes de micetomas Capítulo 46. Sporothrix schenkii Capítulo 47. Hongos causantes de cromomicosis Capítulo 48. Candida Capítulo 49. Histoplasma capsulatum Capítulo 50. Cryptococcus neoformans Capítulo 51. Coccidioides immitis, Paracoccidioides brasiliensis, Blastomyces dermatitidis Capítulo 52. Aspergillus y hongos causantes de mucormicosis Capítulo 53. Micosis oportunistas en pacientes con SIDA TOMO II Sección V. Virus Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. Propiedades generales de los virus Patogenia y control de las enfermedades virales Inmunología de las virosis humanas Diagnóstico de las enfermedades virales Parvovirus Adenovirus Papovavirus Herpesvirus Poxvirus Hepatitis Picornavirus Reovirus y rotavirus Alfavirus Ortomixovirus Paramixovirus y rubéola Rabdovirus Retrovirus Arenavirus Filovirus Flavivirus Coronavirus Bunyavirus TOMO III Sección VI. Parásitos Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo Capítulo 76. 77. 78. 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. Generalidades de parasitología Inmunología de las parasitosis humanas Giardia lamblia Trichomonas Chilomastix Trypanosoma spp. Leishmania Balantidium coli Amebas Amebas de vida libre Blastocystis Toxoplasma gondii Plasmodium Babesia spp. Pneumocystis carinii Capítulo 91. Capítulo 92. Capítulo 93. Capítulo 94. Capítulo 95. Capítulo 96. Capítulo 97. Capítulo 98. Capítulo 99. Capítulo 100. Capítulo 101. Capítulo 102. Capítulo 103. Capítulo 104. Capítulo 105. Capítulo 106. Capítulo 107. Capítulo 108. Capítulo 109. Capítulo 110. Capítulo 111. Capítulo 112. Capítulo 113. Capítulo 114. Capítulo 115. Capítulo 116. Capítulo 117. Capítulo 118. Capítulo 119. Capítulo 120. Capítulo 121. Capítulo 122. Capítulo 123. Capítulo 124. Capítulo 125. Capítulo 126. Cryptosporidium Isospora Cyclospora y Sarcocystis Microsporidia Ascaris Trichuris Ancylostoma y Necator Strongyloides Trichostrongylus spp. Enterobius Filarias Onchocerca volvulus Dirofilaria Eosinofilia pulmonar tropical Dracunculus Toxocara spp. Trichinella Angiostrongylus Capillaria Anisakis Gnathostoma Taenia saginata y Taenia solium Cisticerco Coenurosis Echinococcus spp. Esparganum Diphyllobothrium Hymenolepis Inermicapsifer madagascariensis Raillietina spp. Fasciola Trematodiosis intestinal Clonorchis Opistorchis spp. Paragonimus Schistosoma Sección VII. Vectores Capítulo 127. Capítulo 128. Capítulo 129. Capítulo 130. Capítulo 131. Capítulo 132. Capítulo 133. Capítulo 134. Vectores de importancia médica Culícidos Simúlidos Flebótomos Ceratopogónidos Tábanos Mosca doméstica y mosca de los establos Mosca tsetsé Capítulo 135. Capítulo 136. Capítulo 137. Capítulo 138. Capítulo 139. Capítulo 140. Capítulo 141. Capítulo 142. Capítulo 143. Capítulo 144. Capítulo 145. Moscas y miosis Pulgas Pediculosis Chinches de cama Triatomas Cucarachas Ácaros Artrópodos venenosos Reptiles venenosos Roedores plagas Malacología médica Sección VIII. Laboratorio de Microbiología y enfermedades infecciosas Capítulo 146. El recurso microbiológico en el diagnóstico de las enfermedades infecciosas Capítulo 147. La muestra para estudio microbiano Capítulo 148. Bioseguridad Capítulo 149. Garantía de la calidad en microbiología Capítulo 150. Inmunoserología en el Laboratorio de Microbiología Clínica Capítulo 151. Prueba de susceptibilidad a los antimicrobianos Capítulo 152. Aplicaciones de la biología molecular a la microbiología médica Capítulo 153. El Laboratorio de Microbiología en las infecciones intrahospitalarias Capítulo 154. Microbiología ambiental Capítulo 155. El Laboratorio de Microbiología y las enfermedades infecciosas emergentes y reemergentes Índice Sección I. Generalidades Capítulo 1. Breve historia de la microbiología y la parasitología médicas 3 GREGORIO DELGADO GARCÍA Y GREGORIO DELGADO RODRÍGUEZ Capítulo 2. Capítulo 3. Capítulo 4. Microbiología y parasitología médicas 3 Desarrollo histórico de la microbiología y la parasitología médicas 3 La microbiología y la parasitología médicas en Cuba 6 Resumen 7 Bibliografía 7 Nomenclatura y clasificación de los microorganismos 9 GREGORIO D ELGADO G ARCÍA Y G REGORIO DELGADO RODRÍGUEZ Resumen 11 Bibliografía 11 Principios básicos de epidemiología en las enfermedades transmisibles 13 EUGENIO CISNEROS DESPAIGNE Introducción 13 Enfermedad transmisible 13 Enfermedades infecciosas emergentes 14 Enfermedades infecciosas reemergentes 14 Mecanismo o vía de transmisión 14 Concepto de infección 16 Contaminación 16 Enfermedad 16 Incidencia de una enfermedad 16 Desarrollo del proceso infeccioso en el individuo 17 Cadena epidemiológica 17 Propiedades relacionadas con la supervivencia en el medio 18 Métodos epidemiológicos 18 Resumen 18 Bibliografía 18 Microscopia y coloraciones 19 JORGE L. ZUAZO SILVA Microscopia 19 Microscopios 20 Coloraciones 23 Resumen 28 Bibliografía 28 Capítulo 5. Características de las células procarióticas y eucarióticas 29 JORGE L. ZUAZO SILVA Introducción 29 Célula procariótica 29 Célula eucariótica 34 Resumen 36 Bibliografía 36 Capítulo 6. Metabolismo microbiano 37 RAQUEL DE LOS A. JUNCO DÍAZ Y CARLOS M. R ODRÍGUEZ P ÉREZ Introducción 37 Metabolismo degradativo 38 Vías biosintéticas 41 Regulación 43 Resumen 43 Bibliografía 44 Capítulo 7. Cultivo y crecimiento de los microorganismos 45 RAQUEL DE LOS A. JUNCO DÍAZ Y CARLOS M. RODRÍGUEZ PÉREZ Introducción 45 Requerimientos para el crecimiento 45 Fuentes de energía metabólica 46 Factores nutricionales 46 Factores ambientales que afectan el crecimiento 47 Métodos de cultivo 49 Crecimiento microbiano 50 Resumen 53 Bibliografía 54 Capítulo 8. Genética microbiana 55 RAQUEL DE LOS A. JUNCO DÍAZ Y CARLOS M. R ODRÍGUEZ P ÉREZ Introducción 55 Organización del genoma 56 Replicación del ADN 58 Expresión del gen 62 Regulación de la expresión del gen 62 Mutación y selección 63 Recombinación de las bacterias 65 Fundamento de la ingeniería genética 71 Resumen 72 Bibliografía 72 Capítulo 9. Efecto de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos 73 DAISY P. RODRÍGUEZ GONZÁLEZ Introducción 73 Esterilización y desinfección74 Resumen 78 Bibliografía 79 Capítulo 10. Quimioterapia antimicrobiana 81 ALINA LLOP H ERNÁNDEZ Introducción 81 Mecanismos de acción de los fármacos antimicrobianos 82 Origen de la resistencia de las bacterias a los antibióticos 85 Estudios experimentales sobre nuevos antimicrobianos 86 Agentes antibacterianos recientemente aprobados. Nuevas aplicaciones y nuevas drogas 87 Medición de la actividad antimicrobiana 87 Relación medicamento-parásito 88 Relación hospedero-parásito 89 Efectos adversos no dependientes de la resistencia causados por los antimicrobianos 90 Resumen 90 Bibliografía 90 Capítulo 11. La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana 91 ALINA LLOP HERNÁNDEZ Resistencia antimicrobiana 91 Consecuencias sociales del mal uso individual 92 ¿Cuál fue la primera evidencia de la resistencia bacteriana? 93 ¿Por qué se sucede el cambio de sensible a resistente en las bacterias? 94 Pero...¿cómo el individuo obtiene los antibióticos? 94 Resistencia 95 ¿Qué papel desempeña la industria productora de antibióticos en el fenómeno de la resistencia de las bacterias a los antimicrobianos?96 ¿Y qué pasa con los animales y las plantas? 96 Globalización y resistencia 97 Algunos ejemplos de resistencia bacteriana a los antibióticos en Cuba 98 Resumen 98 Bibliografía 99 Sección II. Interacción hospedero-parásito Capítulo 12. Fundamentos de la ecología 103 NATALIO N. SVARCH SCHARAGER Introducción 103 Relaciones entre los seres vivos 104 Organismos saprófitos 105 Resumen 105 Bibliografía 105 Capítulo 13. Flora indígena del cuerpo humano 107 DAISY P. RODRÍGUEZ GONZÁLEZ Introducción 107 Flora indígena de las diferentes localizaciones 108 Resumen 110 Bibliografía 111 Capítulo 14. Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad 113 RAQUEL DE LOS A. JUNCO DÍAZ Introducción 113 Establecimiento de la enfermedad infecciosa 114 Mecanismos de patogenicidad 115 Resumen 123 Bibliografía 123 Capítulo 15. Atributos del hospedero para resistir 125 RAQUEL DE LOS A. JUNCO DÍAZ Y CARLOS M. RODRÍGUEZ PÉREZ Introducción 125 Mecanismos inespecíficos de defensa 125 Mecanismos específicos de defensa 129 Dinámica de la respuesta inmune 134 Hipersensibilidad 136 Inmunización 138 Resumen 139 Bibliografía 140 Sección III. Bacterias Capítulo 16. Taxonomía, clasificación y nomenclatura de las bacterias 143 TERESITA A. LEIVA SÁNCHEZ Introducción 143 Resumen 145 Bibliografía 145 Capítulo 17. Mecanismos de defensa frente a las infecciones bacterianas 147 ROLANDO F. OCHOA AZZE Y TERESITA A. LEIVA SÁNCHEZ Introducción 147 Inmunidad frente a bacterias extracelulares 147 Inmunidad frente a bacterias intracelulares 150 Resumen 152 Bibliografía 152 Capítulo 18. Estafilococos 153 ALICIA MA. MARTÍNEZ IZQUIERDO Y JULIÁN I. PÉREZ AMARILLO Introducción 153 Resumen 162 Bibliografía 162 Capítulo 19. Estreptococos 165 JORGE L. ZUAZO SILVA Introducción 165 Clasificación de los estreptococos 168 Resumen 177 Bibliografía 177 Capítulo 20. Enterococos 179 DIANELYS QUIÑONES PÉREZ Introducción 179 Resumen 190 Bibliografía 191 Capítulo 21. Bacilos grampositivos no esporulados: Corynebacterium, Propionibacterium, Listeria y Erysipelothrix 193 TERESITA A. LEIVA SÁNCHEZ Introducción 193 Corynebacterium diphteriae 193 Otros miembros del género. Su importancia clínica 196 Listeria 197 Erysipelothrix rhusiopathiae (Erysipelothrix insidiosa) 198 Resumen 199 Bibliografía 200 Capítulo 22. Bacilos grampositivos esporulados aerobios: Bacillus 201 TERESITA A. LEIVA SÁNCHEZ Introducción 201 Bacillus anthracis 201 Otros bacilos aerobios esporulados de interés médico 203 Resumen 204 Bibliografía 204 Capítulo 23. Clostridios 205 TERESITA A. LEIVA SÁNCHEZ Introducción 205 Clostridium botulinum 209 Clostridium tetani 211 Clostridios que producen enfermedades invasivas. Clostridium perfringens 212 Clostridios y enfermedad diarreica. Clostridium difficile 214 Resumen 215 Bibliografía 215 Capítulo 24. Neisserias y Moraxella catarrhalis 217 ISABEL MARTÍNEZ MOTAS Introducción 217 Neisseria gonorrhoeae (gonococo) 219 Neisseria meningitidis (meningococo) 225 Moraxella catarrhalis 233 Otras neisserias 235 Resumen 236 Bibliografía 238 Capítulo 25. Bacilos y cocos gramnegativos anaerobios 239 ALICIA MA. MARTÍNEZ IZQUIERDO Y O LGA A. GINEBRA GONZÁLEZ Introducción 239 Bacilos gramnegativos anaerobios 239 Bacteroides 240 Fusobacterium 242 Prevotella 244 Porphyromonas 245 Cocos gramnegativos anaerobios 246 Veillonella 247 Acidaminococcus 247 Megasphaera 248 Resumen 249 Bibliografía 249 Capítulo 26. Enterobacterias 251 MA. MARGARITA VALDÉS-DAPENA VIVANCO Introducción 251 Infecciones en el hombre 254 Resumen 279 Bibliografía 279 Capítulo 27. Haemophilus y Gardnerella vaginalis 281 TERESITA A. LEIVA SÁNCHEZ Haemophilus 281 Haemophilus influenzae 281 Gardnerella vaginalis 286 Resumen 288 Bibliografía 288 Capítulo 28. Cocobacilos gramnegativos pequeños: Brucella, Bordetella, Francisella y Pasteurella 289 OLGA A. GINEBRA GONZÁLEZ Y TERESITA A. LEIVA SÁNCHEZ Introducción 289 Brucella 289 Bordetella 293 Francisella 297 Pasteurella 298 Resumen 300 Bibliografía 301 Capítulo 29. Pseudomonas 303 ALICIA MA. MARTÍNEZ IZQUIERDO, JULIÁN I. PÉREZ AMARILLO Y MIRIAM F. PÉREZ MONRÁS Introducción 303 Otras Pseudomonas de importancia clínica 310 Resumen 312 Bibliografía 312 Capítulo 30. Acinetobacter y otros bacilos gramnegativos no fermentadores 313 ALICIA MA. MARTÍNEZ IZQUIERDO Y JULIÁN P ÉREZ AMARILLO Introducción 313 Acinetobacter 314 Achromobacter 317 Acidovorax 317 Agrobacterium 317 Alcaligenes 317 Chryseomonas 318 Comamonas 318 Eikenella 318 Flavimonas 318 Flavobacterium 318 Capítulo 31. Capítulo 32. Capítulo 33. Capítulo 34. Capítulo 35. Capítulo 36. Capítulo 37. Janthinobacterium 319 Kingella 319 Methylobacterium 319 Moraxella 319 Ochrobactrum 320 Oligella 320 Psychrobacter 320 Shewanella 320 Sphingobacterium 320 Sphingomonas 320 Suttonella 320 Weeksella 321 Stenotrophomonas 321 Resumen 322 Bibliografía 323 Legionelas 325 MIRIAM F. PÉREZ M ONRÁS Introducción 325 Resumen 332 Bibliografía 332 Vibrios 333 MA. MARGARITA VALDÉS-DAPENA VIVANCO Introducción 333 Resumen 338 Bibliografía 338 Aeromonas y Plesiomonas 341 MA. MARGARITA VALDÉS-DAPENA VIVANCO Introducción 341 Aeromonas 341 Plesiomonas 344 Resumen 345 Bibliografía 345 Campylobacter, Helicobacter y microorganismos afines 347 MA. MARGARITA VALDÉS-DAPENA VIVANCO Campylobacter 347 Helicobacter pylori 352 Resumen 354 Bibliografía 354 Actinomicetos 355 ALICIA MA. MARTÍNEZ IZQUIERDO Introducción 355 Actinomyces 355 Nocardia 358 Streptomyces 360 Resumen 361 Bibliografía 361 Micobacterias 363 ERNESTO MONTORO CARDOSO, ODELAISY SUÁREZ MORENO Y JOSÉ A. VALDIVIA ÁLVAREZ Introducción 363 Mycobacterium tuberculosis 363 Otras micobacterias 376 Otras especies de micobacterias 378 Resumen 384 Bibliografía 384 Microorganismos espirilares 387 OLGA A. GINEBRA GONZÁLEZ Introducción 387 Treponema 388 Enfermedades relacionadas con la sífilis 397 Borrelia 398 Borrelia burgdorferi y enfermedad de Lyme 402 Leptospira 405 Otras enfermedades por espiroquetas 415 Resumen 416 Bibliografía 417 Capítulo 38. Micoplasmas y Ureaplasma 419 MIRIAM F. PÉREZ MONRÁS Y CARIDAD ALMANZA MARTÍNEZ Introducción 419 Características generales de los micoplasmas 419 Mycoplasma pneumoniae y neumonías atípicas 422 Mycoplasma hominis 424 Ureaplasma urealyticum 425 Mycoplasma asociado al SIDA 425 Resumen 426 Bibliografía 426 Capítulo 39. Clamidias 427 MIRIAM F. PÉREZ MONRÁS Y CARIDAD ALMANZA MARTÍNEZ Introducción 427 Clasificación de las clamidias 429 Resumen 439 Bibliografía 439 Capítulo 40. Rickettsias 441 NATALIO N. SVARCH SCHARAGER Introducción 441 Características generales de las rickettsias 441 Multiplicación 442 Coloración 442 Cultivos 443 Animales parasitados. Inoculación experimental 443 Rickettsiosis humana 445 Resumen 454 Bibliografía 455 Sección IV. Hongos Capítulo 41. Generalidades de micología 459 SILVIA MACOLA OLANO Breve historia de la micología médica en Cuba 459 Generalidades de micología 460 Tipos de conidias o esporas asexuales 461 Esporas asexuales 461 Metabolismo de los hongos 461 Clasificación clínica de las micosis 462 Transmisión de las micosis 462 Resumen 462 Bibliografía 463 Capítulo 42. Inmunología de las micosis 465 GERARDO MARTÍNEZ MACHÍN Y MAYDA R. PERURENA LANCHA Introducción 465 Mecanismos de resistencia natural a hongos patógenos 465 Mecanismos de resistencia celular 466 Mecanismos de inmunidad humoral en las infecciones micóticas 467 Mecanismos de protección contra los hongos mediados por anticuerpos 467 Mecanismos de escape de los hongos a la respuesta humoral 468 Mecanismos de inmunidad mediada por células en infecciones micóticas 468 Resumen 473 Bibliografía 474 Capítulo 43. Malassezia furfur, Piedraia hortae, Trichosporon beigelii y Phaeoannellomyces werneckii 475 SILVIA MACOLA OLANO Malassezia furfur 475 Piedraia hortae y Trichosporon beigelii 477 Phaeoannellomyces werneckii 478 Resumen 479 Bibliografía 479 Capítulo 44. Dermatófitos 481 SILVIA MACOLA OLANO Introducción 481 Especies antropofílicas 481 Especies zoofílicas 482 Especies geofílicas 482 Resumen 485 Bibliografía 486 Capítulo 45. Hongos causantes de micetomas 487 SONIA MOYA D UQUE Introducción 487 Resumen 490 Bibliografía 490 Capítulo 46. Sporothrix schenckii 491 SONIA MOYA D UQUE Introducción 491 Resumen 494 Bibliografía 495 Capítulo 47. Hongos causantes de cromomicosis 497 SONIA MOYA D UQUE Introducción 497 Resumen 499 Bibliografía 499 Capítulo 48. Candida 501 SILVIA MACOLA OLANO Introducción 501 Factores predisponentes 501 Resumen 506 Bibliografía 507 Capítulo 49. Histoplasma capsulatum 509 CARLOS M. FERNÁNDEZ ANDREU Introducción 509 Resumen 514 Bibliografía 515 Capítulo 50. Cryptococcus neoformans 517 CARLOS M. FERNÁNDEZ ANDREU Introducción 517 Resumen 521 Bibliografía 521 Capítulo 51. Coccidioides immitis, Paracoccidioides brasiliensis, Blastomyces dermatitidis 523 CARLOS M. FERNÁNDEZ ANDREU Coccidioides immitis 523 Paracoccidioides brasiliensis 526 Blastomyces dermatitidis 530 Resumen 532 Bibliografía 533 Capítulo 52. Aspergillus y hongos causantes de mucormicosis 535 SONIA MOYA DUQUE Aspergillus 535 Hongos causantes de mucormicosis 537 Resumen 540 Bibliografía 540 Capítulo 53. Micosis oportunistas en pacientes con SIDA 541 GERARDO MARTÍNEZ MACHÍN Y MA .TERESA ILNAIT ZARAGOZÍ Introducción 541 Pneumocistosis 542 Candidiasis 543 Criptococosis 545 Histoplasmosis 546 Coccidioidomicosis 547 Aspergilosis 547 Peniciliosis 548 Micosis oportunistas menos frecuentes 548 Resumen 549 Bibliografía 549 Breve historia de la microbiología y la parasitología médicas 1 Breve historia de la microbiología y la parasitología médicas Breve historia de la microbiología y la parasitología médicas Gregorio Delgado García Gregorio Delgado Rodríguez MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA MÉDICAS La microbiología y la parasitología médicas son las ramas de las ciencias médicas encargadas del estudio de los agentes biológicos que viven a expensas del hombre y producen enfermedades en él. La palabra microbiología deriva de las voces griegas mikros, pequeño; bios, vida y logos, estudio; por lo que etimológicamente en ella se estudian los organismos demasiado pequeños para ser percibidos a simple vista. La palabra parasitología proviene de las voces griegas para, junto a; sito, comida y logos, o sea, que trata de los seres vivos que habitan en otro organismo viviente (hospedero) del cual obtienen su alimento. Y la palabra médica viene del latín medicus, cuya significación es que tiene relación con la medicina y esta, a su vez, del latín medicina, que es el arte y ciencia de conocer las enfermedades y de tratarlas o curarlas. Por lo que en el sentido estricto de estos términos la parasitología médica comprendería el estudio de todos los agentes biológicos que viven en el hombre y lo enferman; sin embargo, clásicamente se considera a la microbiología médica como el estudio de los virus, bacterias y hongos patógenos de los seres humanos; y a la parasitología médica como el conocimiento de los protozoos, helmintos y artrópodos que viven a expensas del hombre y le producen enfermedades. DESARROLLO HISTÓRICO DE LA MICROBIOLOGÍA Y LA PARASITOLOGÍA MÉDICAS Cuando aún el hombre no había alcanzado el desarrollo técnico suficiente para poder observar y estudiar los microorganismos y considerarlos como causa de las enfermedades infecciosas, relacionó estas con un origen místico o religioso. No faltaron, sin embargo, quienes no aceptaron estas ideas y emitieron pareceres que llevaron al inicio del pensamiento científico en la medicina y al concepto de la infección. 3 Microbiología y Parasitología Médicas Aunque en el Papiro de Ebers (1600 a.n.e.) se describe la tenia (Taenia saginata) y se prescribe la infusión de corteza de raíz de granado para su tratamiento, y los hebreos en época de Moisés (¿1725-1605 a.n.e.?) conocían los áscaris y oxiuros como agentes vivos capaces de enfermar al hombre, corresponde a Hipócrates de Kos (460-370 a.n.e.) y a Galeno de Pérgamo (129-200), con sus escuelas, dar inicio al conocimiento de la teoría microbiana del origen de las enfermedades infecciosas al concebir y desarrollar la hipótesis miasmática, en la cual enunciaban que: “los miasmas que en forma gaseosa debían formar parte del aire, al ser respirados, eran los responsables de enfermedades y epidemias”. Y en trabajos de estos dos sabios como en los de Marco Terencio Varrón (116-27 a.n.e.), Lucrecio Caro (95-55 a.n.e.) y Plinio el Viejo (23-79), quedó enunciada también la forma más primitiva de la hipótesis de la naturaleza viva o contagium vivum de las enfermedades infecciosas. Avicena Ibn Sina (980-1037) fue más explícito en sus ideas y llegó a considerar que la causa de la aparición de las enfermedades contagiosas la constituían diminutos seres vivos, invisibles a simple vista, y que se transmitían por medio del agua y del aire. Pero estas ideas no llegaron a tomar forma más orgánica hasta que al calor de algunas observaciones aisladas, pero evidentes, de transmisión directa de enfermedades, Girolamo Fracastoro (1478-1553), en 1546, enuncia la posibilidad de que las enfermedades fueran transmitidas por partículas demasiado pequeñas para ser vistas y escribe todo un libro, De contagione et contagiosis morbis... (1546), para exponer su concepto de contagium vivum. Con el desarrollo de la física, la química y la medicina en la época del Renacimiento y durante el período de la Revolución Industrial de los siglos XVI a XVIII, en Europa se acumularon observaciones y resultados de investigaciones científicas, acerca de la esencia de las enfermedades infecciosas. A comienzos del siglo XVII, gracias a los progresos de la óptica, los investigadores pudieron descubrir el mundo misterioso de los organismos más pequeños, desconocido hasta entonces. En 1590 dos constructores holandeses de gafas, Hans Janssen (+1619) y su hijo Zacharias (finales del siglo XVI y principios del XVII), construyeron un aparato con lentes de aumento que permitían ver los más pequeños objetos. En 1609 Galileo Galilei (1564-1642) construyó el primer microscopio simple. De 1617 a 1619, apareció ya un microscopio de dos lentes con un solo objetivo convexo y un ocular, cuyo autor, según se supone, fue el físico Cornelio Drebbel (1572-1634). Al usar una variante de estos microscopios Athanasius Kircher (1602-1680), sacerdote jesuita alemán, vio lo que él llamó “mínima animálcula” (animalia minuta) en la tierra y en el agua, y en 1668 creyó incluso haber encontrado “gusanos” en la sangre de febricitantes. Aunque su descripción no es muy convincente, lo importante es que Kircher puso el microscopio al servicio de las investigaciones diagnósticas y sus trabajos para descubrir un contagium animatum lo colocan entre los iniciadores de la microbiología. Pero el primero que vio y describió los microbios fue el investigador holandés Antonj van Leewenhoek (1632-1723), el cual por sí mismo preparó sencillas lentes que daban aumento hasta de 160 a 300 veces. Este autor no sólo descubrió, indiscutiblemente, los microbios, sino que los dibujó con minuciosidad. Los descubrimientos de Leewenhoek despertaron vivísimo interés en muchos hombres de ciencias y sirvieron de estímulo para el estudio del mundo microscópico, aunque, a pesar de ello, durante largo tiempo no pudieron aplicar los resultados de esas admirables investigaciones para explicar las causas de las enfermedades infecciosas. No obstante, desde el inicio de la microbiología se hicieron intentos para vincularla a la resolución de las tareas prácticas de la lucha contra las epidemias. Son de resaltar en este sentido las ideas de Marco A. von Plenciz (1705-1786), médico vienés, que en 1762 emitió su opinión de que: las enfermedades infecciosas eran producidas por microorganismos; estos eran agentes vivos; que se reproducían en el organismo que atacaban; cada enfermedad tenía su propio germen y que este podía ser llevado de un sitio a otro por el aire y por las secreciones de los atacados. Aunque nada de esto pudo ser demostrado por el autor, la mayoría de sus conclusiones han resistido el tiempo, y hoy se consideran como hechos ya probados. También observó la presencia de “animálculos” en la harina para la preparación del pan, y los consideró como causantes de la fermentación. Con el transcurso del tiempo el hombre mejoró su conocimiento sobre el origen de las enfermedades infecciosas. Cada vez eran menos los que aceptaban la concepción de base 4 Breve historia de la microbiología y la parasitología médicas puramente mística de la generación espontánea y a la puramente miasmática de la infección sobre su propia fuente: el aire, suelo o agua, agregó el contacto directo de hombre a hombre o contagionismo y por contraposición a esta idea, al quedar sin explicación muchas enfermedades, había surgido el anticontagionismo. La larga disputa entre contagionistas, miasmático-contagionistas y anticontagionistas por explicar la historia natural de todas las enfermedades infecciosas, fue resuelta, definitivamente, muchos años después, por nuestro genial Carlos J. Finlay (1833-1915) al descubrir la transmisión metaxénica, teoría del vector biológico; o sea, la necesidad de tres factores vivientes (hospedero, parásito y vector) para el completo ciclo de existencia del agente causal. Con el desarrollo del capitalismo industrial, que determinó un intenso crecimiento de las ciencias naturales y técnicas, los estudios sobre microbiología entraron en la vía de un rápido auge. Ya en la primera mitad del siglo XIX fueron descubiertos algunos microorganismos agentes de enfermedades infecciosas y en la segunda mitad de ese siglo se fabricaron microscopios más perfectos que mejoraron considerablemente la técnica de su empleo. En el estudio de los microorganismos se comenzó a prestar atención, sobre todo, a los procesos bioquímicos, y se llegó a probar la capacidad de los mismos de fermentar sustancias orgánicas. Al genial investigador francés Louis Pasteur (1822-1895) van asociados tan importantes descubrimientos de esa época en el campo de la microbiología, que Ferdinand Cohn (1828-1898) dividió la historia de esta ciencia, tomándolo como centro a él, en tres grandes períodos: el primero, que comprendería desde Kircher hasta 1860 en que se inician los grandes descubrimientos de Pasteur, al que califica como período de especulación o prepasteuriano; el segundo, de 1860 a 1880, en el cual se sientan las bases de los descubrimientos basales o pasteurianos; y el tercero, de 1881 a nuestros días, que se caracteriza por los rápidos y sorprendentes descubrimientos o período pospasteuriano. Pasteur confirmó brillantemente las predicciones del físico y filósofo del siglo XVII Robert Boyle (1627-1691), de que la naturaleza de las enfermedades infecciosas la comprendería quien explicase la naturaleza de la fermentación; echó por tierra definitivamente con sus experimentos la hipótesis de la generación espontánea y colocó en su lugar, mejorándola, la teoría microbiana. Pero fue Gustav Henle (1809-1885) quien señaló por primera vez las pautas para considerar que un germen era la causa de una enfermedad determinada. Su argumento consistió en que para poder probar la relación existente entre un microorganismo y una entidad nosológica, es necesario que aquel se encuentre siempre presente en ella, poderlo aislar y comprobar posteriormente, inoculándolo a los animales, los efectos del mismo. Los perfeccionamientos técnicos introducidos por el sabio y genial Robert Koch (1843-1910) y sus colaboradores, tales como los medios de cultivos sólidos, los colorantes de anilina, importantes mejoras del microscopio y otros, permitieron a este, corroborando las ideas de Henle, emitir en 1882 sus famosos postulados, que son los siguientes: 1. El microorganismo debe estar presente, en abundancia, en los tejidos, sangre o excretas del animal que sufre la enfermedad. 2. Debe ser aislado y estudiado en cultivo puro. 3. Debe ser capaz de reproducir la misma enfermedad cuando es inoculado a animales sanos. 4. Debe ser encontrado, también en abundancia, en los animales así inoculados experimentalmente. Aunque los postulados de Koch, derivados de las ideas de Henle, no son siempre totalmente exactos y un nuevo concepto de la enfermedad infecciosa existe hoy en la medicina, ellos hicieron avanzar extraordinariamente la microbiología médica al extremo que, en las dos últimas décadas del siglo XIX, se describieron casi todos los microorganismos bacterianos principales causantes de enfermedades infecciosas. El impetuoso desarrollo científico-técnico alcanzado en el siglo xx imposibilita siquiera bosquejar el desarrollo de la microbiología y la parasitología médicas en sus diferentes aspectos: virológico, bacteriológico, micológico, parasitológico, inmunológico, bioquímico, 5 Microbiología y Parasitología Médicas químico-antibioticoterapéutico y genético, y mostrar el infinito campo de posibilidades que estas ramas de las ciencias médicas, bien constituidas hoy, le ofrecen al bienestar futuro de la humanidad. LA MICROBIOLOGÍA Y LA PARASITOLOGÍA MÉDICAS EN CUBA A fines del siglo XVIII la prosperidad que trae a la colonia el cultivo del tabaco, el café y el azúcar, determina un auge considerable de todas las manifestaciones de la cultura. El escolasticismo imperante se va sustituyendo en medicina por el movimiento científico iniciado en Cuba por el notable médico doctor Tomás Romay Chacón (1764-1849), que manipula el primer producto microbiológico, al comenzar entre nosotros la vacunación antivariólica en 1804. Con un poco de retardo llegará el microscopio a nuestro país. En febrero de 1829 se exhibe este instrumento frente a la imprenta del Diario de La Habana. A su regreso de los Estados Unidos graduado de médico en 1855, el doctor Carlos J. Finlay Barrés trae un microscopio con el que comenzará en 1858 sus estudios sobre la fiebre amarilla y lo mismo hará desde París en 1877 el doctor Francisco F. Rodríguez Rodríguez (1836-1897), para fundar ese mismo año en La Habana el primer laboratorio clínico. Otros médicos notables de la época pronto se familiarizan con la microscopia, como los doctores Joaquín García Lebredo y Lladó (1833-1889), y Enrique Núñez Rossié (1852-1887). Pero el verdadero inicio de la microbiología tendría que esperar por los progresos científicos que alcanza el país en el llamado período entre guerras (1879-1894) en que aprovechando la importación del agar, los doctores Carlos J. Finlay y Claudio Delgado Amestoy (1843-1916), autodidactamente, preparan medios de cultivo sólidos en 1886 y siembran productos patológicos de enfermos de fiebre amarilla, para tratar de encontrar inútilmente el agente causal de dicha enfermedad. A finales de ese año una comisión de médicos cubanos integrada por los doctores Diego Tamayo Figueredo (1853-1926), Francisco I. Vildósola González (1856-1933) y Pedro Albarrán Domínguez (1854-1911), a iniciativa del doctor Juan Santos Fernández y Hernández (1847-1922), se traslada a París para entrenarse junto a Pasteur en la técnica de la vacunación antirrábica. Los dos primeros tomaron, con el profesor André Chantemesse (1851-1919), un curso en el Laboratorio de Bacteriología de la Escuela Práctica y serán nuestros dos primeros especialistas en esta rama de la medicina. A raíz de su regreso se inaugura el 8 de mayo de 1887 el Laboratorio Histobacteriológico e Instituto Antirrábico de La Habana, fundado por Santos Fernández, primero de América Latina y pocos meses después de inaugurado el primero en nuestro continente, donde se inicia la práctica especializada de la microbiología y su enseñanza en Cuba, esta última por el doctor Tamayo. Son tantos los médicos cubanos que en estos primeros tiempos se van a familiarizar con las técnicas microbiológicas, que sólo citaremos a los que fallecieron a consecuencia de sus investigaciones: Pedro Fernández Díaz a causa del muermo; Ignacio Calvo y Cárdenas (1860-1911), de infección estreptocóccica; Juan N. Dávalos Betancourt (1857-1910), primer cubano dedicado a tiempo completo a la microbiología; Ricardo Más y Gerardo Gutiérrez, por el bacilo tuberculoso que a diario manipulaban; y Jorge de la Peña, por el bacilo antracis. Las primeras referencias de nuestra bibliografía científica acerca de parasitología médica aparecen sobre parásitos macroscópicos. Así, en 1842, el doctor Nicolás J. Gutiérrez Hernández (1800-1890), fundador de la Real Academia de Ciencias Médicas, Físicas y Naturales de La Habana (1861) y de la prensa médica en Cuba (1840), extrae del ojo izquierdo de un esclavo africano de unos 17 años de edad una filaria Loa loa. El doctor Carlos J. Finlay, que fue quien puso el microscopio al servicio de la microbiología en general en nuestro país, informa en 1881 por primera vez en América la presencia de la filaria Wuchereria bancrofti y son de gran importancia los trabajos del doctor Tomás V. Coronado Interián (1855-1928) sobre los plasmodios del paludismo. Con el cese de la dominación española, el mundo científico reconoce el descubrimiento del doctor Finlay de la teoría metaxénica o del agente intermediario en la transmisión de enfermedades infecciosas, aplicada en prueba de campo, en nuestro país, por la IV Comisión del 6 Breve historia de la microbiología y la parasitología médicas Ejército Norteamericano para el Estudio de la Fiebre Amarilla y se fundan en 1899 la cátedra de Bacteriología y Patología Experimental, desempeñada durante unos meses por el doctor Francisco I. Vildósola y definitivamente por el doctor Arístides Agramonte Simoni (1868-1931), y la de Patología de Afecciones Intertropicales por el doctor Juan Guiteras Gener (1852-1925), eminentes tropicalistas de fama internacional. Durante el período de república burguesa (1902-1958) el entusiasmo por las investigaciones microbiológicas y parasitológicas va a ceder paso a una más utilitaria práctica privada de la especialidad, concentrada casi exclusivamente en La Habana, a pesar de lo cual logran verdadero prestigio algunos científicos como los doctores Mario García-Lebredo Arango (1866-1931); Alberto Recio Forns (1885-1956); Reinaldo Márquez Camacho (1889-1954); Ildefonso Pérez Vigueras (1892-1959); Pedro Kourí Esmeja (1900-1964), fundador en 1937 del Instituto de Medicina Tropical; Arturo Curbelo Hernández (1901-1973); José G. Basnuevo Artiles (1903-1968); Federico Sotolongo Guerra (1905-1997); Ramón VidalVidal (1915-1983?); Antonio Palacín Aranda (1915-1985) y Aida Jaime González (1915-1998). Con el triunfo revolucionario de 1959 y la instauración del socialismo en Cuba, se lleva la práctica bacteriológica a todo el país; en 1962 se establece la especialidad de Microbiología Médica; se desarrollan los estudios virológicos por el doctor Pedro Más Lago en el Instituto Nacional de Higiene; se revitaliza el Instituto de Medicina Tropical, ahora con el nombre del profesor Pedro Kourí; los laboratorios de bacteriología y las cátedras se multiplican, se fundan nuevos centros de investigaciones de perspectivas insospechadas años antes, como el Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CENIC), el Centro de Inmunoensayo, el Centro de Ingeniería Genética y Biotecnología, y el Instituto Finlay; por último, la microbiología médica cubana rebasa nuestras fronteras, al igual que toda nuestra medicina, para llegar en forma de ayuda solidaria internacionalista a los países más necesitados de África, Asia y América Latina. RESUMEN El desarrollo histórico de la microbiología y la parasitología médicas está unido a la necesidad del hombre por conocer las causas de las enfermedades que lo han aquejado a lo largo del tiempo. Así ha elaborado concepciones místicas, miasmáticas, contagionistas, anticontagionistas y metaxénicas para explicar la historia natural de todas ellas. Pero indudablemente lo que le dio mayor impulso fue la invención del microscopio a finales del siglo XVI, el descubrimiento de los primeros microorganismos en el siglo XVII y la demostración de su papel como causantes de enfermedades infecciosas en el siglo XIX. El impetuoso desarrollo científico-técnico alcanzado en estas dos ramas de las ciencias médicas en el siglo XX imposibilita siquiera bosquejarlas en sus diferentes aspectos: virológico, bacteriológico, micológico, parasitológico, inmunológico, bioquímico, químicoantibioticoterapéutico y genético, y mostrar el infinito campo de posibilidades que las mismas le ofrecen al bienestar futuro de la humanidad. El microscopio llegó a Cuba en la primera mitad del siglo XIX y en la segunda se puso al servicio de la medicina al realizarse con él investigaciones sobre la fiebre amarilla, filariasis y paludismo, principalmente. Durante el período republicano burgués (1902-1958) el entusiasmo por las investigaciones microbiológicas y parasitológicas va a ceder paso a una más utilitaria práctica privada de la especialidad, concentrada casi exclusivamente en La Habana, lo que no impide que logren verdadero prestigio algunos científicos cubanos. Con el triunfo revolucionario de 1959 y la instauración del socialismo en Cuba, se lleva la práctica bacteriológica a todo el país; se desarrollan las investigaciones virológicas, se fundan nuevos centros de investigaciones de perspectivas insospechadas años antes y, por último, la microbiología y la parasitología médicas cubanas rebasan nuestras fronteras, al igual que toda nuestra medicina, para llegar a los países más necesitados del llamado Tercer Mundo. BIBLIOGRAFÍA Aguilar FJ. Parasitología Médica. Guatemala: Litografía Delgado, 1987. Curbelo A. Historia de la Bacteriología. En: Curbelo A. Texto de Bacteriología. La Habana: MV Fresneda (ed.), 1942:1-43. 7 Microbiología y Parasitología Médicas . Cronología microbiana. En: Curbelo A. Texto de Bacteriología. La Habana: MV Fresneda (ed.), 1942:44-59. . Sinopsis biográficas. En: Curbelo A. Texto de Bacteriología. La Habana: MV Fresneda (ed.), 1942: 60-95. Delgado G. La Doctrina Finlaísta. La Habana: Cent. Nac. Inf, 1982. Frobisher M. Orígenes de la microbiología y bases químicas de la vida microbiológica. En: Frobisher M. Microbiología. 8va ed. inglés. 4ta ed. español. Barcelona: Salvat Editores, 1969:3-15. . Microbiología y Microscopia. En: Frobisher M. Microbiología. 8va ed. inglesa. 4ta ed. española. Barcelona: Salvat Editores, 1969:16-37. Guerra F. Historia de la medicina. 2 tomos. Madrid: Ed. Norma SA, 1990. . La educación médica en Hispanoamérica y Filipinas durante el dominio español. Alcalá de Henares, Madrid: Coord. Ed. IMC, 1998. Joklik WK et al. Desarrollo histórico de la microbiología médica. En: Joklik WK, Willet HP, Bernard Amos D (eds.), Zinsser. Microbiología. 7ma ed. español, 1983. T.1. La Habana: Ed. Revolucionaria, 1984:15-21. López J. Finlay. El hombre y la verdad científica. La Habana: Ed. Científico-Técnica, 1987. Smith DT et al. Bosquejo histórico y alcance de la Bacteriología. En: Smith DT et al. Microbiología de Zinsser. 3ra ed. español, 1967. T.1. La Habana: Ed. Revolucionaria. Instituto del Libro, 1972:1-14. 8 Nomenclatura y clasificación de los microorganismos Nomenclatura y clasificación de los microorganismos Gregorio Delgado García Gregorio Delgado Rodríguez Como partes muy importantes del estudio de los seres vivos en general y de los microorganismos en particular están, indiscutiblemente, su nomenclatura y su clasificación. Universalmente se acepta como nomenclatura la ideada por el sabio naturalista sueco Carl von Linnaeus (1707-1778), conocida como nomenclatura binaria, pues en ella se designa a cada ser vivo con dos nombres, uno genérico, que se escribe con letra mayúscula; y otro específico, el cual se escribe con minúscula. Así, al perro común se le llama Canis familiaris; a un verme o gusano que parasita al hombre, Ascaris lumbricoides y a una bacteria que produce fiebre tifoidea en los seres humanos, Salmonella typhi; Canis, Ascaris y Salmonella corresponden a los géneros; y familiaris, lumbricoides y typhi a las especies. La diversidad de los seres vivos es tan grande que es preciso clasificarlos en varias categorías, según diferentes caracteres. Así la primera categoría, comenzando de la más simple a la más compleja, la constituye el individuo; una tortuga o un elefante que tenemos frente a nosotros son individuos. La reunión de individuos semejantes da una especie. Todos los perros, desde el sahueso hasta el galgo, son individuos de una misma especie. Dentro de las especies hay variedades y razas. Se consideran como variedades los individuos que difieren de los demás de su especie en uno o varios caracteres secundarios (distinto color y tamaño, mayor o menor fecundidad). Cuando esos caracteres se transmiten a los descendientes, se tiene una raza. Por lo general, la categoría variedad se usa en las plantas y la de raza en los animales. Últimamente se agrupan también en formas y formas especiales, y a las razas se les llaman razas fisiológicas. Las especies que tienen cierto parentesco dan un género; por ejemplo, el caballo, el asno y la cebra son del mismo género. A veces las especies se agrupan en series y secciones, las que a su vez dan los géneros. Con los géneros se forman las tribus, con estas las familias, las cuales se reúnen en órdenes y los órdenes en grupos, para dar las clases. Un conjunto de clases da una rama y un conjunto de ramas o clases un tipo. Los tipos, que también reciben los nombres de división o phylum (phylum quiere decir división, en latín), dan un reino y los reinos se agrupan modernamente en dominios. 9 Microbiología y Parasitología Médicas Con frecuencia hay que establecer otras agrupaciones intermedias y entonces se denominan subfamilias, subórdenes o subclases; y también superfamilias, superórdenes o superclases. Por lo tanto, tenemos desde la categoría más compleja a la más simple las siguientes: dominio; reino; tipo, phylum o división; rama; clase; grupo; orden; familia; tribu; género; sección; serie; especie; variedad; forma; forma especial; raza fisiológica e individuo. No siempre es necesario utilizar todas estas categorías para clasificar un microorganismo. Pongamos de ejemplo al Histoplasma capsulatum, hongo causante de la histoplasmosis en el hombre. Jerarquía nomenclatural Dominio Reino División Clase Orden Familia Género Estado asexual Especie Estado asexual Variedad Estado asexual Eukaryota Fungi Ascomycota Ascomycetes Onygenales Onygenaceae Histoplasma Histoplasma capsulatum Darling, 1906 Histoplasma capsulatum Darling, 1906 var. capsulatum La nomenclatura de las categorías que van de división a tribu tienen sufijos propios que las identifican y que han variado muchas veces a través del tiempo; no así las categorías inferiores como género y especie, cuyos sustantivos específicos incluyen un nombre genérico latinizado y uno trivial de la especie, como, por ejemplo, Mycobacterium leprae, Haemophilus influenzae o Ancylostoma duodenale. La categoría o taxón (de ahí el nombre de taxonomía que se le da a la clasificación) de mayor importancia es el reino, la cual ha tenido un variado desarrollo conceptual desde la antigüedad hasta nuestros días. Desde los tiempos de Aristóteles (384-322 a.n.e.), los seres vivos se han agrupado en dos grandes reinos: Vegetal y Animal. Sin embargo, hoy se sabe que las plantas y los animales no forman unidades sistemático-taxonómicas naturales, por lo que el reconocimiento de únicamente dos reinos sólo ha sobrevivido como una subdivisión general de la biología. En el siglo XIX (1866), el biólogo alemán Ernest Haeckel (1834-1919) propuso un tercer reino, Protista, que incluía a los organismos unicelulares, los cuales constituyen ejemplos intermedios entre los animales y las plantas. Esto es lo que se conoce como el sistema de tres reinos. Los conocimientos aportados por los hombres de ciencias en años posteriores sobre las bacterias, algas, hongos y protozoarios hizo imposible mantenerlos a todos en la categoría o reino de Protista, y hubo necesidad de subdividir este en dos subreinos: el de los protistas inferiores y el de los superiores. A los protistas inferiores correspondían aquellos agentes biológicos que poseen estructura celular procariótica, que es la célula menos compleja, como las bacterias y algas verde-azules o cianofíceas. A los protistas superiores correspondían el resto de las algas, los protozoarios y los hongos, los cuales tienen estructura celular eucariótica, que es la célula más compleja y la que poseen también los vegetales y animales. Por todo esto los científicos William Rothmaler en 1948 y Herbert F. Copeland (1902-1968) en 1956 propusieron, con algunas variaciones, el sistema de cuatro reinos, que comprende: 1. Akarybionta, incluye bacterias y algas verde-azules (procariotas). 2. Protobionta, protozoos, hongos y resto de algas (eucariotas). 10 Nomenclatura y clasificación de los microorganismos 3. Gasterobionta, animales típicos. 4. Cormobionta, plantas típicas. Robert H. Whittaker (1924-1980) en 1969 propuso el sistema de cinco reinos, que es un atractivo y bien argumentado ordenamiento muy aceptado en la actualidad por los naturalistas de todo el mundo. En él se da categoría de reino a los hongos y es como sigue: 1. 2. 3. 4. 5. Moneras, agrupa bacterias y algas verde-azules (procariotas). Protistas, protozoos y resto de algas (eucariotas). Hongos, con nutrición absortiva. Plantas, caracterizadas por la fotosíntesis. Animales, con nutrición ingestiva. En 1982 Lynn Margulis y Karlene V. Schwartz agruparon los reinos en dos dominios: Prokaryota y Eukaryota, en los que se reúnen los seres vivos según su estructura celular, sin considerar entre ellos a los virus. En los últimos tiempos (1983 y 1993) el naturalista Thomas Cavalier-Smith ha propuesto y fundamentado un nuevo sistema de seis reinos, al dividir el reino Protista en Protozoa y Chromista, para quedar como sigue: 1. Monera, integrado por bacterias y algas verde-azules. 2. Protozoa, protozoos y hongos con fases flageladas y plasmodiales. 3. Chromista, algas doradas, pardas y otros hongos inferiores con fases flageladas. 4. Fungi, hongos pluricelulares carentes de fases flageladas. 5. Plantae, organismos pluricelulares caracterizados por la fotosíntesis. 6. Animalia, metazoarios con nutrición ingestiva. Por las dificultades que implica el ordenamiento taxonómico de los organismos, en microbiología y parasitología médicas se utiliza una clasificación arbitraria que agrupa a estos agentes, en dependencia del grado creciente de complejidad en su organización, en: virus, clamidias, micoplasmas, rickettsias, bacterias, espiroquetas, hongos, protozoos, helmintos y artrópodos, que es la que seguimos en la presente obra. RESUMEN Universalmente se acepta como nomenclatura para clasificar los seres vivos la llamada binominal, ideada por Linnaeus en el siglo XVIII, pues en ella se designan para identificar cada ser viviente dos nombres, uno genérico y otro específico. La enorme diversidad de los seres vivos ha determinado el uso de numerosas categorías para precisar su clasificación, que en la actualidad comprende: dominio; reino; tipo; phylum o división; rama; clase; grupo; orden; familia; tribu; género; sección; serie; especie; variedad; forma; forma especial; raza fisiológica e individuo. Con frecuencia hay que establecer otras agrupaciones intermedias y entonces se denominan: subreino, subdivisión o subrama y también superclase, supergrupo o superorden. La nomenclatura de las categorías que van de división a tribu tienen sufijos propios que las identifican y que han variado muchas veces en el tiempo; no así las categorías inferiores como género y especie, cuyos sustantivos específicos incluyen un nombre genérico latinizado y uno trivial de la especie. La categoría de mayor importancia es el reino, la cual ha tenido un variado desarrollo conceptual desde la antigüedad hasta nuestros días. BIBLIOGRAFÍA Cavalier-Smith T. A 6-Kingdom classification and unified phyrogeny. In: Schwemmel and Schenk HEA (eds.). Endocytobiology II. Berlin: De Groutier, 1983. Copeland HF. The classification of lower organisms. San Francisco: W II Freeman Ed., 1960. Hawkworth DL et al. Ainsworth and Bisby’s Dictionary of the Fungi. 8th ed. Cambridge: CAB International, Cambridge University Press, 1995. 11 Microbiología y Parasitología Médicas Hernández JL. Cinco reinos versus dos reinos. Educación 1990;76:56-63. Margulis L and Schwartz KV. Five Kingdoms. An illustrated guide to the Phyla of life on Earth. San Francisco: W II Freeman Ed., 1982. Martínez J et al. Microbiología General. Guantánamo: Comb. Polig. "Juan Marinello", 1990. Recio G, Rodríguez M y Maldonado S. Sistemática Vegetativa. I Algas y Hongos. La Habana: Ed. Textos y Materiales Didácticos, 1982. Villafuerte JR. Agentes Biológicos. Folleto Complementario. La Habana: Ed. Pueblo y Educación, 1989. Wheat RW. Clasificación e identificación de las bacterias. En: Joklik WK et al. Zinsser. Microbiología. 8va ed. española (1983). La Habana: Ed. Revolucionaria, 1984. Whittaker RH. New concepts of kingdoms of organisms. Science, 1969;163:150-60. 12 Principios básicos de epidemiología en las enfermedades transmisibles Principios básicos de epidemiología en las enfermedades transmisibles Eugenio Cisneros Despaigne INTRODUCCIÓN La epidemiología es la ciencia que estudia los determinantes, ocurrencia y distribución de los problemas afines a la salud y enfermedad relacionados con una población en su conjunto. Los estados de salud y enfermedad dependen de tres elementos fundamentales: 1. Agente causal: microorganismos, agentes físicos (calor, frío, electricidad, etc.), agentes químicos (tóxicos y otros). 2. Hospedero: estado nutricional, defensa inmunológica, edad, sexo. 3. Ambiente: temperatura, humedad, agua, alimentos, vectores, luz solar. El campo de acción de esta rama de la medicina se dirige fundamentalmente hacia la prevención, la erradicación y el control de las enfermedades transmisibles. Muchas de las enfermedades transmisibles causaron notables epidemias al hombre, por ejemplo: la viruela, el cólera, el tifus y el paludismo. En este último siglo, por factores socioeconómicos principalmente, algunas enfermedades que se creían erradicadas o controladas, renacen con un patrón de virulencia inesperado. Algunas de ellas han ido desapareciendo, sin embargo, otras nuevas han surgido como el SIDA y algunas han resurgido afectando a nuevas áreas geográficas, como el cólera; o con patrones de mayor resistencia a los antibióticos, como la shigelosis o la tuberculosis. También de especial atención son los microorganismos de nueva aparición, como el retrovirus del SIDA o VIH, el virus de Ébola (filovirus) y el virus Lassa (arenavirus), entre otros. Se plantea que las afectaciones al medio ambiente, ya sean naturales (ciclones, terremotos, etc.) o artificiales (construcción de las presas, carreteras y otras), han favorecido la aparición de nuevos agentes patógenos que circulan con gran rapidez. ENFERMEDAD TRANSMISIBLE Es cualquier enfermedad producida por un agente infeccioso específico o por sus productos tóxicos que son capaces de transmitirse desde un enfermo o portador (reservorio) 13 Microbiología y Parasitología Médicas hasta un hospedero susceptible, independientemente de la forma o mecanismo en que se produzca la transmisión. Una enfermedad transmisible tiene las siguientes características: Su causa determinante es un agente biológico específico (bacterias, virus, hongos, protozoarios). También puede ser causada por sus toxinas. Este agente o sus toxinas puede transmitirse de un enfermo a un sano (de un reservorio a un hospedero susceptible). ENFERMEDADES INFECCIOSAS EMERGENTES Son las enfermedades de origen infeccioso cuya incidencia en humanos se ha incrementado desde las décadas pasadas o tienden a aumentar en el futuro cercano. Por ejemplo, la aparición de agentes patógenos nuevos como el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y otros retrovirus, los arenavirus, los hantavirus y el virus de Ébola. Algunos factores o la combinación de ellos pueden contribuir a infecciones emergentes como son los eventos sociales, cuidado de la salud, producción de alimentos, comportamiento humano, cambios ambientales, infraestructura en la Salud Pública y adaptación y variabilidad microbiana. ENFERMEDADES INFECCIOSAS REEMERGENTES Es la reaparición de agentes patógenos viejos, como los que causan el cólera, el dengue hemorrágico, la peste y la fiebre amarilla. Pueden surgir por cambios genéticos en microorganismos existentes; algunas muestran una distribución focal, otras se dispersan ampliamente y constituyen un problema global. Ciertas enfermedades conocidas podrían aparecer en la vida humana en algunas condiciones ecológicas variables donde se incrementa la exposición a insectos como vectores y otros animales como reservorios o en fuentes ambientales como patógenos novedosos. Esta reemergencia puede ocurrir por el desarrollo de la resistencia microbiana de infecciones existentes (por ejemplo: gonorrea, malaria, enfermedades neumocóccicas) o resquebrajamiento en las medidas de la Salud Pública para infecciones previamente controladas (cólera, tuberculosis). Además la mutación de algunas cepas de Mycobacterium tuberculosis, enterobacterias, estafilococos, neumococos, gonococos, parásitos de la malaria y otros agentes patógenos que son resistentes a uno o varios medicamentos, de ahí que la farmacorresistencia constituya uno de los problemas principales en el control de estas infecciones. MECANISMO O VÍA DE TRANSMISIÓN Es el conjunto de todos los factores característicos de cada enfermedad transmisible y su modo de actuar, representando los mecanismos mediante los cuales un hospedero susceptible es expuesto a un agente infeccioso, o sea, constituye los modos en que un agente biológico puede ser transmitido desde su reservorio. Existen dos vías fundamentales de transmisión de la enfermedad, la directa y la indirecta. La transmisión por vía directa es la que se establece sin vínculo de transmisión. Puede ser: 1. Inmediata o por contacto físico. 2. Mediata o por contacto personal. 3. Exposición directa de un tejido susceptible al hábitat de un agente infeccioso de vida saprófita. 4. Transmisión vertical o congénita. La transmisión por vía indirecta (con vínculo de transmisión) es posible por: 1. Vehículos inanimados: a) Agua. b)Alimentos. 14 Principios básicos de epidemiología en las enfermedades transmisibles c) Tierra. d)Fomites. e) Objetos. f) Medicamentos y productos químicos. 2. Vehículos aéreos: a) Inhalación. b)Depósitos en piel y mucosas. c) Depósitos en heridas. 3. Vehículos vectoriales: a) Mecánico-biológicos. b)Permanentes. c) Temporal o transitorio. La clasificación más práctica de las enfermedades transmisibles es la basada en su vía de transmisión, o sea: 1. Digestiva. 2. Respiratoria. 3. Contacto de piel y mucosas. 4. Vectores (artrópodos y roedores). 5. Imprecisa o indeterminada. Enfermedades de transmisión digestiva. En estas enfermedades el agente biológico penetra por el orificio superior del sistema digestivo, que puede tener o no como vehículo los alimentos o el agua. A este grupo de enfermedades que se transmiten por vía digestiva pertenecen, entre otras, las siguientes: fiebre tifoidea, colibacilosis, salmonelosis, shigelosis, cólera, poliomielitis anterior aguda, hepatitis virales, ascariasis, tricocefaliasis, oxiuriasis, taeniasis, amebiasis, balantidiasis, giardiasis, enterovirosis, intoxicaciones alimentarias y rotavirosis. Enfermedades de transmisión respiratoria. Los agentes que producen estas afectaciones penetran por las fosas nasales o la boca y atraviesan las distintas barreras defensivas del sistema respiratorio hasta alcanzar los tejidos más susceptibles. Esta transmisión puede ocurrir por la inhalación de agentes microbianos que se encuentran en el aire. Entre las enfermedades que se transmiten por vía respiratoria tenemos las siguientes: tuberculosis, difteria, tos ferina, parotiditis epidémica, varicela, sarampión, rubéola, escarlatina, meningoencefalitis meningocóccica, influenza, adenovirus, rinovirosis, histoplasmosis, coccidioidomicocis y legionelosis. Enfermedades que se transmiten por contacto. En este tipo de transmisión es necesaria una relación física entre el reservorio y el organismo susceptible, pues sus agentes biológicos poseen muy poca resistencia al medio ambiente. Entre las enfermedades que se transmiten por contacto podemos citar: la sífilis, blenorragia, chancro blando, condiloma acuminado, linfogranuloma venéreo, granuloma inguinal venéreo, herpes simple genital, tricomoniasis, epidermofitosis, pediculosis, rabia, tétanos, gangrena gaseosa, micosis, necatoriasis y esquistosomiasis. Algunos de los agentes productores de estas enfermedades necesitan de la existencia de una solución de continuidad de la piel como es el caso de Treponema pallidum, productor de la sífilis. Enfermedades que se transmiten por vectores. Esta transmisión se produce si los artrópodos u otros vectores inoculan el agente biológico mediante la picadura o el depósito de este sobre la piel o mucosas del organismo susceptible. A continuación relacionamos los principales vectores biológicos y las enfermedades que se transmiten: 1. Mosquitos: malaria, dengue, wuchereriasis, fiebre amarilla, encefalomielitis equina y otras encefalitis por arbovirus. 2. Moscas: tripanosomiasis africana y loasis. 3. Chinche americana o triatoma: enfermedad de Chagas (tripanosomiasis americana). 4. Piojos: tifus epidémico y fiebre recurrente. 15 Microbiología y Parasitología Médicas 5. Pulgas: tifus endémicos y peste bubónica. 6. Ácaros: rickettsiasis. 7. Garrapatas: fiebre hemorrágica y tularemia. 8. Flebótomas: leishmaniasis. 9. Simúlidos: oncocercosis. Enfermedades de transmisión desconocida. A este grupo pertenecen las enfermedades donde los conocimientos científicos no son suficientes para definir los mecanismos de transmisión de patologías tales como: la lepra, la enfermedad de los legionarios, la fiebre de Lassa, y otras. CONCEPTO DE INFECCIÓN En términos epidemiológicos significa la penetración, multiplicación e invasión de un agente infeccioso en el cuerpo del hombre o de los animales, sin que generalmente haya signos ni síntomas de la enfermedad que ellos producen: los individuos portadores de Salmonella typhi y Vibrio cholerae. Varios factores van a determinar la evolución del suceso infeccioso: Por parte del individuo: resistencia, estado nutricional, estrés, edad, sexo. Por parte del agente: infectividad, virulencia y otras características que le permiten producir la enfermedad. Ya instalado el proceso, puede desarrollarse de las formas siguientes: 1. Sin que el individuo tenga signos y síntomas de la enfermedad, y todo el proceso termine sin conocer lo sucedido en la intimidad de sus tejidos. Ha ocurrido una infección. 2. La aparición de síntomas y signos, debido a las alteraciones anatómicas y funcionales que la penetración, desarrollo y multiplicación que los agentes infecciosos producen, determinan la existencia de una enfermedad infecciosa. El término de infección no debe ser confundido con el de infestación; este concepto se aplica a la presencia, el alojamiento, el desarrollo y la reproducción de artrópodos en la superficie corporal de animales e incluso del hombre y su ropa. También se puede aplicar a cualquier artículo o local que albergue o sirva de alojamiento a artrópodos, roedores u otros animales. CONTAMINACIÓN Significa que el microorganismo está presente en objetos inanimados, la superficie de la piel y las mucosas, que pueden ser contaminadas por una gran variedad de microorganismos. Los microorganismos comensales no causan daño, pero los parásitos pueden invadir tejidos y causar infección. ENFERMEDAD Es una alteración del estado de salud, caracterizada por cambios en el hospedero sin que interfiera con sus funciones normales. Por ejemplo: un trabajador de la Salud que incumple las reglas de asepsia al lavar sus manos con una herida en la piel de ellas, puede contaminarse con estafilococos; sin embargo, si no se enferma no presenta infección. Otro trabajador con una herida similar, que también incumple las reglas de asepsia, se contamina y presenta enrojecimiento e inflamación alrededor de la herida, lo cual provocó fiebre y malestar. En este caso hubo contaminación con infección y enfermedad. INCIDENCIA DE UNA ENFERMEDAD Es el número de individuos con la enfermedad en una población, mientras que prevalencia es el por ciento de individuos con la enfermedad al mismo tiempo. 16 Principios básicos de epidemiología en las enfermedades transmisibles Una enfermedad es epidémica cuando la incidencia es alta y endémica cuando es baja; pandémica se refiere a la dispersión de la enfermedad a través de los continentes. DESARROLLO DEL PROCESO INFECCIOSO EN EL INDIVIDUO PERÍODO DE INCUBACIÓN Tiempo que transcurre desde la entrada y multiplicación del agente hasta la aparición de los primeros síntomas o signos de la enfermedad. PERÍODO PRODRÓMICO Después del período de incubación se desarrollan en el individuo síntomas inespecíficos del proceso infeccioso (fiebre, cefalea, malestar, debilidad, etc.). PERÍODO DE ESTADO Aquí aparecen los síntomas o signos característicos de la enfermedad. PERÍODO FINAL O TERMINAL Etapa final de la enfermedad, donde el enfermo puede evolucionar satisfactoriamente hasta su curación o agravarse hasta la muerte. En algunos casos puede prolongarse hasta hacerse crónica. PERÍODO DE TRANSMISIBILIDAD Es característico de las enfermedades transmisibles. Se extiende durante todo el tiempo que la enfermedad es capaz de transmitirse de un individuo a otro. CADENA EPIDEMIOLÓGICA Para que una enfermedad aparezca y se difunda deben concurrir una serie de factores o elementos, que interactuando entre sí, dan lugar a que se produzca y desarrolle la enfermedad; a este conjunto de factores esenciales se le denomina triada ecológica. Esta concepción es importante, porque rompiendo la cadena a nivel de cualquiera de los eslabones, se puede interrumpir la transmisión en el eslabón más débil, es decir, donde sea más económico o más rápido actuar. Estos elementos son: 1. El agente o los agentes causales. 2. El ambiente. 3. El hospedero susceptible o individuo capaz de enfermarse. En las enfermedades transmisibles, el agente siempre será biológico y el ambiente puede actuar como vía de transmisión. Hay salud cuando existe un equilibrio entre los agentes y los hospederos susceptibles en un ambiente determinado. Si se rompe el equilibrio, se irá pasando al estado de enfermedad. Este proceso es dinámico y se nombra proceso salud-enfermedad. En las enfermedades transmisibles se conoce como proceso infeccioso en el cual la ruptura del equilibrio se manifiesta por la llamada infección, o sea, la penetración, desarrollo 17 Microbiología y Parasitología Médicas o multiplicación del agente infeccioso en el organismo de una persona o animal, que no es sinónimo de enfermedad infecciosa, pero sí el inicio de ella. Existe un modelo epidemiológico que se representa generalmente en forma de cadena y se denomina cadena epidemiológica o de transmisión, en este modelo se resumen las etapas del proceso infeccioso; ellas son: agente, reservorio, puerta de salida, vía de transmisión, puerta de entrada y hospedero susceptible. PROPIEDADES RELACIONADAS CON LA SUPERVIVENCIA EN EL MEDIO Latencia. Es el intervalo entre el tiempo en que un patógeno es excretado y el tiempo en que puede infectar a un nuevo hospedero. Persistencia. Es la capacidad de un patógeno de sobrevivir por un período determinado en el medio, o sea, su viabilidad. Esta propiedad es uno de los mejores indicadores de la posibilidad de que un microorganismo sea transmitido; si persiste por un corto tiempo, debe rápidamente encontrar un nuevo hospedero susceptible. Multiplicación. Bajo ciertas condiciones los patógenos pueden multiplicarse en el medio, especialmente en alimentos, a concentraciones suficientes para provocar infección. MÉTODOS EPIDEMIOLÓGICOS Las tres principales técnicas epidemiológicas son: la descriptiva, la analítica y la experimental. Aunque todas pueden ser usadas en la investigación de la ocurrencia de una enfermedad, el método más utilizado es la epidemiología descriptiva. RESUMEN Este capítulo trata sobre los principios básicos de la epidemiología en las enfermedades transmisibles, enfatizando en conceptos importantes como son: enfermedad transmisible, enfermedad emergente y reemergente, mecanismos de transmisión de las enfermedades, sus vías, infección, infestación, contaminación, enfermedad, incidencia, prevalencia, el desarrollo del proceso infeccioso en el individuo, la cadena epidemiológica y los métodos epidemiológicos. BIBLIOGRAFÍA Beaglehole R, Bonita R, Kjellstrom T. Basic epidemiology. World Health Organization. Geneva. Switzerland, 1993. Benenson AS. Manual para el control de las enfermedades transmisibles en el hombre. OPS. Ed. 16. Publicación Científica No. 564, 1997. Brachman PS. Epidemiology. Chapter 9. In: Medical Microbiology. 4th ed. Ed. Samuel Baron. Texas University, 1998. Castillo M. Epidemiología. Ciudad de La Habana: Ed. Pueblo y Educación, 1984. Evans AS, Brachman PS. Bacterial infections of humans. Epidemiology and Control. 2nd ed. Plenum New York, 1991. 18 Microscopía y coloraciones Microscopia y coloraciones Jorge L. Zuazo Silva MICROSCOPIA La microscopia es la ciencia que se ocupa de los usos y de las aplicaciones interpretativas de los microscopios, los cuales hacen posible que partículas muy pequeñas sean percibidas por el ojo humano. La historia de la microbiología va estrechamente ligada a la de la microscopia. La aparición de las lentes, la observación de protozoos y bacterias, y el desarrollo científicotécnico en el campo de la microscopia, han ido marcando hitos de avance en el conocimiento de los organismos vivos imperceptibles por el ojo humano a simple vista. Según Barrer, la microscopia tiene dos objetivos principales; el primero es la formación de una imagen aumentada con la menor cantidad posible de defectos ópticos y el segundo, lograr el contraste. En este capítulo, que dedicamos a los principios básicos de la microscopia y su aplicación en los campos de la microbiología y de la parasitología médicas, expondremos algunas definiciones y conceptos fundamentales, así como describiremos ciertas técnicas de microscopia de fácil acceso, señalando sus aplicaciones, ventajas y limitaciones. CONSIDERACIONES GENERALES El poder de resolución de un microscopio es la distancia que debe separar a dos fuentes luminosas puntiformes, si estas se han de ver como dos imágenes distintas. El ojo humano logra la resolución cuando el ángulo visual es lo bastante amplio para que los rayos de luz, procedentes de dos puntos distintos, encuentren diferentes elementos receptores en la retina. De este modo la distancia lineal entre objetos o poder de resolución del ojo humano desnudo es de aproximadamente 0,07 mm. Una de las propiedades más importantes de la luz es la longitud de onda, representada por la letra griega lambda (λ). En la luz empleada para la observación microscópica, dicha propiedad está estrechamente relacionada con la resolución que puede obtenerse. 19 Microbiología y Parasitología Médicas El límite de resolución (d ) depende de la apertura numérica del objetivo (AN) y de la longitud de onda de la luz usada (λ), lo cual está definido por la fórmula matemática: λ dmin = ————AN Por lo tanto, la mejor resolución (“dmin” más pequeña) se obtiene usando la menor longitud de onda y el lente objetivo de la mayor apertura numérica posible. La amplificación útil de un microscopio es aquella que permite observar las más pequeñas partículas susceptibles de resolución. Es importante señalar que una mayor amplificación no daría siempre una mejor resolución de los detalles y conllevaría la reducción del área de observación, los llamados campos microscópicos. MICROSCOPIOS MICROSCOPIOS LUMINOSOS Son los microscopios que utilizan luz visible con el fin de hacer observable un espécimen. Entre estos microscopios se encuentran: Microscopio luminoso simple Está compuesto por una sola lente de aumento, de gran campo, que produce una imagen vertical. Su uso está limitado por su baja AN y su resolución es de unos 10 m. Estas lentes son útiles para la disección, para las mediciones y para el examen de las reacciones de aglutinación. En los laboratorios de microbiología se utilizan en los contadores de colonias, donde aparecen adaptadas a una base e iluminación apropiadas para el objetivo que se persigue con el equipo. Algunos de los problemas que se presentan con el uso de una sola lente, como el no poder colocar el campo total dentro del foco y la presencia de anillos coloreados alrededor de los objetos observados, se resuelven en la actualidad con el uso de varias lentes combinadas. Microscopio luminoso compuesto Consta, por lo menos, de dos sistemas de lentes. El objetivo, de múltiples compartimentos con breves longitudes focales, que forma una diminuta imagen real invertida en el plano focal de otra lente; y la lente ocular, la cual magnifica la imagen para que el observador pueda resolverla. Estos microscopios pueden tener uno o dos lentes oculares, denominándose microscopio monocular o binocular respectivamente. El objetivo es el determinante más importante de la calidad de la imagen producida por el microscopio y es necesario corregir en cada una de ellas una o más aberraciones o errores. Además del grado de corrección de una lente, la calidad de la imagen está determinada por su AN. Los microscopios compuestos tienen varios objetivos intercambiables, con diferentes poderes de amplificación. El mecanismo de enfoque consta de un tornillo macrométrico, con el que se cambia rápidamente la distancia entre el objetivo y el espécimen, y de un tornillo micrométrico, para cambiar lentamente dicha distancia. Para la microscopia en campo luminoso de gran resolución, los objetivos de inmersión (AN = 1,2 a 1,4 ) son muy útiles. El aceite que se emplea para la inmersión de estos objetivos es un líquido viscoso que no seca y es refractivamente estable, con un índice de refracción de 1,51. 20 Microscopía y coloraciones El aumento total de un microscopio luminoso se calcula multiplicando el poder de aumento del objetivo por el de la lente ocular. Ejemplo: ocular (10X) y objetivo (40X): 10 x 40 = 400 diámetros de aumento. Los microscopios usados en bacteriología utilizan, por lo general , los objetivos de 90 o 100 diámetros de aumento con oculares de 10 diámetros, amplificando de 900 a 1 000 veces; por lo que una partícula observada de 0,2 m de diámetro puede ser amplificada hasta 0,2 mm, resultando claramente visibles. En los microscopios luminosos el poder de resolución puede mejorarse mediante el uso de luz con longitud de onda más corta, de aproximadamente 0,2 m, que permite una resolución de partículas de 0,1 m de diámetro. La microscopia en campo iluminado o claro es la más usada para la observación de frotis coloreados, pero puede también emplearse para examinar características morfológicas y la movilidad de los organismos en preparaciones denominadas “gotas colgantes” o “en fresco” (suspensión del microorganismo en una gota de líquido, colocada sobre lámina portaobjeto y cubierta con lámina cubreobjeto). Otro ejemplo de microscopio compuesto de gran utilidad en los laboratorios de microbiología y parasitología médicas, es el microscopio estereoscópico, el cual combina dos microscopios compuestos que producen imágenes separadas para cada ojo a un ángulo ligeramente diferente. Pueden contar con uno o con dos objetivos. Puede utilizarse luz reflejada o luz transmitida, pero como no tiene condensador, el tipo y la intensidad de la iluminación son factores limitantes. Estos microscopios son muy útiles para examinar las características de las colonias de bacterias, hongos, cultivos de tejidos y otros organismos parásitos. MICROSCOPIA DE CONTRASTE DE FASES Se fundamenta en el hecho de que las ondas luminosas que pasan a través de objetos transparentes, como las células, emergen en fases diferentes dependiendo de las propiedades de los materiales que atraviesan. En 1934, Zernike desarrolló métodos ópticos para separar las ondas luminosas incidentes y difractadas, amplificando así la diferencia de fases entre ellas. Un sistema óptico especial convierte esta diferencia de fase en una diferencia de intensidad; de este modo, unas estructuras aparecen más oscuras que otras. En el microscopio de contraste de fases, el condensador tiene un diafragma anular que produce un centro luminoso hueco y el objetivo está acondicionado para acentuar los cambios de fases producidos en la muestra. Una ventaja es la posibilidad de diferenciar las estructuras internas de células vivas, pues con el microscopio ordinario lo usual es la observación de preparaciones de materiales muertos y teñidos. MICROSCOPIA EN CAMPO OSCURO Se utiliza el mismo microscopio luminoso, empleando un condensador cuya apertura numérica es mayor que la del objetivo y bloquea los rayos de luz directos, así como desvía la luz de un espejo al lado del condensador en un ángulo oblicuo. De esta manera se crea un campo oscuro que produce contraste contra los bordes destacados de los microorganismos y se origina cuando los rayos oblicuos son reflejados del borde del microorganismo hacia arriba, al objetivo del microscopio. Como los objetos luminosos contra fondo oscuro son percibidos por el ojo más fácilmente, este tipo de iluminación para observación microscópica es útil para visualizar flagelos bacterianos y bacterias espirilares mal definidas con la microscopia de campo claro y de contraste de fase. MICROSCOPIA POR FLUORESCENCIA Este tipo de microscopio se basa en el principio de remoción de la iluminación incidente por absorción selectiva, transmisión de la luz absorbida por la muestra y reemitida con diferente longitud de onda. 21 Microbiología y Parasitología Médicas Los compuestos capaces de absorber luz de una determinada longitud de onda y de emitir luz de mayor longitud de onda, se denominan fluorocromos. Las longitudes de onda absorbidas y emitidas dependen de los fluorocromos utilizados. El rayo luminoso emitido desde la fuente pasa por un filtro de excitación que elimina las longitudes de onda que no sirvan para excitar al fluorocromo utilizado. La luz que la muestra hace fluorescente se transmite a través de un filtro de barrera que elimina del rayo a la longitud de onda incidente. De esta manera, sólo la luz que ha interactuado con la muestra con un cambio de longitud de onda, contribuye a la intensidad en el plano de la imagen. Diferentes fluorocromos son empleados en la práctica, entre los cuales podemos mencionar la auramina y la naranja de acridina, de uso en la tinción directa de microorganismos. En los laboratorios de microbiología médica se utilizan para la detección de microorganismos en hemocultivos y para la observación de bacilos acidorresistentes en frotis. Otros fluorocromos, tales como isotiocianato de fluoresceína, pueden ser conjugados a anticuerpos y se emplean en los laboratorios en técnicas conocidas como inmunofluorescencia, que nos permiten, con una alta sensibilidad y especificidad, localizar antígenos en una muestra dada. Dos técnicas básicas de inmunofluorescencia son usadas en microscopia: directa e indirecta. Con la técnica directa, la muestra en estudio se fija a una lámina portaobjeto y se le adiciona un anticuerpo conjugado con isotiocianato de fluoresceína. Si el antígeno correspondiente se encuentra presente en la muestra, el anticuerpo se le une. La lámina se observa al microscopio por fluorescencia y el fluorocromo unido a la inmunoglobulina y a su antígeno, emite luz de una longitud de onda visible. El observador la percibe con un color brillante en intenso contraste con los no coloreados y con el fondo de la preparación. La inmunofluorescencia directa es muy utilizada en los laboratorios para identificar, de manera relativamente rápida, antígenos virales en células de especímenes clínicos (virus respiratorios, herpesvirus, etc.), y para el diagnóstico de otros agentes microbianos tales como: Bordetella pertussis, Legionella pneumophila, Streptococcus pyogenes, Francisella tularensis, Chlamydia trachomatis, Cryptosporidium paarvum y Giardia lamblia, por citar algunos. Las técnicas de inmunofluorescencia indirecta (IFA) se basan en tener un colorante fluorescente conjugado a un anticuerpo secundario (anticuerpo antiinmunoglobulina). El antígeno se puede encontrar en la muestra fijada sobre la lámina portaobjeto sobre la cual se hace reaccionar un anticuerpo conocido dirigido a localizar los antígenos en la muestra. Después de realizar un lavado con el fin de remover el anticuerpo no fijado, se adiciona el conjugado formado por el anticuerpo antiinmunoglobulina y la fluoresceína, el que se une al anticuerpo primario (inmunoglobulina) si está presente. El complejo formado por el antígeno, el anticuerpo primario y el anticuerpo secundario conjugado, puede ser visualizado de la misma manera que en el método de inmunofluorescencia directa. Entre las ventajas de la técnica indirecta se encuentran: su mayor sensibilidad, la posibilidad de utilizar el anticuerpo secundario conjugado para la detección de diferentes anticuerpos primarios y la probabilidad de poder cambiar la especificidad del anticuerpo secundario para detectar la clase de anticuerpo que está presente en una muestra. La desventaja es que su proceder técnico lleva varios pasos, los cuales la hacen un poco más larga que la prueba directa y al igual que esta, requiere personal técnico bien adiestrado. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO El microscopio electrónico ha hecho posible resolver el detalle celular a nivel molecular y ha permitido a los científicos poder observar las estructuras detalladas de las células procariótica y eucariótica. En el campo de la virología ha constituido un instrumento muy valioso, pues permitió la observación y la identificación de virus. Este microscopio usa una corriente de electrones en lugar de rayos luminosos para producir la imagen magnificada de un objeto, lo cual le confiere una mayor resolución, debido a que los electrones tienen una longitud de onda mucho más corta que los fotones de la luz blanca. 22 Microscopía y coloraciones Electrones acelerados en un campo eléctrico están asociados con longitudes de ondas cortas. Por ejemplo, electrones acelerados en un campo de 100 kV tienen longitudes de onda de aproximadamente 0,004 nm . Una explicación muy detallada de la microscopia electrónica escapa al alcance y objetivos de este capítulo, por lo que señalaremos algunos principios generales y su aplicación en la microbiología. El microscopio electrónico de transmisión (MET) tiene muchas características en común con el microscopio luminoso. Fue el primero de los microscopios electrónicos y emplea un rayo de electrones, dirigido o enfocado por un lente condensador electromagnético sobre una muestra delgada. Al chocar los electrones con la muestra, se diseminan de manera diferencial, algunos pasan a través de la muestra y se reúnen y enfocan mediante lentes objetivos electromagnéticos que presentan una imagen de la muestra al sistema de lentes proyectores, para una amplificación posterior. La imagen se visualiza permitiendo que caiga en una pantalla que fluoresce cuando recibe el impacto de los electrones. Tiene un gran poder de resolución, permite la observación de partículas separadas por 0,001 m, con diámetros entre 0,001 y 0,2 m . En el microscopio electrónico de barrido (MEB), los electrones se enfocan mediante lentes en un punto muy fino y su interacción con la muestra libera diferentes tipos de radiaciones (electrones secundarios) de la superficie del material, que son capturadas por un detector, amplificadas y luego transformadas en imágenes en una pantalla de televisión. Este microscopio tiene un poder de resolución más bajo que el MET y resulta muy útil para la observación tridimensional de objetos microscópicos. Las técnicas convencionales más usadas en la microscopia electrónica son: la tinción negativa, la microtomía y la congelación. La tinción negativa ha tenido amplia aplicación en el estudio de las macromoléculas, virus y organelas bacterianas. Los otros dos métodos ofrecen información sobre la morfología de las subunidades de las estructuras celulares y se han usado con éxito en el estudio de los antibióticos y su acción sobre las membranas de las bacterias y los hongos. Una técnica importante en la microscopia electrónica es el uso del “sombreado”, consistente en el depósito de una capa delgada de metal pesado sobre la muestra, la que se coloca en la vía del rayo de iones metálicos, en un vacío. Al obtener una impresión positiva de una imagen negativa, se logra un efecto tridimensional. AUTORRADIOGRAFÍA Se trata de un procedimiento que tiene gran utilidad para el estudio de la replicación del ADN, que emplea timidina marcada con tritio como trazador específico en el seguimiento del proceso de replicación. El método se basa en fijar en una lámina portaobjeto, las células a las que se han incorporado átomos radiactivos, se cubren con emulsión fotográfica y se almacenan en la oscuridad por un período dado. En la película revelada aparecen huellas que emanan de los sitios de desintegración radiactiva. Si las células son marcadas con un emisor débil como el tritio, las huellas resultan lo suficientemente breves como para mostrar la posición del marcador radiactivo en la célula. Con el mismo principio del método se ha usado sondas de ácido nucleico marcado, conocido como hibridación in situ, y que resulta útil para detectar la presencia de ácido nucleico viral, bacteriano y micótico en células y tejidos. COLORACIONES Un colorante biológico es una molécula que es capaz de unirse a una estructura de la célula y darle color. Los colorantes se emplean también en la constitución de los medios de cultivo, como indicadores o como inhibidores. En microbiología, las coloraciones tienen diferentes objetivos: demostrar los microorganismos y algunas otras células en diferentes especímenes; poner de manifiesto algunas características morfológicas y estructuras microbianas tales como: esporas, flagelos, gránulos, cápsulas, etc., y diferenciar los microorganismos según su comportamiento tintorial. 23 Microbiología y Parasitología Médicas Los colorantes que se extraen de productos vegetales o animales se denominan colorantes naturales, entre los que se encuentran: el carmín, el tornasol, el índigo y la hematoxilina. Otros, como los extraídos del alquitrán de hulla, son anilinas sintéticas. En la actualidad, el término colorante de anilina se está abandonando porque muchos de los colorantes sintéticos en uso, no derivan de la anilina. Los ácidos y las bases libres son, en general, poco solubles, por lo que en microbiología se utilizan casi exclusivamente las sales de los ácidos y de las bases colorantes. Los llamados colorantes básicos contienen un catión coloreado unido a un anión incoloro y los ácidos constan de un catión incoloro unido a un anión coloreado. Los básicos son los más usados en bacteriología, debido a que las bacterias, ricas en ácidos nucleicos, portan cargas negativas en forma de grupos fosfatos, los que se combinan con los colorantes cargados positivamente. Entre los colorantes básicos, los más empleados son: tionina, azul de toluidina, azul de metileno, fucsina, violeta cristal, violeta de genciana, verde metilo, safranina y verde de malaquita. Entre los ácidos podemos citar: naranja G, ácido pícrico, fucsina ácida y eosina. Los colorantes ácidos se utilizan en técnicas especiales, coloraciones negativas o en métodos para estudiar algunas estructuras bacterianas, fundamentalmente citoplasmáticas. Existe un grupo de sustancias, cuya base y ácido tienen carácter colorante, y son denominadas colorantes neutros. Entre ellos se encuentra el grupo de los eosinatos: eosinato de azul de metileno, de azul de toluidina, de violeta de metilo. El primer paso de cualquier coloración es la preparación del frotis, el que puede realizarse a partir de las colonias, de cultivos en caldo y de las muestras o productos patológicos que se examinan. En la preparación de los frotis es necesario seguir el método establecido, cuyos pasos fundamentales consisten en extender el material sobre la lámina portaobjeto, secar al aire o con ligero calor y fijar con calor. Algunos frotis pueden fijarse con metanol, alcohol absoluto o cloroformo. El frotis debe ser preparado de manera tal que al realizar la observación microscópica, los microorganismos se encuentren con la separación adecuada que permita la óptima visualización de cada uno, lo que se logra al hacer una preparación cuidadosa, que no sea demasiado gruesa, evitando las masas de microorganismos. El objeto de toda coloración es fijar el colorante sobre la materia a teñir con una intensidad tal que un lavado con el solvente que sirvió para preparar el baño de tintura, no la decolore. Las soluciones colorantes que se emplean en bacteriología son, en general, acuosas. Cuando los microorganismos se tiñen por simple inmersión en el baño colorante, se denominan coloraciones directas, y cuando se tiñen tras la acción de un mordiente, se nombran coloraciones indirectas o por aplicación de un mordiente. Las coloraciones simples utilizan una sola sustancia colorante. En las coloraciones diferenciales, combinadas o compuestas se hacen actuar simultánea o sucesivamente varios colorantes con el fin de demostrar diferencias entre las estructuras de las células. En microbiología médica se usan con mucha frecuencia dos métodos de coloraciones compuestas o diferenciales, la coloración de Gram y la coloración de Ziehl-Neelsen. COLORACIONES SIMPLES Usan un solo colorante, no distinguen por lo tanto, organismos ni estructuras con reacciones tintoriales diferentes. Se emplean para la observación del tamaño, forma y agrupación de las células. El proceder consiste en dejar actuar, durante un tiempo, la solución colorante sobre el frotis. Los colorantes más empleados son: azul de metileno, fucsina diluida, tionina fenicada, azul de toluidina, safranina y cristal violeta. 24 Microscopía y coloraciones COLORACIONES COMPUESTAS O DIFERENCIALES Coloración de Gram En 1884, Hans Christian Gram desarrolló un método de tinción bacteriana que coloreaba algunas células de color azul-violeta y otras que se decoloraban, se teñían con el color de la solución colorante empleada como contraste. En el procedimiento para la coloración de Gram se usan cuatro reactivos diferentes. El primero es una solución de cristal violeta (cloruro de hexametil-p-rosanalina), que tiñe todas las células de color azul-violeta. El segundo reactivo es una solución de Lugol (yodo-yoduro de potasio). El yoduro remplaza al cloruro en la molécula de cristal violeta y el complejo formado se vuelve insoluble en agua. Todas las células reaccionan de igual forma. La adición de un tercer reactivo, decolorante (acetona y etanol), remueve solamente el colorante de las células gramnegativas. Con el fin de explicar esta manera de actuar se han planteado diversas causas, entre ellas, diferentes uniones al magnesio, a las ribonucleasas o al ácido nucleico. También se señalan diferencias en la permeabilidad, que sugiere que el alcohol decolora la membrana externa de las bacterias gramnegativas, las cuales permiten la salida del complejo cristal violeta-Lugol. La safranina, colorante de contraste y cuarto reactivo empleado en el método, hace visible las células gramnegativas al teñirlas de color rojo. Se ha demostrado que la estructura de la pared bacteriana es la base de la reacción diferencial frente a la coloración de Gram. Las bacterias teñidas de azul-violeta, llamadas grampositivas, poseen grandes cantidades de ácido teicoico en sus paredes celulares; y las teñidas en rojo, bacterias gramnegativas, contienen lipopolisacáridos. Se han descrito diferentes modificaciones al método original de Gram, entre las que podemos citar: La modificación de Hucker, que recomienda la utilización de una solución de cristal violeta en lugar de la violeta genciana empleada por Gram. Otra modificación es la que emplea carbolfucsina como colorante de contraste y se recomienda para el estudio de bacilos anaerobios gramnegativos y de las especies del género Legionella. La modificación de Kopeloff se recomienda para una mejor visualización de las bacterias anaerobias y consiste en adicionar a la solución de cristal violeta, colocada sobre el frotis, unas gotas de una disolución de NaHCO3 al 5 %. COLORACIÓN DE MICROORGANISMOS ACIDORRESISTENTES Las especies del género Mycobacterium, las nocardias, algunos actinomicetos y los criptosporidios, retienen los colorantes aun después de los procesos de decoloración con ácidos, o con soluciones de ácido-alcohol o ácido-acetona, por lo que son denominados microorganismos acidorresistentes. Dicho carácter es atribuido a un componente lipídico (ácido micólico) en las paredes bacterianas de las especies del género Mycobacterium y otros organismos relacionados. En el caso de los criptosporidios y de las endosporas se le atribuye a factores de impermeabilidad. Los componentes y factores antes mencionados hacen más difícil la penetración del colorante en la célula microbiana, por lo que los procederes para estas coloraciones necesitan de la ayuda del calor, de solventes orgánicos o de detergentes. Entre los métodos de coloración para demostrar la acidorresistencia se encuentran el método de Ziehl-Neelsen, el de Kinyoun y el que utiliza colorantes de fluorocromo; en este último es necesaria la observación en un microscopio de fluorescencia. La coloración de Ziehl-Neelsen es una modificación de un método descrito por Paul Ehrlich en 1882 y consiste en cubrir el frotis con una solución de carbolfucsina que se calienta hasta que emita vapores, se decolora con alcohol-ácido (ácido clorhídrico al 3 % en 25 Microbiología y Parasitología Médicas etanol) y finalmente se aplica un colorante de contraste, azul o verde (azul de metileno de Löffler o verde de malaquita). Los microorganismos que retienen el color rojo del primer colorante son los acidorresistentes y los que no los retienen, son los no acidorresistentes, y toman el color del colorante de contraste. La coloración de Kinyoun no requiere la aplicación del calor y utiliza colorantes similares al método de Ziehl-Neelsen. El método que aplica rodamina-auramina no utiliza el calor y emplea como colorante de contraste una solución de permanganato de potasio o de naranja de acridina. COLORACIONES NEGATIVAS Son coloraciones que se emplean fundamentalmente para la observación de estructuras bacterianas que se tiñen con dificultad con otros métodos. Se fundamenta en hacer resaltar las células sin teñir, sobre un fondo teñido; para lograrlo se utiliza tinta china o colorantes ácidos (ejemplo: la nigrosina). COLORACIONES PARA DEMOSTRAR ESTRUCTURAS DE LOS MICROORGANISMOS Coloración de cápsulas Los métodos más usados para poner de manifiesto las cápsulas bacterianas son las coloraciones negativas o sus modificaciones. Un método de tinción de la cápsula es el que trata las bacterias con una solución caliente de cristal violeta seguido por un lavado con solución de sulfato de cobre, con el fin de remover el exceso de colorante, ya que el lavado con agua disolvería la cápsula. El sulfato de cobre también imparte color al fondo. A la observación microscópica, la célula y el fondo aparecen teñidos en color azul oscuro y la cápsula de color azul pálido. La coloración de Anthony-Hiss emplea las mismas soluciones colorantes antes descritas, pero en el momento de realizar el frotis, los microorganismos se suspenden en un líquido proteico (leche, suero). Después de la aplicación de los colorantes, el cristal violeta se fija a la proteína y destaca la cápsula de la célula; el sulfato de cobre tiñe la cápsula. Coloración de flagelos Cuando los flagelos se tratan con suspensiones coloidales inestables de sales de ácido tánico, pueden ponerse de manifiesto y conocerse su disposición en la célula. El fundamento del método está dado por la formación de un grueso precipitado que se deposita sobre la pared celular y los flagelos, aumentando el diámetro de los mismos, de manera tal que al aplicar fucsina básica se hacen visibles en el microspio óptico (coloración de Leifson). El método de Leifson fue modificado por Ryu y utiliza el cristal violeta en lugar de la fucsina, que hace más estables los reactivos a la temperatura ambiente. Otro método para la coloración de estas estructuras es la coloración con plata, que emplea, entre otras, una solución de nitrato de plata y aplicación de calor. Los flagelos se visualizan al microscopio como líneas oscuras. En los casos de bacterias con muchos flagelos, se pueden agrupar en haces durante el movimiento y es posible observarlos al estudiar la célula viva mediante la microscopia de campo oscuro o de contraste de fases. 26 Microscopía y coloraciones Coloración de esporas En observaciones microscópicas de preparaciones de bacterias sin teñir, las esporas se observan como cuerpos refringentes intracelulares y si las células bacterianas están teñidas con los métodos habituales, se aprecian como zonas incoloras en su interior. Para la tinción de las esporas, habitualmente se utiliza el carbolfucsina o el verde de malaquita. El primero, en el método de Ziehl-Neelsen ya descrito, y el segundo, en el método de Schaeffer-Fulton. En el método de Moeller se aplican los mismos colorantes que en el procedimiento de Ziehl-Neelsen, pero se fija el frotis con alcohol absoluto y cloroformo. Por la impermeabilidad de la pared de la espora se requiere calentar la preparación con el fin de que el colorante penetre. Al emplear suficiente cantidad de alcohol que permita la decoloración de la célula vegetativa, la impermeabilidad de la pared no permite la decoloración de la espora. En los métodos de tinción de las esporas antes señalados, se utilizan colorantes de contraste para la célula vegetativa. Cuando teñimos la espora con verde de malaquita, utilizamos safranina como colorante de contraste; y cuando la espora se tiñe con carbolfucsina, la célula vegetativa se tiñe con azul de metileno. Coloraciones de gránulos metacromáticos Los gránulos de volutina en el interior del citoplasma bacteriano, constituyen una fuente de adenosina trifosfato (ATP) y tienen la característica de ser gránulos metacromáticos, o sea, que aparecen teñidos de diferente color al resto de la célula. Se tiñen intensamente con los colorantes de anilina. Se han descrito diferentes métodos de coloración para ponerlos de manifiesto, entre ellos: la coloración de Albert, la modificación de Christensen, la coloración de Neisser y las coloraciones de azul de metileno para gránulos y bacterias, así como la coloración con azul de metileno alcalino. Coloración de núcleo Los núcleos se pueden teñir con los colorantes específicos para ADN. Ejemplo: coloración de Feulgen. OTRAS COLORACIONES UTILIZADAS EN MICROBIOLOGÍA Y PARASITOLOGÍA MÉDICAS Los métodos citados a continuación y otros, serán tratados en los capítulos correspondientes a cada uno de los microorganismos: En bacteriología Naranja de acridina. Se emplea para distinguir entre las bacterias y las células humanas, como en el caso de la sangre y el líquido cefalorraquídeo. También puede usarse para la tinción de Mycoplasma sp. y de algunos parásitos. Coloración de Brown-Hopes-Gram. Recomendada para distinguir bacterias en cortes de tejidos. Coloración de Warthin-Stary. Se emplea para la observación de espiroquetas y en la tinción de biopsias de tejidos para la detección de rickettsias. Coloraciones de Giemsa, Machiavello y Castañeda. Permiten la detección de rickettsias con el empleo del microscopio luminoso. Las clamidias, que tienen propiedades tintoriales similares a las rickettsias, son detectadas mediante las coloraciones de Giemsa y Machiavello. 27 Microbiología y Parasitología Médicas En micología Lactofenol azul de algodón. Para la detección de elementos de los hongos. Coloración de Schiff. Ácido periódico, de gran aplicación en la detección de células levaduriformes y de hifas de hongos en tejidos. Coloraciones de Giemsa y de Wright. Muy usadas para la identificación de Histoplasma capsulatum. Coloración rápida de Gomori (metenamina-nitrato de plata). Se emplea en la observación de hongos. De gran utilidad en la histopatología de las lesiones producidas por hongos (ejemplo: micetomas) y en la detección de Pneumocystis carinii. El empleo del fluorocromo calcoflúor blanco facilita la visualización de estructuras fúngicas al ser observadas al microscopio de fluorescencia. De gran utilidad en la detección de Pneumocystis carinii. En parasitología La modificación de Wheatley de la coloración tricrómica de Gomori y el uso de hematoxilina férrica en el examen de las heces fecales; las coloraciones de Giemsa, de Wright, de Field, de Leishman y de hematoxilina de Delafield, en la detección de parásitos de la sangre. En virología Inmunofluorescencia directa e indirecta y coloraciones para la detección de cuerpos de inclusión que, por lo general, muestran afinidad por los colorantes ácidos como la eosina. RESUMEN Se describen diferentes tipos de técnicas microscópicas ópticas y electrónicas, indicando sus ventajas y limitaciones, señalando su aplicación en los laboratorios de microbiología y parasitología médicas. Se presentan consideraciones generales sobre los métodos de coloración de los microorganismos y los colorantes más usados. Se analiza la utilidad de diferentes métodos de coloraciones empleados en los laboratorios de microbiología y parasitología médicas, con énfasis en fundamentos, usos y modificaciones. BIBLIOGRAFÍA Black JG. Microbiology. Principles and Applications. 3ra ed. Chap. 3. New Jersey, EUA: Prentice-Hall International, 1996:74-107. Clarridge JE, Mullins JM. Microscopy and Staining. In: Howard BJ, Keiser JF, Smith TF, Weissfeld AS, Tilton RC. Clinical and Pathogenic Microbiology. 2nd ed. Part I. Chap. 6. St. Louis MO. EUA: Mosby-Year Book, Inc, 1994:101-15. Douglas SD. Microscopia. En: Lennette EH, Balows A, Hausleer WJ (h), Truant JP (eds.). Microbiología clínica. 3ra ed. en español. Cap. 2. Cuba: Ed. Científico-Técnica, 1982:26-33. Jaulmes Ch, Jude A, Quérangal J, Delga J. Práctica de laboratorio. ed. en español. Cap. I. España: TorayMasson SA; 1968:11-22. Morse SA. 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Las células vivas pueden ser clasificadas como eucarióticas o procarióticas, con algunas estructuras similares y otras que las diferencian. Entre las semejanzas podemos citar que ambas poseen membrana celular o membrana citoplasmática y ADN para la codificación de sus informaciones genéticas. Las características que difieren hacen a la célula procariótica mucho más simple que la eucariótica, en cualquier nivel estructural, excepto en la pared celular que es mucho más compleja. Las bacterias constituyen el prototipo de los procariotas, e iniciaremos este capítulo con el estudio de la estructura celular bacteriana y sus funciones. CÉLULA PROCARIÓTICA La célula bacteriana (procariótica) está estructurada de la siguiente manera: la membrana celular rodeada de una pared celular; hacia el interior de la célula un citoplasma con ribosomas y una región nuclear (nucleoide); y la presencia, en algunos casos, de gránulos, vesículas o ambos. Como estructuras externas podemos mencionar los flagelos, las fimbrias y la cápsula. PARED CELULAR De manera general, las bacterias se desarrollan en medios hipotónicos y debido a la fragilidad de la membrana citoplasmática correrían el riesgo de la lisis celular si no fuera por la presencia de una pared celular rígida, siendo, por lo tanto, la protección osmótica, una de sus funciones. Esta pared es también la responsable del mantenimiento de la forma de las bacterias y del comportamiento de las mismas frente a la coloración de Gram. 29 Microbiología y Parasitología Médicas Desempeña, además, un papel importante en la división celular e interviene en su propia biosíntesis. Diferentes capas de la pared celular son sitios de determinantes antigénicos de la superficie bacteriana. Está constituida por: 1. Peptidoglucano (mucopéptido o mureína). Es un heteropolímero rígido e insoluble en agua, constituido por un soporte formado por N-acetilglucosamina y ácido N-acetil-murámico alternantes, con cadenas laterales tetrapeptídicas idénticas, fijadas al ácido N-acetil-murámico y un conjunto de puentes peptídicos transversos idénticos. El soporte es el mismo en todas las especies bacterianas, pero las cadenas tetrapeptídicas laterales y los puentes peptídicos transversos varían entre las especies bacterianas. Como se ha dicho anteriormente, las paredes de las bacterias grampositivas y gramnegativas son diferentes química y ultraestructuralmente. 2. Además del peptidoglucano, constituyente universal de los procariotas, otras macromoléculas intervienen en la arquitectura de las bacterias grampositivas. Contienen considerables cantidades de ácidos teicoicos que son polímeros solubles en agua, constituidos por residuos de ribitol o glicerol unidos por enlaces fosfodiésteres. La mayor parte del ácido teicoico se encuentra entre la membrana citoplasmática y la envoltura del peptidoglucano. Fijan el ion magnesio e intervienen en el suministro de este ion a la célula. Una pequeña cantidad de ácidos teicoicos que contienen glicerol, está unida a glucolípidos de la capa exterior de la membrana citoplasmática de la bacteria y se denominan ácidos lipoteicoicos, los cuales atraviesan la pared celular y constituyen antígenos de superficie de las especies bacterianas que los poseen. Se comportan, además, como sitios receptores de los fagos de las bacterias grampositivas. Debido al hallazgo de azúcares neutros en las paredes de ciertas especies de bacterias grampositivas, se ha pensado que ellos se encuentren como subunidades de polisacáridos o formen parte de los ácidos teicoicos, pues se ha descubierto que estos pueden contener numerosos azúcares. Al producirse la remoción de las paredes de las bacterias grampositivas (mediante hidrólisis con lisozima o mediante la inhibición de la síntesis del peptidoglucano), y encontrándose en medios osmóticos protectores, se da paso a la formación de los protoplastos. Las paredes de las bacterias gramnegativas son más finas pero más complejas que las paredes de las grampositivas. Presentan por fuera del peptidoglucano las siguientes estructuras: lipoproteína, membrana exterior (constituida por un conjunto de proteínas específicas empotradas en una matriz de fosfolípidos) y lipopolisacáridos. Las moléculas de lipoproteína de la pared bacteriana fueron descritas por primera vez por Braun, en cepas de Escherichia coli, por lo cual se les denomina lipoproteínas de Braun. Tienen un alto peso molecular (P.M. de 7 800 Da) y existen en elevado número en la célula. Entrecruzan la membrana exterior con las envolturas del peptidoglucano. Su principal función es estructural, estabilizadora de la arquitectura de la envoltura bacteriana. La membrana exterior es una doble capa de fosfolípidos en la cual una parte de estos, pertenecientes a la capa más externa, han sido sustituidos por moléculas de lipopolisacáridos. La membrana exterior tiene una composición fosfolipídica semejante a la de la membrana citoplasmática. La membrana exterior de las bacterias gramnegativas contiene una gran cantidad de proteínas, siendo las más significativas: porinas, proteínas OmpA, proteínas que participan en la difusión de compuestos a través de la membrana exterior y enzimas (fosfolipasa A, proteasas). Las porinas llevan esta denominación porque se organizan en los poros o canales hidrofílicos y permiten el paso a través de la membrana exterior de las bacterias esféricas a compuestos hidrofílicos con P.M. inferior a 600-650 Da. Otro grupo de proteínas formadoras de poros, por ejemplo: LamB y Tsx, muestran gran especificidad; la primera es la receptora para el bacteriófago lambda y la segunda, para el 30 Características de las células procarióticas y eucarióticas bacteriófago T6, a la vez que intervienen en la difusión de determinadas sustancias a través de la membrana. Un grupo de proteínas mayores no porínicas (ejemplo: OmpA), cuyos monómeros tienen un P.M. de 35 000 Da, participa en la fijación de la membrana externa a la capa de peptigoglucano y se comportan como receptoras del pili sexual en la conjugación bacteriana mediada por el pili F. La membrana exterior contiene también las denominadas proteínas menores, las cuales poseen diferentes funciones, tales como el transporte de pequeñas moléculas como la vitamina B12 y los sideróforos con hemosiderina. Además de las funciones antes señaladas para las proteínas de la membrana exterior, se señala que participan también en la replicación del ADN y en la división celular. Debido al hecho de servir como barreras a la difusión de moléculas grandes, se le atribuye en parte la gran resistencia de las bacterias gramnegativas a muchos antibióticos. Los lipopolisacáridos (LPS) constituyen la molécula más característica de las bacterias gramnegativas y son la principal endotoxina bacteriana, considerados así por su alta toxicidad para los animales y por estar firmemente unidos a la superficie celular, siendo sólo liberados cuando las células son lisadas. Consisten en un complejo lipídico denominado lípido A, al cual se fija un polisacárido constituido por un centro y una serie terminal de unidades repetidoras. El LPS está fijado a la membrana exterior por enlaces hidrófobos. La toxicidad está fundamentalmente ligada al lípido A y el polisacárido representa un antígeno de superficie. Si la remoción de las paredes celulares señaladas para las bacterias grampositivas se llevara a cabo en las bacterias gramnegativas, se formarían los esferoplastos, que retienen la membrana externa de estas células. Aunque en la actualidad hay una tendencia a denominar protoplastos a todas las células procarióticas mantenidas en un medio osmóticamente protegido, después de una remoción completa de la pared celular; y esferoplastos cuando resultan de una remoción parcial de la pared celular. Si los esferoplastos y los protoplastos bacterianos son capaces de crecer y dividirse, se denominan formas L (Lister), las cuales son difíciles de cultivar y requieren de medios sólidos que tengan la presión osmótica debida. Algunas formas L son capaces de revertir a su ancestro bacteriano después de eliminar el estímulo inductor, sin embargo, otras son estables y no revierten. Algunas formas L se producen espontáneamente. La formación de estas formas L tiene gran importancia en microbiología médica, pues pueden producir infecciones crónicas al ser secuestrados los microorganismos en regiones protectoras del organismo humano, así como la producción de recaídas por la reversión a la forma bacteriana ancestral. Se presentan, además, problemas en la quimioterapia, al hacerse resistentes a algunos tratamientos con quimioterapéuticos cuyos mecanismos de acción recaen sobre la pared del microorganismo. MEMBRANA CITOPLÁSMICA Esta estructura bacteriana, también conocida como membrana celular, rodea al citoplasma y es, por lo tanto, una barrera entre el exterior y el interior de la célula. Con una espesura de 5-10 nm, su estructura es similar a la que presentan las membranas de todas las células vivas; está constituida por una doble capa de fosfolípidos donde se insertan proteínas y se asocian proteínas periféricas. Las membranas de los procariotas se diferencian de las membranas de las células eucarióticas por la ausencia de esteroles, salvo en los micoplasmas, los cuales los incorporan a sus membranas al crecer en medios ricos en esteroles. La principal función de la membrana celular es regular el movimiento de material hacia el interior y el exterior de la célula mediante los mecanismos de permeabilidad selectiva, generalmente permeable a moléculas lipófilas e impermeable a moléculas hidrófilas. Por medio del transporte activo de solutos también realiza esta función reguladora. Los sistemas enzimáticos presentes facilitan la difusión pasiva de solutos específicos y a la vez catalizan el transporte activo. Las invaginaciones de la membrana citoplásmica denominadas mesosomas son estructuras especializadas, de los cuales se describen dos tipos con diversas funciones: los 31 Microbiología y Parasitología Médicas mesosomas de tabique, que funcionan en la formación de paredes transversas durante la división celular; y los mesosomas laterales, donde los citocromos y otras enzimas de la cadena respiratoria se encuentran concentrados. Se puede señalar, por lo tanto, como función importante de la membrana citoplásmica de los procariotas, el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. La membrana citoplásmica procariótica lleva a cabo, también, funciones de biosíntesis (síntesis de la pared celular) y de sistemas quimiotácticos. Las zonas de adhesión de las membranas constituyen receptores de los fagos y una vía de entrada de compuestos que la célula bacteriana utilizará en su metabolismo. ESTRUCTURAS EXTERNAS Cápsula y estructuras análogas Algunas especies bacterianas son capaces de sintetizar grandes cantidades de polímeros extracelulares, los cuales forman un condensado organizado, en forma de capa bien definida que rodea a la pared celular, nombrado cápsula. Esta estructura es, generalmente, de naturaleza polisacárida, pero puede estar constituida por polipéptidos, como aparece en los Bacillus anthracis. Las bacterias capsuladas son a menudo más virulentas para el hombre dadas las propiedades antifagocitarias de las cápsulas, salvo cuando estas están recubiertas de anticuerpos anticapsulares y, además, más protegidas contra la desecación. Cuando los polímeros forman una maraña de fibras que se extiende fuera de la célula, se denomina glicocálix y tiene un papel importante en la adherencia de la bacteria a otras superficies celulares, incluyendo las células de sus hospederos. Los polímeros pueden presentarse en masas no organizadas, como una estructura difusa de superficie, que aparentemente están separados de las células, pero pueden atraparlas; por lo general son más finos que la cápsula y se les llama “envoltura mucoide” (slime layer). Su función es aún motivo de discusión, pero diferentes autores le atribuyen un mecanismo protector contra la desecación de la célula, que contribuye a acercar nutrientes a esta y algunas veces adhiere las bacterias a otras estructuras que se encuentran en su medio. Flagelos Una gran parte de las bacterias conocidas son móviles y en la mayoría de estas, dicha función está dada por la presencia de unos apéndices filiformes, de origen endocelular, que se proyectan hacia el exterior de la célula y se denominan flagelos. Los flagelos bacterianos miden de 12 a 30 nm de diámetro y están constituidos por subunidades proteicas denominadas flagelina que se autoorganizan por asociación y forman la estructura flagelar hueca. El flagelo se inserta en el cuerpo de la bacteria mediante una estructura que presenta un gancho y un cuerpo basal, el cual porta una serie de anillos. En el caso de las bacterias gramnegativas, un par de anillos se localiza en la membrana celular y otro par en la pared celular. Las bacterias grampositivas presentan un anillo en la membrana celular y otro en la pared bacteriana. La disposición de los flagelos en la célula bacteriana tiene un significado taxonómico y se denominan: bacterias monótricas, cuando presentan un solo flagelo polar; lofótricas, cuando poseen mechones de flagelos polares; y perítricas, cuando la ubicación de los flagelos es alrededor de toda la célula. Algunos autores llaman anfítricas a aquellas bacterias que presentan un flagelo en cada extremidad de la célula. Se han descrito otros procesos de locomoción bacteriana, entre los que podemos citar: el movimiento de las espiroquetas debido a la contractura de un conjunto de fibras situadas en el periplasma bacteriano y denominado filamento axial. Se han descrito también movimientos originados en las bacterias por la propiedad de la quimiotaxis y de la fototaxis. 32 Características de las células procarióticas y eucarióticas Existen algunos movimientos bacterianos, no bien esclarecidos, como es el movimiento deslizante que producen las mixobacterias y las cianobacterias en medios de cultivo sólidos. Pili o fimbrias Son apéndices rígidos de la superficie bacteriana, más cortos y finos que los flagelos bacterianos. Están constituidos por subunidades proteicas denominadas pilina. Se diferencian dos tipos de pili: el pili sexual, que media en el contacto entre bacterias de “sexos” diferentes, F+ y F−, y permite, durante el proceso de recombinación genética denominado conjugación, la aproximación de las dos células. El otro tipo de pili (adhesinas) es el que interviene en la adherencia de la célula bacteriana a las células del hospedero, las cuales al reconocer receptores celulares de superficie, facilitan la colonización e infección de las mucosas y epitelios. Actualmente se describen antígenos de superficie situados en los pili de diferentes especies bacterianas. ESTRUCTURAS INTERNAS Citoplasma Debido a que las células procarióticas tienen muy pocas estructuras internas claramente definidas, tales como cromosoma y algunos ribosomas, la mayor parte del contenido celular situado en el interior de la membrana celular está constituido por una sustancia semifluida denominada citoplasma. El citoplasma tiene un alto contenido en agua y diversas sustancias (enzimas, carbohidratos, lípidos, otras proteínas y sustancias inorgánicas) suspendidas en ella. Diferentes reacciones químicas, anabólicas y metabólicas tienen lugar en el citoplasma bacteriano. Nucleoide Como ya hemos señalado, una de las características de la célula procariótica es la ausencia de un núcleo verdadero, encontrándose en su lugar el nucleoide o región nuclear, que es la zona de la célula donde se halla el material genético (ADN). Es característica la ausencia de membrana nuclear y de aparato mitótico. La región nuclear está llena de fibrillas de ADN, el cual aparece enroscado alrededor de un centro de ARN que sirve para sostenerlo en su forma compacta. Puede considerarse como un cromosoma único, de aproximadamente 1 mm de longitud cuando está desenrollado. Algunas bacterias contienen también pequeñas moléculas circulares de ADN, extracromosómicas, denominadas plásmidos. Ribosomas Son estructuras compuestas de ácido ribonucleico (ARN) y proteínas, con un diámetro aproximado de 20 nm, muy abundantes y dispersas por el citoplasma celular. Los ribosomas son centros activos para la síntesis de proteínas. A veces aparecen agrupados en largas cadenas y se nombran polirribosomas. Los tamaños relativos de los ribosomas y de sus dos subunidades constitutivas se determinan por sus coeficientes de sedimentación, expresados en términos de unidades Svedberg (S). Los ribosomas bacterianos, que son menores que los de las células eucarióticas, poseen un coeficiente de 70 S y sus subunidades tienen coeficientes de 50 S y de 30 S. 33 Microbiología y Parasitología Médicas OTRAS ESTRUCTURAS CITOPLÁSMICAS En los organismos fotosintéticos, los pigmentos correspondientes a la fotosíntesis se encuentran en laminillas por debajo de la membrana celular. En algunas bacterias fotosintéticas las laminillas se vuelven contorneadas y se presentan en forma de vesículas o de sistemas de membranas yuxtapuestas, ricas en los pigmentos fotosintéticos y denominados cromatóforos. Con frecuencia, las bacterias almacenan material de reserva en forma de gránulos citoplásmicos, que se depositan como polímeros neutrales y osmóticamente inertes. Entre estas sustancias podemos citar: gránulos de volutina (gránulos metacromáticos), de azufre, de glucógeno y lipídicos. La presencia y la cantidad de estos gránulos varían con el tipo de bacteria y con su actividad metabólica. Endosporas Las bacterias pertenecientes a algunos géneros (Bacillus, Clostridium, Sporosarcina) son capaces de formar endosporas, en respuesta a condiciones desfavorables del medio, tales como: depauperación nutricional, desecación, agentes físicos y químicos con acción antibacteriana, etcétera. Las esporas son visibles por microscopias óptica y electrónica (ver Capítulo 4). En el proceso de esporulación se hace posible la modificación morfológica de la célula vegetativa en espora, que presenta estructuras muy complejas y son capaces de sobrevivir largos períodos en condiciones adversas del medio. El proceso de esporulación implica una invaginación de la membrana celular para producir una estructura de doble membrana cuya superficie externa corresponde a la de síntesis de la pared celular. Las membranas comienzan una síntesis activa de las capas: la pared de la espora (peptidoglucano) y la corteza (tipo especial de peptidoglucano), que se hallan entre las membranas; la capa (proteína similar a la queratina) y el exosporio (lipoproteína de la membrana), que se encuentran fuera de las membranas. El centro es el protoplasto de la espora, el cual contiene cromosoma, los componentes del aparato sintetizador de proteínas y un sistema generador de energía. Se plantea que la termorresistencia de las endosporas bacterianas sea debido a su estado de deshidratación y a la presencia de ácido dipicolínico (ADP), que se encuentra constituyendo el 5-15 % del peso específico de la espora, en forma de dipicolinato cálcico. Las endosporas bacterianas preservan el material genético de la célula que las originó, pudiendo dar origen, en condiciones adecuadas, a las células vegetativas, proceso conocido por germinación. El proceso se lleva a cabo en tres etapas: activación, iniciación y excrecencia. Esta última requiere de la presencia de fuentes de abasto de los nutrientes indispensables para el desarrollo celular. CÉLULA EUCARIÓTICA Las células eucarióticas, mayores y estructuralmente más complejas que las procarióticas, existen como organismos unicelulares o como constituyentes de organismos multicelulares. Entre dichos seres unicelulares se encuentran algunos simples, como son las levaduras; y otros más complejos, como los protozoarios. Las células eucarióticas constituyen la unidad básica estructural de los reinos Protista, Vegetal, Hongo y Animal. PARED CELULAR En muchos de los organismos cuya estructura celular es eucariótica, la membrana celular o citoplásmica se halla rodeada de una pared celular, como se presenta en las células de los hongos, algas y plantas. La pared está ausente en la mayoría de los protozoarios y en todas las células de los mamíferos. 34 Características de las células procarióticas y eucarióticas La pared de la célula eucariótica está formada, principalmente, por polisacáridos (por ejemplo, celulosa en las plantas y quitina y glucano en los hongos). Otras pueden estar constituidas por sustancias inorgánicas como es la pared de sílice en las diatomeas. MEMBRANA CELULAR Esta membrana que recubre al citoplasma y a su contenido, y que es capaz de mantener el intercambio con el medio exterior, tiene un mosaico estructural similar al de la célula procariótica (fosfolípidos y proteínas), aunque difiere por su abundante y variado contenido lipídico. La membrana eucariótica contiene esteroles. En el caso de los mamíferos, las membranas poseen una gran cantidad de colesterol que contribuye a una mayor estabilidad estructural y a una menor permeabilidad a pequeñas moléculas hidrosolubles. En los hongos, la membrana es rica en ergosterol. FLAGELOS Son más grandes y complejos que los flagelos de los procariotas; consisten en nueve pares de microtúbulos periféricos, formados por la proteína tubulina. Asociadas a cada par de microtúbulos periféricos se encuentran pequeñas moléculas de proteína denominadas dineína. Los flagelos son órganos de locomoción de estas células y se mueven en forma de látigo. Son más frecuentes entre los protozoarios, pero pueden también hallarse en algas. La mayoría de los eucariotas flagelados tienen un flagelo, pero pudieran presentar dos o más. CILIOS Los cilios son más cortos y numerosos que los flagelos, pero con estructura y composición química iguales. Se encuentran fundamentalmente en protozoos que pueden llegar a poseer hasta 10 000 o más cilios distribuidos sobre la superficie celular. PSEUDÓPODOS Son proyecciones del citoplasma celular que están asociadas a los movimientos ameboideos. Este movimiento sólo es posible en las células carentes de pared. NÚCLEO Es la presencia de un núcleo en la célula eucariótica lo que marca una diferencia fundamental entre estas y las células procarióticas. El núcleo está constituido por una membrana nuclear con poros nucleares, nucleoplasma, nucleolo y cromosomas pareados. La membrana nuclear está formada por dos membranas concéntricas, una externa en contacto con el citoplasma, y una interna en contacto con el núcleo. Ambas membranas delimitan la cisterna perinuclear. Las membranas están perforadas por poros, a través de los cuales se transportan moléculas del núcleo para el citoplasma (por ejemplo, ARN mensajero, ARN ribosomal) y del citoplasma para el núcleo (como las enzimas necesarias para la replicación de ADN y síntesis de ARN). Hacia el interior del núcleo y a continuación de la membrana nuclear interna existe una red filamentosa denominada lámina nuclear, la cual sirve de soporte a la estructura proteica de los poros. ESTRUCTURAS CITOPLÁSMICAS El citoplasma de las células eucarióticas se caracteriza por la presencia de un retículo endoplásmico, vacuolas, plástidas y un citoesqueleto. 35 Microbiología y Parasitología Médicas El retículo endoplásmico está constituido por una red de canales limitados por membranas. Una parte de estos canales están recubiertos por ribosomas y se denomina retículo endoplásmico rugoso, el cual se encarga de la síntesis de proteínas que generalmente son secretadas por la célula. Otra parte, denominada retículo endoplásmico liso, contiene enzimas que sintetizan lípidos, especialmente aquellos que se usan en la elaboración de membranas; contiene también proteínas de transporte del calcio y enzimas que degradan drogas y otros componentes tóxicos al organismo, así como las que sintetizan hormonas esteroideas a partir del colesterol. Las proteínas desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de las células eucarióticas. Parte de las proteínas celulares son sintetizadas por los ribosomas, los cuales son mayores que en las células procarióticas. Están constituidos por un 60 % de ARN y un 40 % de proteínas. Tienen un coeficiente de sedimentación de 80 S y sus subunidades poseen coeficientes de 60 S y 40 S. Las proteínas que se usan por la célula son elaboradas por los ribosomas que se encuentran libres en su citoplasma. El aparato de Golgi está constituido por una serie de canales rodeados de vesículas. Continuamente se liberan vesículas y se fusionan las del aparato de Golgi y las del sistema retículo endoplásmico rugoso, con los correspondientes transportes de proteínas. Al atravesar el aparato de Golgi, las proteínas sufren una serie de modificaciones en sus estructuras, siendo, por tanto, un lugar del interior de la célula eucariótica donde se producen glucoproteínas. Las plástidas contienen su propio ADN, el cual cifra algunas de sus proteínas y algunos ARN de transferencia. Las plástidas incluyen a las mitocondrias y los cloroplastos. Las mitocondrias son estructuras complejas con una doble membrana, una externa y otra interna, con un contenido interior (matriz). En sus membranas contienen el sistema respiratorio de transporte de electrones. Los cloroplastos están presentes en los organismos que realizan fotosíntesis. Otras estructuras citoplásmicas de las células eucarióticas son: lisosomas, peroxisomas y vacuolas; las dos primeras contienen enzimas y la tercera almacena material para ser usado como energía. La plasticidad, la flexibilidad y la motilidad características de la célula eucariótica se deben a la presencia de una estructura proteica formada de microtúbulos y de microfilamentos, denominada citoesqueleto. Esta estructura representa un paso fundamental en la evolución de las células procarióticas a eucarióticas. RESUMEN Las células procarióticas y eucarióticas tienen membranas que delimitan la célula viva y ambas contienen información genética guardada en ADN. Las procarióticas poseen una pared celular con una estructura más compleja, con diferencias entre las bacterias grampositivas y las gramnegativas. Se describe la composición química y las funciones principales de las estructuras de las células procarióticas y eucarióticas. BIBLIOGRAFÍA Black JG. Microbiology. Principles and Applications. 3rd ed. New Jersey, EUA: Prentice-Hall Inc. Simon and Shuster, 1996:74-107. Fonseca MC, Ferreira JFD. Características Morfológicas e Ultraestructurais dos Microrganismos Eucariotas. En: Canas WF, Sousa JCF. Microbiología. Vol. I. Cap. 4. Lisboa, Portugal: Lidel-Ediçoes Técnicas; 1998:53-70. Hancock REW. Bacterial outer membranes: envolving concepts. ASM News; 57(4):175-82. Koch AI. Growth and form of the bacterial cell wall. Amer Scientist 1990.78(4)(July-August):327-42. Morse SA. Estructura celular. En: Brooks GF, Butel JS, Ornston LN, Jawetz E, Melnick JL, Adelberg EA. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. en español. Cap. 2. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996:9-39. Parente AM, Sousa JCF. Características Morfológicas e Ultraestructurais dos Microrganismos Procariotas. En: Canas WF, Sousa JCF. Microbiología. Vol. I. Cap. 3. Lisboa, Portugal: Lidel-Ediçoes Técnicas, 1998:19-52. 36 Metabolismo microbiano Metabolismo microbiano Raquel de los A. Junco Díaz Carlos M. Rodríguez Pérez INTRODUCCIÓN El crecimiento microbiano requiere la formación de estructuras bioquímicas complejas como proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos a partir de elementos preformados en el medio de crecimiento o ser sintetizados por la propia célula; a su vez, este crecimiento necesita de una fuente de energía para ser llevado a efecto; todo este proceso se designa con el nombre de metabolismo, que se define como todas las transformaciones químicas que ocurren en una célula. Cuando este va dirigido a la síntesis de macromoléculas se le nombra biosíntesis o anabolismo, el cual requiere de un aporte de energía que proviene del metabolismo degradativo o catabolismo; la forma química usual en que se encuentra la energía es el adenosín-trifosfato (ATP), el cual es generado por diversos mecanismos como la fotosíntesis y a partir de compuestos inorgánicos y orgánicos. Estos elementos constitutivos o macromoléculas tienen su génesis en unos pocos precursores denominados metabolitos focales: glucosa-6-fosfato, fosfoenolpiruvato, oxalacetato y α-cetoglutarato, estos se interrelacionan y originan compuestos intermediarios: fosfatos de azúcares, piruvato, acetil CoA, aspartato, glutamato, etc.; y productos terminales como: aminoácidos, bases pirimidínicas, polisacáridos, lípidos, entre otros (Fig. 6.1). La formación de una macromolécula se produce por los siguientes mecanismos: 1. Dirigidos por una plantilla: ADN y proteínas. a) ADN: sirve como modelo para la autorreplicación y formación de los ARN (mensajero, ribosomal y de transferencia). b) Proteínas: el ARNm sirve de modelo para la síntesis de proteínas. 2. Dirigidos por enzimas: lípidos y carbohidratos. Estos elementos se autoensamblan y originan diversas estructuras celulares como: ribosomas, pared celular, flagelos, membranas, etcétera. Es necesario que todo el proceso anterior (biosíntesis) sea regulado en su velocidad y actividad de las vías para que resulte equilibrado. El metabolismo es un complejo proceso donde pueden utilizarse diversas vías o rutas para asimilarse un compuesto simple y una sola de ellas puede poseer varios mecanismos de control. 37 Microbiología y Parasitología Médicas Piruvato Oxalacetato Ácido aspártico -cetoisovalerato Alanina Valina -cetoisocaproato Leucina Ácido diaminopimélico * Treonina Lisina Homoserina Metionina Isoleucina -cetoglutarato ** Ácido glutámico 3-fosfoglicerato Lisina Serina + Indoglicerofosfato Semialdehído glutámico Glicina Prolina Cisteína Triptófano Arginina Cistina Fig. 6.1. Familias biosintéticas de aminoácidos. * ** En bacterias. En hongos . METABOLISMO DEGRADATIVO Todas las rutas biosintéticas requieren la participación de ATP, que dona grupos fosfatos a diversos intermediarios metabólicos convirtiéndolos en formas activadas, y también enlaces ricos en energía; aunque existen otros compuestos con enlaces de alta energía que son utilizados en ciertas vías como: 1. Guanina-trifosfato (GTP). 2. Uridina-trifosfato (UTP). 3. Citidina-trifosfato (CTP). 4. Acetil coenzima A (Acetil CoA). GENERACIÓN DEL ATP El ATP es generado por los siguientes mecanismos que tienen lugar a nivel de membranas: 1. Fosforilación a nivel de sustrato. 2. Transporte de electrones. MODOS DE METABOLISMO GENERADOR DE ATP 1. Oxidación biológica: a) Fermentación: exclusiva de bacterias. b)Respiración: exclusiva de bacterias y tres géneros de hongos. 2. Fotosíntesis. Fermentación Proceso metabólico generador de ATP en el que compuestos orgánicos sirven tanto de donadores (oxidación) como de aceptores de electrones (reducción) (Cuadro 6.1). Los 38 Metabolismo microbiano principales sustratos de la fermentación son los carbohidratos, aunque las bacterias pueden utilizar también ácidos orgánicos, aminoácidos, purinas y pirimidinas. Cuadro. 6.1 . Patrones de reacciones de oxidorreducción suministradoras de energía utilizadas por las bacterias Donador de H2 Aceptor de H 2 O2 (respiración anaerobia) Sustancias inorgánicas Sustancias NO3 , SO4 , fumarato (respiración anaerobia) I. Respiración aerobia II. Respiración anaerobia de de sustancias inorgánicas sustancias inorgánicas Ej.: (Nitrosomonas) Ej.: (Thiobacillus denitrificans) NH3 → NO 2 S → SO4 O2 → H2O NO 3→ N2 III. Respiración aerobia IV. Respiración anaerobia de de sustancias orgánicas sustancias orgánicas Ej.: (Muchos organismos) Ej.: (Desulfovibrio) Glucosa → CO2 Ácido láctico → CO 2 O2 → H2O SO4 → H2S Compuestos orgánicos (fermentación) (Ninguno) V. Fermentación de or sustancias orgánicas Ej.: (Streptococcus) -4H Glucosa → 2-piruvato + 4H 2 ácido láctico Tomado de: Jawetz, E y cols.: Manual de Microbiología Médica. 14ta ed., 1981. La fosforilación a nivel de sustrato es el único modo posible de formación de ATP como resultado de una fermentación, la cual puede ser realizada por los siguientes grupos de microorganismos: 1. Anaerobios estrictos. 2. Facultativos. 3. Anaerobios aerotolerantes. En los dos primeros, la presencia de oxígeno modifica el metabolismo generador de ATP; en el tercero esto no ocurre. Respiración Proceso metabólico generador de ATP en el que tanto compuestos orgánicos (organismos heterótrofos) como inorgánicos (litótrofos, exclusivo de las bacterias) sirven para donar electrones, y para aceptar los mismos, sólo los inorgánicos (reducción) (Cuadro 6.2). En el caso de los microorganismos aerobios, el último aceptor es el oxígeno y en los anaerobios, los sulfatos, nitratos y carbonatos; los facultativos pueden generar ATP por fermentación como los anaerobios. La respiración aerobia es la más completa, eficiente y evolucionada; consta de tres etapas fundamentales: 1. Formación de piruvato a partir de azúcares, grasas o proteínas. 2. Ciclo del ácido tricarboxílico. 3. Cadena de transporte de electrones. En todo proceso respiratorio lo más distintivo es la presencia de compuestos que pueden ser oxidados y reducidos de forma reversible, estos forman la cadena de transporte de electrones, donde se forma ATP mediante un mecanismo denominado fosforilación oxidativa. Fotosíntesis Utilización de la luz como fuente de energía. Aquí el ATP es producido por transferencia de energía de la luz absorbida por pigmentos fotosintéticos, análogo a la fosforilación oxidativa. 39 Microbiología y Parasitología Médicas Cuadro. 6.2. Vías de metabolismo de los carbohidratos Vías Vía de Embden-Meyerhof Vía oxidativa directa Descarboxilación del piruvato Ciclo de los ácidos tricarboxílicos (CAT) y su regeneración por la carboxilación del PEP Compuestos intermedios claves generados Glucosa-1-fosfato 3-fosfogliceraldehído Fosfoenolpiruvato (PEP) Piruvato Pentosafosfatos D-eritrosa-4-fosfato Acetil CoA CO2 Oxalacetato α-cetoglutarato CO2 Tomado de: Jawetz E y cols. Manual de Microbiología Médica. 14ta ed., 1981. Los organismos fotosintéticos (plantas, algas, cianobacterias) utilizan el CO2 como fuente de carbono y el hidrógeno como aceptor final, el cual se oxida y se forma agua. Ciertos procariotas fotosintéticos (bacterias rojas y verdes) emplean compuestos inorgánicos como el hidrógeno y el ácido sulfhídrico como aceptor final. VÍAS O RUTAS CATABÓLICAS COMUNES EN EL METABOLISMO FERMENTATIVO Y RESPIRATORIO CON UN METABOLITO INTERMEDIARIO CLAVE: EL ÁCIDO PIRÚVICO 1. Vía de Embden-Meyerhof- Parnas (glucolítica): mecanismo común de fermentación de la glucosa, transforma al fosfato de hexosa en dos triosas y a estos en dos moléculas de piruvato. Esta vía produce un rendimiento neto de dos moles de ATP por mol de glucosa fermentada y forma 2 NADH. Proceso poco eficiente por la cantidad de energía que aún queda en el sustrato. Donantes y aceptores son moléculas orgánicas y en muchas ocasiones son la misma molécula. Para que el NADH sea reoxidado por necesidades celulares, el ácido pirúvico debe reducirse y esto depende de la célula. La fermentación es distintiva de grupo y especie (Cuadro 6.3). 2. Vía de las pentosas-fosfato: cumple dos funciones vitales para el metabolismo: a) Produce la ribosa-5-fosfato para la síntesis de ácidos nucleicos. b)Elabora gran parte de NADPH requerido en la biosíntesis. 3. Vía de Entner-Doudoroff: produce sólo una molécula de fosfato de triosa a partir de la glucosa, por tanto, la producción de energía es baja, sólo un ATP y dos NADH. Las vías 1 y 2 se observan en muchos organismos (procariotas y eucariotas); la 3 se halla restringida a ciertos grupos de procariotas. 4. Ciclo del ácido tricarboxílico: ruta principal de producción de ATP en aerobios. Genera compuestos intermediarios requeridos en rutas biosintéticas. Se oxida una molécula de ácido acético a CO2, se producen tres moléculas de NADH y un par de electrones que entran en la cadena de transporte de electrones (complejos enzimáticos asociados a membranas) independientes del NADH. Esta cadena de transporte de electrones se caracteriza por poseer proteínas con un núcleo de Fe++ (citocromos a, b, c), que permiten el paso de protones de una mólecula a otra; esto es reversible, creándose una diferencia de energía utilizada para la síntesis del ATP; a esto se llama fosforilación oxidativa, finalmente el O2 acepta el H2 y se forma H2O. El paso de electrones de un citocromo a otro se efectúa por la presencia de enzimas 40 Metabolismo microbiano citocromoxidasas y ATPasas. En bacterias, la cadena de electrones es la misma, sólo que la variedad de citocromos y citocromoxidasas es mayor, lo cual permite simultanear varias cadenas; por ello, en condiciones adversas, pueden utilizar la que más le convenga. Cuadro 6.3. Fermentaciones microbianas basadas en la vía de Embden-Meyerhof-Parnas Fermentación Organismos Productos Alcohol etílico Algunos hongos (en especial algunas levaduras) Alcohol etílico, CO2 Ácido láctico (homofermentación) Streptococcus Algunas especies de Lactobacillus Ácido láctico (representa cuando menos 90 % de la fuente energética del carbono) Butilenglicol Enterobacter Aeromonas Bacillus polymyxa Alcohol etílico, acetoína, 2,3–butilenglicol, CO2, ácido láctico, ácido acético, ácido fórmico (ácidos totales = 21 moles) Ácido propiónico Clostridium propionicum Propionibacterium Corynebacterium diphtpheriae Algunas especies de: Neisseria, Veillonella, Micromonospora Ácido propiónico, ácido acético, ácido succínico, CO2 Ácidos mixtos Escherichia Salmonella Shigella Proteus Ácidos: láctico, acético, fórmico, succínico, H2, CO2, alcohol etílico (ácidos totales = 159 moles) Alcohol butílico-ácido butílico Butyribacterium Zymosarcina maxima Algunas especies de Clostridium y Neisseria Alcohol butílico, ácido butírico, acetona, isopropanol, ácido acético, alcohol etílico, H2, CO2 Tomado de: Jawetz E y cols. Manual de Microbiología Médica. 14ta ed., 1981. VÍAS BIOSINTÉTICAS Muchos microorganismos son capaces de asimilar los principales bioelementos (carbono, nitrógeno, azufre, hidrógeno y oxígeno) en forma inorgánica: el carbono como CO2; el nitrógeno como amoníaco, nitrato o N2; el azufre como sulfato, y el oxígeno y el hidrógeno como agua. La utilización de CO2 como única fuente de carbono y energía es característica de los microorganismos autótrofos, incluidas las algas y muchas bacterias fotosintéticas y quimioautotróficas. El amoníaco puede ser utilizado como única fuente de nitrógeno por muchos organismos pertenecientes a todas las categorías nutricionales; algunos de estos microorganismos también emplean nitratos. La capacidad de utilizar N2 como fuente de nitrógeno (fijación del nitrógeno) está restringida a procariotas y es relativamente rara, incluso, dentro de este grupo. La mayoría de los microorganismos pueden utilizar sulfato como fuente de azufre. SÍNTESIS DE COMPONENTES DE LA PARED CELULAR La síntesis de los componentes de la pared es única entre los biopolímeros porque la polimerización tiene lugar fuera de la membrana celular, en donde no hay ATP disponible. La biosíntesis de la capa de peptidoglucano de la pared sirve de ejemplo útil para ver como pueden ser sintetizados polímeros extra-membrana. 41 Microbiología y Parasitología Médicas SÍNTESIS DEL PEPTIDOGLUCANO Las unidades repetitivas del peptidoglucano se sintetizan dentro del citoplasma, mientras están unidas al nucleótido uridín difosfato (UDP); luego, son transferidas a un lípido transportador que facilita su desplazamiento a través de la membrana. Finalmente, se polimerizan dando peptidoglucano en la cara externa de la membrana, gracias a enzimas localizadas en esta región. El peptidoglucano difiere de todos los biopolímeros en que es una red bidimensional en lugar de una cadena de moléculas; rodea la célula como si fuera un saco. Por ello, su síntesis requiere que las unidades repetitivas sean enlazadas químicamente en dos dimensiones. La composición química del saco del peptidoglucano es similar en todos los procariotas, diferenciándose sólo en la composición de aminoácidos dentro de la cadena tetrapeptídica y en la naturaleza y frecuencia de los enlaces entre las distintas cadenas tetrapeptídicas. El ácido N-acetilmurámico se va sintetizando gradualmente en el citoplasma, mientras está unido al UDP; luego es transferido a un lípido C55 isoprenoide (bactoprenol) que actúa de transportador y está en la membrana. De esta manera se añade un resto de N-acetilglucosamina, completándose la subunidad monomérica del peptidoglucano. Unida a la larga cadena del lípido, la subunidad puede atravesar la membrana hasta llegar a la cara externa, en donde es polimerizada mediante enlaces 1,4-glucosídicos, en un punto de crecimiento del saco de peptidoglucano. Finalmente, si la nueva subunidad monomérica ha de estar implicada en un enlace transversal entre cadenas peptídicas, una enzima de la porción externa de la membrana cataliza una reacción de transpeptidación rompiendo el enlace peptídico entre los dos restos subterminales de D-alanina y el grupo amínico libre del ácido diaminopimélico de una cadena peptídica adyacente. Si el péptido no está implicado en un enlace transversal, la misma enzima elimina el grupo terminal de D-alanina sin formar un nuevo enlace peptídico. Como la capa de peptidoglucano es responsable de la fortaleza estructural que resiste la presión osmótica interna, típica de las bacterias que crecen en la mayoría de los ambientes, mientras la célula crece debe quedar intacta en su mayor parte. Sin embargo, el peptidoglucano puede compararse con una red. La rotura de la malla en un punto no reduce su fuerza estructural de manera significativa. Durante el crecimiento, el saco de peptidoglucano se va abriendo en distintos puntos gracias a enzimas autolíticas sumamente controladas, permitiendo así su agrandamiento mediante la inserción de nuevas subunidades monoméricas. SÍNTESIS DEL LIPOPOLISACÁRIDO La capa más externa de la pared de las bacterias gramnegativas aparece en las microfotografías electrónicas similar a la membrana celular. Sin embargo, su estructura química es diferente. Contiene un material lipídico complejo, el lípido A, que a su vez contiene pares de restos de glucosamina sustituidos por ácidos grasos de cadena larga y por fosfato. El lípido A está unido a un carbohidrato complejo el cual está compuesto por una variedad de azúcares, incluido el 2-ceto-3-desoxioctanato, un compuesto que sólo se halla en la capa de polisacáridos. Al final, en la parte externa de la capa se encuentran cadenas de polisacáridos que penetran en el medio, estas son las cadenas específicas O (antígeno O), las cuales confieren propiedades antigénicas específicas a las bacterias gramnegativas. Actualmente se conoce que la ruta de síntesis del antígeno O tiene cierto parecido con la del peptidoglucano, ya que durante su síntesis está unida a un lípido isoprenoide C55. Sin embargo, difiere en que la síntesis compleja tiene lugar mientras está unida al lípido C55. SÍNTESIS DE LOS POLÍMEROS CAPSULARES EXTRACELULARES Los polímeros capsulares se sintetizan de manera enzimática a partir de subunidades activadas. Este proceso no requiere de la participación de ningún portador lípido fijo a la membrana. La presencia de cápsulas depende a menudo del ambiente, por ejemplo, se pueden sintetizar dextranos y levanos sólo si se dispone de sacarosa en el medio. 42 Metabolismo microbiano SÍNTESIS DE GRÁNULOS ALIMENTICIOS DE RESERVA Las bacterias convierten algunos de los nutrientes en exceso en gránulos alimenticios intracelulares de reserva. Los principales son: almidón, glucógeno, poli-ß-hidroxibutirato y volutina, la cual consiste en polifosfato inorgánico. El tipo de gránulo formado es específico de especie. Los gránulos se degradan cuando se agotan los nutrientes exógenos. REGULACIÓN En la célula operan dos mecanismos diferentes de regulación: la regulación de la síntesis enzimática y la regulación de la actividad enzimática. En ambos casos, actúan de mediadores componentes de bajo peso molecular, los cuales o bien son formados en la célula como metabolitos intermediarios, o bien entran en ella procedentes del medio. En ambos mecanismos reguladores actúan proteínas alostéricas. Las proteínas alostéricas son aquellas cuyas propiedades cambian si se les unen moléculas específicas denominadas efectores. Existen dos clases de proteínas alostéricas: las enzimas alostéricas cuya actividad se incrementa o se inhibe cuando se combinan con sus efectores, y las proteínas alostéricas reguladoras que modulan la actividad de enzimas específicas. REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Las proteínas alostéricas estudiadas con mayor detalle han sido las enzimas alostéricas, cuyo ejemplo lo constituye la aspartato transcarbamilasa (ATCasa), que cataliza la primera reacción de la biosíntesis de las pirimidinas y cuya actividad es inhibida por un producto final, la citidina trifosfato (CTP). Concentraciones intracelulares elevadas de CTP inhiben el funcionamiento de la ATCasa y, en consecuencia, la formación de más CTP hasta que su concentración disminuye a un nivel óptimo. El ATP, un segundo efector de la ATCasa, activa la enzima, sirviendo para coordinar la síntesis de nuleótidos de purina y pirimidina. Las enzimas alostéricas son siempre proteínas de peso molecular relativamente elevado, compuestas por múltiples subunidades. Por regla general, estas subunidades son idénticas, poseyendo cada una un lugar catalítico y otro alostérico. No obstante, la ATCasa se compone de dos clases diferentes de subunidades, una con función catalítica y otra con funciones reguladoras. REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS ENZIMÁTICA La inhibición por el producto final mediada por enzimas alostéricas es en gran medida suficiente para asegurar que todas las rutas catabólicas y biosintéticas operen en equilibrio. Sin embargo, cuando no es necesario el producto de una ruta metabólica, las enzimas que catalizan las reacciones de las mismas resultan innecesarias. Muchas bacterias son capaces de utilizar un amplio espectro de compuestos orgánicos diferentes como fuente de carbono y energía, pero en un momento dado, puede que sólo uno de estos compuestos esté presente en el medio. Aunque la información genética necesaria para sintetizar las enzimas importantes se encuentra siempre presente, su expresión fenotípica está determinada por el medio, y una enzima determinada se sintetiza en respuesta a la presencia de su sustrato. RESUMEN Se describe el concepto de metabolismo, su subdivisión en anabolismo o biosíntesis con el consiguiente consumo energético, y catabolismo o metabolismo degradativo proveedor de la energía necesaria para la biosíntesis. Son expuestos los metabolitos focales (glucosa-6-fosfato), fosfoenolpiruvato, oxalacetato y α-cetoglutarato, como precursores de las macromoléculas y la generación del ATP para formar los mismos mediante la fosforilación 43 Microbiología y Parasitología Médicas oxidativa y el transporte de electrones. Se detallan aspectos de los modos de metabolismo generador de ATP (fermentación, respiración y fotosíntesis) con el balance energético general, también las vías o rutas catabólicas comunes en el metabolismo fermentativo y respiratorio, donde existe un metabolito intermediario clave: el ácido pirúvico. Se brindan algunos aspectos de las principales vías biosintéticas, tales como la síntesis de los componentes de la pared celular (peptidoglucano y lipopolisacárido), los polímeros capsulares extracelulares y los gránulos alimenticios de reserva. Además, se describen los dos mecanismos diferentes de regulación: la regulación de la síntesis enzimática y la regulación de la actividad enzimática. BIBLIOGRAFÍA Jawetz E, Melnick JL, Adelberg EA. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996. Jurtshuk P. Bacterial Metabolism. In: Medical Microbiology. 4th ed. Samuel Baron (ed.). USA: The University of Texas Medical Branch at Galveston, 1996. Stanier RY, Adelberg EA, Ingraham JL. Microbiología. 4ta ed. Barcelona: Editorial Reverté SA, 1984. 44 Cultivo y crecimiento de los microorganismos Cultivo y crecimiento de los microorganismos Raquel de los A. Junco Díaz Carlos M. Rodríguez Pérez INTRODUCCIÓN Se denomina cultivo al proceso de propagar los microorganismos, proporcionándoles las condiciones ambientales adecuadas. Los microorganismos en fase de crecimiento realizan réplicas de sí mismos y requieren de los elementos que se encuentran en su composición química. Se le deben brindar los elementos nutritivos en una forma accesible desde el punto de vista metabólico. Además, los microorganismos requieren energía metabólica con el objetivo de sintetizar macromoléculas y conservar los gradientes químicos esenciales a través de sus membranas. Durante el crecimiento se deben regular los factores nutricionales (carbono, nitrógeno, azufre y fósforo, elementos trazas y vitaminas) y los factores físicos (pH, temperatura, oxígeno, humedad, presión hidrostática, presión osmótica y radiación). REQUERIMIENTOS PARA EL CRECIMIENTO El peso seco de los microorganismos consiste en materia orgánica que contiene carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Se requieren, además, iones inorgánicos como potasio, sodio, hierro, magnesio, calcio y cloruro para facilitar la catálisis enzimática y conservar los gradientes químicos a través de la membrana celular. La materia orgánica se encuentra en macromoléculas formadas por enlaces anhídridos entre los bloques estructurales. Para la síntesis de los enlaces anhídridos se requiere la energía química proporcionada por los dos enlaces fosfodiestéricos del ATP (trifosfato de adenosina). Para conservar una composición citoplásmica relativamente constante, se necesita una energía adicional derivada de la fuerza motriz protónica que es la energía potencial que se puede liberar al pasar un protón a través de una membrana. En los organismos eucariotas la membrana puede ser parte de la mitocondria o del cloroplasto; mientras que en los organismos procariotas la membrana es la membrana citoplásmica de la célula. Durante el crecimiento, un microorganismo requiere todos los elementos de su materia orgánica y el complemento total de iones necesarios para la energética y la catálisis. Además, debe haber una fuente de energía que establezca la fuerza motriz protónica y que permita la 45 Microbiología y Parasitología Médicas síntesis macromolecular. Los microorganismos varían ampliamente en cuanto a sus demandas nutricionales y sus fuentes de energía metabólica. FUENTES DE ENERGÍA METABÓLICA Los tres modos principales de generar energía metabólica son: fermentación, respiración y fotosíntesis. Los microorganismos, para poder crecer, deben utilizar, por lo menos, uno de estos mecanismos, cuya descripción se refiere en el Capítulo 6. NUTRICIÓN La nutrición es la provisión de nutrientes para el crecimiento de un organismo. Los nutrientes de los medios de cultivo deben contener todos los elementos necesarios para la síntesis biológica de los microorganismos e incluyen carbono, nitrógeno, azufre, fósforo, elementos trazas y vitaminas. FACTORES NUTRICIONALES FUENTE DE CARBONO La mayoría de las bacterias utilizan compuestos de carbono como fuente de energía y otras, para la síntesis de elementos celulares. Los organismos fotosintéticos reducen el dióxido de carbono (CO2) a glucosa y otras moléculas orgánicas. Los organismos autótrofos emplean nutrientes completamente inorgánicos; mientras que los heterótrofos requieren nutrientes orgánicos. Ambos organismos, autótrofos y heterótrofos, obtienen la energía a partir de la glucosa por glicólisis, fermentación y el ciclo de Krebs. Ellos, además, sintetizan algunos componentes celulares a partir de intermediarios formados por medio de estas vías. FUENTE DE NITRÓGENO Todos los organismos, incluyendo los microorganismos, necesitan nitrógeno para sintetizar enzimas, proteínas y ácidos nucleicos. Algunos microorganismos obtienen el nitrógeno a partir de fuentes inorgánicas y otros adquieren la energía mediante el metabolismo de sustancias que contienen nitrógeno inorgánico. Los procesos por los cuales las proteínas y los ácidos nucleicos son sintetizados, están directamente relacionados con la información genética contenida en la célula. El producto final de todas las vías de asimilación del nitrógeno es la forma más reducida del elemento, el ion amonio (NH4+). Muchos microorganismos poseen capacidad para asimilar el nitrato (NO3–) y el nitrito (NO2–) de manera reductiva al convertir a estos iones en amoníaco (NH3). Estas vías de asimilación difieren de las vías empleadas para la desasimilación de nitrato y nitrito. Emplean las vías desasimilatorias los microorganismos que recurren a los iones como aceptores finales de electrones en la respiración; este proceso se llama desnitrificación y su producto es el gas nitrógeno (N2) que vuelve a la atmósfera. La capacidad para asimilar N2 de manera reductiva por medio del NH3 se nombra fijación del nitrógeno, y es una propiedad única de los procariotas, siendo pocas las bacterias que poseen esta capacidad metabólica. El proceso requiere gran cantidad de energía metabólica y se inactiva con facilidad por acción del oxígeno. La mayor parte de los microorganismos pueden recurrir al NH4+ como única fuente de nitrógeno, y muchos otros poseen capacidad para producir este ion a partir de las aminas (R- NH2). AZUFRE Y FÓSFORO Además del carbono y el nitrógeno, los microorganismos necesitan un suministro de ciertos minerales, especialmente azufre y fósforo, los cuales son componentes celulares 46 Cultivo y crecimiento de los microorganismos importantes. Ellos obtienen el azufre a partir de las sales inorgánicas de sulfato y de los aminoácidos que contienen azufre, y lo utilizan en la elaboración de proteínas, coenzimas y otros componentes celulares. El fósforo es adquirido, principalmente, mediante iones fosfato inorgánico (PO43–) y lo emplean para sintetizar ATP, fosfolípidos y ácidos nucleicos. ELEMENTOS TRAZAS Muchos microorganismos requieren una variedad de elementos trazas, usualmente en la forma de iones. Todos los organismos necesitan cierta cantidad de sodio y cloro, y los halófilos lo requieren en grandes cantidades. Potasio, zinc y manganeso son usados para activar ciertas enzimas. El cobalto es necesario a los organismos que sintetizan vitamina B12. El hierro es importante para la síntesis de compuestos que contienen el núcleo heme y para ciertas enzimas. Las bacterias grampositivas requieren calcio para la síntesis de las paredes celulares y los organismos formadores de esporas, para la síntesis de las paredes de la espora. VITAMINAS Las vitaminas necesarias para algunos microorganismos incluyen inositol, ácido fólico, vitamina B12 y vitamina K. Los microorganismos patógenos humanos requieren a menudo una variedad de vitaminas y por esta razón son capaces de crecer solamente cuando pueden obtener esas sustancias a partir del organismo hospedero. El desarrollo de tales organismos en el laboratorio necesita un medio complejo el cual contenga todos los nutrientes que normalmente obtiene de sus hospederos. FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO El crecimiento microbiano puede estar influido por una variedad de factores, tanto físicos como nutricionales. Los factores físicos incluyen: la concentración de iones hidrógeno (pH), la temperatura, la concentración de oxígeno, la humedad, la presión hidrostática, la presión osmótica y la radiación. Los factores nutricionales comprenden: la disponibilidad de carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y otros minerales, y en algunos casos vitaminas. FACTORES NUTRICIONALES En las páginas anteriores se describieron los nutrientes necesarios para el cultivo de los microorganismos. Para realizar estudios sobre metabolismo microbiano, por lo general es necesario preparar medios completamente sintéticos en los cuales las características y la concentración de cada ingrediente sean exactamente conocidas. La mayoría de los microorganismos de vida libre crecen bien en extracto de levaduras, mientras que las formas parásitas pueden requerir sustancias especiales que se encuentran únicamente en la sangre o en extractos de tejidos animales. Para muchos organismos, un solo compuesto (como un aminoácido) puede servir como fuente de energía, de carbono y de nitrógeno; otros requieren un compuesto diferente para cada una de ellas. FACTORES FÍSICOS Concentración de iones hidrógeno (pH) La acidez o alcalinidad de un medio es expresada en términos de pH. Los microorganismos tienen un pH óptimo en el cual se obtiene el mejor crecimiento. Comúnmente, el pH óptimo 47 Microbiología y Parasitología Médicas es neutro (pH 7), y la mayoría de los microorganismos no se desarrollan a una unidad de pH por encima o por debajo de su pH óptimo. Las bacterias son clasificadas como acidófilas, neutrófilas y alcalinófilas de acuerdo con las condiciones de acidez o alcalinidad que ellas puedan tolerar. Las bacterias acidófilas se desarrollan en un rango que va desde pH 0,0 hasta 5,4. Las bacterias neutrófilas crecen en un rango de pH 5,4 hasta 8,5; incluyéndose en este grupo a la mayoría de las bacterias que causan enfermedades en el hombre. Las bacterias alcalinófilas se desarrollan entre un pH 7,0 hasta 11,5. Vibrio cholerae, agente causal del cólera, se desarrolla mejor a un pH cercano a 9. Temperatura La mayoría de las bacterias se desarrollan a un rango de temperatura por encima de 30 °C, pero las temperaturas mínimas y máximas varían considerablemente para las diferentes especies. Las bacterias pueden ser clasificadas, de acuerdo con el rango de temperatura al cual se desarrollan, en psicrófilas, mesófilas y termófilas; y a su vez subclasificadas como obligadas o facultativas. Obligada significa que el organismo debe tener las condiciones ambientales específicas, y facultativa que el organismo es capaz de tolerar las condiciones ambientales, pero puede desarrollarse, además, en otro ambiente. Las bacterias psicrófilas se desarrollan mejor entre 15 y 20 °C, y pueden ser subdivididas en psicrófilas obligadas cuando no crecen por encima de 20 °C y psicrófilas facultativas cuando son capaces de crecer por debajo y por encima de 20 °C. Las bacterias mesófilas incluyen a la mayoría de las bacterias y se desarrollan en un rango de temperatura entre 30 y 37 °C. Las bacterias patógenas al hombre están incluidas en esta categoría y la mayoría de ellas crecen mejor a una temperatura cercana al cuerpo humano (37 °C). Las bacterias termófilas se desarrollan mejor a temperaturas entre 50 y 60 °C. Concentración de oxígeno Las bacterias, especialmente las heterótrofas, pueden ser divididas en aerobias, que requieren oxígeno para crecer, y anaerobias, las cuales no lo requieren. Los microorganismos aerobios obligados, tales como Pseudomonas, que causa muchas infecciones adquiridas en el hospital, se desarrollan en presencia de oxígeno libre; mientras que los anaerobios obligados, tales como Bacteroides, mueren en presencia de oxígeno libre. Entre estos extremos se encuentran los microorganismos microaerofílicos que se desarrollan mejor en presencia de una pequeña cantidad de oxígeno libre. Los microorganismos anaerobios facultativos son capaces de desarrollarse en ausencia y en presencia de oxígeno. Bacillus y Staphylococcus son anaerobios facultativos y se encuentran en el tracto intestinal y urinario donde sólo está disponible una pequeña cantidad de oxígeno. Humedad Generalmente todas las células con un metabolismo activo requieren agua del ambiente. A diferencia de los organismos superiores, los organismos unicelulares están expuestos directamente a su ambiente. La mayoría de las células vegetativas sólo pueden vivir pocas horas sin humedad; sólo las esporas y los organismos formadores de esporas pueden existir en un ambiente seco. Presión hidrostática Las bacterias que viven a altas presiones mueren si son mantenidas en el laboratorio pocas horas en condiciones de presión atmosférica estándar. Presión osmótica La mayoría de las bacterias pueden tolerar un rango amplio de concentraciones de sustancias disueltas. Su membrana celular contiene un sistema enzimático llamado permeasas 48 Cultivo y crecimiento de los microorganismos que regulan el movimiento de las sustancias disueltas a través de las membranas. Si la concentración fuera de la célula se torna demasiado alta, la pérdida de agua puede inhibir o detener el crecimiento celular. Ciertas bacterias llamadas halofílicas requieren de una moderada a gran cantidad de sal y se hallan en el océano donde la concentración de sal (3,5 %) es óptima para su crecimiento. Radiación La energía radiante, particularmente la luz ultravioleta, puede causar mutaciones y eventualmente ocasionar la muerte de los organismos. Sin embargo, algunos microorganismos tienen pigmentos que los protegen de la radiación y ayudan a prevenir el daño del ADN. Otros poseen sistemas enzimáticos que pueden reparar algunos tipos de daños del ADN. MÉTODOS DE CULTIVO Debido al pequeño tamaño de los microorganismos, la información que puede obtenerse acerca de sus propiedades a partir del examen de los individuos es limitada; en la mayoría de los casos se estudian poblaciones que contienen millones o miles de millones de individuos. Estas poblaciones se obtienen al hacer crecer los microorganismos bajo condiciones más o menos bien definidas, como cultivos. Un cultivo que contiene solamente una clase de microorganismo se conoce como cultivo puro; el que comprende más de una clase de microorganismo se denomina cultivo mixto. En el estudio de los microorganismos es importante tener presente dos aspectos fundamentales: el cultivo, procedimiento mediante el cual se promueve el crecimiento de los microorganismos al brindarles las condiciones ambientales adecuadas, y el aislamiento de un organismo en cultivo puro, mediante la aplicación de técnicas de laboratorio para separarlo de las poblaciones mixtas. Estas dos operaciones son básicamente iguales para el estudio de los virus, las bacterias, los hongos, los helmintos y los protozoos. AISLAMIENTO DE UN ORGANISMO EN CULTIVO PURO Para estudiar las propiedades de un organismo, es necesario no sólo su aislamiento a partir de una población microbiana natural mixta, sino también su mantenimiento y el de su descendencia en estado aislado, en un ambiente artificial en el que se impida el acceso de otros microorganismos. Para esto se cuenta con varios métodos: Siembra en placa. La manera más fácil de obtener cultivos puros de los microorganismos que forman colonias sobre los medios sólidos, se lleva a cabo mediante la separación e inmovilización de los organismos individuales sobre o dentro de un medio nutritivo solidificado; cada célula crecerá dando una colonia aislada cuya transferencia puede hacerse fácilmente. La sustancia solidificante ideal para la mayor parte de los medios de cultivo microbiológicos es el agar, un polisacárido ácido extraído de ciertas algas rojas. En una concentración de 1,5-2 %, en suspensión acuosa, se disuelve a 100 °C formando una solución clara que solidifica a 45 °C, la cual no volverá a licuarse hasta temperaturas mayores de 80 °C, de manera que cualquier temperatura empleada para la incubación posterior puede ser usada. La siembra por estría es el método más útil de sembrar en placa y se realiza empleando un asa de alambre estéril que se introduce en la suspensión original para luego hacer una serie de estrías paralelas, no superpuestas, sobre una placa de agar. Al ir avanzando la estría, el inóculo va disminuyendo hasta obtener colonias bien aisladas sobre el agar. Alternativamente, los aislamientos pueden hacerse con placas sembradas por vertido, para ello una suspensión del microorganismo se mezcla con el medio de cultivo que contiene agar fundido el cual se vacía en placas de Petri estériles; cuando el agar se solidifica, las células se inmovilizan y se desarrollan dando colonias aisladas. Dilución. Los métodos de siembra en placa por lo general son satisfactorios para el aislamiento de bacterias y hongos. Sin embargo, muchos protozoos son sólo cultivables en 49 Microbiología y Parasitología Médicas medio líquido. El método más sencillo de aislamiento en medios líquidos es el método de las diluciones. Con una suspensión del microorganismo, se realiza una dilución en serie utilizando un medio estéril y se inocula un gran número de tubos con el medio de cultivo, con partes alícuotas de cada una de las diluciones sucesivas. Como resultado de esto, si un tubo muestra algún crecimiento subsiguiente, existe una elevada probabilidad de que este crecimiento sea el resultado de la introducción de un solo organismo. Cuando no puede aplicarse ni el método de siembra en placa ni el de las diluciones, una alternativa consiste en recurrir al aislamiento microscópicamente controlado, de un solo organismo a partir de una población mixta. CULTIVO DE VIRUS Muchos virus pueden desarrollarse en cultivos celulares o en huevos fértiles en condiciones estrictamente controladas. La disponibilidad de células desarrolladas in vitro ha facilitado la identificación y el cultivo de virus recién aislados y la caracterización de los que ya se conocían. Hay tres tipos básicos de cultivo celular: 1. Los cultivos primarios se efectúan mediante dispersión de células de tejidos huéspedes recién extirpados. En general no pueden crecer más allá de unos cuantos pasos en cultivo, como cultivos secundarios. 2. Las líneas celulares diploides son cultivos secundarios que han experimentado un cambio el cual permite su cultivo limitado, pero que retienen su patrón cromosómico normal. 3. Las líneas celulares continuas son cultivos capaces de crecimiento más prolongado, quizá indefinido, y que se han obtenido de líneas celulares diploides o de tejidos malignos. El tipo de cultivo celular que se use para cultivar virus depende de la sensibilidad de las células a un virus particular. CULTIVO DE HONGOS La mayor parte de los hongos existen en la naturaleza y proliferan con facilidad en presencia de fuentes simples de nitrógeno y carbohidratos. Los cultivos para hongos se hacen comúnmente en juegos de pares, uno incubado entre 25 a 30 °C y el otro entre 35 a 37 °C. CRECIMIENTO MICROBIANO Se define como crecimiento al aumento ordenado de todos los componentes químicos de un organismo. El aumento de masa (tamaño) no resulta un crecimiento verdadero, ya que las células pueden estar incrementando sus reservas, captando agua, etcétera. Las bacterias que se adaptan a un medio adecuado se encuentran en un estado de crecimiento equilibrado donde la duplicación de la biomasa representa la duplicación de todas las demás propiedades medibles como son el ARN, ADN, proteínas y el agua intracelular. La existencia de este crecimiento equilibrado es de gran ayuda a la hora de medir el crecimiento bacteriano pues, como todos los componentes poseen la misma velocidad de crecimiento, basta medir uno solo de ellos para determinar la misma. La multiplicación celular es una consecuencia del crecimiento, esta conduce al aumento en número de individuos originando una población o cultivo. EXPRESIÓN MATEMÁTICA DEL CRECIMIENTO En un crecimiento equilibrado, la velocidad de aumento de bacterias en un tiempo determinado es directamente proporcional al número o masa de bacterias presentes en ese tiempo. 50 Cultivo y crecimiento de los microorganismos µ (masa de células) = velocidad de aumento celular Por lo que: µ = constante de velocidad de crecimiento Pero también: dN µN= donde: dt N = # de células × mL µX= dX dt donde: X = masa celular × mL dZ µZ= dt donde: Z = cantidad de cualquier componente celular × mL El valor de µ es suficiente para definir la velocidad de crecimiento de un cultivo. CURVA DE CRECIMIENTO # de células Xo V IV VI Medio irrestrictivo de inicio III Transcurrido un tiempo: - nutrientes # de células competencia por el oxígeno II producción de sustancias tóxicas aparición de mutantes Xo I t Descripción de las fases o etapas de la curva de crecimiento Fase I: Fase lag o de retraso Vc = 0 Adaptación a un medio ambiente de células empobrecidas del arsenal metabólico (enzimas) y de sustratos como resultado de las condiciones desfavorables al final del cultivo. Existe un cese parcial de las funciones metabólicas. Formación de enzimas y metabolitos intermediarios necesarios para la reanimación del crecimiento. Fase II: Fase de aceleración positiva Vc = Creciente Las células disminuyen de tamaño, comienzan a utilizarse las reservas, aparecen nuevas funciones. Fase III: Fase exponencial o de crecimiento logarítmico Vc = Constante Proceso de catálisis que conlleva al aumento en forma exponencial de la masa bacteriana. Existe un equilibrio de flujo de material. Este proceso se mantiene hasta que: 1. Se agoten los nutrientes (fundamentalmente oxígeno en los aerobios). 2. Se acumulen muchas sustancias tóxicas que inhiban el crecimiento. 3. Se pongan de manifiesto las propiedades más importantes de la célula. 51 Microbiología y Parasitología Médicas Fase IV: Fase de desaceleración o retardo Vc = Decreciente Estadio de deficiencia. Las células viven del metabolismo endógeno, disminuye la velocidad de crecimiento. Fase V: Fase estacionaria máxima Vc = 0 Cese completo del crecimiento por agotamiento de nutrientes y acúmulo de sustancias tóxicas. Pérdida lenta de células por muerte compensada debido a la formación de células nuevas mediante su crecimiento y división. Fase VI: Fase de declinación o muerte Vc = Negativa (muerte) Aumento de la tasa de mortalidad hasta un nivel sostenido. Persiste un número pequeño de sobrevivientes por meses o años a expensas de los nutrientes de las que mueren. La célula pierde toda capacidad para los procesos degradativos. MEDICIÓN DEL CRECIMIENTO Para determinar la velocidad del crecimiento microbiano puede utilizarse: 1. La medida de la masa celular. 2. La medida del número de células. Predicción de la masa celular 1. Se efectúa determinando el peso seco de las bacterias en un volumen fijo del cultivo, pero requiere mucho tiempo y es poco sensible. 2. Por absorbancia: cantidad de luz refractada por una suspensión celular; se define como el logaritmo del cociente entre intensidad de luz incidente (Io) sobre la transmitida (I): Io A = log I Esta se mide por espectrofotometría o con un nefelómetro. Medición del número de células 1. Se realiza en cámaras de recuento mediante microscopia. 2. Mediante el contador electrónico de Coulter. 3. Por recuento en placa: diluciones de una población bacteriana son sembradas en medios convenientes, se cuenta el número de colonias crecidas después de la incubación y se multiplica el número de colonias por el factor de dilución; es llamado recuento viable y resulta el método más sensible para la determinación del número de bacterias. CRECIMIENTO SINCRÓNICO Hasta ahora se ha descrito el modelo de crecimiento poblacional. Para lograr información sobre el crecimiento de bacterias individuales debe recurrirse a los cultivos sincrónicos, células que se encuentren todas en la misma etapa del ciclo de multiplicación. Estos cultivos pueden lograrse mediante técnicas: 1. Inducidas: por manipulación de las condiciones ambientales (cambios de temperaturas o suministrando nutrientes en la fase estacionaria). 2. Seleccionadas: separación física de células (filtración diferencial o centrifugación). 52 Cultivo y crecimiento de los microorganismos CULTIVO CONTINUO DE LOS MICROORGANISMOS (MANTENIMIENTO DE LA FASE EXPONENCIAL) Los cultivos que han permitido el estudio de la curva de crecimiento bacteriano son discontinuos o cultivos batch, donde los nutrientes no se renuevan y la fase exponencial se manifiesta durante unas pocas generaciones; precisamente esto se puede lograr mediante un sistema de cultivo continuo, añadiendo medio fresco constantemente y eliminando el exceso, de manera que el volumen del recipiente se mantenga constante. La velocidad de adición de medio fresco determina la velocidad del cultivo; este sistema se encuentra autorregulado por la adición de uno de los nutrientes esenciales al microorganismo. Esto se controla con : 1. Quimiostatos: la velocidad de crecimiento está ajustada por la velocidad de flujo. 2. Turbidostatos: controla el flujo y la velocidad de crecimiento mediante un dispositivo óptico que mide la absorbancia. Aplicación 1. Son una fuente constante de células en fase exponencial de crecimiento. 2. Permiten el crecimiento continuo con una concentración muy baja del sustrato. Esto ha permitido, entre otros, estudios tales como: la medida precisa de la frecuencia de mutaciones en las bacterias, cambios evolutivos en las poblaciones bacterianas y cinética de inducción de una enzima inducible a concentraciones muy bajas del inductor. RESUMEN El cultivo es el procedimiento mediante el cual se promueve el crecimiento de los microorganismos, al proporcionarles las condiciones ambientales adecuadas: nutrientes, pH, temperatura, aereación, humedad, presión hidrostática, presión osmótica y radiación. La provisión de nutrientes para el crecimiento de un organismo se denomina nutrición y los nutrientes, de acuerdo con su papel en el metabolismo, se clasifican de la siguiente forma: fuente de carbono, fuente de nitrógeno, azufre y fósforo, elementos trazas y vitaminas. El crecimiento de los microorganismos puede estar influido por diferentes factores, tanto nutricionales como físicos. Además, debe haber una fuente de energía que establezca la fuerza motriz protónica y que permita la síntesis macromolecular. Los modos principales de generar energía metabólica son: fermentación, respiración y fotosíntesis. Para estudiar los microorganismos hay que tener presente dos aspectos fundamentales: el cultivo y el aislamiento del organismo en cultivo puro. Ambos aspectos son básicamente iguales para el estudio de los virus, las bacterias, los hongos, los helmintos y los protozoos. El crecimiento se describe como el aumento ordenado de todos los componentes químicos de un organismo, puede representarse mediante una expresión matemática y se expresa mediante una curva, la curva de crecimiento, que consta de los siguientes pasos: Fase I Fase II Fase III Fase IV Fase V Fase VI Vc = 0 Vc creciente Vc constante Vc decreciente Vc = 0 Vc negativa Esta velocidad de crecimiento poblacional puede medirse mediante: – Masa celular (peso seco y absorbancia). – Número de células (microscopia, contador de Coulter, recuento en placa). El crecimiento individual se puede realizar recurriendo a crecimientos sincrónicos (inducidos o seleccionados), esto se logra mediante cultivos continuos (añadir medio fresco de 53 Microbiología y Parasitología Médicas forma continua) y controlado por quimiostatos y turbidostatos, su aplicación es muy útil; por ejemplo: son fuente constante de células en fase exponencial y con una baja concentración de sustrato puede alcanzarse, lo que permite estudiar la frecuencia de mutaciones, cambios evolutivos y cinética de inducción de una enzima a concentraciones bajas del inductor. BIBLIOGRAFÍA Creager JG, Black JG, Davison VE. Instructor’s Edition. Microbiology. Principles and Applications. USA: Prentice-Hall Inc, 1990. Frobischer M. Microbiología. Madrid: Salvat Editores SA, 1969. Jawetz E, Melnick JL, Adelberg EA. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996. Pelczar MJ, Reid RD. Microbiología. Madrid: Ediciones del Castillo SA, 1966. Prescoh LM, Harley JP, Klein DP. Microbiology. 2nd ed. USA: Wmc. Brown Publishers, 1993. Stanier RY, Adelberg EA, Ingraham JL. Microbiología. 4ta ed. Barcelona: Editorial Reverté SA, 1984. 54 Genética microbiana Raquel de los A. Junco Díaz Carlos M. Rodríguez Pérez INTRODUCCIÓN La genética es la ciencia que define y analiza la herencia o la constancia y cambio de las funciones fisiológicas que constituyen las propiedades de los organismos. La unidad de la herencia es el gen, segmento de ADN que contiene en su secuencia de nucleótidos, información para una propiedad bioquímica o fisiológica específica. Las dos funciones esenciales del material genético son la replicación y la expresión. El material genético debe replicarse de una forma perfecta, de manera que la progenie herede todos los determinantes genéticos específicos (el genotipo) de los progenitores. La expresión del material genético específico bajo un conjunto particular de condiciones de crecimiento determina las características observables (fenotipo) del organismo. El fenotipo está constituido por las propiedades estructurales y fisiológicas colectivas de una célula o de un organismo. La base química para la variación en el fenotipo es un cambio en el genotipo, o una alteración en la secuencia del ADN dentro de un gen, o en la organización de los genes. La genética microbiana tradicional se apoya, en gran parte, en la observación del crecimiento microbiano. Las bacterias tienen pocos rasgos estructurales o de desarrollo que puedan ser observados fácilmente, pero poseen una vasta disposición de capacidades bioquímicas y patrones de susceptibilidad a los agentes antimicrobianos o a los bacteriófagos. La variación fenotípica se ha estudiado basada en la capacidad de un gen para permitir la proliferación en condiciones de selección; por ejemplo, una bacteria que contiene un gen que le confiere resistencia a la ampicilina, puede distinguirse de una bacteria que carece del gen, por su crecimiento en presencia del antibiótico, el cual sirve como agente de selección. Nótese que la selección del gen requiere su expresión, la cual, en condiciones apropiadas, puede ser observada a nivel de fenotipo. La genética microbiana ha descubierto que los genes están constituidos por ADN, observación en la que descansa la biología molecular. Investigaciones subsecuentes sobre las bacterias, revelaron la presencia de enzimas de restricción que rompen el ADN en sitios específicos, dando origen a fragmentos de restricción de ADN. Se han identificado plásmidos como elementos genéticos pequeños con capacidad de replicación independiente en bacterias y en levaduras. Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas ORGANIZACIÓN DEL GENOMA El cromosoma bacteriano es una molécula circular de ADN que funciona como un elemento genético autorreplicable (replicón). En algunas cepas de Escherichia coli, el cromosoma es solamente el replicón presente en la célula. Otras cepas bacterianas tienen replicones adicionales, tales como plásmidos y bacteriófagos, los cuales a menudo determinan resistencia a agentes antimicrobianos, producción de factores de virulencia u otras funciones. El cromosoma se replica semiconservativamente; cada banda de ADN sirve como molde para la síntesis de su banda complementaria. ESTRUCTURA DEL ÁCIDO NUCLEICO Los ácidos nucleicos son grandes polímeros constituidos por unidades nucleótidas que se repiten. Cada nucleótido contiene un grupo fosfato, un azúcar que puede ser pentosa o desoxipentosa y un par de bases púricas o pirimidínicas. La información genética se almacena como una secuencia de bases en el ácido desoxirribonucleico (ADN). En la mayoría de los organismos, la información genética está codificada en el ADN, pero en algunos virus se encuentra en el ARN. Los virus bacterianos (bacteriófagos o fagos) tienen como material genético ADN o ARN. El ADN (Fig. 8.1) contiene el azúcar D-2-desoxirribosa, las bases púricas son adenina (A) y guanina (G), y las bases pirimidínicas son timina (T) y citosina (C). La mayor parte de las moléculas de ADN son de doble tira, helicoidales y las dos bandas en la hélice son antiparalelas y complementarias. La doble hélice está estabilizada por puentes de hidrógeno, en el centro de la molécula, entre las bases púricas y pirimidínicas sobre la banda complementaria. En cada posición, el par de bases A por dos enlaces de hidrógeno con T (A = T) en la banda complementaria o los pares G por tres enlaces de hidrógeno con C(G º C). Debido a su complementaridad, la doble cadena de ADN contiene cantidades equimolares de purinas (A + G) y pirimidinas (T + C), con igual cantidad de A y T, y G igual que C, pero la fracción molar de G + C en el ADN varía ampliamente entre los diferentes microorganismos. La extensión de la secuencia homóloga entre los ADN de diversos microorganismos es el criterio más exacto para determinar cómo ellos están estrechamente relacionados. El ARN se encuentra con más frecuencia en forma de una tira sencilla. El azúcar que posee es la D-ribosa y la base uracilo (U) remplaza a la timina del ADN. La forma global de las moléculas de tira sencilla del ARN, se define por hibridización entre secuencias de bases que forman asas o lazos, de manera que las tiras sencillas de ARN asumen una estructura compacta, capaz de expresar la información genética contenida en el ADN. La actividad más general del ARN es comunicar la secuencia de genes del ADN, en la forma de ARN mensajero (ARNm), a los ribosomas. Dentro de los ribosomas, que contienen ARN ribosómico (ARNr), los mensajes son traducidos con ayuda del ARN de transferencia (ARNt), en secuencias de aminoácidos que constituyen las proteínas. T =A =C G= A=T T =A A=T C= =G GENOMA EUCARIÓTICO C= =G A=T 3 =G C= T =A A=T 5 C= =G 5 3 A=T =C G= Fig. 8.1. Estructura de doble hélice del ADN. 56 En el genoma se encuentra la totalidad de la información genética de un organismo. Casi todo el genoma eucariótico está contenido en dos cromosomas lineales, separados del citoplasma por la membrana nuclear. En las células eucarióticas diploides, con frecuencia no pueden detectarse mutaciones o cambios genéticos, debido a que la contribución de una copia genética compensa los cambios en la función de su homóloga. Un gen que no logra la expresión fenotípica en presencia de su homólogo, es recesivo; en tanto que un gen que supera el efecto de su homólogo es dominante. Los efectos de las mutaciones pueden discernirse con facilidad en las células haploides, las cuales portan una copia simple de la mayor parte de los genes. Las células de levaduras suelen usarse en investigaciones, ya que pueden conservarse y analizarse en el estado haploide. Las células eucarióticas contienen mitocondrias y, en algunos casos, cloroplastos, en cuyo interior hay una molécula circular de ADN constituida por unos cuantos genes, cuya Genét ica micr ob iana función se relaciona con esos organelos en particular. No obstante, la mayor parte de los genes necesarios para la actividad de estos organelos se encuentra en los cromosomas eucarióticos. Muchas levaduras contienen un elemento genético adicional que se replica de manera independiente. Esos círculos pequeños de ADN, llamados plásmidos, se hallan frecuentemente en los procariotes. A diferencia del ADN procariótico, el ADN eucariótico posee grandes cantidades de material repetido que no codifica función alguna. GENOMA PROCARIÓTICO El genoma bacteriano varía en tamaño, algunos de los más pequeños pertenecen a parásitos obligados (Mycoplasma) y los más grandes, a bacterias capaces de una diferenciación compleja, tal como Mixococcus. En los procariotes no hay membranas que separen los genes del citoplasma como ocurre en los eucariotes y la mayor parte de los genes se encuentran en el cromosoma bacteriano. Con pocas excepciones, los genes bacterianos son haploides y presentan un cromosoma único constituido por una molécula circular de ADN de doble cadena. Sin embargo, han sido hallados cromosomas lineales en bacterias grampositivas como Borrelia y Streptomyces sp., y un cromosoma lineal y otro circular está presente en la bacteria gramnegativa Agrobacterium tumefaciens. El cromosoma de E. coli tiene un largo aproximado de 1,35 mm, cientos de veces más largo que la célula bacteriana, pero el ADN está apretadamente empaquetado en el nucleoide bacteriano. El tiempo requerido para la replicación del cromosoma entero es cercano a los 40 minutos, lo cual es aproximadamente el doble del tiempo más corto de división para esta bacteria. La replicación del ADN tiene que ser iniciada tan frecuente como la célula se divide; así, en bacterias que crecen rápido un nuevo ciclo de replicación cromosómica comienza antes de que el ciclo anterior se haya completado. A este ritmo rápido de crecimiento pueden haber cuatro cromosomas replicándose para formar ocho en el momento de la división celular, lo cual está acoplado con el completamiento de un ciclo de replicación cromosómica. De esta forma, el cromosoma de las bacterias que crecen rápidamente se replica en más de un punto. La replicación del ADN cromosómico en las bacterias es complejo e involucra muchas proteínas diferentes. Muchas bacterias contienen genes adicionales en los plásmidos. Los círculos de ADN (cromosoma y plásmidos), que contienen información genética necesaria para su propia replicación, se denominan replicones. Los genes esenciales para la proliferación bacteriana están contenidos en el cromosoma, y los plásmidos portan genes relacionados con funciones especializadas, por ejemplo, la resistencia a antibióticos transmitidas por los plásmidos. Los transposones son elementos genéticos que contienen la información necesaria para su emigración de un locus genético a otro. Los transposones simples sólo contienen información genética para insertación y los transposones complejos poseen genes para funciones especializadas, como la resistencia a los antibióticos, y están flanqueados por secuencias para inserción. Al contrario de los plásmidos, los transposones no contienen la información genética necesaria para su propia replicación. La selección de transposones depende de su replicación como parte de un replicón. La identificación o la exploración genética de los transposones se logra por selección de la información genética especializada (normalmente, resistencia a un antibiótico) que ellos poseen. GENOMA VIRAL Los virus son parásitos obligados intracelulares capaces de sobrevivir, pero no de proliferar, en ausencia de una célula huésped. La replicación del genoma viral depende de la energía metabólica y de la maquinaria sintetizadora de macromoléculas del hospedero. Con 57 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas frecuencia esta modalidad de parasitismo genético causa debilitamiento o muerte de la célula hospedera. Por tanto, la propagación con éxito del virus requiere: 1. Una forma estable que le permita sobrevivir en ausencia de su hospedero. 2. Un mecanismo para invadir las células. 3. La información genética necesaria para la replicación de componentes virales dentro de la célula. 4. La información adicional para el ensamblaje de los componentes virales y la liberación de los virus formados, al exterior celular. Por lo común, se hacen distinciones entre los virus relacionados con los eucariotes y aquellos que infectan a los procariotes; estos últimos virus se denominan bacteriófagos. La molécula del ácido nucleico del bacteriófago está rodeada por una cubierta de proteínas. El ácido nucleico del fago muestra una variabilidad considerable. Muchos de los fagos contienen ADN de doble tira, otros ARN de tira sencilla y algunos más poseen ADN de tira sencilla. Muchos fagos contienen estructuras especializadas tipo jeringuilla, que se adhieren a receptores de la superficie celular e inyectan el ácido nucleico del fago a la célula hospedera (Fig. 8.2). FA G O T 2 C a b e za ( Æc id o n uc l ei co e n e l in te rio r) M em b ra n a va c a C e n tro h u e c o Fig. 8.2. Diagramas del fago T2 basados en observaciones de microfotografía electrónica. Va in a (e x te nd id a ) P la ca d e la ba se Va in a (C o n tra d a ) F ib r as d e la c o la REPLICACIÓN DEL ADN Durante la replicación cada banda helicoidal del ADN sirve como un molde para la síntesis de una nueva banda complementaria. Cada molécula de doble cadena de ADN hija contiene una banda de polinucleótido vieja y una banda nueva sintetizada. Este tipo de replicación del ADN se denomina semiconservativo. ADN EUCARIÓTICO La replicación del ADN en los eucariotes comienza en varios puntos de crecimiento a lo largo del cromosoma lineal. La replicación exacta de los extremos del cromosoma lineal, requiere actividades enzimáticas diferentes de las funciones normales relacionadas con la replicación del ADN. Los eucariotes han desarrollado una maquinaria especializada, conocida como huso, que atrae a los cromosomas hijos para formar núcleos nuevos, separados por el proceso de mitosis. Una división más extensa de los núcleos por meiosis, divide en dos el número cromosómico de las células diploides para formar células haploides. La agregación apropiada de cromosomas durante las divisiones reductivas de la meiosis es un factor importante en el mantenimiento de la estructura cromosómica dentro de una especie. Con frecuencia, las células haploides son gametos. La formación de gametos seguida por su fusión para formar cigotos diploides, es el origen primario de la variabilidad genética por recombinación en los eucariotes. 58 Genét ica micr ob iana ADN BACTERIANO La replicación del ADN cromosómico en las bacterias comienza en un sitio específico del cromosoma llamado locus ori, una región del ADN que se plantea está unida a la membrana celular y procede bidireccionalmente desde el punto de origen hasta que el proceso se completa. Cuando la bacteria se divide por fisión binaria después de completada la replicación del ADN, los cromosomas replicados se dividen en cada una de las células hijas. Esas características de la replicación del ADN durante el crecimiento bacteriano cumple los requerimientos del material genético para ser reproducido perfectamente y ser heredado por cada célula hija en el momento de la división celular. TRANSPOSONES Son segmentos de ADN que pueden moverse de un sitio a otro en una molécula de ADN o a una molécula diferente de ADN. El proceso se denomina transposición y ocurre por un mecanismo que es independiente de la recombinación generalizada. Los transposones son elementos genéticos importantes ya que ellos causan mutaciones, mediadas por reordenamiento genómico, las cuales funcionan como regiones portátiles de homología genética y adquieren nuevos genes, así como contribuyen a su diseminación en las poblaciones bacterianas. La inserción de un transposón a menudo interrumpe la secuencia lineal de un gen y lo inactiva. Los transposones desempeñan su mayor rol causando supresiones, duplicaciones e inversiones de segmentos de ADN, así como fusiones entre los replicones. Los transposones no son elementos genéticos autorreplicables; sin embargo, deben integrarse en otro replicón para mantener la estabilidad en los genomas bacterianos. La mayoría de los transposones comparten un número de rasgos comunes. Cada transposón codifica las funciones necesarias para su transposición, incluyendo la enzima transposasa que interactúa con secuencias específicas al final del transposón. Durante la transposición se duplica una secuencia corta del ADN blanco y el transposón se inserta directamente entre la secuencia repetida. La longitud de esta duplicación corta varía, pero es característica para cada transposón. Se han reconocido dos tipos de transposición. La excisión de un transposón a partir de un sitio donante seguido por su inserción en un sitio blanco, se denomina transposición no replicativa. Si el transposón se replica en un sitio donante y una copia se inserta en el sitio blanco, el proceso se nombra transposición replicativa. El proceso de transposición replicativa puede involucrar la formación de una simple y cointegrada molécula circular de ADN que consta de dos replicones unidos con copias del transposón en una secuencia alternativa. La mayoría de los transposones en las bacterias pueden ser separados dentro de tres clases principales. Secuencias de inserción y transposones afines relacionados comprenden la primera clase. Las secuencias de inserción son las más simples en estructura y codifican solamente las funciones necesarias para la transposición. La segunda clase de transposón comprende de la gran familia homóloga TnA. Todos los miembros de la familia codifican tanto para las funciones transposasa y resolvasa. Ejemplos bien conocidos de esta familia incluyen el transposón de resistencia a la ampicilina Tn3 y Tn1000 encontrados en el plásmido F. La familia TnA tiene un lugar importante en la historia de la microbiología médica. El desarrollo de resistencia de alto nivel a la ampicilina en Haemophilus influenzae y Neisseria gonorrhoeae durante la década de 1970, limitó severamente la utilidad de la ampicilina para el tratamiento de la gonorrea y las infecciones por Haemophilus en áreas donde tales cepas se convirtieron en prevalentes, lo que fue causado por la diseminación de los determinantes de resistencia a la ampicilina de los transposones TnA en plásmidos de Enterobacteriaceae a plásmidos de Haemophilus y Neisseria. La tercera clase de transposón consiste del bacteriófago Mu y fagos moderados relacionados. El genoma completo del fago funciona como un transposón y la replicación del ADN del fago ocurre por transposición vegetativa durante el crecimiento vegetativo. La integración del profago puede ocurrir en diferentes sitios en el cromosoma bacteriano y a menudo causa mutaciones. Por esta razón Mu y otros fagos relacionados son llamados, en ocasiones, fagos mutantes. 59 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas Una cuarta clase de transposones, descubiertos en bacterias grampositivas y representados por Tn917, consta de transposones conjugativos y que son completamente diferentes de los anteriormente descritos. Estos transposones no generan una duplicación de la secuencia blanco en la cual se insertan, y en las bacterias grampositivas, la cepa hospedero que porta el transposón puede actuar como un donante conjugante. La bacteria receptora no necesita estar estrechamente relacionada con la bacteria donadora. El transposón es extraído desde el cromosoma del donante y transmitido por conjugación al receptor, mientras se integra fortuitamente en el cromosoma. Tn917 codifica resistencia a la tetraciclina, pero otros transposones conjugativos mayores pueden codificar resistencia antibiótica adicional. Los transposones conjugativos parecen ser una de las mayores causas de diseminación de la resistencia a antibióticos en las bacterias grampositivas. Las bacterias coleccionadas durante la era preantibiótica contenían muchos plásmidos, pero usualmente carecían de determinantes de resistencia. Muchos de los plásmidos R de aislamientos clínicos comunes pertenecen a los mismos grupos de incompatibilidad de los plásmidos encontrados previamente; pero ellos, además, determinan resistencia a múltiples antibióticos. La estrecha relación entre sus replicones proveen una fuerte evidencia de que muchos plásmidos R comunes evolucionaron de plásmidos viejos por adquisición de determinantes de resistencia. Algunos de los plásmidos de resistencia a múltiples antibióticos tienen transposones individuales con diferentes determinantes de resistencia; otros poseen transposones de resistencia múltiple situados en sitios separados y otros contienen transposones complejos de resistencia híbrida formados por integración de un transposón en otro. El uso terapéutico de antibióticos y su incorporación en la alimentación animal proporciona ventajas selectivas para las bacterias con plásmidos R, mientras que la conjugación, la transformación y la transducción facilitan la vía para la diseminación de los plásmidos R en y entre las especies bacterianas. Después que un plásmido que porta un transposón es introducido en una nueva bacteria hospedera, el transposón y sus determinantes pueden saltar dentro del cromosoma o plásmidos nativos del nuevo hospedero. Por lo tanto, la estabilidad de la movilización del plásmido en un nuevo hospedero bacteriano no es esencial para la persistencia de los determinantes genéticos situados en un transposón. PLÁSMIDOS Los plásmidos son replicones que se mantienen como elementos genéticos distintos, extracromosómicos en las bacterias. Por lo general, son mucho más pequeños que el cromosoma bacteriano, codifican rasgos que no son esenciales para la viabilidad bacteriana y se replican independientemente del cromosoma. La mayoría son moléculas de doble cadena de ADN, circular, aunque se han demostrado plásmidos lineales en Borrelia y Streptomyces. Los plásmidos estrechamente relacionados o idénticos han demostrado incompatibilidad; no pueden mantenerse de forma estable en la misma bacteria hospedero. La clasificación de los plásmidos está basada en la incompatibilidad o en el uso de ensayos específicos de ADN en pruebas de hibridización para identificar secuencias de nucleótidos que son característicos de replicones específicos de plásmidos. Algunos plásmidos hibridizados contienen más de un replicón. Los plásmidos conjugativos codifican funciones que promueven la transferencia del plásmido de una bacteria donante a otra receptora, pero los plásmidos no conjugativos no lo hacen. Los plásmidos conjugativos que además promueven la transferencia del cromosoma bacteriano de una bacteria donante a otra receptora, se denominan plásmidos fértiles. Los grandes plásmidos (más de 40 kilobases de pares) son a menudo conjugativos, tienen un pequeño número de copias (de una a varias por cromosoma), codifican para todas las funciones requeridas para su replicación y se reparten por sí mismos entre las células hijas durante la división celular de la misma forma que el cromosoma bacteriano. Los plásmidos más pequeños que 7,5 kilobases de pares son usualmente no conjugativos, tienen un alto número de copias (típicamente 10-20 por cromosoma), cuentan con su hospedero bacteriano y suministran algunas funciones requeridas para su replicación, además, son distribuidos al azar entre las células hijas durante la división celular. 60 Genét ica micr ob iana Muchos plásmidos controlan propiedades médicamente importantes de bacterias patogénicas, incluyendo la resistencia a uno o varios antibióticos, producción de toxinas y síntesis de estructuras de la superficie celular requeridas para la adherencia o colonización. Los plásmidos que determinan resistencia a los antibióticos son a menudo llamados plásmidos R (o factores R). Ejemplos de toxinas codificadas por plásmidos incluyen: las enterotoxinas termolábiles y termoestables de E. coli, la toxina exfoliativa de Staphylococcus aureus y la toxina tetánica de Clostridium tetani. Algunos plásmidos están ocultos y no tienen efectos reconocibles sobre las células bacterianas que los hospedan. La comparación de perfiles de plásmidos es un método útil para medir la posible relación de aislamientos clínicos individuales de una especie bacteriana particular para estudios epidemiológicos. BACTERIÓFAGOS Los bacteriófagos (virus bacterianos, fagos) son agentes infecciosos que se replican como parásitos obligados intracelulares en las bacterias. Las partículas de fago extracelulares son metabólicamente inertes y consisten, sobre todo, de proteínas más ácido nucleico (ADN o ARN, pero no ambos). Las proteínas de la partícula del fago forman una capa protectora (cápside) que rodea el ácido nucleico del genoma apretadamente empaquetado. El genoma del fago consta de ADN de doble cadena o ADN o ARN de una sola cadena, y al igual que en los plásmidos, codifica las funciones requeridas para su replicación en la bacteria; pero a diferencia de los plásmidos codifica, además, las proteínas de la cápside y proteínas no estructurales que requiere para su ensamblaje. Se han descrito diferentes tipos morfológicamente distintos de fagos, que incluyen: poliédricos, filamentosos y complejos. Los fagos complejos tienen una cabeza poliédrica unida a una estructura proteica helicoidal (la cola), cuyo conjunto le hace adoptar una forma que recuerda al espermatozoide humano. La infección se inicia por la adsorción del fago a los receptores específicos sobre la superficie de la bacteria hospedero susceptible. Las cápsides permanecen en la superficie celular, y el genoma ADN o ARN penetra en la célula. A causa de que la infectividad del ADN o ARN genómico es mucho menor que la del virus maduro, hay un tiempo inmediatamente después de la infección que se llama período de eclipse, durante el cual el fago infeccioso intracelular no puede ser detectado. Los fagos infectantes ARN o ADN se replican para producir nuevas copias de genomas del fago, y se producen las proteínas específicas. En la mayoría de los fagos el ensamblaje de la progenie ocurre en el citoplasma, y la salida ocurre por lisis celular. En contraste, los fagos filamentosos se forman en la envoltura celular y son liberados sin la muerte de la célula hospedero. El período de eclipse finaliza cuando la progenie infecciosa intracelular aparece. Los fagos se clasifican en dos grandes grupos: virulentos y temperantes. El crecimiento de los fagos virulentos en una bacteria susceptible destruye las células hospederas. La infección de una bacteria susceptible por fagos temperantes puede tener dos desenlaces: crecimiento lítico o lisogenia. El crecimiento lítico de los bacteriófagos virulentos y temperantes es similar, conduciendo a la producción de una progenie de fagos y muerte de la bacteria hospedera. La lisogenia es un tipo específico de infección viral latente, en la cual el genoma del fago se replica como un profago en la célula bacteriana. En la mayoría de las bacterias lisogénicas los genes que se requieren para el desarrollo de un fago lítico no están expresados y no ocurre la producción de fagos infecciosos. Además, las células lisogénicas son inmunes a la superinfección por el tipo de virus que hospedan como profago. El estado físico del profago no es idéntico para todos los virus temperantes. Por ejemplo, el profago del bacteriófago l en E. coli está integrado en un sitio específico dentro del cromosoma bacteriano y se replica junto a él; mientras que el profago del bacteriófago Pl de E. coli se replica como un plásmido extracromosómico. Algunos fagos temperantes contienen genes para características bacterianas que no están relacionadas con el desarrollo de fagos líticos o estado lisogénico, y la expresión de tales genes se denomina fago conversión (o conversión lisogénica). Ejemplos de fago conversión que son importantes para la virulencia microbiana incluyen: la producción de la toxina diftérica por Corynebacterium diphtheriae, la toxina eritrogénica por Streptococcus pyogenes (estreptococo b hemolítico del grupo A), la toxina botulínica por Clostridium 61 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas botulinum y toxinas similares a la de Shiga por E. coli. En cada uno de estos ejemplos, el gen que codifica la toxina bacteriana está presente en el genoma del fago temperante. La especificidad de los antígenos O en Salmonella puede, además,estar controlada por fago conversión. La fagotipia es un método particular de medir la susceptibilidad de cepas bacterianas a bacteriófagos específicos. Los patrones de susceptibilidad a un grupo de fagos proporciona información acerca de la posible relación de aislamientos clínicos individuales. Esta información es particularmente útil en investigaciones epidemiológicas. EXPRESIÓN DEL GEN La información genética codificada en el ADN es expresada por la síntesis de ARNs específico y proteínas, y la información fluye desde el ADN al ARN a la proteína. La síntesis del ARN dirigido por el ADN se llama transcripción. Ya que las bandas de doble hélice del ADN son antiparalelas y complementarias, sólo una de las dos bandas puede servir como molde para la síntesis de una molécula específica de ARN mensajero. Los ARN mensajeros (mARNs) transmiten información desde el ADN y cada ARN mensajero funciona como un molde para la síntesis de una o más proteínas específicas. El proceso por el cual la secuencia de nucleótidos de una molécula de ARN mensajero determina la secuencia primaria de los aminoácidos de una proteína se llama traslación. Los ribosomas, complejo de ARNs ribosomal (rARNs) y diferentes proteínas ribosómicas, trasladan cada ARN mensajero en la secuencia polipeptídica correspondiente con la ayuda del ARN específico de transferencia (tARNs), las sintetasas aminoacídicas de transferencia y factores de iniciación y de elongación. La expresión de los determinantes genéticos en las bacterias involucran un flujo unidireccional de información desde el ADN hasta el ARN a la proteína. En los bacteriófagos tanto el ADN como el ARN pueden servir como material genético. Durante la infección de la bacteria por bacteriófagos ARN, las moléculas ARN sirven como molde para la replicación del ARN y como ARN específico mensajero. Estudios realizados con retrovirus, grupo de virus animal, revela que la molécula de ADN puede ser sintetizada a partir del molde ARN por enzimas designadas como polimerasa del ADN dependiente del ARN (transcriptasa inversa). Esta reversión de la dirección usual del flujo de la información genética, desde el ARN al ADN en lugar del ADN al ARN, es un mecanismo importante para facilitar la información de los retrovirus para ser codificada en el ADN y volverse incorporado dentro de los genomas de las células animales. REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN DEL GEN Las propiedades fenotípicas de las bacterias están determinadas por sus genotipos y sus condiciones de crecimiento. Para las bacterias en cultivo puro, los cambios en las condiciones de crecimiento a menudo resultan en adaptaciones fisiológicas predecibles en todos los miembros de la población. Típicamente, los productos esenciales del gen son elaborados en cantidades que permiten el crecimiento más rápido en un ambiente dado, mientras que los productos necesarios en circunstancias especiales son elaborados solamente cuando se requieran. Las adaptaciones fisiológicas se asocian casi siempre con cambios en las actividades metabólicas. El flujo de metabolitos a través de vías bioquímicas particulares puede ser controlado, tanto por la regulación de la síntesis de enzimas específicas, como por la alteración de las actividades de las enzimas existentes. La regulación específica implica a un gen o grupo de genes involucrados en un proceso metabólico particular. La inducción y la represión le facilita a las bacterias controlar la producción de productos específicos del gen en respuesta a signos apropiados. Generalmente las enzimas catabólicas son inducidas cuando el sustrato para una vía determinada está presente en el medio de crecimiento obtenido, mientras que las enzimas biosintéticas son reprimidas. Las enzimas que participan en una única vía bioquímica, a menudo ocupan posiciones adyacentes sobre el cromosoma bacteriano y son inducidas o reprimidas de forma coordinada. Ellas forman un operón, un grupo de genes contiguos que son transcriptos como una unidad única y trasladados para producir los correspondientes productos del gen. 62 Genét ica micr ob iana La organización dentro de un operón es una estrategia importante para la regulación coordinada de la expresión de los genes en las bacterias. Los operones que pueden ser inducidos o reprimidos son controlados por la unión de proteínas regulatorias específicas con secuencias particulares de nucleótidos que funcionan como sitios regulatorios en el operón. La comparación de las secuencias de aminoácidos de muchas de esas proteínas regulatorias diferentes, mostró que pueden ser agrupadas juntas en familias de reguladores (ejemplo: la familia de proteínas lysR) que quizá se han desarrollado a partir de genes antepasados comunes. Los miembros de la familia lysR incluyen reguladores de fenómenos diversos, tales como: el metabolismo de la lisina, la cisteína y la metionina en E. Coli, y la represión del hierro en V. cholerae. Simultáneamente, la regulación global altera la expresión de un grupo de genes y operones, llamados colectivamente un regulón, que están controlados por el mismo signo regulatorio. La regulación global determina la respuesta de la bacteria a nutrientes básicos, como son: carbón, nitrógeno o fosfato, reacciones de tensión, tales como el daño del ADN o choque térmico y síntesis de factores de virulencia específicos por los patógenos, durante el crecimiento en sus animales hospederos. La cantidad de una proteína específica en una célula bacteriana puede variar desde ninguna hasta miles de moléculas. Este amplio rango está determinado, a menudo, por la acción combinada de diferentes mecanismos regulatorios que afectan la expresión del gen estructural correspondiente. La regulación es alcanzada determinando con qué frecuencia un gen es transcripto a un ARN mensajero funcional, con qué eficiencia el ARN mensajero es trasladado a una proteína y cuán rápidamente el ARN mensajero es degradado, cuán rápidamente la proteína se transfiere, y si la actividad de la proteína puede ser alterada por efectos alostéricos o modificaciones covalentes. MUTACIÓN Y SELECCIÓN Las mutaciones son cambios hereditarios en el genoma. Las mutaciones espontáneas en las bacterias individuales son raras y, por lo general, ocurren con una frecuencia de 10-8 a 10-6. Algunas mutaciones causan cambios en las características fenotípicas; la ocurrencia de tales mutaciones puede ser inferida de los efectos que ellas producen. En genética microbiana los organismos de referencia específicos son designados como cepas tipo salvaje, y las descendientes que tienen mutaciones en sus genomas se llaman mutantes. Por lo tanto, las mutantes están caracterizadas por las diferencias heredadas entre ellas y sus cepas tipo salvaje progenitoras. Las mutaciones pueden ocurrir por sustituciones, supresiones, inserciones y reordenamientos de bases. Las sustituciones de bases pueden ser causadas por apareamiento erróneo entre bases complementarias durante la replicación. Muchas sustituciones de bases escapan a la detección a nivel fenotípico, debido a que no alteran en forma significativa la función del producto genético. Por ejemplo, las mutaciones que sustituyen un aminoácido por otro, pueden ocurrir sin efecto fenotípico discernible. Las consecuencias de las mutaciones por supresión o inserción son graves debido a que pueden alterar de modo drástico la secuencia de aminoácidos de los productos genéticos. La inserción o la supresión de un nucleótido, interrumpen el orden de traducción y, por tanto, se introduce una secuencia proteínica enteramente diferente, distal al aminoácido del codón alterado por la mutación. Otras mutaciones pueden invertir secuencias prolongadas de ADN o transponer tales secuencias a nuevos locus. La comparación de mapas genéticos de cepas bacterianas relacionadas, ha mostrado que tales reordenamientos pueden ser constantes en las poblaciones naturales. DETECCIÓN DE MUTANTES FENOTÍPICAS Los medios de cultivo diferenciales y selectivos son útiles para el aislamiento de mutantes bacterianas. Algunos medios selectivos permiten el crecimiento de mutantes particulares, pero no dejan crecer a cepas tipo salvaje. Las mutantes raras pueden ser aisladas usando 63 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas tales medios selectivos. Los medios diferenciales le permiten a las bacterias mutantes y tipo salvaje crecer y formar colonias que difieren en apariencia. La detección de mutantes raras sobre medios diferenciales está limitada por el número total de colonias que pueden ser observadas. Las mutaciones que inactivan genes esenciales en organismos haploides son, por lo común, letales; pero tales mutaciones potencialmente letales pueden, a menudo, ser estudiadas si su expresión está controlada por manipulación de las condiciones experimentales. Por ejemplo, una mutación que incrementa la termolabilidad de un producto esencial del gen puede prevenir el crecimiento bacteriano a 42 °C, aunque la bacteria mutante pueda todavía crecer a 25 °C. Inversamente, las mutantes sensibles al frío expresan el fenotipo mutante a bajas temperaturas, pero no a altas temperaturas. Las mutaciones sensibles a la temperatura y sensibles al frío son ejemplos de mutaciones condicionales. Una condicional fenotípica letal indica que el gen mutante es esencial para la viabilidad. MUTACIONES ESPONTÁNEAS E INDUCIDAS La proporción de mutaciones en las bacterias está determinada por la exactitud de la replicación del ADN, la ocurrencia de daño del ADN y la efectividad de los mecanismos para reparar el ADN dañado. Para una cepa bacteriana particular bajo condiciones de crecimiento definidas, la proporción de mutaciones para cualquier gen específico es constante y está expresada como la probabilidad de mutación por división celular. En una población de bacterias desarrolladas a partir de un pequeño inóculo, la proporción de mutantes y el tamaño de la población bacteriana aumentan progresivamente. Las mutaciones en las bacterias pueden ocurrir espontánea e independientemente de los métodos experimentales usados para detectarlas. Los factores ambientales y genéticos afectan la proporción de mutaciones. La exposición de bacterias a agentes mutagénicos causa una proporción de mutaciones que se incrementa, en ocasiones, a diferentes órdenes de magnitud. Muchos agentes físicos y químicos, incluyendo los rayos X y la luz ultravioleta, tienen actividad mutagénica. Los agentes químicos que son carcinogénicos para los animales, con frecuencia son mutagénicos para las bacterias, o pueden ser convertidos por los tejidos animales en metabolitos que son mutagénicos para las bacterias. Las pruebas estandarizadas para detectar mutagenicidad en las bacterias son usadas como procedimientos de selección para identificar agentes ambientales que pueden ser carcinogénicos para los humanos. La mayoría de las mutaciones son dañinas, y el riesgo de mutaciones adversas para las bacterias individuales debe ser balanceado contra el valor positivo de mutabilidad como un mecanismo para la adaptación de las poblaciones bacterianas a las condiciones ambientales cambiantes. BASE MOLECULAR DE LAS MUTACIONES Las mutaciones son clasificadas sobre la base de los cambios estructurales que ocurren en el ADN. Algunas mutaciones están localizadas en segmentos cortos del ADN (por ejemplo, sustituciones de nucleótidos, microsupresiones y microinserciones). Otras mutaciones involucran regiones grandes del ADN e incluyen supresiones, inserciones o reordenamientos de segmentos del ADN. PRUEBAS DE COMPLEMENTACIÓN Para determinar si las mutaciones están localizadas en el mismo gen o en genes diferentes, se llevan a cabo las pruebas de complementación con cepas bacterianas parcialmente diploides. Estas pruebas fueron originalmente llamadas pruebas ¨cis-trans¨, y el término cistrón es empleado algunas veces como sinónimo de gen. Las pruebas de complementación pueden llevarse a cabo e interpretarse aunque las funciones bioquímicas específicas de los productos del gen sean desconocidos. 64 Genét ica micr ob iana REVERSIÓN Y SUPRESIÓN La recuperación de una actividad perdida como consecuencia de una mutación se denomina reversión fenotípica, lo cual puede resultar o no de la restitución de la secuencia original del ADN (reversión genotípica). Las mutaciones supresoras son aquellas que no restauran la secuencia exacta de nucleótidos y pueden ser intragénicas o extragénicas. En la supresión intragénica, después que una mutación primaria ha cambiado la estructura de una enzima, de modo que su actividad se ha perdido, una segunda mutación, en un sitio diferente en el gen de la enzima, restablece la estructura requerida para la actividad. La supresión extragénica es causada por una segunda mutación que ocurre fuera del gen afectado en un principio. Algunos supresores extragénicos son específicos para genes particulares, otros son específicos para codones y algunos tienen otros patrones de especificidad. Los supresores extragénicos que revierten los efectos fenotípicos de los codones en la cadena terminal han sido bien caracterizados y se ha encontrado que alteran la estructura del ARN de transferencia. RECOMBINACIÓN DE LAS BACTERIAS Se define por recombinación al proceso en que tenga lugar la formación de un nuevo ADN a partir de moléculas destruidas, de manera que la información genética procedente de cada molécula de ADN original estará presente en las nuevas. Es un proceso celular esencial, catalizado por enzimas que la célula codifica y regula con un propósito. La recombinación constituye: 1. Fuente de variabilidad genética. 2. Intercambio físico de segmentos. 3. Valor regulatorio: puede tener como resultado la activación o inactivación de los genes. 4. Una vía de reparación. En el caso de las bacterias son tres los procesos conocidos que conducen a la formación de un nuevo ADN. En orden cronológico de su descubrimiento, estos procesos son: 1. Transformación. 2. Conjugación. 3. Transducción. En los organismos eucarióticos, la célula diploide formada por la fusión de dos células sensibles haploides (gametos) se denomina cigoto. En las bacterias pueden formarse también cigotos, sólo que no existe fusión de células sin transferencia de parte del material genético de una célula donadora a otra aceptora, aportándole a esta última un estado diploide parcial (formación de un gameto parcial denominado merocigoto). El genoma original de la célula receptora se conoce como endogenote y el fragmento de ADN introducido en ella, exogenote. El exogenote y endogenote generalmente se aparean (mecanismo parasexual) y recombinan de inmediato después de la transferencia, formándose un ADN recombinante por la integración parcial o total del exogenote; si esto no ocurriera, el exogenote puede persistir y replicarse si dispone de los elementos genéticos necesarios para su propia replicación, de manera que los merocigotos den lugar a un clon de células parcialmente diploides; si carece de esos elementos, persiste, pero no se replica; este fenómeno se ha observado solamente en la transducción y se conoce con el nombre de transducción abortiva. Finalmente, el exogenote puede ser degradado por procesos enzimáticos (restricción del hospedador) (Fig. 8.3). 65 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas a 3 b c (e x og e no te ) R o tu ra a) 3 5 B A C b b) 3 5 D ig c) e s ti Fig. 8.3. Integración de un exogenote unicatenario o un endogenote bica tenario9 (ABCDE). a) rotura; b) apareamiento; c) y d) digestión de los extremos por exonucleasas; e) síntesis por polimerasas y cierre por polinucleótido ligasa con formación de una molécula recombinante (ABCDE). C D ig n E 3 5 3 5 B 5 A (e n do g en o te ) e st 5 3 i n c A d) D c B A E 3 a 3 D 5 3 5 C 3 B D 5 C 3 E 3 5 3 D E D E N u e va s ntesis y cie rre e) 3 5 A B C 5 3 RESTRICCIÓN Y MODIFICACIÓN Ls restricción fue descubierta en infecciones bacteriofágicas de E. coli K12 y E. coli cepa B. La partícula fágica que infecta a la primera y establece una infección productiva, lo hace porque su ADN se ha producido en ese tipo de células. Si ese primer fago infecta a la segunda, el ADN de este resulta extraño y no se produce la infección productiva; ello se debe a la existencia en la célula hospedera de una endonucleasa específica que degrada al ADN extraño. El fenómeno se conoce como restricción y la endonucleasa como enzima de restricción. Por lo tanto inferimos que el ADN fágico producido en una célula determinada deja de ser un sustrato para la enzima de restricción, es modificado enzimáticamente y queda protegido contra la restricción. La modificación es un proceso de metilación de bases en sitios altamente específicos del ADN y que constituyen los puntos de ataque de la enzima de restricción. INTEGRACIÓN DEL EXOGENOTE Y EL ENDOGENOTE La recombinación entre exogenote y endogenote ocurre por un proceso de rotura y reunión de las moléculas del ADN paternas. Lo más importante de este proceso, y esencial para su éxito, es la conservación de la secuencia de pares de bases. TRANSFORMACIÓN La transformación genética es la transferencia de un fragmento de ADN de un genoma donador a través de la membrana celular receptora y la incorporación de este fragmento en el genoma de esta célula. Puede ser: 1. Homóloga: transferencia o transformación de material genético de la misma especie. 66 Genét ica micr ob iana 2. Heteróloga: transferencia o transformación de material genético en especies diferentes. 3. Horizontal: transformación heteróloga que ocurre en ambientes naturales. Este mecanismo de recombinación genética fue descubierto en el Streptococcus pneumoniae. Este microorganismo produce colonias lisas (L) (capsuladas y virulentas) que en repetidos subcultivos se tornan rugosas (R) (no capsuladas y no virulentas). Griffith, en 1928, observó que cuando se inoculaban a un ratón células R provenientes de un cultivo liso tipo I junto con células L provenientes de un cultivo tipo II y muertas por el calor, el ratón moría en pocos días y de la sangre de los mismos sólo se podía aislar células lisas tipo II. Se comprobó también que esa propiedad transferida era hereditaria y se denominó principio transformador, que en 1944 fue identificado como ADN por O.T. Avery y otros. El factor limitante en la producción de transformantes es la competencia de la población celular receptora para incorporar ADN transformante. Estado de competencia natural. Es el estado donde la célula tiene la habilidad de unir e interanalizar ADN exógeno. Factores críticos que determinan la frecuencia de transformación 1. Tamaño de los fragmentos de ADN. 2. Estado fisiológico de la bacteria receptora. 3. Concentración de ADN. Se conoce que las células competentes producen una proteína susceptible de ser aislada del medio y utilizada para conferir competencia a otras células, y pudiera ser un componente de la membrana que cataliza la incorporación del ADN a una enzima que degrada algún componente de la superficie celular desenmascarando el receptor para el ADN. Este mecanismo de recombinación ha sido estudiado en: Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Neisseria spp., Bacillus spp. y Escherichia coli (con altas concentraciones de ion calcio), en los cuales el estado de competencia es regulado en respuesta a señales célula-célula y(o) condiciones nutricionales. Barreras naturales que inciden en la transformación 1. Sistemas de metilación (modificación)-restricción de células. 2. Superficie celular. 3. Condiciones ambientales. Existen evidencias experimentales de que tanto el ADN cromosomal como el plasmídico están sujetos a intercambio genético mediante la transformación, y existen estudios desde 1989, basados en la hipótesis de que la transformación puede ser un poderoso mecanismo de transferencia horizontal de genes dentro de las poblaciones naturales y en la especiación y evolución bacteriana. CONJUGACIÓN Es la transferencia de material genético en una sola dirección. Implica la unión de dos estirpes bacterianas diferenciadas sexualmente. El elemento genético que dirige la propiedad hereditaria de ser donador se denomina factor o plásmido F (de fertilidad). La transferencia del genoma bacteriano es una consecuencia secundaria de la transferencia plasmídica y depende de la integración del genoma y el plásmido en la célula donadora. 67 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas Plásmidos Elementos genéticos (ADN) extracromosómicos, circulares, de doble cadena, con peso molecular entre 3 ´ 106 y 1 ´ 108. Pueden contener hasta 100 genes. El contenido en G + C fluctúa entre 44 y 50 %. Se replican siempre que se encuentren en su forma circular, son sensibles a los colorantes de acridina y a la luz ultravioleta. Proceso de la conjugación El proceso de conjugar y transferir una molécula de ADN plasmídico a su pareja de conjugación ocurre en dos etapas: 1. Formación de un puente de conjugación. 2. Paso del ADN plasmídico a través del puente. Ello se debe a la presencia de unos apéndices especiales llamados fimbrias conjugativas (o sexuales) en las células donadoras y a receptores específicos en las receptoras. El paso intercelular de ADN es muy específico y la transferencia de otro material es escasa o nula. El contacto entre la fimbria de conjugación y el receptor pone en marcha el proceso. Se rompe una cadena de ADN plasmídico y penetra en la cadena receptora, la ADN polimerasa sintetiza una réplica del mismo en la receptora, mientras que la otra permanece en la donadora; a partir de este momento, la cepa receptora adquiere la capacidad de donar el ADN. Las células que albergan un plásmido F se denominan F+ y F- a las que carecen de él. Cuando este plásmido se integra al genoma bacteriano, los clones sucesivos son denominados HFr (alta frecuencia de recombinación); este último proceso es reversible. Cuando se mezclan células HFr con F- ocurre transferencia de ADN, pero esta vez, como el plásmido y el genoma están unidos (un solo replicón), a la célula receptora pasa el ADN del plásmido y del genoma celular. Los marcadores del genoma transferidos están en dependencia del sitio de inserción del plásmido en el mismo. La célula que recibe un plásmido con segmento de ADN genómico se denomina F’ y si incluye genes de funciones indispensables, su pérdida produce muerte celular (Figs. 8.4 y 8.5). Principales grupos de plásmidos 1. Plásmidos R: comprende dos segmentos: a) Factor de transferencia de resistencia. b)Determinantes de resistencia. Confieren resistencia a diferentes agentes antimicrobianos. - Factores colicinogénicos: genes que ordenan la síntesis de colicinas; toxinas letales para las bacterias coliformes. - Factores sexuales: son los mediadores de la transferencia, el más estudiado es el F. - Plásmidos penicilinasa de Staphylococcus aureus: poseen genes que implican la producción de una penicilinasa potente que provoca resistencia a las penicilinas. Difieren de los R en que no se transfieren por conjugación, sino por transducción mediada por fagos. - Plásmidos degradantes de Pseudomonas: genes plasmídicos los cuales ordenan la síntesis de enzimas que actúan sobre alguna ruta metabólica especial utilizada por estos microorganismos; ejemplos: plásmido del alcanfor, octano, salicilato; son transferibles entre especies de Pseudomonas por conjugación. - Plásmidos ocultos: moléculas circulares de ADN presentes en casi todas las especies bacterianas que no llevan genes que puedan ser detectados, por ahora, fenotípicamente. Conjugación en los diferentes grupos bacterianos Se ha observado este proceso en: Bacterias gramnegativas: E. coli, Shigella spp., Salmonella spp., Proteus spp. y Pseudomonas aeruginosa. 68 Genét ica F + micr ob iana F H fr F+ F p ro p ro la c F la c F H fr Fig. 8.4. Conjugación: formación de una célula Hfr y F´a partir de una célu+ la F . P ili F + F - F 5 P olim er asa F F F + F + Bacterias grampositivas: miembros del género Streptomyces. Fig. 8.5. Recombinación en bacterias: mecanismo de conjugación. Aplicaciones prácticas de la conjugación 1. Construcción de cepas mutantes. 2. Mapeo de mutaciones. 69 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas 3. Localización de genes. 4. Estudio de evolución genética: relación filogenética entre especies microbianas. 5. Estudios poblacionales: relaciones entre los microorganismos de diferentes especies en ambientes naturales. TRANSDUCCIÓN Es el mecanismo genético mediante el cual un fragmento del genoma bacteriano se incorpora a un virión en formación (fago temperante), de manera que cuando esta partícula viral infecta a otra célula, le inocula parte del material genético del hospedero anterior. Tipos de transducción 1. Generalizada: es aquella en que cualquiera de los genes del genoma bacteriano tiene probabilidades de ser transportado por el fago. 2. Restringida: sólo se incorporan los genes contiguos al lugar de inserción del profago. Fago temperante: es aquel bacteriófago que habitualmente no realiza un ciclo lítico, se reproduce en sincronía con el hospedero y produce clonos celulares infectados. Este estado conferido a una célula se denomina lisogenia y el genoma viral presente en ellas se denomina profago. 3. De alta frecuencia: ocurre cuando la célula recibe un fago restringido y uno normal, de manera que el resultado de la maduración de ambos determina que el 50 % sea capaz de transducir una propiedad genética. 4. Abortiva: tiene lugar cuando existe un fracaso en la integración del exogenote al genoma bacteriano, este persiste pero sin replicarse, de manera que sólo una de las células hijas lo recibe. En la transducción abortiva de una bacteria his (-) por un gen his (+), el exogenote his (+) produce enzimas para la síntesis de la histidina. Si sembramos esta bacteria en un medio carente de histidina, el cigote crece y se divide, pero el exogenote no se replica, por lo que una de las hijas no recibirá el gen his (+) y continuará dividiéndose mientras le queden enzimas; en cambio, la otra que sí recibe el his (+) seguirá fabricando enzimas; en la siguiente división ocurre el mismo fenómeno. El resultado es la formación de colonias diminutas de crecimiento lento por las his (-) y colonias grandes por las his (+), las primeras son representativas de una transducción abortiva (Fig. 8.6). Fig. 8.6. Transducción abortiva: en cada división, sólo una de las células recibe el gen activo. La otra continúa en unas cuantas divisiones celulares hasta que el producto de gen activo (por ejemplo, enzima) es diluido. La siembra de un gen transductantes abortivo produce una colonia diminuta, en la cual solamente una célula es capaz de ulterior crecimiento y división. Tomado de: Jawetz E y cols. Manual de Microbiología Médica 14ta ed., 1981. 70 S m bo lo s: C u b ie rta d e l fa g o E n z im a E x o ge n o te (n o a uto rre p ro du c tiv o ) Genét ica micr ob iana Conversión fágica. Propiedades importantes de muchas bacterias son reguladas por genes fágicos y se manifiestan en aquellas que se encuentran en estado de lisogenia o infectados por estos fagos, a esto se denomina conversión fágica; ejemplo: producción de toxinas por el Corynebacterium diphteriae, presencia de ciertos componentes antigénicos de la pared de Salmonella. Las partículas fágicas que determinan la conversión son defectivas por haber perdido algunos genes propios del fago debido al intercambio génico. La conversión fágica y la transducción de alta frecuencia son semejantes. La transducción puede observarse en: enterobacterias, Pseudomonas spp., Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae y Bacillus. Recombinación en virus bacterianos. Una célula bacteriana puede ser infectada por dos fagos diferentes muy relacionados y que difieran en varios marcadores genéticos. Al finalizar el proceso encontraremos fagos idénticos a los paternos y diversos tipos de recombinación genética. FUNDAMENTO DE LA INGENIERÍA GENÉTICA La recombinación de fragmentos de ADN ocurridos por transformación, conjugación o transducción, exige homología de las secuencias entre las bases que conforman las zonas que van a ser intercambiadas, para asegurar que la molécula resultante no se vea alterada. El uso de marcadores detecta la recombinación al ser sustituido un gen salvaje por un mutante o viceversa. Este intercambio de zonas de ADN homólogas está catalizado por enzimas que dependen del gen Rec A, por ello, aunque es posible el intercambio de genes de forma mecánica por conjugación o transformación en microorganismos de diferentes especies, la aparición de recombinantes sólo ocurre entre donadores y receptores homoespecíficos, es decir, entre organismos relacionados, con la excepción de plásmidos o bacteriófagos integrados a un genoma heteroespecífico. Artificialmente, tras el descubrimiento de las desoxiendonucleasas de restricción y el amplio desarrollo de la tecnología bioquímica, se llevó a cabo la recombinación in vitro de moléculas de ADN no homólogas, procedentes de microorganismos alejados filogenéticamente, incluso entre procariotas y eucariotas o sintetizados de forma artificial. Todo esto ha traído como consecuencia la creación de organismos nuevos desde el punto de vista genético y que conservan las características propias codificadas en cada región provenientes de sus ADN integrantes. Esta tecnología ha dado en llamarse ingeniería genética o ADN recombinante, ofreciendo perspectivas muy prometedoras en el campo de la industria y de la terapéutica. El rápido avance de la tecnología del ADN recombinante se ha debido con mucho al empleo de las enzimas de restricción; ellas son las responsables de la degradación del ADN extraño que penetra. Se conocen varios tipos de las mismas; señalaremos algunas: 1. Tipo I: producen ruptura endonucleolítica en lugares indiscriminados de la doble cadena de ADN. 2. Tipo II: producen roturas en lugares específicos con secuencias concretas de 4-6 pares de nucleótidos. Su especificidad es muy elevada y la digestión del ADN por ella permite prever a priori el número y tipo de fragmentos que se van a obtener. Cada especie bacteriana, e incluso cada cepa, tiene su sistema de restricción particular y con especificaciones diferentes a las de otras cepas. El cortar moléculas en sitios específicos del ADN y poder unirlos a otros, permite seleccionar genes aislados con propiedades que pueden resultar muy interesantes, ya que permitirá destacar una característica específica que se encontraba dispersa en organismos distintos. Las técnicas de ADN recombinante permiten seleccionar la región del ADN que contenga un gen del cual se desee estudiar su secuencia o producto proteico elaborado y construir un híbrido con un sistema génico que confiera capacidad de replicación y estabilidad al conjunto en el interior de una célula viva. La obtención de un gran número de copias de una 71 Micr ob iología Microb y P ar asit ología Par arasit Méd icas determinada región del ADN a partir de una copia original se denomina clonación molecular, y los genes utilizados para transportar el fragmento a clonar son llamados vectores. Los vectores más utilizados son los virus y los plásmidos, fundamentalmente los últimos por su capacidad de ser transmitidos por transformación, ser replicones autónomos, muy estables y ser amplificables por antibióticos como el cloranfenicol. De forma general, la molécula recombinante entre el vector y el ADN pasajero (fragmento obtenido por digestión del genoma en el cual se encontraba anteriormente), se construye aislando el ADN pasajero en geles de agarosa y combinándolo in vitro con el vector previamente purificado y linearizado por enzimas de restricción. Esta molécula recombinante es seleccionada después en geles de agarosa para verificar la correcta unión y finalmente es introducida en la célula receptora por transformación. PERSPECTIVAS DEL USO DE ADN RECOMBINANTE 1. Permite conocer los sistemas de regulación, secuencias y regiones clonadas en los genes. 2. Obtención de proteínas biológicas con propiedades específicas a una alta concentración y bajo costo. 3. Obtención de antígenos víricos o bacterianos para elaborar vacunas, enzimas, hormonas, etcétera, en grandes cantidades mediante cultivos industriales. 4. Introducir en organismos superiores genes que aportarán características que hasta ahora faltaban, como: supresión de anomalías genéticas en mamíferos, fijación del nitrógeno por plantas que adolecían de esta característica, y otras. RESUMEN Se presenta una introducción al tema definiendo los conceptos de genética, genotipo y fenotipo. Se describe la estructura del ácido nucleico, tanto del ADN como del ARN; así como las características más importantes y distintivas entre los genomas eucariótico, procariótico y viral. Se brindan algunos detalles de la replicación del ADN eucariótico y bacteriano. Además, se describen los aspectos más sobresalientes relativos a los transposones, los plásmidos y los bacteriófagos. Teniendo en cuenta que la expresión del gen es una función esencial del material genético, se aborda en síntesis cómo la información genética codificada en el ADN se expresa normalmente y cómo ocurre su regulación. Las mutaciones son cambios hereditarios en el genoma y aunque en las bacterias son raras las mutaciones espontáneas, se explican algunos aspectos generales. La transferencia de material genético en las bacterias se conoce como recombinación, proceso en el que coexisten una célula donadora (F+) y una aceptora (F-), la cual adquiere características nuevas provenientes de la primera. Los mecanismos de recombinación son tres: 1. Transformación. 2. Conjugación (mediada por plásmidos). 3. Transducción (mediada por fagos). Se explican los tres mecanismos y los microorganismos en los cuales ocurre cada uno de ellos. Se detalla el concepto, características y tipo de plásmidos que se conocen en la actualidad y los fundamentos de la ingeniería genética (ADN recombinante). BIBLIOGRAFÍA Finlay BB, Falcow S. Common thems in microbial pathogenicity revisited. Microbiology and Molecular Biology Reviews 1997; 61(2):139. Jawetz E, Melnick JL, Adelberg EA. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. México D.F.: Ed. El manual Moderno, 1996. Stanier RY, Adelberg EA, Ingraham JL. Microbiología. 4ta ed. Barcelona: Editorial Reverté SA, 1984. Strom MS, Lory S. Structure-function and biogenesis of the type IV pili. Annu Rev Microbiol 1993; 47:565-96. 72 Efectos de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos Efecto de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos Daisy P. Rodríguez González INTRODUCCIÓN Agentes antimicrobianos son aquellos utilizados para destruir o impedir el crecimiento de los microorganismos. Por su estado pueden ser: líquidos, sólidos o gases y por su naturaleza, físicos y químicos. La eficacia de estos agentes está condicionada por varios factores como son: la naturaleza y concentración del mismo, así como la concentración y características de la población microbiana presente, la temperatura, la duración del contacto entre el agente y los microorganismos, la naturaleza del material a descontaminar, particularmente la presencia de material orgánico, y el pH. Los agentes antimicrobianos actúan sobre la estructura de la célula bacteriana y sobre sus procesos metabólicos, y sus modos posibles de acción son: desnaturalización de la proteína, rompimiento de la membrana o de la pared celular, remoción de grupos sulfhidrilo libres, interferencia con reacciones enzimáticas de los microorganismos y acción sobre el ADN. A continuación vamos a exponer algunos de los términos relacionados con los agentes antimicrobianos y los procesos de esterilización y desinfección. Bacteriostático. Agente que inhibe el crecimiento de la bacteria; este se reanuda cuando se retira el agente. Bactericida. Agente que mata a las bacterias. La mayoría no mata a las esporas bacterianas. Esta acción es irreversible. Germicida. Agente capaz de matar microorganismos rápidamente, algunos de estos agentes actúan matando ciertos microorganismos, pero solamente inhiben el crecimiento de otros. Virucida. Agente que inactiva a los virus. Fungicida. Agente que mata a los hongos. Esporicida. Agente que mata a las esporas bacterianas o micóticas. Desinfectante. Agente químico usado para matar microorganismos sobre objetos inanimados, pero que resulta tóxico para ser aplicado directamente a los tejidos. 73 Microbiología y Parasitología Médicas Antisépticos. Son desinfectantes que pueden ser utilizados sobre la piel y, en casos especiales, sobre las mucosas. Estéril. Libre de vida de cualquier clase. Tenemos que señalar, que dado que el criterio de muerte para los microorganismo es su incapacidad para reproducirse, el material estéril puede contener células microbianas metabólicamente intactas. Séptico. Presencia de microorganismos perjudiciales en el tejido vivo. Aséptico. Ausencia de microorganismos patógenos. ESTERILIZACIÓN Y DESINFECCIÓN Los procesos de esterilización y desinfección son métodos esenciales, utilizados de manera sistemática en los hospitales, en el tratamiento y en la prevención de infecciones y también en la prevención de la contaminación de los cultivos microbianos de los laboratorios y de la industria farmacéutica y alimentaria. Estos términos son empleados en referencia a la destrucción o remoción de microorganismos, pero antes de adentrarnos en ellos, por su importancia, vamos a describir el concepto de muerte bacteriana. Muerte bacteriana. Para una célula bacteriana, muerte significa la pérdida irreversible de la capacidad de reproducirse (crecer y multiplicarse). Pero cuando se trata de microorganismos, la muerte no se mide en una célula individual, sino la muerte de una población, y la prueba de la muerte es la incapacidad de producir una colonia cuando se cultiva en un medio sólido. Pero la veracidad de esta prueba depende de la elección del medio de cultivo y de las condiciones en que este se realice, ya que si no hubo destrucción física de la célula microbiana, ella sólo está muerta en relación con las condiciones empleadas para probar su viabilidad. En dependencia del agente antibacteriano usado, tenemos que las células no viables o muertas pueden mostrar o no, alteraciones en propiedades como la morfología, los caracteres tintoreales y la actividad enzimática. Estos criterios no pueden ser usados como pruebas de viabilidad. Habiendo definido el concepto de muerte bacteriana, pasemos al concepto de esterilización, que es el proceso de destrucción o remoción de todas las formas de vida, patógenas o no, de un material o un objeto. Ahora, si consideramos la anterior definición de “muerte bacteriana”, tenemos que no existe la posibilidad, desde el punto de vista conceptual, de garantizar la esterilización de una preparación. En contraste con el concepto de esterilización, desinfección significa la remoción de determinado objeto o de su superficie, de la totalidad o parte de los microorganismos patógenos, de manera que no constituyan una amenaza de enfermedad. A la desinfección aplicada a los tejidos vivos se le denomina antisepsia. Los agentes antimicrobianos, según su acción, se pueden considerar bacteriostáticos o bactericidas, y ya habíamos descrito que según su naturaleza pueden ser físicos o químicos. Entre los agentes físicos de esterilización se utiliza especialmente el calor (calor húmedo y calor seco), la filtración y las radiaciones. En cuanto a los agentes químicos, algunos tienen inconvenientes para su uso, por no cumplir el principio de “toxicidad selectiva”, porque resultan muy tóxicos e irritantes para el hombre o porque afectan los materiales a esterilizar. Hay agentes químicos que pueden emplearse como esterilizantes, por su enérgica acción sobre los microorganismos, pero muchos tienen que ser utilizados diluidos, con el objetivo de disminuir su toxicidad y poder irritante, y en este caso se usan habitualmente como desinfectantes o antisépticos. AGENTES FÍSICOS Calor La utilización de temperaturas elevadas es uno de los métodos más eficaces en la destrucción de microorganismos, y se recomienda su uso, siempre que el material a esterilizar no sea deteriorado por el proceder. Puede ser empleado en una variedad de métodos: 74 Efectos de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos Calor húmedo. La muerte por acción del calor húmedo resulta de la desnaturalización y coagulación de las proteínas que constituyen las células microbianas. La destrucción de enzimas y membranas está influida por la capacidad del agua de promover la destrucción de los puentes de hidrógeno. La temperatura altera la estabilidad de la membrana citoplasmática bacteriana, lo que ocasiona la salida de los constituyentes intracelulares como los iones potasio, aminoácidos y otros. Calor húmedo bajo presión: puede ser obtenido en los equipos de esterilización llamados autoclaves, cuyo funcionamiento es similar al de una olla de presión doméstica. El calor húmedo es más eficaz porque las bacterias se mueren más rápidamente cuando se encuentran húmedas y la difusión del vapor caliente dentro del equipo es mejor. El aumento de la presión hace que aumente la temperatura en el interior del autoclave y la destrucción de los microorganismos se debe al efecto de la temperatura, no a la presión por sí misma. Una temperatura de 121 °C y una presión de 15 lb/pulg2, en un tiempo de 15 min, se emplea para la esterilización del material quirúrgico, las ropas y los medios de cultivo. Calor húmedo a temperatura inferior a 100 °C: se utiliza en el proceso conocido como pasteurización. De empleo frecuente en la industria alimentaria, no es equivalente al proceso de esterilización, porque no todos los microorganismos son susceptibles a este proceder. Esta técnica reduce la contaminación microbiana de productos en los que la temperatura de esterilización puede afectar el sabor, aspecto, textura o las características nutricionales. Por ejemplo, en la pasteurización de la leche se pueden emplear dos métodos; en uno, conocido como “pasteurización baja”, se utiliza una temperatura de 62,8-65,6 °C, durante 30 min; y en otro, conocido como “pasteurización alta”, se somete la leche a temperatura de 71,7 °C, durante 15 s, seguidos de un enfriamiento rápido. Mediante estos procederes son eliminadas las células vegetativas de microorganismos patógenos como el Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium bovis, Brucella abortus, diversas especies de Salmonella y varios otros microorganismos. Calor húmedo a temperatura de 100 0 C: - Agua en ebullición: la ebullición a 100 0C durante 5 a 10 min, destruye todas las formas vegetativas de los microorganismos presentes en el agua y muchas de las esporas. Pero algunas esporas resisten los 100 0C por períodos superiores a una hora, por lo que este método no asegura la esterilidad. - Vapor fluente: con este método el material a descontaminar es bañado por una corriente de vapor a 100 0C durante 30 min, lo que permite su calentamiento rápido. Calor seco. El calor seco actúa sobre los microorganismos provocando la oxidación de los componentes de las células y la coagulación de sus proteínas. Se utilizan las estufas de aire caliente, también llamadas hornos tipo Pasteur. Con este método es necesario mantener temperaturas de 160-180 °C, por 1-2 horas. Mediante este proceder se esterilizan materiales de vidrio, objetos de metal, aceites, grasas sólidas y sustancias en polvo. Productos como la vaselina, los aceites, las grasas sólidas y líquidas, y los polvos, tienen un porcentaje de agua muy pequeño y no se dejan penetrar por la humedad, por lo que no es posible su esterilización en autoclave. Incineración. Es el proceso ideal, ya que mata rápidamente por carbonización todos los microorganismos presentes en el material o preparación. Se utiliza en los laboratorios para esterilizar los instrumentos de siembra (asas y agujas de platino), pinzas y otros, con la exposición directa a la llama del mechero de gas y el calentamiento al rojo vivo del material a esterilizar. Durante el proceso se pueden formar aerosoles que contienen microorganismos todavía viables, los cuales pueden contaminar los cultivos o infectar al operador. La incineración se emplea también en la destrucción de residuos hospitalarios y de laboratorios. Filtración Es un método que se usa habitualmente para la remoción de microorganismos de líquidos, gases termolábiles y del propio aire atmosférico. El producto a filtrar, líquido o gas, se hace pasar por superficies filtrantes, que pueden ser de diferentes materiales como: amianto, 75 Microbiología y Parasitología Médicas porcelana, vidrio poroso y otros, y poseen poros de dimensiones que no permiten el paso de los microorganismos, quedando de esta forma retenidos. Este método es muy usado en los laboratorios de microbiología y en la industria farmacéutica, con el objetivo de remover microorganismos de soluciones lábiles al calor, como, por ejemplo, las preparaciones de azúcares que se utilizan para la identificación bioquímica de los microorganismos, el plasma, las vitaminas y otras. En los laboratorios se emplean habitualmente los filtros tipo Millipore, con discos o membranas de celulosa, que están disponibles en el mercado, con una gran variedad de tamaño de poros. Cuando se usan estos filtros, hay que tener en cuenta que la mayoría de los discos que se utilizan comúnmente, son incapaces para retener determinados virus pequeños. Los filtros de membrana se han empleado, además, para concentrar microorganismos de grandes volúmenes de muestras, como ocurre en el análisis bacteriológico de las aguas. En los equipos de flujo laminar que se utilizan en los laboratorios y en unidades de hospitales y la industria, donde se requiere un ambiente con determinadas características, se trata el aire mediante los filtros de elevada eficiencia para partículas existentes en el aire (High Efficiency Particle Air filter), conocidos con el nombre de filtros HEPA. Radiaciones Radiaciones no ionizantes. Las radiaciones ultravioletas deben su efecto microbicida a su absorción por diferentes componentes celulares y a la alteración estructural del ADN. Su aplicación en la esterilización está limitada por el pobre poder de penetración que poseen. Se utilizan en los laboratorios farmacéuticos y en hospitales, para la esterilización de superficies de determinados ambientes. Radiaciones ionizantes. Los rayos gamma, rayos X y rayos catódicos, tienen acción directa sobre los constituyentes de las células, sobre el ADN y sobre las proteínas celulares. Estas radiaciones poseen un gran poder, penetrando embalajes de productos medicamentosos y otros, pero deben ser usadas con precaución, por el daño potencial que pueden causar a las células humanas. Se utilizan para la esterilización de sustancias termolábiles y tienen gran aplicación en la industria farmacéutica, en la esterilización de inyectables, de equipos médicos como catéteres y jeringuillas, y en la esterilización de alimentos empacados. AGENTES QUÍMICOS Existen determinadas sustancias químicas las cuales pueden actuar sobre los microorganismos con una cierta especificidad de acción, que conocemos con el término de toxicidad selectiva y se utilizan en la práctica médica como antibióticos y quimioterápicos. Estas sustancias serán tratadas en otro capítulo de este libro. Aquí vamos a hacer referencia a agentes químicos con una acción no selectiva sobre las células en las que actúan, y que se conocen como desinfectantes y antisépticos. Ya anteriormente habíamos definido que un desinfectante se emplea para el control de los microorganismos sobre objetos inanimados y el antiséptico puede ser aplicado sobre tejidos vivos. Los antisépticos pueden causar la muerte de los microorganismos, la inhibición de su reproducción o de sus actividades metabólicas, pero a pesar de su relativa inocuidad, su aplicación en heridas puede retardar la cicatrización y dañar las células de los tejidos. Los desinfectantes permiten remover de objetos inanimados y del medio ambiente parte o la totalidad de los microorganismos patógenos que pueden ser susceptibles de causar enfermedades; estos agentes destruyen las formas vegetativas de los microorganismos, pero no necesariamente sus esporas, aunque algunos como, por ejemplo, el óxido de etileno, tienen poder esterilizante. Estos agentes son, generalmente, muy tóxicos. Propiedades deseables de los desinfectantes 1. Elevada actividad germicida. 2. Amplio espectro antimicrobiano. 76 Efectos de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos 3. Letal para bacterias, hongos, virus y protozoos. 4. Acción rápidamente mortal. 5. Penetrar grietas, cavidades y por debajo de películas de materia orgánica. 6. Lograr concentraciones letales en presencias orgánicas como sangre, esputo, heces. 7. Compatible con jabones o cualquier otra sustancia química que pudiera encontrarse en el material sometido a desinfección. 8. Marcada estabilidad química. 9. Costo razonable. Para que la acción de los desinfectantes sea eficaz, es necesario la limpieza previa con agua y jabón. El arrastre mecánico disminuye el tenor bacteriano y elimina la materia orgánica, facilitando la acción eficaz de los productos químicos. Desinfectantes y antisépticos más utilizados en la práctica Fenoles y sus derivados. Son sustancias muy efectivas, usadas como desinfectantes y antisépticos. La solución al 2 % de fenol USP (United States Pharmacopea) (ácido carbólico), es muy utilizada, pero se debe tener precauciones al emplearse, porque resulta muy tóxico e irritante para el hombre y puede causar dermatitis y otras lesiones tisulares. Otros derivados fenólicos son: el lisol, utilizado como desinfectante, y el hexaclorofeno, empleado como antiséptico. Estos agentes actúan alterando la estructura y los mecanismos de permeabilidad selectiva de la membrana celular de los microorganismos y, además, desnaturalizan las proteínas. Se usan como desinfectante general, en la descontaminación de instrumentos clínicos y de secreciones y excreciones de pacientes, en preparaciones antisépticas para la piel y en preparaciones cosméticas, pero el riesgo de toxicidad restringe su utilización. El fenol se emplea, además, como patrón para la validación de la actividad antimicrobiana de otros agentes, cuya actividad es referida como coeficiente fenólico. Alcoholes. Cuando son usados apropiadamente, matan las células vegetativas de muchas bacterias, sin embargo, su acción sobre las esporas es pobre o nula. Los alcoholes actúan precipitando las proteínas y solubilizando los lípidos presentes en las membranas celulares. Como solvente también actúan sobre los tejidos humanos. El alcohol etílico en una concentración entre el 70 y el 90 %, es utilizado como antiséptico y desinfectante; y el alcohol isopropílico y propílico en concentraciones entre el 40 y el 80 %, presentan, con respecto al etanol, una mayor eficacia sobre las formas bacterianas vegetativas, por lo que son aplicados con frecuencia en sustitución del alcohol etílico. Se emplean, entre otros usos, en la desinfección de la piel del paciente, antes de la realización de procederes invasivos y para el tratamiento de las manos del personal, en áreas donde el lavado higiénico de las mismas resulta insuficiente. Halógenos. El cloro y los agentes liberadores de cloro son desinfectantes eficaces de uso general contra todo tipo de microorganismos, y con un papel especial en el tratamiento del agua, pero tienen el inconveniente de que corroen los metales y su actividad se reduce notablemente en presencia de materia orgánica. Entre los compuestos liberadores de cloro, el hipoclorito de sodio y los compuestos N-clorados son los desinfectantes más utilizados en las instituciones de salud. Los halógenos son oxidantes fuertes, que destruyen la actividad de las proteínas celulares por oxidación de sus grupos sulfhidrilos. Se emplean como ya hemos mencionado en el tratamiento del agua de consumo y de piscinas; en la desinfección de objetos y superficies no metálicas, y en la cristalería de laboratorio como, por ejemplo, las pipetas usadas. Las concentraciones recomendadas de hipocloritos varían en función del objeto de la desinfección; así, se utiliza 1 000 mg/L (1000 ppm) de cloro disponible para la desinfección de superficies limpias, y 10 000 mg/L (10 000 ppm) de cloro disponible, en presencia de abundante materia orgánica, con un tiempo de contacto superior a 1 hora. Las diluciones de uso provenientes de las soluciones de hipocloritos, deben conservarse en recipientes oscuros y una observación práctica es tener la precaución de no agregar ácidos a los hipocloritos, ya que puede desprenderse gas de cloro, muy tóxico. Aldehídos. Son agentes alquilantes que se emplean para el tratamiento de ambientes y de instrumentos médicos y quirúrgicos, los cuales soportan las temperaturas exigidas por las 77 Microbiología y Parasitología Médicas técnicas que esterilizan basándose en la acción del calor. En este grupo se encuentran sustancias tan utilizadas como el formaldehído, el óxido de etileno y el glutaraldehído. La acción de estos agentes se lleva a cabo en la célula, inactivando enzimas y proteínas, mediante la sustitución de átomos lábiles de hidrógeno por radicales alquilo. El formaldehído es usado en su forma gaseosa para la desinfección y esterilización de ambientes especiales como los salones de operaciones, ropas, muebles y otros artículos, y se utiliza también en solución acuosa en la esterilización de algunos instrumentos. El óxido de etileno mezclado con gases inertes, para disminuir el peligro de explosión, se emplea exclusivamente en equipos o cámaras especiales. Por su acción penetrante, permite la esterilización de materiales empacados en papel o en polietileno, y se utiliza en artículos de plástico o de goma como jeringuillas y sondas. El glutaraldehído en solución al 2 % es idóneo para la desinfección de equipos de hospital como citoscopios, equipos de anestesia y de laboratorio, susceptibles de corrosión. No penetra fácilmente en la materia orgánica, por lo que sólo se debe usar en superficies limpias. Para el uso de todos estos agentes es muy importante tener control de la adecuada concentración del producto, el tiempo de exposición y la temperatura y humedad relativa a la que se emplean. Además, por sus propiedades tóxicas, su empleo debe estar restringido a aplicaciones especiales, ya que los riesgos y consecuencias de su uso no solamente pueden afectar al paciente, sino también al que utiliza y manipula los materiales así esterilizados (enfermeras, cirujanos y otros), así como al personal de los servicios de esterilización. Iones de metales pesados. Las sales de metales pesados actúan como antimicrobianas, pero, generalmente, a altas concentraciones resultan perjudiciales para los tejidos humanos. El mercurio y sus sales fueron los primeros agentes empleados en el tratamiento de la sífilis, más al igual que otros metales pesados empleados como desinfectantes, han sido sustituidos por su alta toxicidad. Las sales de mercurio, plata y cobre desnaturalizan las proteínas en concentraciones altas, pero es desaconsejable su uso en humanos. En bajas concentraciones, como habitualmente se utilizan, actúan combinándose con los grupos sulfhidrilo. La aplicación de los compuestos mercuriales está restringida al tratamiento de infecciones de la piel y heridas pequeñas. Los compuestos de otros metales como, por ejemplo, el nitrato de plata en solución al 1 %, han sido ampliamente utilizados en la prevención de la oftalmía gonocóccica del recién nacido; y los compuestos con cobre y zinc se han empleado como fungicidas. Detergentes catiónicos, En estos detergentes, sus características tensioactivas están asociadas a la porción catiónica de la molécula. Su propiedad de concentrarse en la interfase entre la membrana de una célula bacteriana, que contiene lípido, y el medio acuoso que la rodea, les permite actuar alterando la función de la membrana celular bacteriana. Son representantes de este grupo los compuestos de amonio cuaternario, como el cloruro de benzalconio, el cetavlón, y el cetrimida, todos de amplio uso hospitalario como antisépticos y desinfectantes de superficies y equipos. El uso inadecuado o excesivo de los desinfectantes es un hecho presente en muchos hospitales del mundo; para solucionar esto, las instituciones de salud deben tener normas escritas sobre el empleo de los desinfectantes químicos. Para hacer estas normas, hay que partir del conocimiento de los desinfectantes en uso en el medio del cual se trate y de sus aplicaciones. Se debe suprimir la utilización de los desinfectantes en las situaciones en que una buena limpieza sea suficiente; también cuando, por el contrario, se requiera la esterilización y en los casos en que sea posible la desinfección térmica o resulte más económico el empleo de artículos desechables. Se debe seleccionar un número limitado de desinfectantes para las aplicaciones en que se considere su uso. La eficacia de las diluciones de uso de los desinfectantes, se debe comprobar periódicamente mediante pruebas de uso, como la desarrollada por Kelsey y Maurer, a la que nos referiremos en el capítulo sobre infección intrahospitalaria. RESUMEN Los agentes antimicrobianos son utilizados para destruir o impedir el crecimiento de los microorganismos. Por su naturaleza pueden ser: físicos o químicos y tienen 78 Efectos de los agentes físicos y químicos sobre los microorganismos diferentes modos de actuar sobre la estructura de la célula bacteriana y sus procesos metabólicos. Estos agentes se emplean en los procesos de esterilización y desinfección en los hospitales, en relación con la atención de pacientes; también en los laboratorios para evitar la contaminación microbiana de los cultivos y en la industria farmacéutica y alimentaria. En este capítulo se enuncian conceptos relacionados con los agentes antimicrobianos, se describen los principales agentes, su modo de acción y los usos más frecuentes. BIBLIOGRAFÍA Black JG. Microbiology. Principles and Applications. 3rd ed. Chap. 13. New Jersey, EUA: Prentice-Hall International 1996;332-55. Blair A, Stewart PA. Correlation between different measures of occupational exposure for formaldehyde. Am J Epidemiol 1990;131:510-6. Brooks GF, Butel JS, Ornston LN, Jawetz E, Melnick Jl, Adelberg EA. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. en español. Cap. 4. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996:51-61. Hogstedt Ch, Aringer L, Gustavsson A. Epidemiologic support for ethylene oxide as a cancer-causing agent. JAMA 1986;25(12):1575-78. Organización Panamericana de Salud [Reseña]. Selección y uso de desinfectantes y descontaminantes. Bol Sanit Panam 1983;95(6):556-62. Romero Cabello R. Microbiología y Parasitología Humana. 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Es precisamente él, el conductor de los experimentos con los arsenicales, lo que ha sido considerado “como el primer triunfo importante de la Quimioterapia”. Los quimioterápicos y los antibióticos son productos químicos que tienen alguna o total acción sobre los microorganismos, bien de inhibición como de exterminio. Se relaciona el inicio de la era actual de la quimioterapia antimicrobiana en 1935, con las sulfonamidas, y de la antibioticoterapia con el uso de la penicilina, descubierta por Fleming desde 1929. La aplicación de la penicilina en Estados Unidos en el accidente de Chicago con un éxito escandaloso, revolucionó el tratamiento de las infecciones, creyéndose que este descubrimiento traería como consecuencia la eliminación de las infecciones en el hombre. A partir de la década de los 40 y después de unos años, más que de uso, de abuso de la penicilina, los científicos se dieron cuenta que las cosas no se presentaban como se había pensado de inicio y que todas las infecciones no eran resueltas por la penicilina. Comienza entonces la carrera de los científicos y de la industria farmacéutica en la búsqueda de nuevos fármacos y surge la estreptomicina, tetraciclina, cloranfenicol y muchos otros agentes. En una primera instancia estas sustancias fueron aisladas de filtrados de medios en los cuales los hongos productores habían crecido, al pasar de los años y como consecuencia del desarrollo de otras ciencias se ha pasado a la modificación biosintética de moléculas. Lo que realmente comenzó hace tanto tiempo, en el siglo XVII, con la utilización de diferentes sustancias químicas para el tratamiento de enfermedades infecciosas (uso de la quinina para el paludismo), se continúa con un verdadero salto en los conceptos y el accionar con Ehrlich y Fleming a principios del siglo XX, y se revoluciona con la aplicación a la infección de la penicilina como tratamiento, hoy constituye el gran capítulo de desarrollo de múltiples drogas, que comenzaron a surgir en los últimos 60 años y no ha concluido, pues el hombre debe lograr el fármaco universal. 81 Microbiología y Parasitología Médicas MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS FÁRMACOS ANTIMICROBIANOS Antes debemos hacer referencia al término de toxicidad selectiva. Cuando un medicamento resulta nocivo para un parásito e inocuo para el hospedero, decimos que presenta toxicidad selectiva. Por lo que un agente antimicrobiano ideal muestra toxicidad selectiva. Lo frecuente es que el término sea relativo, pues se presenta una droga que en una concentración tolerable para el hospedero, pueda dañar al parásito. La evidencia que nos demuestre el mecanismo completo de la acción de la mayor parte de los antimicrobianos aún no la tenemos, pero han sido descritos cuatro fundamentales: 1. Inhibición de la síntesis de la pared celular. 2. Inhibición de las funciones de la membrana celular. 3. Inhibición de la síntesis proteica (se inhibe la transducción del material genético). 4. Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos. INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE LA PARED CELULAR Este mecanismo guarda una estrecha relación con la estructura de la bacteria. Recordemos que estas poseen una capa exterior rígida: la pared celular. Esta pared dentro de sus propiedades tiene la de dar la forma a los microorganismos, confiriéndole, además, una presión osmótica interna alta a la bacteria que varía de tres a cinco veces mayor en las grampositivas que en las gramnegativas. El daño a la síntesis de la pared origina la formación de protoplastos bacterianos esféricos a partir de las grampositivas o de esferoplastos a partir de los microorganismos gramnegativos; ambos son recubiertos por una frágil membrana citoplasmática. De colocarse en un ambiente de tonicidad ordinaria, pueden explotar. La pared celular bacteriana contiene un mucopéptido (mureína, peptidoglicano) el cual no es más que un polisacárido y un polipéptido con muchos enlaces, nueve eslabones transversos. El polisacárido contiene a los aminoazúcares N-acetilglucosamina y ácido acetilmurámico de modo regular; este último sólo es propio de las bacterias. Las cadenas pentapeptídicas se ligan a los aminoazúcares. La rigidez final de la pared celular es dada por los enlaces cruzados de las cadenas peptídicas. La envoltura de peptidoglucano es mucho más gruesa en la pared celular de las grampositivas que en las gramnegativas. Los fármacos que ejercen estos mecanismos son, principalmente: penicilina, bacitracina, cefalosporinas, cicloserina y vancomicina. Betalactamasa y fármacos betalactámicos. Los fármacos betalactámicos son inhibidores selectivos de la síntesis de la pared celular bacteriana y, por tanto, activos contra las bacterias en proliferación. Los pasos son los siguientes: 1. Fijación del agente a los receptores celulares (proteínas fijadoras de penicilina, PFP). 2. Eliminación o inactivación de un inhibidor de las enzimas autolíticas de la pared celular (protoplastos o esferoplastos). 3. Producción de enzimas destructoras de la penicilina (betalactamasas) por el microorganismo. De estas, algunas son mediadas por plásmidos, ejemplo: la penicilinasa de S. aureus. Otras son mediadas por cromosomas, como ejemplo tenemos muchas especies de bacterias gramnegativas. Todas de las más de 30 betalactamasas, según Jawetz, mediadas por plásmidos, son producidas en forma constitutiva; muchas son codificadas por genes en los plásmidos y poseen alta propensión a moverse de una especie bacteriana a otra, por ejemplo: N. gonorrhoeae, H. influenzae, enterococos productores de betalactamasa. La clasificación de las betalactamasas es compleja, se basa en la genética, propiedades bioquímicas y afinidad por el sustrato para un inhibidor de la betalactamasa (ácido clavulánico). El ácido clavulánico, el sulbactam y el tazobactam son inhibidores de la betalactamasa y presentan afinidad alta por algunas betalactamasas a las cuales se fijan de modo irreversible, pero no son hidrolizados por estas. El concepto recientemente descrito de las betalactamasas de espectro extendido o ampliado debe ser considerado. 4. Ausencia de algunos receptores para la penicilina (PFP), los que se presentan como resultado de una mutación cromosómica. 82 Quimioterapia antimicrobiana 5. Insuficiencia del medicamento betalactámico para activar a las enzimas autolíticas de la pared celular. Como resultado se inhibe el microorganismo, pero no se le destruye. Esta tolerancia se ha observado en ciertos estafilococos y estreptococos. Varios medicamentos inhiben las etapas tempranas de la síntesis del peptidoglicano. Generalmente no es este un mecanismo único de inhibición de estos medicamentos de la síntesis de la pared. INHIBICIÓN DE LAS FUNCIONES DE LA MEMBRANA CELULAR En toda célula viva el citoplasma está limitado por la membrana citoplasmática, verdadera barrera de permeabilidad selectiva, la cual realiza funciones de transporte activo y, por tanto, controla la composición interna de la célula. Si esta función es interrumpida, las macromoléculas y los iones escapan de la célula, por lo que causan daño o muerte celular. Existe diferencia entre la membrana citoplasmática de las bacterias y la de los hongos, y ambas pueden lesionarse con más facilidad que las células animales; por eso es posible tener actividad quimioterápica selectiva. Ejemplo son las polimixinas (actúan frente a bacterias gramnegativas) y los polienos que atacan a los hongos, los cuales requieren de la fijación de un esterol que no existe en la membrana de las bacterias. Los polienos no atacan a las bacterias y constituyen un ejemplo de toxicidad selectiva, el más conocido es la anfotericina B. Al igual que las polimixinas, a este grupo pertenecen las drogas: colistina, imidazoles y polienos. INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS PROTEICA Se ha demostrado que inhiben la síntesis de proteínas en las bacterias, el cloranfenicol, tetraciclinas, aminoglicósidos, eritromicinas y lincomicinas. Su mecanismo de acción no se conoce completamente. 1. Las bacterias poseen ribosomas 70 S, mientras que las células de los mamíferos tienen ribosomas 80 S. 2. Los ribosomas de las bacterias son lo suficientemente diferentes en cuanto a las subunidades que las integran, su composición química y sus especificidades funcionales, lo cual permite explicar el por qué los antimicrobianos que pueden inhibir a las bacterias no hacen el mayor efecto en las células animales. 3. Las bacterias poseen polisomas, que son ribosomas capaces de leer el mensaje de ARNm que se encuentra ensartado a lo largo de la tira de ARNm. Aminoglicósidos De los aminoglicósidos, el modo de acción que más se conoce es el de la estreptomicina, quizá todos los demás actúen de modo parecido (kanamicina, neomicina, gentamicina, tobramicina, amikacina, entre otros). Pueden ser descritas cuatro etapas: 1ra Inserción de P12 (proteína receptora especial) sobre la subunidad 30 S del ribosoma microbiano. 2da Bloqueo del complejo de la actividad normal del "complejo de iniciación" de la forma ción del péptido (ARNm-formilmetionina-ARNt). 3ra El mensaje del ARNm es leído mal sobre la región del "reconocimiento" del ribosoma y como resultado de la inserción del aminoácido equivocado en el interior del péptido se produce una proteína no funcional. 4ta La inserción del aminoglicósido resulta en la demolición de los polisomas y en su separación en monosomas, incapaces estos de efectuar la síntesis proteica. Se describe que estas actividades resultan más o menos simultáneas; el efecto global es, por lo general, irreversible y destruye a la bacteria. 83 Microbiología y Parasitología Médicas La resistencia cromosómica de las bacterias a los aminoglicósidos depende, principalmente, de la falla de la proteína receptora específica sobre la subunidad 30 S del ribosoma. La resistencia dependiente del plásmido contra ellos depende de la producción por la bacteria de enzimas adenilantes, fosforilantes o acetilantes que destruyen a las drogas. Pueden tener un tercer modo de resistencia, el cual consiste en un "defecto en la permeabilidad", un cambio en el exterior de la membrana que reduce el transporte activo del aminoglicósido hacia el interior de la célula, de modo que el medicamento no puede llegar al ribosoma. Los plásmidos, en ocasiones, median el proceso. Tetraciclinas Las tetracilinas se enlazan con la subunidad 30 S de los ribosomas bacterianos. Inhiben la síntesis proteica bloqueando la inserción del ARNt-aminoacilo cargado y previniendo la introducción de nuevos aminoácidos a la cadena naciente del polipéptido. Su acción, en general, es inhibidora y reversible al suspender el medicamento. La resistencia a las tetraciclinas se debe a cambios en la cubierta de la bacteria. En las sensibles, el medicamento se concentra a partir del medio y no deja la célula; mientras que en las resistentes, el medicamento no se transporta de modo activo al interior o sale tan rápido que no mantiene las concentraciones inhibidoras. Ello es, a menudo controlado por plásmidos. Cloranfenicol Se fija a la subunidad 50 S de los ribosomas bacterianos e interfiere con el enlace de los aminoácidos a cadenas peptídicas nacientes, principalmente porque la droga inhibe la peptidiltransferasa. Su acción principal es bacteriostática , o sea, su acción sobre la bacteria es reversible cuando esta es suspendida. Los microorganismos resistentes producen una enzima, la cloranfenicolacetiltransferasa, que destruye el medicamento. Por lo general, la producción de esta enzima está bajo el control de plásmidos. Macrólidos (eritromicina, azitromicina y claritromicina) Estas drogas se integran en la subunidad 50 S del ribosoma, y el sitio de unión es una 23 S ARNr. Pueden interferir con la formación de los complejos iniciales para la síntesis de la cadena peptídica o con las reacciones de translocación de aminoacilos. Algunas bacterias resistentes a los macrólidos no poseen el receptor apropiado sobre el ribosoma (por metilación del ARNr). Estas pueden hallarse bajo el control plasmídico o del cromosoma. Lincomicinas (lincomicina, clindamicina) Estos antibióticos son parecidos a los macrólidos en la actividad antibacteriana y en su modo de acción. Se eslabonan a la subunidad 50 S del ribosoma bacteriano. Puede presentarse interferencia mutua entre estos medicamentos. Los cromosomas mutantes son resistentes debido a que carecen del sitio de enlace sobre la subunidad 50 S. INHIBICIÓN DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS (QUINOLONAS, PRIMETAMINA, RIFAMPICINA, SULFONAMIDAS, TRIMETOPRIM) Las quinolonas y las fluoroquinolonas inhiben la síntesis de ADN de la bacteria por bloqueo de la ADN girasa. La primetamina inhibe la dihidrofolatorreductasa, pero es más activa contra la enzima en las células de los mamíferos y, por tanto, es más tóxica que el trimetoprim. La rifampicina inhibe el desarrollo bacteriano al enlazarse fuertemente a la polimerasa del ARN dependiente del ADN de las bacterias, por lo tanto, inhibe la síntesis bacteriana del 84 Quimioterapia antimicrobiana ARN. La resistencia a esta droga resulta de un cambio en la ARN polimerasa por mutación cromosómica, la que ocurre con relativa frecuencia. El mecanismo de acción de la rifampicina sobre los virus es diferente, acontece por bloqueo de una última etapa en el ensamble de los poxvirus. Las sulfonamidas pueden penetrar en la reacción en lugar del PABA, compitiendo por el centro activo de la enzima, lo cual determina que se formen análogos no funcionales del ácido fólico; esto evita el desarrollo ulterior de la célula bacteriana. El trimetoprim inhibe la reductasa del ácido dihidrofólico con una eficacia de 50 000 veces mayor en las bacterias que en las células de mamíferos. Esta enzima reduce el ácido dihidrofólico a ácido tetrahidrofólico, una etapa en la secuencia que conduce a la síntesis de las purinas y, por último, del ADN. Si las sulfonamidas se unen al trimetoprim, producen un bloqueo secuencial incrementando la actividad (sinergismo). ORIGEN DE LA RESISTENCIA DE LAS BACTERIAS A LOS ANTIBIÓTICOS ORIGEN NO GENÉTICO La mayoría de las acciones de los medicamentos antimicrobianos sobre las bacterias requieren de la multiplicación de estas. Cuando nos encontramos frente a bacterias inactivas, que no se multiplican, pueden resultar fenotípicamente resistentes a la droga. Pero su descendencia sí va a mostrar sensibilidad. El mejor ejemplo lo podemos encontrar en las micobacterias, las que a menudo sobreviven en los tejidos por años después de la infección, frenadas por los mecanismos de defensa del hospedero, y esto hace que no se multipliquen. Por ello son llamadas bacterias persistentes, que son resistentes y no pueden ser erradicadas mediante los medicamentos. Pero si se suprime la inmunidad celular en el paciente, se vuelven vulnerables, sensibles, a los mismos medicamentos. Algunos microorganismos pueden perder la estructura de blanco específico para ciertos medicamentos y eso es posible que ocurra por varias generaciones y volverse de esa forma resistentes. Cuando esas bacterias recobran su capacidad de producción de pared celular, recobran también la susceptibilidad por completo al antibiótico. Este ejemplo es válido para la penicilina. ORIGEN GENÉTICO Los microorganismos resistentes en su mayoría surgen por los cambios genéticos y de los procesos subsiguientes de selección por los antimicrobianos. Resistencia cromosómica. Cuando en un locus que controla la susceptibilidad a un antimicrobiano se desarrolla una mutación espontánea, decimos que nos encontramos frente a una resistencia cromosómica. El medicamento actúa como un selector suprimiendo bacterias sensibles y permitiendo el desarrollo de mutantes resistentes a las drogas. Existe también mutación espontánea con frecuencia de 1012-107. No siempre sucede igualmente a este ritmo, puede ser inferior, como es el caso de la rifampicina como medicamento único, por lo que debe utilizarse con sumo cuidado, atendiendo el fallo de tratamiento y la aparición de la resistencia. Una pequeña región del cromosoma bacteriano contiene genes estructurales que codifican a cierto número de receptores farmacológicos. La mutación puede conducir, además, a la pérdida de PFP (proteína fijadora de penicilina; receptor), haciendo estas mutantes no sólo resistentes a la penicilina, sino también a los betalactámicos. Resistencia extracromosómica. Elementos genéticos extracromosómicos llamados plásmidos se hallan contenidos en las bacterias (descritos anteriormente). Los factores R son una clase de plásmidos que confieren a la bacteria genes para la resistencia a un medicamento y metal pesado, y a menudo a varios de ellos. Estos genes controlan la producción de enzimas capaces de destruir a los antimicrobianos. Por tanto, los plásmidos determinan la resistencia a las penicilinas y cefalosporinas, portando genes para la formación de 85 Microbiología y Parasitología Médicas betalactamasa. Son también los plásmidos los que codifican las enzimas que destruyen al cloranfenicol (acetiltransferasa); las que acetilan, adenilan o fosforilan diversos aminoglicósidos, y las que determinan el transporte activo de las tetraciclinas a través de la membrana celular; y otros medicamentos. Se han descrito cuatro mecanismos mediante los cuales el material genético y los plásmidos pueden ser transferidos: 1. Transducción: el plásmido ADN es encerrado en un virus bacteriano y transferido por ese virus a otra bacteria de la misma especie; ejemplo: el plásmido que porta el gen para la producción de betalactamasa puede transferirse de un estafilococo resistente a la penicilina a uno sensible, si es transmitido por algún bacteriófago adecuado. Una transducción semejante ocurre con las salmonellas. 2. Transformación: el ADN desnudo pasa de una célula de una especie a otra alterando, por lo tanto, su genotipo. Esto puede ocurrir a través de la manipulación de laboratorio. 3. Conjugación: cuando se produce una transferencia unilateral de material entre bacterias no sólo del mismo género durante el proceso de conjugación, estamos en presencia de una conjugación. Se dice que esta transferencia es mediada por un factor de fertilidad (F) que no es más que el producto de la extensión de los pelos sexuales de la célula donadora al receptor. Tanto el plásmido u otro ADN son transferidos a través de estos túbulos de proteína del donador al receptor. Es así como pueden transferirse una serie de genes que determinan resistencia a un medicamento, de una bacteria resistente a una sensible. Este resulta el método más común de transferencia de resistencia a múltiples medicamentos entre diferentes géneros de bacterias gramnegativas. La transferencia de plásmidos R también puede producirse entre algunas bacterias grampositivas. 4. Transposición: entre un plásmido y otro puede ocurrir la transferencia de secuencias cortas de ADN; son los llamados transposones. Puede suceder, además, entre un plásmido y una porción del cromosoma bacteriano dentro de alguna bacteria (ver capítulo sobre: "Aplicaciones de la biología molecular a la microbiología médica"). Resistencia cruzada. Se conoce con este nombre la propiedad que presentan algunos microorganismos que pueden ser resistentes a un antibiótico determinado y también a otros medicamentos que compartan algún mecanismo de acción. Esta relación existe de modo principal entre agentes con estructuras químicas análogas (aminoglicósidos) o que tienen un modo semejante de fijación o de acción (macrólidos y lincomicina). En el caso de las tetraciclinas, por ejemplo, el núcleo activo es tan semejante entre ellos que es de esperar una resistencia cruzada. ESTUDIOS EXPERIMENTALES SOBRE NUEVOS ANTIMICROBIANOS Recientemente, estudios experimentales de colaboradores de Escocia y Francia han permitido aislar una estructura de una enzima envuelta en la biosíntesis de un constituyente de la pared celular, la L-rhamnosa. Este nuevo mecanismo de acción sugiere que la proteína, dTTP-6-deoxy-D-xylo-4-hexulosa 3,5 epimerasa (RmlC), es centro potencial para el desarrollo de nuevas drogas. Los autores explicaron que la L-rhamnosa actúa como un factor de virulencia para las bacterias grampositivas como los estreptococos, y está relacionada, además, con la resistencia a la muerte por el suero y a la colonización por bacterias gramnegativas, incluyendo E.coli y Salmonella. Estos estudios todavía muy primarios, según sus autores “pudieran servir de punto de partida para el descubrimiento de nuevas drogas que actúen interfiriendo el mecanismo catalítico de epimerización’’. De forma también experimental derivado de la everninomicina (Ziracin), está siendo estudiado en la Laval University en Quebec, y su acción va dirigida a inhibir el crecimiento de bacterias grampositivas penicilino-resistentes. Los investigadores señalan que el producto presenta una vida media significativamente mayor que la de ceftriaxona y vancomicina. Según ellos, el Ziracin constituye una promesa para el tratamiento de las infecciones resistentes por S. pneumoniae en pacientes inmunocompetentes e inmunodeficientes. Los investigadores han puesto también sus esperanzas en los aminoglicósidos a pesar de su toxicidad y su susceptibilidad a las modificaciones químicas. Los estudios se basan en 86 Quimioterapia antimicrobiana que las bacterias crean las proteínas que necesitan para sobrevivir, y se encuentran constantemente envueltas en mutaciones. Ellos han hallado una forma de unir el antibiótico al ARN bacteriano, o sea, a la maquinaria que produce la proteína. Eso previene la formación de las proteínas que la hacen resistente a los antibióticos. Los investigadores sostienen que sus trabajos los realizan con los aminoglicósidos porque estos funcionan de diferente manera que otras drogas, previniendo la formación de proteínas, en vez de atacar las proteínas después de que están formadas. No sólo la búsqueda de nuevas drogas antimicrobianas es un objetivo de los científicos contemporáneos, sino también de otras drogas no antimicrobianas propiamente que permitan la lucha contra la sepsis. Hace poco apareció la noticia del uso ya en fase III de una proteína C activada recombinante humana (Zovant); esta droga puede ayudar a la terapia combinada de la sepsis con antibióticos y sirve para prevenir los coágulos, reducir los ya formados y la inflamación en los vasos sanguíneos, según la firma farmacéutica que investiga en ella. Recientemente en la American Society for Microbiology fueron presentados varios trabajos sobre la posible utilización de bacteriófagos (virus que infectan bacterias) como posible promesa de una alternativa al tratamiento tradicional con antibióticos. A esta terapia se le han señalado diversas ventajas, entre ellos: que no es necesaria la administración constante como sucede con los antibióticos, “pues los bacteriófagos sólo se encuentran presentes en presencia de las bacterias, y se incrementan si estas crecen, y cuando estas son eliminadas, desaparecen los fagos”. Existen evidencias de hace más de veinte años de la utilización de bacteriófagos en infecciones en Europa del Este. AGENTES ANTIBACTERIANOS RECIENTEMENTE APROBADOS. NUEVAS APLICACIONES Y NUEVAS DROGAS En los últimos meses de 1999 fueron aprobados por la US FDA y Food and Drug Administration (FDA-EE.UU.), cuatro nuevos agentes antibacterianos. Levofloxacin sentó un precedente cuando se autorizó su aplicación en el tratamiento de la neumonía a S. pneumoniae, causada por cepas penicilino-resistentes en la comunidad. Linezolid (Zyvox) se unió al armamento de drogas a aplicar a las bacterias vancomicino-resistentes, Enterococcus faecium (VREF), así como las neumonías nosocomiales producidas por S. aureus meticilinoresistente (MRSA), así como en infecciones complicadas de la piel. Linezolid es la primera oxazolidina reconocida por la FDA para uso clínico. En septiembre de 1999 fue aprobada la droga quinupristin/dalfopristin (Synercid) para el tratamiento a infecciones asociadas a bacteriemia VREF y también se aceptó para lesiones complicadas de la piel (MRSA). En diciembre de 1999, dos nuevas fluoquinolonas, gatifloxacin (Tequin) y moxifloxacin (Avelox), ambas aprobadas para el tratamiento de las neumonías adquiridas en la comunidad, sinusitis aguda y exacerbación de bronquitis crónica. Gatifloxacin se autorizó para ser utilizada en pielonefritis no complicada, así como en gonorrea no complicada a N. gonorrhoeae y aguda. Nuevos usos en drogas ya conocidas y nuevas drogas surgen cada día, pero... las bacterias no están estáticas. MEDICIÓN DE LA ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA Importante resulta el conocimiento de la actividad antimicrobiana in vitro, pues permite al laboratorio conocer la sensibilidad de los diferentes microorganismos a las diversas drogas antimicrobianas. Dicha actividad se mide in vitro para determinar: la potencia de una droga antimicrobiana frente a un microorganismo dado, su concentración en los líquidos del cuerpo o en los tejidos, y la sensibilidad de un microorganismo dado a concentraciones conocidas del medicamento. Esta medición sólo se aplicaba a las bacterias, hoy se aplica a todos los microorganismos. La aplicación de las pruebas in vitro comenzó por mediciones cualitativas. Hoy se utilizan más los métodos cuantitativos, pues favorecen el esclarecimiento para la mejor 87 Microbiología y Parasitología Médicas aplicación o decisión del tratamiento apropiado. Los métodos más comúnmente utilizados son: el de dilución y el de difusión. En ambos métodos se trata de enfrentar un microorganismo (a una concentración prederminada), a una muestra de concentración conocida del medicamento para apreciar y medir el comportamiento del crecimiento del microorganismo en un tiempo y a una temperatura dados, y compararlos con un patrón estándar conocido, que actuará como referencia. Los métodos cuantitativos se prefieren a los cualitativos. Existen varios procederes para la determinación cuantitativa de la sensibilidad a los antimicrobianos, entre otros: 1. Macrodilución en caldo. 2. Dilución en agar. 3. Concentración Break points. 4. Microdilución en caldo. 5. E Test. 6. Métodos automatizados. Casos en que se justifica realizar una prueba cuantitativa (CIM) · · · · · · · Ausencia de metodología más sencilla Falta de estandarización Uso de nuevos antibióticos Falla inesperada de tratamiento Infecciones severas Perfiles inusuales Pruebas bactericidas Dentro de las limitaciones que se le señalan a estos métodos se encuentran: 1. No evalúan los factores del paciente: inmunidad humoral y celular, ni la unión del antibiótico a las proteínas. 2. Se trabaja con concentraciones constantes. 3. No existen puntos de corte para todos los microorganismos (MO). 4. Representatividad del inóculo utilizado con relación al proceso patológico. 5. No se tiene en cuenta la fase de crecimiento del MO. 6. No evalúan la cinética de la muerte del MO. En estos métodos se estima tanto la potencia del antibiótico en la muestra como la “sensibilidad” del microorganismo. A la prueba que el médico indica al paciente, se le conoce con el nombre genérico de antibiograma (ver capítulo: “Pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos”). RELACIÓN MEDICAMENTO-PARÁSITO Los factores adicionales a esta relación importantes in vivo se analizarán a continuación. AMBIENTE In vitro el ambiente se mantiene constante, lo que no sucede in vivo. En el hospedero, los MO reciben diversas influencias ambientales, según el tipo de tejido donde se encuentren localizados, así como la parte del cuerpo donde esto suceda; por lo que la respuesta de los MO se producirá de una forma menos uniforme a como ocurre en el tubo de ensayo. Estado de la actividad metabólica. Para la mayor parte de los MO, en el tubo de ensayo la actividad metabólica es más bien uniforme. En el cuerpo, esto es muy diferente; ello está relacionado con el nivel de su actividad biosintética y si esta es baja, son poco sensibles a la acción de los medicamentos. Los MO en “reposo” con frecuencia sobreviven a la exposición de concentraciones altas de las drogas, y después pueden ser causantes de recaídas clínicas del proceso infeccioso. Distribución del fármaco. En los tubos de ensayo, todos los MO se encuentran por igual expuestos al medicamento, mientras que en el cuerpo se distribuye el medicamento a 88 Quimioterapia antimicrobiana diferentes concentraciones de acuerdo con el tejido de que se trate. Al Sistema Nervioso Central muchos medicamentos no llegan. Así mismo la concentración en orina, sangre y tejidos difiere. La respuesta local inducida por el MO puede bloquear la acción del mismo. El tejido necrótico o pus puede absorber el medicamento e impedir el contacto de este con las bacterias. Localización de los MO. En el tubo de ensayo, los MO entran en contacto directo con las drogas. En el cuerpo, pueden encontrarse localizados intracelularmente. Y si tenemos en cuenta lo planteado en el párrafo anterior y que, además, los medicamentos penetran en las células a diferentes velocidades, la situación se hace más compleja. Sustancias que interfieren. En el tubo de ensayo, la actividad del medicamento se puede alterar por la unión de este con las proteínas, con los lípidos o por interacción con las sales. Sin embargo, en el interior del organismo del hombre, la composición del medio bioquímico donde se hallan los MO es muy compleja y origina interferencia significativa con la acción del medicamento. Inciden: la fijación a las proteínas sanguíneas, hísticas, los ácidos nucleicos del pus o ser absorbidos físicamente en los exudados, células y restos necróticos, o cambios en el pH. CONCENTRACIÓN En el cuerpo humano, la concentración en que se encuentra el medicamento no es estable, lo que sí ocurre en el tubo de ensayo en que el MO se halla a una concentración estable de la droga. Absorción. La absorción de los medicamentos resulta irregular y de acuerdo con la vía de ingreso utilizada (oral, sanguínea). También contribuyen a esta irregularidad las excreciones, así como inactivación del medicamento, por lo que las concentraciones a las que se hayan expuestos los MO serán variables. Distribución. Como ya se expresó con anterioridad, la distribución del medicamento varía de acuerdo con el tejido de que se trate, así que las concentraciones serían insuficientes si se administran por vía general; esto conlleva el uso del medicamento directamente al sitio donde se encuentran localizados los MO. Variabilidad de la concentración. Como el MO prolifera constantemente, es crítico mantener una concentración estable y adecuada del medicamento para erradicarlo. El medicamento se administra de modo intermitente, y se absorbe y excreta de forma irregular, por lo que las concentraciones fluctúan continuamente en el sitio infectado. RELACIÓN HOSPEDERO-PARÁSITO Las relaciones hospedero-parásito pueden ser alteradas por los medicamentos antimicrobianos de diferentes formas. Alteración de la respuesta hística. La respuesta inflamatoria a las infecciones se puede alterar si el medicamento suprime la multiplicación de los MO, pero no los elimina del cuerpo, lo que hace convertir un proceso agudo en crónico. De manera inversa, la supresión de la respuesta inflamatoria en los tejidos por alteración de la inmunidad mediada por células en receptores de trasplantes de tejido, el tratamiento contra el cáncer, o el inmunocompromiso por enfermedad, incrementa la susceptibilidad a infección y disminuye la respuesta a los antibióticos. Alteración de la respuesta inmunitaria. La respuesta inmune del hospedero se puede modificar si la infección varía por un medicamento antimicrobiano. Un ejemplo clásico es lo que sucede en la infección por estreptococos betahemolíticos del grupo A (ver capítulo de: “Estreptococos”). Alteración de la flora. Los antibióticos no sólo afectan a los microorganismos llamados patógenos para el hombre, sino también a aquellos MO sensibles, miembros de la flora microbiana normal del cuerpo. Se crea un desequilibrio entre los miembros de esta flora afectada y el hospedero. Esto constituye una fuente de resistencia importante en hospitales, comunidades, e individuos que no hacen uso racional de los antibióticos. 89 Microbiología y Parasitología Médicas EFECTOS ADVERSOS NO DEPENDIENTES DE LA RESISTENCIA CAUSADOS POR LOS ANTIMICROBIANOS Sólo para no olvidarnos, recordar que existen los llamados efectos adversos de los antimicrobianos y que estos se deben, usualmente, a tres mecanismos: 1. Respuesta exagerada a un efecto conocido de la droga. 2. Reacción inmunológica a la droga o a sus metabolitos. 3. Efectos tóxicos de sus componentes o de sus metabolitos. La mayoría de las reacciones adversas relacionadas con los antibióticos se deben a una extensión de la acción farmacológica de la droga y son producidas, con frecuencia, por un ajuste inapropiado de la dosis. Algunos antibióticos inducen raramente reacciones adversas, y cuando se producen estas, se deben sólo al compuesto administrado. Como ejemplos bien conocidos tenemos la inducción de anemia aplástica por el cloranfenicol, y la necrolisis tóxica provocada por la sulfonamida o el síndrome de Stevens-Johnson. Adicionalmente existen factores dependientes del hospedero, como son: constitución genética, desórdenes clínicos concomitantes, entre otros. Ejemplos de ello han sido reportados en pacientes con VIH, que han desarrollado hepatitis inducidas por la oxacilina. En pacientes con SIDA se han presentado: fiebre, alteraciones de la función hepática, intolerancia gastrointestinal mayor que la que se produce en personas no VIH al uso de TMS, entre otras. RESUMEN Este capítulo comprende una síntesis de aquellos mecanismos frente a las drogas que dependen de los medicamentos y de las bacterias; los mecanismos de acción de los medicamentos utilizados más comúnmente en la clínica, frente a las infecciones bacterianas; y se realizan consideraciones sobre los mecanismos más comunes relacionados con el origen de la resistencia. Se presentan nuevas drogas en fase experimental, no sólo antibióticos, sino de aquellas que surgen tratando de bloquear los mecanismos de resistencia conocidos. Se presentan algunas drogas recientemente aprobadas para uso humano en diciembre de 1999. Se describen los mecanismos que rigen la relación medicamento-parásito y los factores adicionales de esta relación in vivo, así como de la relación hospedero-parásito. Se comentan, además, algunos mecanismos que explican el por qué los antibióticos producen reacciones adversas. BIBLIOGRAFÍA Bergeron MG. Ziracin Effective Against Penicillin-Resistant S. pneumoniae. Antimicrob Agents Chemother, 2000;44:1010-18. Jawetz E et al. Microbiología médica. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1995:163-98. Naismith JH. Novel Antibacterial Drug Target Identified in Saccharide Pathway. Nat Struct Biol 2000;7: 398-402. Wong ChH. New approach to Antibiotic Resistance. J Am Chemical Soc 2000;122:5230-1. 90 La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana Alina Llop Hernández RESISTENCIA ANTIMICROBIANA La resistencia a los antibióticos no ha podido ser detenida por barreras locales, nacionales o internacionales. Afecta a todos los individuos y poblaciones alrededor del mundo. La respuesta al problema debe venir de todos los grupos sociales. El mal uso y el abuso de los antibióticos, ya sea en el hogar, hospitales, comunidades, con los animales, en la agricultura, pueden adicionar a las fuerzas del ambiente, a seleccionar y mantener cepas de bacterias resistentes. El efecto aniquilador de los antibióticos es tan fuerte que sólo las bacterias resistentes pueden sobrevivir a su acción. Cuando este es la consecuencia de los tratamientos, podemos aceptarla, y usualmente resulta transitoria. Los genes de resistencia de un grupo de bacterias pueden extenderse a diferentes tipos de ellas y a grandes distancias. No necesitan las bacterias de pasaporte para cruzar las fronteras entre países. Pueden, rápidamente, darle la vuelta al globo, haciendo eclosión en humanos, animales y productos alimenticios. Esta extensión puede resultar más rápida e insidiosa que cualquier otra posible. Significativamente, las cepas resistentes no tienen ninguna ventaja de subsistir si no hubiera antibióticos presentes. Aun, donde el uso es limitado, habrá bacterias con resistencia (Cuadro 11.1). Cuadro 11.1. Resulta irónico y paradójico que los antibióticos, los mejores agentes para tratar bacterias hasta el momento, sean los agentes más importantes de selección y propagación de las bacterias resistentes Quizá resulta irónico y paradójico que los antibióticos, considerados todavía como los mejores agentes para el tratamiento de las infecciones, son los únicos y más importantes 91 Microbiología y Parasitología Médicas agentes que seleccionan, y son causa de la propagación de las bacterias resistentes. Las dos caras del efecto de estas valiosas drogas hace que sea crucial su uso cuidadoso. Expertos en Estados Unidos, han estimado que por lo menos la mitad del uso humano de los antibióticos, ya sea en la comunidad como en el hospital, resulta innecesario e inapropiado. Similares resultados o en algunos casos superiores han sido argumentados en otras partes del mundo, pero realmente la magnitud del problema mundial todavía se desconoce. La actitud ante el consumo de los antibióticos de las personas, en general, desde su aparición ha variado muy poco a pesar de que su uso data de hace más de 50 años. A finales de los años 50, Henry Welch, entonces director de la División de Antibióticos del Ministerio de Salud de los EE.UU., expone en su libro de la Academia de Medicina de New York, El impacto de los antibióticos en la medicina y la sociedad, lo siguiente: "El público americano es como una esponja para los antibióticos, como esta es al agua". ¿Ha cambiado esta forma de pensar ya comenzando el nuevo siglo? Esa actitud ha persistido, y sin vislumbrarse un cambio ni en esta, ni en la próxima década. Estamos pagando el concepto de que “los antibióticos han constituido un verdadero milagro”. Esto ha tenido su origen al inicio del descubrimiento y su denominación de “drogas milagrosas”. CONSECUENCIAS SOCIALES DEL MAL USO INDIVIDUAL Además de los efectos secundarios que resultan factores de riesgos al individuo por el tratamiento con los antibióticos, mucho mayores efectos nocivos se producen a la sociedad por la extensión de su uso. El efecto producido va más allá del individuo. Su efecto ecológico, los efectos que sobre el ecosistema producen los cambios, son considerables. La selección de los antibióticos es sobre el ambiente, no justamente sobre el individuo, y la aparición de las formas resistentes de bacterias ejerce serios efectos sobre una buena parte de la sociedad. La selección de bacterias resistentes a los antibióticos ocurre en cada usuario, dondequiera que ellas se encuentren, en el tractos intestinal, en la boca, o en la piel. Estas consecuencias pueden ser aceptadas si realmente el uso del antibiótico constituye una necesidad médica, pero si no, el cambio de la flora bacteriana resulta innecesario y potencialmente dañino. La resistencia bacteriana puede moverse a los miembros de la familia y a otras personas (cuadro 11.2). Cuadro 11.2. Cambios ecológicos producidos - Las bacterias pueden moverse a otros miembros de su familia y a otras poblaciones bacterianas - Un efecto social se produce cuando estas valiosas drogas son utilizadas inapropiadamente - Una bacteria no es ella sola. Ella es ingerida, excretada y extendida en el ambiente, llegando a ser tal su integración, que se convierte en un pool común Si bien muchas de esas bacterias no son capaces, directamente, de causar enfermedad a su portador, su resistencia es, con frecuencia, transferida; estas son las bacterias que potencialmente pasan su resistencia a bacterias patógenas al hombre con las que entran en contacto. Un efecto social negativo se produce cada vez que nosotros hacemos uso inapropiado de esas valiosas drogas que llamamos antibióticos. Stuart Levy, presidente de la Sociedad Americana de Microbiología y fundador de la APUA, señala en uno de sus tantos artículos dedicados a este tema lo siguiente: “los antibióticos son los únicos medicamentos que tratan a las poblaciones tan bien como al individuo”. Una sola bacteria no es ella sola. Ella entra en contacto con el individuo, se multiplica, es excretada y de esa manera se extiende en el ambiente, convirtiéndose en parte de él. En consecuencia, la flora individual probablemente refleja la flora del ambiente donde ese individuo vive, el tipo de bacterias y la frecuencia de las resistencias de los que allí habitan. La E. coli, una de las bacterias más ubicuas, puede mostrar bien lo que sucede en tal sentido. En un estudio realizado por Lester y col., se examinó la frecuencia de la resistencia 92 La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana de esta bacteria. Se determinó el número de E. coli resistentes en las heces de niños menores de 2 años, en tres áreas geográficas diferentes, en ciudades distantes de tres continentes: Caracas, Venezuela, Qin Pu, China y Boston, en EE.UU. Se obtuvieron los siguientes resultados: en las tres ciudades, la mayoría de los niños había tomado, por lo menos alguna vez en su vida, antibióticos. Dentro de los varios cientos que se entrevistaron, sólo menos del 10 % no lo había hecho; pero este grupo prácticamente estaba integrado por niños menores de 1 un año. Precisamente en ese grupo, se probaron las E. coli resistentes frente a ocho drogas. Se encontró que en Boston solamente unas cuantas E. coli fueron resistentes a alguna de las drogas, y las bacterias resistentes se encontraban en un bajo número. Este no fue el caso de las otras dos ciudades. En ellas, la flora de los menores de 1 año se mostró con un gran número de bacterias resistentes y multirresistentes. ¿Por qué la diferencia?, ¿cuál es el misterio? Sólo una conclusión fue muy evidente: en China y en Venezuela resulta más fácil obtener un antibiótico que en Boston. Por lo que se deduce de este estudio que el uso de los antibióticos en una sociedad determina la flora nativa de cada individuo y de esa sociedad. En el estudio en los niños menores de 1 año esto pudo ser comprobado. ¿CUÁL FUE LA PRIMERA EVIDENCIA DE LA RESISTENCIA BACTERIANA? Prácticamente desde el comienzo del uso de los antibióticos en la década de los 40 o a finales de ella, microbiólogos y clínicos comenzaron a detectar resistencia a estas drogas y tórpida evolución de los casos tratados con las llamadas “drogas milagrosas”. El uso de la penicilina como única droga, al principio, estableció un precedente de que esta podía ser usada ante cualquier infección y fue así, prácticamente la única, por casi 10 años. Es precisamente en Inglaterra donde se reporta por primera vez la aparición de la resistencia a la penicilina, en un agente muy ubicuo en hospitales y en la comunidad, el estafilococo. Muy pronto el mundo se enteró de que esta resistencia estaba ya extendida para la droga maravillosa, que salvó muchas vidas de los pacientes quemados de Cocoanut Grove Crowd en noviembre de 1942. Alexander Fleming en 1945 advertía en EE.UU. que el mal uso de la penicilina pudiera ocasionar la selección y propagación de formas mutantes en el laboratorio. Fleming, asustado porque lo que había visto en el laboratorio se reprodujera en el paciente, sentenció la necesidad de cursos de tratamientos completos, ya que tratamientos insuficientes resultaban más apropiados para la selección de bacterias resistentes y propiciar su crecimiento. Y predijo más, que la situación podía tornarse peor, cuando la droga pudiera obtenerse en una fórmula para dispensarla por vía oral. La droga puede ser vigilada en su uso en el hospital, pero no así en la comunidad. Indudablemente, Fleming se anticipó a un fenómeno que hoy, a más de 50 años, padecemos y con más fuerza: la resistencia bacteriana. Pero parece que Fleming nunca imaginó el real alcance de la situación creada por el uso indebido de los antibióticos: su extensión por todo el mundo. La euforia sufrida con la aparición de la penicilina comenzó a declinar entre los años 60 y 70. Los estafilococos con ubicación intrahospitalaria comenzaron a irrumpir en la comunidad, obligando a la búsqueda de otros antibióticos para dar respuesta al problema. Desde finales de 1970 y hasta principios de los 80 en Melbourne, Australia, una epidemia de estafilococos resistentes azotó a los hospitales de esa región, siendo la responsable de muchos fallecimientos en esa área. En aquellos momentos, la cepa circulante resultaba resistente a todos los antibióticos conocidos de primera línea. Sólo un antibiótico, la vancomicina, resultó efectivo, una droga costosa, potencialmente tóxica y, por lo tanto, de uso cuidadoso. Hoy, tres décadas después del evento de Melbourne con el estafilococo, nos enfrentamos a una peligrosa consecuencia: la adquisición de la resistencia emergente del enterococo a la vancomicina. La resistencia a la vancomicina está mediada por tres determinantes diferentes, dos de las cuales son transferibles. Debemos estar alerta para tratar de evitar un desastre similar en el futuro. Otro fenómeno impactante ocurrió también en los años 80 en Zaire, por la multirresistencia de una Shigella dysenteriae, que causó un gran número de muertes en esa población. Esta bacteria resultó resistente a todos los antibióticos de uso común en los casos de diarreas con sangre. Sólo el ácido nalidíxico resultó efectivo pero, su aplicación, tardía. Un año después de su introducción comenzó a evidenciarse la resistencia. 93 Microbiología y Parasitología Médicas Estos eventos en nuestros días se suceden en la comunidad en forma de brotes, como su manifestación más frecuente. En Cuba, por ejemplo, la Salmonella typhi desde la última década se ha ido presentando en forma esporádica en algunas regiones del país, y hasta 1997 no había mostrado resistencia in vitro a las drogas comúnmente utilizadas. Sin embargo, en 1998 y 1999 mostró resistencia in vitro a dos drogas, lo que nos sugiere un alerta al respecto. Recordemos que a un alto nivel de resistencia precede un bajo nivel de resistencia. ¿POR QUÉ SE SUCEDE EL CAMBIO DE SENSIBLE A RESISTENTE EN LAS BACTERIAS? Todo lo que hemos expresado hasta ahora está relacionado con el uso y el mal uso, o uso indiscriminado de los antibióticos por el hombre y cómo ello repercute en la sociedad y en el individuo. ¿Qué sucede en las bacterias? La presión selectiva que se ejerce sobre los antibióticos incide sobre las mismas y determina una serie de mecanismos conocidos y otros por conocer que aseguran la adquisición de la resistencia (Cuadro 11.3). Cuadro 11.3. ¿Por qué el cambio? − Por − Por la presión selectiva ejercida por los antibióticos los mecanismos hasta el momento descritos de adquirir resistencia Hasta hace sólo algunos años se expresaba el término resistencia ubicado en el contexto hospitalario. Sin embargo, hoy se conoce el papel tan significativo de la comunidad en este fenómeno biológico, que el hombre con todo el poder de la ciencia no ha logrado detener: la resistencia bacteriana. Muchos hombres de ciencia estudiosos del fenómeno, conceden a la comunidad un papel preponderante. El compromiso no ha sido suficiente para contener lo que está sucediendo, todo lo contrario. Ya hemos hecho referencia con anterioridad a los cambios ecológicos del uso de los antibióticos y cómo estos, a su vez, repercuten en la sociedad y el individuo. PERO...¿CÓMO EL INDIVIDUO OBTIENE LOS ANTIBIÓTICOS? En primer lugar se encuentra el protagonismo de los prescriptores, los médicos, veterinarios, farmacéuticos, y los funcionarios de Salud que los adquieren y distribuyen. Este protagonismo no es igual para cada uno de ellos, ni se desarrolla igualmente en todos los ambientes sociales ni económicos. Presentan variables y marcadores diferentes. Lo que sí pudiera permitirnos alguna comparación muy primaria, pero sumamente importante, es cuán obligatoria resulta la prescripción para que el individuo pueda adquirir la droga (ver Cuadro 11.4). Cuadro 11.4. Cómo se obtienen los antibióticos? − Protagonismo de los que prescriben − En los países desarrollados tienen un pequeño acceso formal a la prescripción − En los países en desarrollo existen caminos múltiples que llevan al antibiótico sin la prescripción La situación con la prescripción se presenta bien diferente si se trata de un país desarrollado. En ellos, la prescripción resulta de obligatorio cumplimiento. Sin embargo, en las economías globalizadas todo tiene un precio y la práctica privada de la medicina hace que hoy la práctica médica se enmarque en el lenguaje de la gerencia. Todo está en la presión que el paciente, o mejor dicho, el cliente, ejerza sobre el médico. La complacencia se convierte en 94 La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana parte del negocio, no la satisfacción de la necesidad. En este caso, la presión selectiva del antibiótico sobre la bacteria, estará condicionada a la ética del prescriptor y a la conciencia que este tenga del fenómeno. RESISTENCIA En cuanto al que tiene que tomar la decisión, con relación a qué comprar para el sistema de salud del cual se trate, intervienen en ella una serie de determinantes que incidirán indirectamente en los resultados. En primer lugar, de qué sistema estamos hablando; de qué país, desarrollado o en desarrollo; si tiene o no una planificación establecida de los renglones a comprar, no determinado por la necesidad, sino por la disponibilidad económica que en ocasiones resulta la primera determinante. El criterio técnico del uso racional no es siempre la primera cosa a tener en cuenta por los que deben decidir. Las desafortunadas consecuencias están en gran medida dadas, o más bien marcadas, por estas determinantes. Y puede ocurrir que, tanto en economías desarrolladas, como en desarrollo, los tratamientos con antibióticos, aunque sean bien impuestos, no son ejecutados como se indican; puede suceder una utilización por debajo de la indicación, que va a traducirse no sólo por un mal tratamiento, sino por la selección de bacterias resistentes. En aquellos países donde los pacientes tienen bajos ingresos, en su mayoría lo hacen en consultas externas por síndromes respiratorios o diarréicos, que son las morbilidades más prevalentes. Estos pacientes pueden recibir una indicación correcta, pero su economía sólo les permite la adquisición de una sola dosis del medicamento. Esta situación se hace común en países de África, Asia y de América Latina. En África se puede observar también cómo los individuos de la comunidad se ven atraídos por los colores que presentan los medicamentos. En Indonesia existen estudios que demuestran que más del 65 % de los pacientes atendidos en consulta externa son tributarios de antibióticos. Esos mismos estudios revelaron que sólo uno de cada cuatro pacientes, era capaz de adquirir la mitad del medicamento indicado. Estudios similares en República Dominicana demostraron que el 70 % de los pacientes era portador de una enfermedad infecciosa aguda, y que ellos nada más recibían medicamentos para un solo día, por lo cual el resto del tratamiento dependía de una prescripción que debían comprar y que no lo hacían por problemas económicos. Esta práctica, evidentemente, no resuelve la curación del paciente, pero sí contribuye a la selección y propagación de bacterias resistentes. En diferentes países latinoamericanos se observa la existencia de un mercado negro de medicamentos, expendio sin recetas y sin conocimiento cierto de que lo que allí se vende, sea realmente lo que dice en el frasco. La observación se extiende también a los medicamentos que se introducen en los países pobres como ayuda humanitaria y que no son controlados en su uso, los que en oportunidades se reciben en dosis incompletas o con una incorrecta indicación (Cuadro 11.5). Cuadro 11.5 Uso de los antibióticos por debajo de los requerimientos Conlleva consecuencias desafortunadas por: - Uso de una sola dosis La búsqueda en el mercado negro Se produce: - Fallo del tratamiento - Selección y propagación de bacterias resistentes Como vemos, muchos son los caminos que contribuyen o conducen a la selección y propagación de las bacterias resistentes. 95 Microbiología y Parasitología Médicas ¿QUÉ PAPEL DESEMPEÑA LA INDUSTRIA PRODUCTORA DE ANTIBIÓTICOS EN EL FENÓMENO DE LA RESISTENCIA DE LAS BACTERIAS A LOS ANTIMICROBIANOS? La industria farmacéutica, en general, desempeña un papel importante en el fenómeno que analizamos. Es un papel integral, pues no sólo se relaciona con el desarrollo de nuevas drogas y ponerlas a la disposición de los usuarios, sino también de las drogas antibacterianas ya conocidas. Muchas de estas drogas, si no casi todas, han sido desarrolladas bajo los auspicios de la industria farmacéutica que sitúa, para el desarrollo de los nuevos productos, el capital de riesgo necesario. Puede considerarse que desde el surgimiento de la penicilina a principios de la década del 40 (incluyendo el desarrollo de esta), la industria invertía capitales multibillonarios, mucho mayores de lo que hace actualmente. Este esfuerzo garantizó nuevos antibióticos, los cuales fueron introducidos para su producción y han servido para dar respuesta a infecciones severas durante medio siglo en todo el mundo. La industria ha ejercido una función social importante. Pero... al igual que los médicos y veterinarios son responsables de prescripciones inapropiadas de antibióticos, la industria también ha contribuido al problema del mal uso de los antibióticos (Cuadro 11.6). Cuadro 11.6. Papel de la industria − Depende de la sociedad a que responda − Resulta crítica la acción regulatoria nacional No siempre las técnicas de ventas para los antibióticos, utilizadas por la industria para uso en un país donde estos son vendidos, son consistentes, y en algunos casos simplemente no son éticas. Las industrias sólo se basan en las regulaciones de ventas que cada país exige. El nivel de desarrollo de cada país presentará las diferentes fronteras y, por lo tanto, el nivel de protección del individuo y del medio ambiente variará de un país a otro. La actividad regulatoria de cada país responderá al marco legal donde puede moverse la introducción y extensión de un producto farmacéutico cualquiera, ese es el caso de los antibióticos. El papel regulatorio más importante lo tendrá, sin dudas, el consumidor (la farmacia del hospital, las autoridades de salud, los planificadores) y los prescriptores. La industria que tiene un nuevo producto trata de introducirlo cuanto antes en el mercado, lo que realiza a través del médico, y vendiéndolo en las farmacias, tratando de recuperar rápidamente lo invertido en el menor tiempo posible. Esta es la situación que se palpa en el mercado mundial y muy presionado en el mercado latinoamericano. Una situación de emergencia se prevé que puede surgir en el mundo en desarrollo, como surgió en Zaire, o en Centroamérica, con la Shigella dysenteriae. Otro capítulo interesante de la industria como promoción (que todavía es utilizado en los países de menor desarrollo), resulta la venta de antibióticos en fórmulas combinadas. En países desarrollados de nuestra región ya eso está regulado; en 1999, la Comunidad Económica Europea dictó una medida para suprimir tal práctica en el caso de algunas combinaciones. ¿Y QUÉ PASA CON LOS ANIMALES Y LAS PLANTAS? Se conoce que los antibióticos son utilizados como agentes promotores del crecimiento y el peso de animales que posteriormente sirven para la alimentación del hombre. Ello está siendo objeto de continuas discusiones en el ámbito internacional, y continuará a medida que se encuentren y acumulen más datos. Mucha presión se ejerce en tal sentido relacionada con el usuario de los productos y sobre la procedencia de los animales de consumo humano. El uso de los antibióticos en la agricultura ha sido variado, las aplicaciones han sido diferentes a lo acontecido en los animales y con las personas. Las ramificaciones ambienta- 96 La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana les que se producen por el empleo de pequeñas dosis de antibiótico pueden llegar a ser significativas en la selección de variantes de resistencia. Algunas de estas pueden ser a través de plásmidos de resistencia y transposones, trayendo problemas directos a la agricultura. En última instancia, quien tiene la palabra sobre qué hacer con la resistencia es la sociedad, donde el fenómeno más impacta, ella es quien tiene que exigir la regulación. El gran dilema de la sociedad mundial contemporánea estriba en que los antibióticos siguen siendo universalmente usados; las bacterias, por lo tanto, continúan adquiriendo resistencia y multirresistencia, lo que complica más la situación de las personas necesitadas de un urgente tratamiento antibacteriano. La industria, por su parte, no se ha desarrollado al mismo ritmo que las bacterias han ido adquiriendo los mecanismos conocidos de resistencia y nuevas determinantes surgen cada día. ¿A qué se enfrenta el nuevo siglo? ¿Cuáles serán las consecuencias de este dilema mundial? No resulta casual que se exprese que estamos arribando a una “nueva enfermedad emergente”, muy extendida en el mundo y que hasta el momento no tiene cómo controlarse, lo que se ha dado en llamar: la epidemia silente de este siglo. GLOBALIZACIÓN Y RESISTENCIA Los viajes internacionales y negocios, así como el turismo, contribuyen también a la resistencia. La región de las Américas puede recibir un microorganismo en 24 horas escasas que provenga de África del Sur o del Sudeste Asiático. Los Estados Unidos publicaron recientemente que los brotes mayores de S. typhi multirresistentes, reportados, han tenido su origen en seis países en desarrollo. Un hecho parecido sucede con las bacterias productoras de Tb que presentan resistencia o multirresistencia, en su mayoría producto de fallos de tratamiento; el ejemplo más reciente puede observarse en la Europa del Este, lo que constituye un peligro potencial para el mundo, la extensión de este fenómeno (Cuadro 11.7). Cuadro 11.7. Globalización de la resistencia Diarrea del viajero Gonorrea Fiebre tifoidea Enfermedad meningocóccica 30 000 - 80 000 200 33 0,06 × 100 000 viajeros procedentes de países en desarrollo. Fuente: WHO/CDS/2002. Modificado. La OMS/OPS ha creado grupos de expertos desde hace 2 años para el estudio del problema y, en consecuencia, de su abordaje. Los ministros de Salud de los países han mostrado su preocupación por el fenómeno sin que se vislumbre la solución a corto plazo (Cuadro 11.8). Cuadro 11.8 ¿Qué sucede en el mundo? − − − La OMS/OPS ha creado grupos de expertos Los ministros de los países en estos organismos se han pronunciado preocupados sobre el problema Las industrias farmacéuticas multinacionales no han dado aún respuesta satisfactoria al problema de la resistencia. 97 Microbiología y Parasitología Médicas ALGUNOS EJEMPLOS DE RESISTENCIA BACTERIANA A LOS ANTIBIÓTICOS EN CUBA Autores cubanos han trabajado desde hace más de 15 años en el fenómeno de la resistencia antimicrobiana y, sobre todo, en la última década, en el cuadro de morbilidad y mortalidad de la población del país por enfermedades infecciosas y en apoyo a los programas de Control de estas enfermedades. Existen publicaciones sobre el comportamiento de la resistencia del M. tuberculosis, S. pneumoniae, Salmonella, Shigella, Haemophilus influenzae y otros. Se presentan ejemplos del comportamiento en años de algunos de ellos y se brindan varios de los resultados obtenidos y publicados. En Cuba, en un estudio realizado en 365 cepas estudiadas de S. pneumoniae, en sólo 6 años aumentó progresivamente la resistencia a la penicilina, y ascendió en el 32 % la susceptibilidad intermedia. Lo más alarmante es lo que está sucediendo en la comunidad con esta misma droga, donde la resistencia obtenida en 1 año en portadores, es ya de 61,4 % a la oxacilina. La concentración y el tiempo de utilización de la dosis parece tener implicaciones en la resistencia para todas las drogas, lo que repercute también en la comunidad. En el caso de Haemophilus influenzae b (Hib), antes de aplicar la vacuna en Cuba representaba el agente etiológico de más del 33 % de todas las meningitis bacterianas. En 1999, después de la aplicación de la vacuna, la morbilidad descendió en un 59 %. El Hib ha ido mostrando alta resistencia, inclusive, a drogas como la ceftriazona a partir de 1997 y un 40 % de cepas con actividad betalactámica. Los Haemophilus no capsulados se han reportado en niños portadores, con una resistencia más alta que la de los Hib capsulados para la tetraciclina y el cloranfenicol. En Shigella, en un estudio de 250 cepas procedentes de enfermos, sólo se observó aumento estadísticamente significativo de la resistencia a la droga que hoy se utiliza como de elección para la shigelosis, el ácido nalidíxico. El resto de las drogas probadas no ha modificado en 10 años su patrón de resistencia. A la gentamicina mostró resistencia un 2,5 %. Un estudio en Salmonella typhi en los cinco años de vigilancia que se evaluaron (1995 al 1999), mostró resistencia a la ampicilina en los tres últimos, por lo que no se debe abandonar la vigilancia sistemática de la resistencia. En 1998 y 1999 fue detectada resistencia al cloranfenicol (21 y 22 %), TMS (41 y 46 %) y surgió un 12 % al ácido nalidíxico. Hasta 1997 para Neisseria meningitidis B no había sido reportada resistencia a la penicilina y sí susceptibilidad intermedia, la que en 10 años de vigilancia ha transitado de 24 a 88,9 %. Estudios sobre el uso indiscriminado de la penicilina contra N. gonorrhoeae, han manifestado que en poco tiempo se ha ido produciendo un aumento progresivo de la resistencia a esta droga, de 54 a 63,6 %, con incremento progresivo de la susceptibilidad intermedia y con una producción de betalactamasa de 60 %. Los perfiles plasmídicos de N. gonorrhoeae encontrados en 1989 y 1998 han presentado grandes diferencias, observándose cepas PPNG-TRNG en el 69,24 %, o sea, Neisseria gonorrhoeae productoras de penicilinasa y con el alto grado de resistencia a la penicilina y a la tetraciclina. Comparando los datos obtenidos de resistencia bacteriana de los patrones de Cuba con los de otros países, estos son bien diferentes a los del resto del mundo. Mientras el problema de la resistencia se convierte en un problema cada vez más serio para el mundo desarrollado, este se convertirá en un nuevo incentivo para la industria farmacéutica. Existe poco optimismo. ¿Se obtendrán resultados? RESUMEN El problema de la resistencia de las bacterias a los antibióticos no es un problema del individuo, ni de la comunidad; es una cuestión que va más allá de las fronteras entre un país y otro. El problema de la resistencia de las bacterias a los antibióticos no es local, ni nacional, resulta internacional y afecta a la política de consumo a todos los niveles, y, por ende, a la decisión política relacionada con ella. Hasta tanto la resistencia bacteriana no forme parte de la política de uso de los antibióticos conscientemente y la ciencia no trate de buscarle salida al problema, lo que se puede esperar 98 La epidemia silente del siglo XXI. Resistencia antimicrobiana es, seguramente, el surgimiento de la resistencia de todos los microorganismos, y eso ya está sucediendo. El hombre, el actor más importante de este nuevo teatro, con quien se encuentra el 2001 en el campo de la medicina, tiene la última palabra, pues la naturaleza ya ha trazado su estrategia. ¿Cómo nos prepararemos para la epidemia silente del 2001, “la resistencia a los antimicrobianos”? La lucha contra los microorganismos patógenos ha adquirido, para este siglo, una nueva dimensión. ¿Llegaremos a la resistencia total? Este es un reto que debemos de enfrentar, con la seguridad de que en los próximos 20 años no se avizora una solución. BIBLIOGRAFÍA Guillemot D et al. Low dosage and long treatment duration of Betalactam. JAWA 1998;279:365-9. Jawetz E et al. Microbiología médica. 15ta ed. México D.F. Ed. El Manual Moderno SA, 1996. Levy S. The Antibiotic Paradox. Plenum Press, New York and London, 1992. Llop A et al. 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Svarch Scharager INTRODUCCIÓN Los seres vivos no se conciben sin el medio, seres y medio constituyen una unidad esencial. En este se establecen relaciones entre ellos. Estas relaciones entre los seres vivientes y el medio que los contiene, son el objetivo de la ecología. La unidad ecológica es el ecosistema definido por Harris: “Como la comunidad de seres vivientes y su medio exterior”. Es necesario la definición de términos muy utilizados en ecología tales como: biomasa, biocenosis, biotopo, factores bióticos y abióticos, ecosistemas, hábitat, nicho ecológico y bioesfera. La biomasa es un conjunto de materia viva y el biotopo es el lugar o sitio donde hay una biomasa. Al conjunto de materia viva del planeta tierra se le denomina biomasa o bioma (se considera a la totalidad de la biomasa), la cual está constituida por diferentes especies. Cuando analizamos las características de una biomasa que se encuentra en un biotopo y las conocemos y describimos, estamos señalando los factores vivos o bióticos que están en dicho biotopo. Un sitio dado puede contener también elementos sin vida o abióticos. Cuando la biomasa se halla en equilibrio se establece la biocenosis. Un sistema es un conjunto de elementos que siguen una determinada función, por lo cual un ecosistema es una biocenosis en un biotopo determinado; pudiéramos decir entonces que la biocenosis es un conjunto de seres vivos, tan bien ordenados, que están en equilibrio en un sitio más o menos definido o biotopo. Existen diferentes tipos de ecosistemas: los acuáticos, los terrestres y los aéreos. Se denomina biosfera al conjunto de ecosistemas del planeta tierra. Otros términos muy utilizados en ecología son: hábitat y nicho ecológico. El primero es el sitio donde vive una especie y el segundo, es la función que un organismo tiene dentro de un ecosistema. Las relaciones entre individuos de una especie se conocen como relaciones intraespecíficas; las que se producen entre individuos de diferentes especies se denominan interespecíficas. 103 Microbiología y Parasitología Médicas RELACIONES ENTRE LOS SERES VIVOS Las relaciones entre los seres vivos se clasificaron, esquemáticamente, en las siguientes categorías, según su ubicación en las cadenas alimentarias. 1. Comensalismo. 2. Mutualismo. 3. Saprofitismo. 4. Parasitismo. En la depredación, un organismo llamado depredador se alimenta de otro nombrado presa; esta relación es positiva para el depredador y negativa para la presa. El comensalismo es la relación interespecífica donde un organismo denominado comensal, vive en otro llamado hospedero sin causarle daño. El mutualismo es la relación interespecífica que es favorable para ambas especies. La diferencia entre mutualismo y simbiosis corresponde a que en la primera la relación es conveniente, mas no es indispensable, como se requiere para la simbiosis. En la competencia, una especie compite con otra. Esto se produce en función de ganar el alimento o el territorio. El parasitismo es la relación interespecífica en la cual un organismo vive a expensas de otro durante toda su vida o parte de ella provocándole daño o no, aparente o inaparente. La antibiosis corresponde a la relación interespecífica en la que un organismo produce, libera o genera una sustancia, producto o elemento que inhibe la vida de otros organismos. Históricamente muy útiles, ordenaron este capítulo de la biología. Con el desarrollo de los conocimientos, como es natural, se tornaron esquemáticas; veremos que en muchos casos es difícil o aun imposible aplicarlas; hoy sabemos que las categorías, estáticas, fijas, invariables, no existen en la naturaleza, donde todo es más dinámico. En particular las especies microscópicas y macroscópicas parásitas del hombre y animales capaces de enfermarlos, al establecer relaciones con los microorganismos parasitados, desencadenan procesos reactivos, complejos, que en los vertebrados, filogenéticamente, llevaron al desarrollo de un sistema especial, el sistema inmunitario. Las relaciones entre parásitos y hospederos, en el nivel de los vertebrados, también debe incluirse en el estudio de la parasitología y microbiología médicas. En este momento del desarrollo del conocimiento, el concepto de parasitismo se amplió; se aplica desde los artrópodos hasta los virus, los priones y sus moléculas biológicamente transmisibles. El viejo significado del término parasitismo era aplicado a los que restringidamente se llamaban parásitos, sobre todo los helmintos y artrópodos, y para algunas escuelas también los protozoarios. Con esta concepción casi se homologan los términos parasitismo e infección, conservándose aún los términos infección para el caso de parásitos microscópicos e infestación, para los macroscópicos. Esta concepción amplia del parasitismo es, fundamentalmente, muy fértil para el médico desde los puntos de vista clínico y epidemiológico. Comprendido así el parasitismo, en su amplia acepción, es una interrelación (recíproca) entre dos términos: hospedero y parásito. Intentar definir el concepto de parasitismo y el de infección (o infestación) no es posible en la forma clásica de una definición. Es un concepto, no una definición. El parasitismo es el resultado de un largo proceso filogénico; lo que vemos actualmente, como en un abanico que se despliega, son las formas que corresponden a estadios diferentes de un proceso no lineal, que no parte de una especie y no sigue un mismo camino. No se debe olvidar que el parasitismo es una interrelación mutua, recíproca, dialéctica, entre individuos de distintas especies. El capítulo de las adaptaciones anatómicas a la vida parasitaria es altamente ilustrativo; eso es sólo el resultado visible de un proceso que no se ve, enormemente largo, de adaptaciones dinámicas, fisiológicas, al comienzo reversible, obligadas después, ante los mecanismos de adaptarse a cambios en el ambiente. La adaptación (resultado de la propiedad esencial, sine qua non, de los seres vivientes), la reactividad y los cambios fisiológicos consecutivos, son la causa; la imagen anatómica es el resultado, el efecto. 104 Fundamentos de la ecología ORGANISMOS SAPRÓFITOS Desde un punto de vista didáctico, definiremos como organismos saprófitos o saprofíticos a aquellos que nunca interfieren en el funcionamiento normal de su hospedero o que no habitan sobre animales o vegetales vivos. Estos organismos viven, normalmente, sobre materias inanimadas o en sustancias orgánicas muertas y en descomposición. Las bacterias del género Clostridium nos presentan, de entrada, particularidades que ayudan a romper con conceptos esquemáticos. Clostridium botulinum no es habitualmente parásito, su toxina elaborada fuera del organismo, enferma y mata; nadie duda de que es patógeno, tenemos un caso no común: un saprófito muy patógeno, si por patógeno entendemos capaz de producir enfermedades. ¿Es lo mismo que la ingestión de un hongo microscópico venenoso (Amanita phalospia, por ejemplo)? Cualquiera, sin pensarlo, contesta que no es lo mismo. ¿Cuál es la diferencia?, que una es una bacteria y la otra o el otro es un hongo superior. Se ve con claridad que la distribución es arbitraria, pero históricamente, por hábito, no se piensa de inmediato en la arbitrariedad. En este otro ejemplo de las definiciones metafóricas, nada impide que sea saprófito, pero es patógeno como muchos parásitos. ¿Se debe abrir un capítulo de saprófitos patógenos? Lo que sí queda muy claro es que no se consideran las circunstancias y las condiciones reales del fenómeno, y que en la naturaleza del agente que le permite crecer y multiplicarse, su condición saprofítica es absoluta. Su patogenicidad es relativa, requiere condiciones muy especiales. RESUMEN Los seres vivos y el medio constituyen una unidad esencial. Las relaciones entre los seres vivientes y el medio son el objeto de la ecología. La unidad ecológica es el ecosistema. La cadena energética que se produce en las relaciones entre los seres vivos se mantiene en equilibrio en un biotopo y se establece lo que se conoce como biocenosis, la cual se define como biomasa en equilibrio en un biotopo. La biosfera es la franja del planeta donde se encuentran los seres vivos y el bioma está representado por todo el conjunto de seres vivos. En las diversas comunidades existen relaciones interespecíficas e intraespecíficas, según estas se den entre organismos de la misma especie o de especies diferentes. BIBLIOGRAFÍA Bernard C. Introducción al estudio de la medicina experimental (De la duda en el razonamiento). Flammarion. París, 1952. Grumbach A, Kikut W. Le malatie infettive umanee i lors agenti patogeni. T. I. Turin: Ed. Minerva Medica, 1961. Harris DR. Agricultural systems, ecosystems and the origens of agricultural. Vcko y Dymbly. Ed. Londres, 1971. Osler W. The principles and practice of medicine. Appletose and Co. New York, 1892. Sabes V. Obras escogidas. Vol. I. Rumania: Ciencias-Bucarest, 1979. 105 Flora indígena del cuerpo humano Flora indígena del cuerpo humano Daisy P. Rodríguez González INTRODUCCIÓN El feto humano en condiciones normales está libre de microorganismos y es en el momento del nacimiento que se expone a ellos. La colonización microbiana del neonato comienza con su paso a través del canal del parto, donde se expone a la flora de la vagina de la madre y continúa, después del nacimiento, con la exposición a los microorganismos del medio ambiente y de los que colonizan al personal del hospital u otros individuos que se relacionan con el recién nacido. Esta exposición lo conduce a unos de estos tres resultados: la colonización persistente, la colonización transitoria o la interacción patógena. Después de un corto tiempo, el niño desarrolla su propia flora microbiana indígena. Esta flora indígena, también conocida como flora normal, va a experimentar cambios, en función de los cambios en el individuo como, por ejemplo: edad, tipo de alimentación, y en función del medio ambiente donde se encuentre. La flora normal del hombre está constituida, principalmente, por bacterias. Algunos hongos y protozoarios pueden encontrarse formando parte de la misma, pero en un número mucho menor y de modo habitual no se considera a los virus, porque su presencia en algunos tejidos como flora es discutible. Algunos hongos levaduriformes y muchos bacilos gramnegativos no fermentadores, que se hallan en el suelo, el agua, los productos alimenticios, son incapaces de establecerse sobre la piel o mucosas y su hallazgo en especímenes clínicos es considerado insignificante. Estos microorganismos son incapaces de competir con la población microbiana normal del cuerpo y no pueden sobrevivir sobre la superficie de la piel. Sin embargo, otros organismos son capaces de establecerse por períodos largos sobre o en el cuerpo humano y el éxito de esta interacción está dado por factores del microorganismo y del hospedero como: la humedad, el pH, los nutrientes; la adherencia a las superficies, las bacteriocinas, los fenómenos de fagocitosis, entre otros. Numerosas especies bacterianas habitan en diversas localizaciones del cuerpo humano, sin causar daño, en una relación simbiótica y pueden hasta resultar beneficiosas para el hombre; pero cuando alguna de estas especies residentes de un determinado lugar, invade otros sitios del cuerpo humano, normalmente estériles, como tejidos o fluidos corporales, pueden producir enfermedad, y en ese caso se consideran patógenos oportunistas. El traumatismo 107 Microbiología y Parasitología Médicas menor que se produce en una sigmoidoscopia, en la aplicación de un enema de bario o en un tacto rectal, puede inducir una bacteriemia transitoria por los microorganismos de la flora indígena del intestino y esto ocurre en aproximadamente el 10 % de este tipo de procederes. Parte de la flora microbiana normal habita en la piel, pero una mayoría vive en las superficies internas del organismo como son: las membranas mucosas que revisten las fosas nasales, la boca, el tracto respiratorio superior, intestinal y genitourinario; pero la sangre, el líquido cefalorraquídeo, los órganos y tejidos internos, están normalmente libres de microorganismos y su presencia en estas localizaciones es evidencia de que el individuo está infectado. Las bacterias residentes están adaptadas a la vida comensal y en circunstancias normales consiguen vivir sin causar ningún daño a su hospedero. La presencia cuantitativa y cualitativa de los microorganismos específicos, puede variar con el hospedero individual, incluyendo los cambios que se producen al cambiar de medio ambiente, como ocurre en el transcurso de una hospitalización. Muchos organismos no pueden ser detectados cuando se presentan en una población mixta, que es lo habitual en muchos sitios del cuerpo humano, y su presencia no induce respuesta por parte del hospedero, ya que esta respuesta pudiera conllevar su propia eliminación. Por otra parte, habitualmente no se considera a los virus como parte de la flora indígena, porque su replicación está, en general, asociada con la destrucción de los tejidos del hospedero o respuesta inmunológica, que puede ir desde una infección clínica asintomática hasta la muerte del hospedero. De cualquier modo, debemos tener presente que la mayoría de las enfermedades en el humano son causadas por infecciones con bacterias y levaduras endógenas o por exposición a levaduras, parásitos y virus oportunistas. FLORA INDÍGENA DE LAS DIFERENTES LOCALIZACIONES Vamos a referirnos a los microorganismos que con más frecuencia se recuperan de las diferentes localizaciones, porque el hecho de la dificultad en el aislamiento de microorganismos individuales de una flora mixta, unido a los cambios en la taxonomía y los cada vez más sofisticados sistemas de identificación, hacen imposible el poder ofrecer un listado actual y completo de la flora microbiana de cada localización del cuerpo humano. PIEL En la piel humana normal, el número de microorganismos generalmente es de 103-104 microorganismos/cm2, pero en áreas con características de humedad, puede ser tan alto como 106 microorganismos/cm2. La limpieza adecuada de la piel puede reducir en un 90 % el conteo bacteriano. La mayor parte de la flora indígena de la piel se encuentra en el estrato córneo y dentro de los folículos pilosos. Los folículos pilosos y las glándulas sebáceas sirven como reservorio de un pequeño número de microorganismos, con los que remplazan los eliminados de la piel por el lavado. La flora microbiana del pelo es similar a la de la piel. Las bacterias que predominan son los Staphylococcus epidermidis, especies de Micrococcus, difteroides aerobios y anaerobios. Los Staphylococcus aureus, y los estreptococos alfa y no hemolíticos, pueden encontrarse como colonización transitoria. Algunas micobacterias acidorresistentes no patógenas colonizan, ocasionalmente, áreas ricas en secreciones sebáceas como el conducto auditivo, los genitales externos y las axilas. En la piel habitan, además, levaduras del tipo de la Candida albicans, Torulopsis glabrata, Pityrosporum orbiculare y Pityrosporum ovale. CONJUNTIVA La flora microbiana de la conjuntiva normal se deriva de la flora indígena de la piel. 108 Flora indígena del cuerpo humano Los microorganismos hallados con mayor frecuencia en esta localización son los Staphylococcus epidermidis, difteroides y hongos saprofíticos del aire. TRACTO RESPIRATORIO SUPERIOR Excepto las fosas nasales y la nasofaringe, en el tracto respiratorio superior existen mecanismos como el movimiento de los cilios, la lisozima del moco y la actividad fagocítica de los macrófagos alveolares, los cuales constituyen una defensa a la instalación de bacterias patógenas, que inhaladas por el aire o por otros mecanismos, lleguen hasta esta zona. La nasofaringe del neonato es estéril al nacimiento, pero en 2 a 3 días se coloniza con la flora indígena de la madre y del personal del hospital. Bacterias consideradas patógenas como el Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Staphylococcus aureus y Bordetella pertussis, pueden encontrarse presentes en alguna proporción en la población bacteriana. La flora bacteriana típica incluye una mezcla de Streptococcus viridans, estreptococos no hemolíticos, Staphylococcus epidermidis y especies no patógenas de Neisseria. De la erradicación de esta flora por el uso de antibióticos, puede resultar una colonización por microorganismos gramnegativos como la Escherichia coli, Klebsiella, Proteus y especies de Pseudomonas. CAVIDAD ORAL En esta localización existen las condiciones ambientales favorables (grado de humedad, nutrientes, pH y temperatura) para permitir la colonización por los microorganismos, pero la deglución de los microorganismos con la saliva, que luego son destruidos por el pH ácido del estómago y la descamación de las células epiteliales de la boca, constituyen elementos importantes en la remoción de microorganismos de esta cavidad. La boca del neonato contiene los microorganismos que adquiere en su paso por el canal del parto como lactobacilos, corinebacterias, estafilococos, micrococos, bacilos entéricos gramnegativos, levaduras y estreptococos aerobios, microfílicos y anaerobios. Esta flora desaparece en 2 a 5 días y es remplazada por la flora de la madre y del personal del hospital. Los Streptococcus viridans y otros estreptococos constituyen del 30 al 60 % de la flora indígena de la boca. Estas especies se adhieren específicamente a la mucosa oral y al esmalte de los dientes. El Streptococcus mitior es la especie asociada, sobre todo, a las células de la cavidad oral; el Streptococcus salivarius está asociado con la lengua; y el Streptococcus sanguis y el Streptococcus mutans al esmalte de los dientes y placas bacterianas. La formación de placas resulta de un conteo bacteriano tan alto como 1011 microorganismos/g. La mayoría de la flora anaerobia aparece después del brote de los dientes y habitan las placas bacterianas y las grietas gingivales (periodontitis), donde el nivel de oxígeno es menor que 0,5 %. Están presentes Bacteroides melaninogenicus, treponemas no patógenos, Veillonella, Clostridium, Fusobacterium y especies de Peptostreptococcus. El Actinomyces israelii es un patógeno potencial, que habita normalmente en las encías. La flora oral indígena varía de forma considerable en cada individuo, a expensas de factores que pueden ser tan diversos como el tipo de nutrición y los hábitos de higiene personal. TRACTO UROGENITAL Los riñones, uréteres, vejiga, uretra superior y los testículos y ovarios, están habitualmente libres de microorganismos; pero la uretra inferior, el meato, la vagina y la vulva, en el adulto, están colonizados por una gran cantidad de microorganismos. El tracto urogenital del neonato es estéril, pero en las primeras 24 horas posteriores al nacimiento resulta colonizado por una flora compuesta por difteroides, estafilococos y estreptococos no hemolíticos. 109 Microbiología y Parasitología Médicas La vagina del neonato es colonizada por lactobacilos. Las condiciones alcalinas de la vagina antes de la pubertad, facilitan el crecimiento de una variada flora microbiana; y en la pubertad, los estrógenos condicionan la presencia de glucógeno, se produce un medio ácido y promueven el crecimiento de la flora típica de la vagina de la mujer adulta, que de manera notable está colonizada por lactobacilos anaerobios, los cuales probablemente impiden la colonización por otros microorganismos. También se encuentran difteroides, Staphylococcus epidermidis, estreptococos aerobios, microaerofílicos y anaerobios, y especies de Ureaplasma. Es raro que la flora vaginal de la mujer sana contenga bacterias entéricas, excepto en las proximidades del ano. Hongos de los géneros Candida, Torulopsis y Geotrichum, y protozoarios como la Trichomonas vaginalis, pueden hallarse en pequeña cantidad, sin causar daño; pero el aumento de la presencia de estos microorganismos puede originar procesos patológicos. Aproximadamente el 15-20 % de las mujeres embarazadas, presentan colonización de la vagina por Streptococcus agalactiae, que es un patógeno potencial para el recién nacido. Los Staphylococcus epidermidis, estreptococos no hemolíticos y difteroides, son los microorganismos que predominan en la porción distal de la uretra femenina y masculina. El Mycobacterium smegmatis se encuentra, frecuentemente, en las secreciones uretrales de las mujeres y de los hombres no circuncisos. TRACTO GASTROINTESTINAL Esta es la región más colonizada del organismo. El número y tipo de microorganismos colonizantes, varía de acuerdo con las diferentes localizaciones y las características del medio. El tracto gastrointestinal del neonato generalmente está estéril, con excepción de algunas pocas bacterias que pueda haber adquirido durante el parto. La colonización ocurre en las primeras 24 horas posteriores al nacimiento, y en el recién nacido alimentado sólo con leche materna, esta colonización es a expensas de Lactobacillus bifidus, y en pequeña proporción, otras bacterias como enterococos y estafilococos. Cuando se comienza a introducir otra alimentación, van a predominar en las evacuaciones Lactobacillus acidophilus, bacilos gramnegativos, enterococos y bacilos anaerobios como los Clostridium. En el adulto sano no encontramos, por lo general, flora indígena en el estómago ni en el íleon, porque el ácido clorhídrico y las enzimas del estómago habitualmente matan a los microorganismos que se ingieren. Aun así, si son colonizados, el número de microorganismos es menor que 103/mL, y a menudo son especies de Lactobacillus y Candida albicans. También se plantea que la mayoría de los adultos pueden estar colonizados por Helicobacter pylori, microorganismo relacionado con afecciones pépticas. El duodeno y el yeyuno están colonizados por Lactobacillus, Streptococcus y Candida albicans, de los que puede haber un crecimiento en el íleon en situaciones anormales. La peristalsis en el íleon ayuda a mantener condiciones de esterilidad en la porción superior, pero el íleon terminal con frecuencia está considerablemente colonizado con bacterias. El colon es el mayor reservorio de microorganismos del cuerpo humano, con conteos de 1012 bacterias/g de materia fecal recién emitida. Las especies anaerobias obligadas Bacteroides y Bifidobacterium, representan más del 90 % de la flora bacteriana del colon. La Escherichia coli es el anaerobio facultativo más numeroso. Varios factores, entre los que se encuentra el estrés y el uso de antibióticos, pueden alterar la flora indígena del colon y ocasionar una pérdida del equilibrio entre los microorganismos de la flora intestinal, que condiciona el crecimiento desmedido de cepas potencialmente patógenas. RESUMEN Una gran cantidad de microorganismos se hallan colonizando la piel y mucosas del hombre sano. Estos microorganismos se establecen en determinadas localizaciones del cuerpo humano, después del nacimiento, en dependencia de factores fisiológicos como son: la temperatura, la humedad, los nutrientes y la presencia de sustancias inhibitorias de su 110 Flora indígena del cuerpo humano crecimiento. Esta flora microbiana indígena varía según la localización, edad, tipo de alimentación y otros factores. Estos microorganismos se encuentran en un equilibrio, que cuando se trastorna o salen de su ubicación habitual, y son introducidos en la circulación sanguínea o los tejidos, pueden comportarse como patógenos, denominándose entonces “oportunistas”. Se hizo una descripción de los microorganismos que con mayor frecuencia se encuentran formando parte de la flora indígena, en las diferentes localizaciones del cuerpo humano. BIBLIOGRAFÍA Appelberg R, Silva NT. Relaçao Parasita-Hospedeiro. En: Canas Ferreira WF, Sousa JCF. Microbiologia. Vol I. Lisboa: Lidel-Ediçoes Técnicas, 1998:141-205. Brooks GF et al. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. en español. Cap. 11. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996:199-204. Murray PR. Pocket Guide to Clinical Microbiology. 2nd ed. USA: American Society for Microbiology, 1998. Wagner GE. Indigenous Flora and Natural Barriers to Infection. En: Kingsbury DT, Wagner GE. The National Medical Series for Independent Study. Microbiology. 2nd ed. USA: Williams & Wilkins, 1990: 71-80. 111 Microbiología y Parasitología Médicas Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad Raquel de los A. Junco Díaz INTRODUCCIÓN La enfermedad infecciosa es el resultado de una relación no exitosa entre el parásito y el hospedero. Estas relaciones son fundamentales en cualquier discusión de microbiología clínica; en realidad el campo de la microbiología clínica está establecido sobre el esfuerzo para esclarecer esas relaciones. Se han usado diferentes términos para describir tales relaciones y su eventual desenlace. Si la relación es beneficiosa para ambos miembros se denomina simbiosis; si es de beneficio para un miembro y causa un efecto pequeño sobre el otro, se llama comensalismo; y si un miembro se beneficia a expensas del otro se considera parasitismo. Los factores que afectan el desenlace final de la relación hospedero-parásito determinan la salud o la enfermedad. Estas relaciones son dinámicas y el reconocimiento de un único factor responsable para el carácter final de la relación es difícil. Por esta razón es mucho más apropiado considerar el establecimiento de la relación como un mecanismo con diferentes estadios. Esto sugiere un cambio constante, tanto en el parásito como en el hospedero. El término parásito, por lo tanto, debe ser visto al describir una relación en la cual un miembro tiene la potencialidad de dañar los tejidos o células del otro. Un patógeno es definido como un organismo que tiene la potencialidad de causar enfermedad. Esta habilidad depende de diversos factores, que incluyen dosis infecciosa del parásito, puerta de entrada en el hospedero y, lo más importante, el hospedero. Los microorganismos que tienen la probabilidad mayor de causar enfermedad cuando se introducen en el hospedero en cantidades pequeñas son considerados virulentos. Aquellos microorganismos que solamente inducen enfermedad cuando los mecanismos de defensa del hospedero están comprometidos o debilitados se consideran oportunistas. El patógeno más exitoso no es aquel que puede ocasionar un daño extenso o hasta la muerte en el hospedero, sino el que puede establecer un estado de patogenicidad balanceada. Los parásitos que destruyen todas las células infectadas, con el tiempo conducen a su propia extinción. Los parásitos exitosos utilizan nutrientes suministrados por el hospedero sin causar más daño que el necesario para mantener su fisiología, metabolismo y crecimiento. 112 Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad Por diversas razones muchos parásitos no han alcanzado este estado de patogenicidad balanceada. Una razón atañe al hospedero natural del parásito. Algunas de las infecciones más severas en términos de morbilidad (número de casos) o mortalidad (número de muertes) son aquellas adquiridas de animales. Como ejemplos tenemos la fiebre de Lassa, causada por un arenavirus encontrado en roedores, y la peste bubónica, ocasionada por Yersinia pestis, hallada en roedores y transmitida por pulgas. Entre otras muchas están la rabia, la leptospirosis, la psitacosis, el ántrax y la brucelosis. Los agentes etiológicos de esas enfermedades no se han desarrollado hacia formas menos patogénicas en los humanos porque estos sean ajenos para su sobrevivencia, sino porque los humanos simplemente sirven como hospederos accidentales. ESTABLECIMIENTO DE LA ENFERMEDAD INFECCIOSA En el estudio de la patogénesis y el establecimiento de la enfermedad infecciosa está implícito el concepto de que son temas comunes y estrategias que se han desarrollado en todas las relaciones hospedero-parásito encontradas, ya sea el parásito un virus, una bacteria, un hongo, un protozoo o un helminto. Por ejemplo, en todas las interacciones hospedero-parásito, el organismo tiene, primero, que hallar un hospedero, penetrar y establecerse por sí mismo, ya sea localmente o en un sitio distante de la puerta de entrada. Allí procede a multiplicarse. Los organismos que causan enfermedad ejercen algún daño al hospedero, aunque la extensión de este daño varía considerablemente entre los organismos. Todos estos pasos, sin embargo, requieren la ruptura de las defensas del hospedero o, simplemente, una serie de obstáculos que el organismo tiene que salvar para proceder al siguiente paso. El sitio específico por el cual un organismo entra al cuerpo se llama puerta de entrada. Numerosas puertas de entrada incluyen la piel, el tracto respiratorio, el tracto gastrointestinal, el tracto genitourinario y la conjuntiva. El establecimiento en cada uno de estos sitios está limitado por los numerosos mecanismos de defensa no específicos que intervienen en la respuesta del hospedero a ese nivel. A pesar de ello, algunos organismos son capaces de vencer la puerta de entrada y adherirse a la superficie de la célula eucariótica. La adhesión puede ser el primer paso esencial en la patogénesis de las enfermedades infecciosas. Muchos organismos nunca se diseminan más allá de la capa epitelial de la célula en la cual ellos se adhieren. Varios virus respiratorios, tales como los rinovirus, el virus influenza y parainfluenza, están, generalmente, limitados a las superficies epiteliales. La diseminación de esos virus a los tejidos subepiteliales está inhibida por la respuesta inflamatoria y otros factores de resistencia no específicos, tales como el interferón y quizá por características propias del crecimiento del virus. Los rinovirus se replican bien a 33 ºC, la temperatura del epitelio nasal, pero lo hacen pobremente a 37 ºC, que es la temperatura interna del cuerpo. Muchas infecciones bacterianas están limitadas a las superficies epiteliales, debido, en gran medida, a los mecanismos de defensa del hospedero que previenen su diseminación a los tejidos subepiteliales. Esta es la situación en la mayoría de las bacterias gramnegativas. Aunque organismos tales como Shigella no penetran más allá del epitelio intestinal, son capaces de causar diarreas y disentería por su habilidad de invadir las células epiteliales y de esta manera diseminarse a través del epitelio intestinal. La mayoría de los parásitos facultativos y los obligados intracelulares, incluyendo virus, protozoos y bacterias, penetran a la célula eucariótica por endocitosis, un proceso comparable con la fagocitosis por macrófagos y neutrófilos. Las células epiteliales, sin embargo, son fagocitos no profesionales y no poseen el equipo de actividad antimicrobiana observada en los neutrófilos y macrófagos. No obstante, poseen lisosomas y los organismos deben ser capaces de evitar sus efectos. Shigella flexneri, por ejemplo, rompe la membrana celular de la vacuola endocítica y escapa hacia el citoplasma. Varias enzimas de otros organismos pueden facilitarle escapar de la vacuola y extenderse a las células adyacentes. Las bases genéticas de la invasión por los patógenos bacterianos, han sido más ampliamente estudiadas en la familia Enterobacteriaceae. Los organismos que son capaces de atravesar la capa de la superficie epitelial están expuestos a los macrófagos residentes, al sistema linfático que los conduce a los nódulos 113 Microbiología y Parasitología Médicas linfáticos y a lo más importante, la respuesta inflamatoria. Esta respuesta, estrechamente ligada con las citocinas, ocurre a través del cuerpo, dondequiera que suceda la invasión. Los organismos que entran en el sistema linfático son entregados a los nódulos linfáticos, donde comienza a desempeñar su papel la respuesta inmune específica, aunque las reacciones del anticuerpo y mediadas por células, pueden ocurrir en los tejidos de la submucosa. La mayoría de las bacterias, hongos, protozoos y virus son depurados e inactivados en los nódulos linfáticos, aunque algunos no lo son, ya que son capaces de destruir a los fagocitos, multiplicarse en ellos o exhibir otros mecanismos de patogenicidad. Eventualmente, ciertos organismos alcanzan el sistema sanguíneo procedentes del sistema linfático y son distribuidos de forma sistemática a través del cuerpo. Aunque la sangre es el vehículo de diseminación más efectivo, esta puede ocurrir por otras vías. Los virus, tales como el herpes simple y la rabia, por ejemplo, viajan por los nervios. Sin embargo, los macrófagos están presentes en casi todos los compartimientos del cuerpo y esos macrófagos reticuloendoteliales continúan monitoreando la sangre y en combinación con otros componentes del sistema inmune, destruyen a la mayoría de los organismos que circulan en el plasma. Los microorganismos pueden ocasionar un daño variable en el hospedero, que va desde el no daño hasta el daño severo. Cuando los microorganismos se multiplican en los tejidos del hospedero y causan una respuesta inmune detectable, pero sin signos o síntomas evidentes, la infección es subclínica o inaparente. La expresión clínica de la infección es conocida como enfermedad e indica la existencia de un daño a las células y los tejidos, que se manifiesta a través de los signos y síntomas clínicos. El daño ocasionado por los microorganismos puede ser directo, debido a la elaboración de toxinas o enzimas, o por otras acciones patológicas directas; o puede ser indirecto, debido a reacciones inmunopatológicas. La mayoría de los agentes infecciosos son, eventualmente, conducidos bajo control y eliminados, y el daño de los tejidos reparado y reconstruido. Los factores inmunológicos responsables para controlar la infección deben ser, algunas veces, reforzados con la administración de agentes antimicrobianos. Hay algunas infecciones en las cuales el microorganismo no es eliminado y persiste en el cuerpo por meses, años o inclusive toda la vida. Los organismos que causan esas infecciones persistentes son los virus y en muchos casos son los dominantes en algunos de los mecanismos de patogenicidad discutidos más adelante. Como ejemplos de virus que pueden causar infecciones persistentes se encuentran el herpes simple, hepatitis B y el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Las infecciones virales persistentes pueden ser subdivididas en varias categorías, dependiendo de si el virus infeccioso continúa su replicación a través de su existencia completa en el cuerpo o solamente durante ciertos períodos, cuando el mismo es activado. El herpes simple produce un tipo de infección persistente conocida como infección latente o latencia. Posterior a la infección primaria de las células epiteliales, este organismo establece una infección latente en varias neuronas sensitivas. Durante este tiempo, el genoma del virus está presente, pero el virus infeccioso no se replica y no se observan signos de infección. Si hay cambios en la fisiología del hospedero, sin embargo, se trastorna este balance hospedero-parásito y el herpesvirus latente entrará en su ciclo lítico normal de replicación viral. Como resultado se producirán herpesvirus y aparecerán los signos característicos de la infección por herpes. El virus puede reestablecer otra infección latente posterior al estado lítico. Otro tipo de infección persistente es una infección lenta producida por un agente viral no convencional como es el CJ (Creuzfeldt-Jacob). Se caracteriza por un período de incubación prolongada durante la cual el virus no es realmente demostrable, seguido por la enfermedad progresiva. Los mecanismos por los cuales los virus producen infección persistente no están completamente comprendidos, pero casi siempre involucran inmunomodulación, que es la anulación de la defensa inmune no específica y específica por mecanismos tales como: la variación antigénica, la inmunosupresión e infección de sitios protegidos de las defensas humorales y celulares; así como la reducción en la expresión de antígenos. Las infecciones persistentes son, actualmente, procesos muy complejos que sólo recién han comenzado a ser dilucidados. MECANISMOS DE PATOGENICIDAD 114 Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad Aunque los humanos han desarrollado numerosos sistemas efectivos para protegerse de los microorganismos a los que están continuamente expuestos, estos últimos han desarrollado una variedad de mecanismos para engañar a estas defensas protectoras. Es necesario enfatizar que es a menudo el hospedero y no el microorganismo el que determina el desenlace eventual de la relación hospedero-parásito. Esos mecanismos serán discutidos en términos del parásito de manera que se pueda reconocer la capacidad potencial de esos organismos. Los mecanismos de patogenicidad son mejor comprendidos cuando se examinan en el contexto de las defensas del hospedero que ellos explotan. Como tal, son divididos en los siguientes grupos: aquellos que permiten la adhesión y multiplicación; aquellos que permiten la adquisición de nutrientes del hospedero; aquellos que inhiben el proceso fagocítico; aquellos que permiten la evasión de la respuesta inmune; aquellos que ocasionan daño directo sobre el hospedero y aquellos que causan daño indirecto por la vía de los procesos inmunopatológicos. Los microorganismos presentan otros mecanismos de virulencia que no se encuentran dentro de estas categorías. Por ejemplo, el dimorfismo en los hongos, o la habilidad de producir diferentes formas morfológicas a 25 y a 37 ºC, se sospecha que sea un mecanismo de patogenicidad aunque su papel preciso no esté definido. La tolerancia de temperatura es otro factor de virulencia de los hongos que no es fácil de categorizar. Diversos estudios han mostrado que el crecimiento eficiente a 37 ºC se requiere para la virulencia de los hongos patógenos; y, por otra parte, diferencias relativamente pequeñas en la tolerancia de temperatura de un organismo pueden inhibir su potencial patogénico o alterar su expresión clínica. Es importante enfatizar dos puntos adicionales. Primero, muchos organismos deben su virulencia a una interacción compleja de diferentes factores patogénicos y no a un solo mecanismo. Segundo, la mayoría de los mecanismos que han sido propuestos, están basados en la obtención de datos in vitro y sólo en unos pocos casos es conocido que ellos operen in vivo. No se puede asumir automáticamente una correlación directa entre los datos in vitro y la situación in vivo, porque la reproducción de las condiciones ambientales que ocurren en el hospedero durante la infección es en extremo difícil (si no imposible). Las condiciones in vivo son dinámicas y no han sido totalmente definidas. MECANISMOS QUE PERMITEN LA ADHESIÓN Y MULTIPLICACIÓN La adherencia a las células epiteliales del hospedero puede ser el primer paso esencial en la patogénesis de muchas enfermedades infecciosas. La adherencia permite a los organismos colonizar y multiplicarse en una proporción más rápida que su remoción, ofrece acceso a las células y tejidos del cuerpo, y provee un foco para la elaboración de enzimas y toxinas. Además, la adherencia puede ser importante nutricionalmente, ya que los materiales nutrientes tienden a concentrarse en la interfase sólidolíquido del cuerpo. La adherencia microbiana depende de la participación de las adhesinas y los receptores. Las adhesinas son las estructuras de la superficie microbiana que permiten la adhesión y están compuestas, frecuentemente, de proteína en la forma de fimbria o fibrilla, de las cuales ambas son apéndices filamentosos finos que rodean al organismo. Los receptores, el resto complementario en la superficie celular del hospedero, usualmente son moléculas que contienen carbohidrato (por ejemplo, glicoproteínas o glicolípidos). La adherencia ha sido estudiada más extensivamente en las bacterias y los virus, aunque durante los últimos años se ha realizado un progreso considerable en la definición de la interacción protozoariocélula. La unión de las adhesinas y los receptores juntos, en un estrecho y específico modo cerradura-llave, es similar al enlace de una enzima con su sustrato o un anticuerpo con su antígeno. Los componentes estructurales específicos de las adhesinas y los receptores, y la bioquímica involucrada en esta interacción, han sido reportados en diferentes organismos. La adhesina de S. pyogenes, un agente causal de faringitis, está presente en el ácido lipoteicoico en la fimbria que rodea al organismo. El ácido lipoteicoico, el cual está unido a ciertas proteínas, tales como la proteína M en la superficie celular bacteriana, media la adhesión del 115 Microbiología y Parasitología Médicas organismo a la fibronectina en la superficie celular epitelial. La fibronectina es una gran glicoproteína presente en grandes cantidades en la superficie de varias mucosas, la que ha sido identificada también como el receptor para otros organismos, incluyendo Staphylococcus aureus, Treponema pallidum y Trypanosoma cruzi. Ejemplos de adhesinas de otros organismos incluyen el pili de N. gonorrhoeae y el pili tipo I o fimbria de muchas Enterobacteriaceae. Se debe destacar que algunos organismos, tales como E. coli, pueden expresar diversos tipos de adhesinas, las cuales probablemente permiten la adherencia a superficies diferentes bajo diversas condiciones. MECANISMOS QUE PERMITEN LA ADQUISICIÓN DE NUTRIENTES DEL HOSPEDERO Otros factores que poseen los microorganismos e influyen en el eventual desenlace de la relación hospedero-parásito, incluyen un mecanismo único para adquirir nutrientes. Las bacterias, por ejemplo, requieren hierro para su metabolismo y crecimiento, y para la producción de una variedad de toxinas. La mayor parte del hierro en los humanos está secuestrado en las células y de este modo no está disponible a las bacterias. Además, las pequeñas cantidades de hierro que están localizadas extracelularmente, están limitadas a proteínas ligadas al hierro como la transferrina y la lactoferrina. La transferrina sirve como el transportador del hierro en el plasma y la lactoferrina en varias secreciones corporales que incluyen las lágrimas, saliva, leche, jugo pancreático y mucus bronquial. Uno de los mecanismos que las bacterias poseen para extraer hierro del hospedero es la producción de sideróforos, los cuales, en ausencia del mineral, son capaces de extraelo unido a la transferrina o lactoferrina y entregarlo a las células bacterianas a través de receptores especiales. La competencia por el hierro es un proceso activo en la relación hospederoparásito y durante las infecciones humanas hay una reducción de los niveles de hierro en el suero sanguíneo por retención del mismo por los organismos invasores. MECANISMOS QUE INHIBEN EL PROCESO FAGOCÍTICO Los microorganismos han desarrollado un mecanismo para la inhibición de cada paso del proceso fagocítico normal. Inhibición de la quimiotaxis Diversas toxinas bacterianas son capaces de inhibir la migración de los leucocitos hacia el sitio de infección. Ejemplos incluyen la toxina del cólera de Vibrio cholerae, la enterotoxina de E. coli, la α-toxina de Staphylococcus aureus, la estreptolisina O de S. pyogenes y la θ-toxina de Clostridium perfringens. Algunos componentes de la superficie microbiana, tales como el ácido hialurónico de la cápsula de S. pyogenes y el tipo III del polisacárido de los neumococos y quizá otros, pueden también inhibir la locomoción de los leucocitos. Inhibición de la adhesión de los fagocitos La cápsula bacteriana es la sustancia antifagocítica más importante y ubicua. La encapsulación de una gran variedad de organismos que incluyen S. pneumoniae, E. coli, H. influenzae, S. agalactiae, Klebsiella pneumoniae, Neisseria meningitidis y Cryptococcus neoformans, ha sido asociada con la virulencia. Los mecanismos por los cuales la encapsulación confiere resistencia a la fagocitosis pueden incluir: disminución de la unión de las opsoninas del suero, no accesibilidad de ligandos (IgG y C3b) que se requieren para la unión del fagocito y disminución hidrofobocítica de la célula bacteriana. Debe destacarse que la presencia de anticuerpo anticapsular vence al efecto antifagocítico de las cápsulas. Otros componentes estructurales también son antifagocíticos. Algunos ejemplos inclu- 116 Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad yen la proteína A de Staphylococcus aureus, la proteína M de S. pyogenes, el antígeno Vi de Salmonella typhi y las proteínas de la membrana externa de N. gonorrhoeae. Inhibición de la fusión del lisosoma La exposición a los gránulos hidrolíticos lisosomales puede ser evitada por inhibición de la fusión del lisosoma con el fagosoma, ofreciendo una ventaja a los microorganismos englobados. Legionella pneumophila, Chlamydia psittaci, Toxoplasma gondii y M. tuberculosis son capaces de inhibir la fusión. El mecanismo que permite la inhibición de la fusión fagosoma-lisosoma no ha sido demostrado convincentemente para la mayoría de los organismos. Estudios con macrófagos infectados con M. tuberculosis, sin embargo, sugieren que los sulfátidos (glicolípidos) presentes en la pared celular de este organismo pueden prevenir o retardar la fusión. La inhibición de la fusión de los macrófagos infectados con Toxoplasma gondii es posible que se deba a la secreción de una sustancia que altera la membrana del fagosoma, por lo cual la vía de fusión puede no ocurrir. En ambos casos, la inhibición de la fusión es un proceso activo que requiere organismos vivos. La opsonización de M. tuberculosis y T. gondii con anticuerpos induce la formación de fagolisosomas. Esto facilita la muerte de T. gondii; no obstante, M. tuberculosis permanece viable. La activación de los macrófagos por linfocinas le facilita a estas células fagocíticas destruir ambos organismos, demostrando una vez más el delicado balance entre hospedero y parásito en los procesos infecciosos. Legionella pneumophila no solamente inhibe la fusión fagolisosoma, sino que, además, es ingerido por un proceso no usual nombrado fagocitosis con enrollamiento. En este proceso, la adherencia de Legionella al macrófago induce la formación de un pseudópodo largo, delgado, que luego forma una espiral alrededor de las bacterias, constituyendo una vesícula. La vesícula permanece intacta, se inhibe la fusión de fagolisosomas, y las bacterias se multiplican dentro de la vesícula. El mecanismo que fortalece la fagocitosis no se conoce, pero cuando el organismo es cubierto con anticuerpo específico, es ingerido mediante la fagocitosis convencional. Interesantemente, después de la formación del fagosoma, las mitocondrias y los ribosomas rodean el fagosoma conduciendo a la formación de un fagosomaribosoma limitado. Ya que los fagosomas de T. gondii y Chlamydia psittaci comparten diversos rasgos con L. pneumophila, se ha planteado que esos tres organismos comparten una vía común por la célula del hospedero, y la habilidad de inhibir la fusión fagolisosoma puede ser unido por un mecanismo común. Debe notarse que L. pneumophila viva, no muerta, induce la formación de un fagosoma-ribosoma limitado e inhibe la fusión fagolisosoma. La activación de macrófagos o el pretratamiento de L. pneumophila con anticuerpo específico, favorece un pequeño grado de fusión. El virus influenza inhibe la fusión de los lisosomas con fagosomas que contienen estafilococos e inhibe la descarga de mieloperoxidasa. Esto tal vez explique la patogénesis de las infecciones secundarias en pacientes con infecciones por virus influenza. Resistencia a ser destruidos en el fagolisosoma Los microorganismos facultativos o intracelulares obligados deben ser capaces de resistir la muerte e incrementar en número en el fagocito. Pueden hacerlo mediante la inhibición de la fusión del lisosoma o por el desarrollo de la capacidad de resistir las acciones antimicrobianas dependientes o independientes al oxígeno de las enzimas fagolisosómicas. La resistencia a las actividades microbicidas independientes de oxígeno pueden ser mediadas por las propiedades superficiales del organismo. Por ejemplo, estudios in vitro sugieren que el LPS de Salmonella typhimurium impide estéricamente la ligadura de los extractos granulares. Otros mecanismos pueden, además, hacer al organismo resistente a la muerte en el fagolisosoma. Toxoplasma gondii parece no estimular el esfuerzo respiratorio y como resultado los metabolitos que reactivan el oxígeno no se generan. La habilidad de Coxiella burnetii, el parásito intracelular obligado responsable de la fiebre Q, reside en el fagolisosoma que parece estar relacionado con sus actividades bioquímicas acidofílicas y enzimáticas. El 117 Microbiología y Parasitología Médicas metabolismo activo de C. burnetii parece ocurrir a pH bajo, específicamente de 4,5 a 4,8, que es el pH del fagolisosoma. La producción de dismutasa superóxida y catalasa puede, asimismo, ayudar a proteger al organismo de los productos tóxicos oxigenados del hospedero. Se ha sugerido que la producción única de dismutasa superóxida y altos niveles de catalasa pueden proteger a Nocardia asteroides de los efectos del O2- y H2O2. Un mecanismo único para evitar el esfuerzo respiratorio es el uso de ciertos receptores del complemento en la superficie del fagocito. Usualmente los receptores de CR1 facilitan que se lleve a cabo la ingestión y destrucción de los organismos cubiertos con el complemento. Estudios recientes han mostrado que algunos organismos, sin embargo, son capaces de usar los receptores de complemento en la célula fagocítica tanto para su ventaja como para su desventaja; y, además activar la vía alterna del complemento y cubrirse por sí mismos con fragmentos de C3, aunque no ocurre la lisis subsecuente. Los organismos cubiertos entran, entonces, al macrófago por la vía de los receptores de CR1. Este parasitismo del sistema ligando-receptor es de beneficio definido al microorganismo, ya que la ingestión de los mismos, cubiertos con complemento, no provoca un esfuerzo respiratorio sobre la fagocitosis. De este modo, la entrada por los receptores del complemento puede permitir al parásito intracelular evitar la exposición de derivados tóxicos al oxígeno y otros factores bactericidas. Los organismos que poseen esta habilidad incluyen L. pneumophila, M. tuberculosis y Leishmania. Destrucción del fagocito Diversos microorganismos destruyen las células fagocíticas. La mayoría de estos producen toxinas que despolarizan la membrana celular del fagocito, con la subsiguiente degranulación masiva y muerte celular. Las estreptolisinas O y S son responsables de la actividad citolítica de S. pyogenes. Esas enzimas difieren en su mecanismo de acción. La estreptolisina O inicialmente se une al colesterol en la membrana fagocítica y conduce a la formación de canales que penetran la membrana creando grandes defectos, con la lisis posterior. La estreptolisina S parece ejercer su efecto citolítico por alteración de la permeabilidad de la membrana. La leucocidina estafilocóccica, la toxina del ántrax y la exotoxina A de Pseudomonas aeruginosa, además, parecen ser tóxicas para los fagocitos. Escape desde el fagolisosoma al citoplasma Algunos organismos son capaces de escapar a la destrucción del fagolisosoma por la producción de un factor hemolítico que funciona en un ambiente acídico. Otros son capaces de degradar la membrana fagolisosómica por la producción de una hemolisina. MECANISMOS QUE PERMITEN LA EVASIÓN DE LA RESPUESTA INMUNE Algunos organismos evitan encontrarse con las defensas del hospedero, residiendo en sitios privilegiados inmunológicamente, es decir, sitios protegidos de las defensas humorales y celulares. Ejemplos de tales sitios incluye: riñones, ciertas partes del cerebro y la capa epitelial de las mucosas respiratoria, urogenital y el tracto y glándulas mamarias. Existen organismos capaces de liberar sus antígenos superficiales en forma soluble durante las infecciones sistémicas. Como ejemplos tenemos: Candida albicans, S. pneumoniae, Neisseria meningitidis, P. aeruginosa, Trypanosoma cruzi y Toxoplasma gondii. La evasión de la respuesta inmune puede ocurrir por la modificación de sus antígenos superficiales. Esto es posible durante una infección única o por un período con diferentes infecciones. Tal vez el mejor ejemplo de variación antigénica son los tripanosomas, parásitos responsables de la tripanosomiasis africana. Algunas toxinas microbianas (enterotoxinas estafilocóccicas, toxina-1 del síndrome del choque tóxico, exotoxinas pirogénicas A, B y C, y la proteína M de S. pyogenes) son capaces 118 Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad de sobreestimular el sistema inmune activando grandes números de células T para proliferar. Esta estimulación incrementada ha dado lugar a la designación de estas sustancias como superantígenos. Las infecciones virales persistentes han estado asociadas con la reducción en la expresión de antígenos. Esta alteración de los antígenos protege a los virus de las fuerzas inmunes. Durante las infecciones con bacterias, virus, hongos, protozoos y helmintos se puede desarrollar en el hospedero un estado de inmunosupresión, el cual es posible que se manifieste como una respuesta deprimida a organismos no relacionados con el organismo infectante o puede ser específico y directo sólo contra los antígenos del organismo invasor. Ambos tipos de inmunosupresión han sido observados en algunas infecciones. La inmunosupresión general y específica puede involucrar tanto la respuesta humoral como la mediada por células. Algunos organismos producen enzimas (proteasas) que separan una o ambas subclases de la IgA humana, que es la mediadora principal de la inmunidad humoral en las superficies mucosas. Estas proteasas IgA son biológicamente significativas y pueden desempeñar un papel en algunas enfermedades asociadas a las membranas mucosas. Ejemplos de microorganismos tenemos: Neisseria gonorrhoeae, Ureaplasma urealyticum, Neisseria meningitidis, H. influenzae, S. pneumoniae, Streptococcus sanguis y otros. De particular interés es el hecho de que los organismos que producen proteasas IgA son realmente asociados con enfermedades infecciosas que tienen lugar o se originan en las superficies mucosas, como: meningitis bacteriana, infecciones vaginales y del tracto urinario, y enfermedad periodontal. La resistencia al suero sanguíneo es la habilidad de un microorganismo de prevenir la lisis por el complemento. Esta habilidad puede ser conferida por una variedad de mecanismos, los cuales promueven la supervivencia de los microorganismos. Ciertas cepas de Salmonella y E. coli poseen antígenos O en su lipopolisacárido (LPS), el que estéricamente impide el acceso de C5b a 9 (complejo C5b-9), el complejo lítico del complemento. Algunos microorganismos promueven la formación de anticuerpos inefectivos bloqueadores que son capaces de unirse a receptores específicos en la superficie del microorganismo el cual indujo su formación y bloquear estéricamente el acceso al antígeno que se une al anticuerpo antibacteriano efectivo. Los anticuerpos inefectivos bloqueadores pueden formarse como respuesta a ciertas cepas de N. gonorrhoeae. Los gonococos que poseen receptores para los anticuerpos bloqueadores son resistentes a ser destruidos por los anticuerpos y el complemento presente en el suero humano normal, así como y son capaces de invadir el torrente sanguíneo para producir una infección diseminada. MECANISMOS QUE OCASIONAN DAÑO DIRECTO SOBRE EL HOSPEDERO (A TRAVÉS DE TOXINAS Y ENZIMAS) Las toxinas microbianas pueden ser clasificadas como exotoxinas y endotoxinas (Cuadro 14.1). Las exotoxinas se producen durante el metabolismo de las bacterias y son secretadas al ambiente que las rodea; mientras que las endotoxinas forman parte de la pared celular y son liberadas en grandes cantidades sólo cuando la célula se lisa. Exotoxinas Las exotoxinas se producen primariamente por las bacterias grampositivas y en ocasiones por las gramnegativas. Son proteínas inmunogénicas que a menudo se comportan como enzimas. Sus efectos pueden manifestarse tanto local como sistémicamente, dependiendo de la toxina. Las exotoxinas pueden ser clasificadas acorde con el sitio de acción o efecto biológico. Las neurotoxinas, como la toxina tetánica y toxina botulínica, ejercen su acción primaria sobre el sistema nervioso. Las enterotoxinas actúan sobre el tracto intestinal. Numerosas bacterias, incluyendo Shigella dysenteriae, E. coli y Staphylococcus aureus, producen enterotoxinas. Las citotoxinas, como la toxina diftérica, destruyen las células. Mención especial merecen las exotoxinas fúngicas producidas por Aspergillus flavus y 119 Microbiología y Parasitología Médicas Claviceps purpurae. Ninguno de esos hongos invaden los tejidos humanos, pero pueden ser responsables indirectos de enfermedad en el hombre por la contaminación de diferentes alimentos. En los últimos años se ha avanzado considerablemente en definir la estructura y mecanismo de acción de varias exotoxinas bacterianas. Muchas proteínas exotoxinas tienen una estructura A-B. La mitad A de la toxina es la parte activa y es responsable de la toxicidad. El componente B de la toxina es un polipéptido, el cual está unido a la molécula completa por receptores específicos sobre la superficie celular y en muchos casos facilita el paso del componente A, a través de la membrana, al interior del citoplasma. Las exotoxinas bacterianas tienden a actuar en una de tres amplias formas: lisando las membranas celulares (ejemplo: α-toxina lecitinasa del C. perfringens y estreptolisina O de S. pyogenes); causando daño celular por interferencia con la síntesis proteica (toxina de C. diphteriae y exotoxina A de P. aeruginosa); o interfiriendo con la función celular por elevación o depresión de las actividades normales (enterotoxina de V. cholerae). Endotoxinas Las endotoxinas forman el componente lipopolicasárido (LPS) de la membrana externa de las bacterias gramnegativas. La toxicidad de las endotoxinas reside en el lípido A, y la potencia de estas varía grandemente entre los organismos gramnegativos: algunas son extremadamente tóxicas; mientras que otras no lo son. La endotoxina es el iniciador primario del choque séptico por bacterias gramnegativas. La producción de toxinas por las bacterias puede estar mediada por la presencia de un plásmido o un bacteriófago y no necesariamente estar regulada por el cromosoma bacteriano. Las enterotoxinas de E. coli y la toxina exfoliativa de Staphylococcus aureus están codificadas por plásmidos. Las toxinas que son codificadas por fagos lisogénicos incluyen: la toxina diftérica, las toxinas botulínicas C y D, las toxinas de Clostridium novyi y la toxina eritrogénica de los estreptococos (exotoxinas pirogénicas). Cuadro 14.1. Algunas características de las exotoxinas y endotoxinas Exotoxinas Excretadas por células vivas; se hallan en concentraciones elevadas en medio líquido Pueden ser producidas por bacterias grampositivas y gramnegativas Endotoxinas Parte integral de la pared celular de las bacterias gramnegativas. Liberadas por muerte bacteriana y en el crecimiento. Para mostrar actividad biológica no es necesaria su liberación Sólo se encuentran en las bacterias gramnegativas Polipéptidos con un peso molecular de 10 000 a 900 000 Lipopolisacáridos complejos. Es probable que la fracción de lípido A sea la causa de la toxicidad Relativamente inestables; su toxicidad a menudo puede ser destruida con rapidez por calor mayor de 60 °C Relativamente estables; soportan calor mayor de 60 °C durante horas, sin perder la toxicidad Muy antigénicas: estimulan la formación de antitoxina en título alto. La antitoxina neutraliza la toxina Inmunógenos débiles; los anticuerpos son antitóxicos y protectores. La relación entre título de anticuerpo y protección de la enfermedad es menos clara que con antitoxinas No son convertidas a toxoides Convertidas a toxoides atóxicos antigénicos que se utilizan para inmunizar (ej.: toxoide tetánico) Muy tóxicas; mortales para animales de laboratorio en dosis de microgramos o menos Por lo general, se unen a receptores específicos en las células Por lo común, no producen fiebre en el hospedero Con frecuencia son controladas por genes extracromosómicos (ej.: plásmidos) 120 Su toxicidad es moderada; mortales para animales de laboratorio en decenas a centenas de microgramos No se han encontrado receptores celulares específicos para ellas Por lo común, causan fiebre en el hospedero por la liberación de interleucina-1 y otros mediadores La síntesis está dirigida por genes cromosómicos Propiedades de los microorganismos para producir enfermedad Tomado de: Jawetz E y cols. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed., 1996. Enzimas La invasión bacteriana de los tejidos es facilitada con frecuencia por la liberación de enzimas. Entre ellas se encuentran las hialuronidasas, colagenasas, coagulasas y fibrinolisinas. Además, los hongos pueden elaborar enzimas; ejemplo: los dermatófitos producen queratinasa, la cual les proporciona la habilidad de invadir los tejidos queratinizados, tales como el pelo, la piel y las uñas. Otras dos enzimas adicionales que parecen ser importantes en la patogenicidad de los hongos son: la fenoloxidasa y la proteinasa. La producción de fenoloxidasa, la tolerancia de temperatura y la encapsulación son mecanismos importantes de patogenicidad para Cryptococcus neoformans. La fenoloxidasa es la enzima responsable de la habilidad de C. neoformans para producir melanina sobre medios que contengan compuestos fenólicos. La manera en la cual la fenoloxidasa promueve la virulencia no se conoce, pero cepas deficientes de esta enzima son avirulentas para el ratón. Las proteinasas son designadas como factores de virulencia para Sporothrix schenckii, Aspergillus, Candida y Coccidioides immitis. Aunque la función precisa de esas enzimas varía en cada organismo, en general están involucradas en la iniciación, extensión y diseminación de la infección fúngica. MECANISMOS QUE OCASIONAN DAÑO INDIRECTO SOBRE EL HOSPEDERO (A TRAVÉS DE LOS PROCESOS INMUNOPATOLÓGICOS) Los organismos pueden causar directamente daño a los tejidos por la producción de toxinas o indirectamente por destrucción mediada por el sistema inmune o reacciones inmunopatológicas, algunas de las cuales son clasificadas como hipersensibilidad. Aunque el daño inmunopatológico es mínimo en la mayoría de las infecciones, en otras es severo y forma la mayor parte de la enfermedad. Aunque las reacciones de hipersensibilidad inmediata no están asociadas, por lo común, con enfermedades bacterianas, la evidencia sugiere que pueden estar asociadas con enfermedades por hongos e infecciones parasitarias. Grandes cantidades de IgE se producen en respuesta a infestaciones por helmintos. Aunque esos anticuerpos son protectores y participan con los eosinófilos y macrófagos en reacciones contra el parásito, ellos, además, contribuyen a las reacciones anafilácticas. Estas reacciones se observan durante las fases de infección temprana y aguda con helmintos, tales como: esquistosomiasis, filaria, o por Ascaris, aunque por este último son consideradas raras. Asimismo, se ha sugerido la presencia de reacciones anafilácticas en la inmunopatología de la aspergilosis alérgica pulmonar asociada con miembros del género Aspergillus. Los autoanticuerpos son producidos en algunas enfermedades parasitarias y han estado implicados en la anemia y glomerulopatía de la malaria, en las lesiones cardíacas y neuronales periféricas de la enfermedad de Chagas, así como en lesiones de retina en la onchocerciasis. Aunque los eosinófilos, en asociación con la IgE, son importantes en la protección contra las infecciones por helmintos, pueden también contribuir a las reacciones patológicas observadas en estas infecciones. Se plantea que el contenido tóxico de los eosinófilos sea responsable de la mayoría de la destrucción del tejido y responsable de los cambios patológicos observados en el síndrome eosinofílico pulmonar asociado con la filaria y la miocarditis eosinofílica asociada con Loa loa. El daño en algunas enfermedades infecciosas persistentes (hepatitis, malaria, endocarditis, tripanosomiasis) es atribuible a la deposición de los complejos antígeno-anticuerpo en varios tejidos, tales como las paredes de los vasos sanguíneos y los riñones. El efecto combinado de infecciones persistentes de bajo grado con una débil respuesta antibiótica, 121 Microbiología y Parasitología Médicas conduce a la formación de complejos inmunes crónicos y eventual deposición en los tejidos. Independientemente del sitio de deposición, esos complejos inmunes son capaces de provocar procesos inflamatorios severos. Activan el complemento, resultando en la generación de diferentes componentes activos biológicamente. Causan la liberación de aminas vasoactivas por las células mastoides y los basófilos, lo cual resulta en un incremento de la permeabilidad vascular. El extenso daño de los tejidos en los riñones puede conducir a glomerulonefritis por complejo inmune. Esta condición puede ser vista en la malaria, sífilis, esquistosomiasis, pioderma estreptocócico y faringitis, y en la hepatitis sérica. En las tres primeras infecciones la glomerulonefritis se manifiesta clínicamente como un síndrome nefrótico. La evidencia de mecanismos inmunes en esas enfermedades es mantenida por la demostración de inmunoglobulina y complemento en los tejidos dañados. El extenso daño de los tejidos en los vasos sanguíneos resulta en vasculitis, la cual puede manifestarse clínicamente en diferentes formas, dependiendo de la extensión del daño y los vasos afectados. El eritema nudoso está caracterizado por la presencia de rojos nódulos blandos en la piel, causados por la deposición de antígeno, anticuerpo y complemento en los capilares superficiales. Esta condición se observa después de infecciones estreptocóccicas o durante el tratamiento de pacientes con lepra. En la hepatitis sérica, las pequeñas arterias pueden estar afectadas, conduciendo a una poliarteritis nudosa. Las reacciones de hipersensibilidad retardada son también responsables de los efectos inmunopatológicos. Las linfocinas involucradas en estas reacciones pueden causar daño a los tejidos directa e indirectamente. Los macrófagos que son activados por las linfocinas son capaces de destruir a los organismos invasores, pero también simultánea e indiscriminadamente destruyen los tejidos autólogos. La formación de granuloma con el subsiguiente daño pulmonar que ocurre en la tuberculosis, se atribuye a reacciones de hipersensibilidad retardada. RESUMEN La enfermedad infecciosa surge como resultado de una relación no exitosa entre el parásito y el hospedero. Los mecanismos por los cuales los microorganismos son capaces de producir enfermedad, se dividen en : 1. Aquellos que permiten la adhesión y multiplicación. 2. Aquellos que permiten la adquisición de nutrientes del hospedero. 3. Aquellos que inhiben el proceso fagocítico. 4. Aquellos que permiten la evasión de la respuesta inmune. 5. Aquellos que ocasionan daño directo sobre el hospedero. 6. Aquellos que ocasionan daño indirecto por la vía de los procesos. inmunopatológicos. A través del capítulo se analizan y discuten cada uno de estos mecanismos. BIBLIOGRAFÍA Finlay BB, Falkow S. Common Themes in Microbial Pathogenicity Revisited. Microbiology and Molecular Biology Reviews 1997;61(2):136-169. Howard BJ, Rees JC. Host-Parasite Interactions: Mechanisms of Pathogenicity. In: Clinical and Pathogenic Microbiology. 2nd ed. USA: Mosby-Year Book Inc, 1994. Jawetz E, Melnick JL, Adelberg EA. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996. Peterson JW. Bacterial Pathogenesis. In: Medical Microbiology. 4ta ed. Samuel Baron Ed. USA: The University of Texas Medical Branch at Galveston, 1996. 122 Atributos del hospedero para resistir Atributos del hospedero para resistir Raquel de los A. Junco Díaz Carlos M. Rodríguez Pérez INTRODUCCIÓN El término inmunidad fue utilizado por mucho tiempo para denominar la resistencia del organismo a las infecciones; en la actualidad abarca el estudio de fenómenos muy complejos que incluyen los mecanismos fisiológicos que intervienen en el reconocimiento de sustancias o elementos ajenos a un organismo y las respuestas desarrolladas para neutralizar y eliminar a las mismas. Estas sustancias o elementos ajenos que pueden ser reconocidas por el sistema inmunológico, provienen del medio externo o son resultado de alteraciones de los componentes del propio organismo; ejemplo de los primeros son los microorganismos patógenos, contra los cuales se producen respuestas inmunológicas y que sentaron las bases de esta disciplina. El sistema inmune también puede reconocer como extraños y como tal eliminarlos, a componentes propios del organismo que han sufrido alteraciones estructurales, por ejemplo, células mutadas que pueden, incluso, llegar a la malignización; este aspecto es de gran importancia en el mantenimiento del estado de salud del individuo. La respuesta inmunológica posee tres características primordiales: la especificidad, la memoria y la heterogeneidad, y junto a ellas participan otros mecanismos que si bien no poseen estas características, sí están estrechamente relacionados, son los llamados mecanismos inespecíficos de defensa, que a continuación describiremos. MECANISMOS INESPECÍFICOS DE DEFENSA Los mecanismos inespecíficos de defensa son capaces de diferenciar lo ajeno de lo propio y siempre actúan de igual forma ante lo extraño, pero no modifican su respuesta en un contacto posterior ante ese mismo elemento o sustancia extraña. Están constituidos por: 1. Barrera hística. 2. Respuesta inflamatoria. 125 Microbiología y Parasitología Médicas 3. Fiebre. 4. Respuesta fagocitaria. La barrera hística constituye un mecanismo fisiológico de defensa, en tanto que en la respuesta inflamatoria y fagocitaria intervienen elementos del sistema inmune. BARRERA HÍSTICA (FISIOLÓGICA) 1. Piel: Pocos microorganismos pueden penetrar la piel intacta, muchos llegan a las glándulas sudoríparas o sebáceas y a los folículos pilosos; allí, a causa del pH ácido y la presencia de ácidos grasos saturados y no saturados, se tiende a eliminar a los microorganismos patógenos. A este nivel encontramos la presencia de lisozima (enzima que posee actividad bactericida) y otras enzimas. Esta lisozima se puede localizar también en las lágrimas, secreciones respiratorias y en el cérvix. La resistencia de la piel varía con la edad, por ejemplo, los niños son susceptibles a infección por tiña, cosa que no ocurre a partir de la pubertad por la presencia de ácidos grasos saturados en las glándulas sebáceas. 2. Mucosas: a) Vías respiratorias: la presencia de pelos (vibrisas) en la nariz y el reflejo de la tos y el estornudo, constituyen la primera barrera de defensa del aparato respiratorio. La producción de moco en esta región hace que los microorganismos tiendan a adherirse y ser expulsados al exterior mediante la acción de las células ciliadas allí presentes; además, el moco contiene lisozima y otras sustancias antimicrobianas. A este nivel intervienen también los macrófagos pulmonares. b) Tracto gastrointestinal: en él intervienen varios sistemas: enzimas hidrolíticas en la saliva; la acidez gástrica, que destruye a muchos organismos ingeridos, como el Vibrio cholerae; y la presencia de enzimas proteolíticas y macrófagos en el intestino delgado. Es importante destacar que, a nivel de la piel y la mayor parte de las mucosas, existe una flora normal residente que varía con la edad y en las diferentes regiones del organismo; la integridad de la misma impide el establecimiento de microorganismos patógenos (interferencia microbiana). Otro mecanismo de defensa a nivel de las mucosas (humoral) es la presencia de IgA en la superficie de las células, la cual impide la adhesión del microorganismo a las células epiteliales, a menos que este produzca una enzima (proteasa) que destruya a la IgA. Cuando un microorganismo logra penetrar a través de las mucosas, es captado por fagocitos y transportado a los ganglios linfáticos, que actúan como barrera para evitar una propagación adicional de gran cantidad de los mismos. RESPUESTA INFLAMATORIA La inflamación es un fenómeno biológico que se traduce clínicamente como hiperemia, hipertermia, edema y dolor; es decir, rubor, calor, tumor y dolor. Ante la presencia de microorganismos infectantes en los tejidos, se inician una serie de eventos para contrarrestar a los mismos: 1. Vasodilatación: acelera la llegada de células fagocíticas al área afectada. 2. Aumento de la permeabilidad capilar: permite la salida de leucocitos (diapédesis) y otros elementos a los tejidos (proteínas como la fibrina, otros tipos de células, etc.). Con lo anterior se trata de delimitar la zona afectada (acción de la fibrina formando una malla) y, a la vez, es atacado el agente patógeno por las células de defensa y otros elementos. La muerte de los microorganismos, de las células de defensa, la presencia de restos celulares y otras sustancias liberadas de los leucocitos, acidifican el pH y ayudan a controlar la invasión. También participan diferentes mediadores como bradicinina, histamina, serotonina, 126 Atributos del hospedero para resistir prostaglandinas, leucotrienos, citocinas, etc. Además, se activa el sistema del complemento favoreciendo la migración de células fagocíticas hacia el sitio de la infección. Complemento. Sistema biológico complejo constituido por proteínas séricas que se encuentran normalmente en la circulación como moléculas precursoras inactivas, que pueden volverse miembros de un sistema funcional en el que actúan recíprocamente en reacción de cadena o cascada proteolítica. Estas proteínas posseen actividad enzimática, desempeñando un papel importante tanto en la respuesta inmune como en los procesos inflamatorios. Se simboliza C’ y el término como tal se refiere a la capacidad de estas proteínas de complementar (aumentar) los efectos de otros componentes del sistema inmunitario (ejemplo: anticuerpos). Su acción va dirigida contra agentes extraños o contra las células del propio organismo. Es termolábil (se inactiva a 56 °C por 30 min) y se sintetiza en el hígado y células fagocíticas. Efectos principales 1. Lisis celular (bacterias, células tumorales). 2. Producción de mediadores que participan en la inflamación y atraen fagocitos. 3. Opsonización de microorganismos y de inmunocomplejos para ser depurados por fagocitosis. 4. Aumento de las fuerzas inmunitarias mediadas por anticuerpos. Componentes del sistema C’. El sistema C’ está constituido por 11 proteínas séricas principales, desde C1 hasta C9. A su vez, C1 está formado por tres proteínas C1q, C1r y C1s. Por poseer características físico-químicas diferentes, C4 actúa después de C1 y antes de C2. Activación del C’. Puede ser iniciada por inmunocomplejos o por otros tipos de moléculas no inmunitarias. La misma ocurre por dos vías: clásica y alterna. 1. Vía clásica: en ella intervienen todos los componentes del sistema y su activación (complejo antígeno-anticuerpo) transcurre por tres etapas: a) Etapa de reconocimiento (complejo qrs): sólo la IgM o IgG fijan el complemento y de esta última, las subclases 1; 2 y 3. C1q se fija a ellas por el fragmento Fc (agregado de 18 po-lipéptidos). El inmunocomplejo unido a C1 activa a C1s con actividad de estearasa. b) Etapa de activación: la estearasa C1s actúa sobre C4 y C2; C4 se adhiere a la pared celular y posteriormente C2 se adhiere al C4 fijado, liberándose C4b2b que no es otra que la C3 convertasa, la cual actúa sobre C3 y la separa en dos segmentos, C3a (anafilotoxina) y C3b. c) Etapa de ataque a la membrana: C3b se une a C4b2a y forma la C5 convertasa que desdobla a C5 en C5a (anafilotoxina y factor quimiotáctico), y C5b que se fija a C6 y C7 formando complejos reversibles proteína-proteína, los cuales interactúan con la superficie celular; C8 se fija entonces a C5b67 seguido de la polimerización de 16 moléculas de C9 para producir el complejo de ataque a la membrana que produce la lisis celular. 2. Vía alterna: esta vía está relacionada con otros sistemas enzimáticos descubiertos en 1954 por Pillemer, que la denominó sistema properdina, el cual está constituido por enzimas que al activarse actúan directamente sobre C3 y C5, desencadenando así toda la reacción complementaria. Al sistema properdina lo pueden activar sustancias químicas complejas (endotoxinas de bacterias gramnegativas), sustancias sin función de anticuerpos como el Zymosán (polisacáridos extraídos de levaduras), algunos agentes infecciosos (neumococos) y agregados de Ig que no logran activar la vía clásica. Al activarse la vía alterna por alguno de los activadores antes mencionados, se rompe C3 y se genera la C3 convertasa (C3b); además, una C3 convertasa alternativa (C3bBb) genera más C3b, que se fija a la convertasa C3 y forma C3bBbC3b (C5 convertasa), la cual genera C5b conduciendo a la producción del complejo de ataque de membrana antes descrito. 127 Microbiología y Parasitología Médicas Efectos biológicos del C’ 1. Opsonización: muchos fagocitos poseen receptores C3b en su superficie, la presencia del componente C3b en este receptor (opsonización) facilitará la fagocitosis de células, inmunocomplejos y otras partículas. 2. Quimiotaxis: la formación de factores quimiotácticos o quimiotaxinas provoca migración de leucocitos hacia el lugar de la reacción de activación del C’. Los factores quimiotácticos son C3a, C5a y el C567. 3. Anafilotoxinas: los factores C3a, C4a y C5a pueden provocar degranulación de las células cebadas, liberando mediadores (ejemplo: histamina) que incrementan la permeabilidad vascular y la contracción del músculo liso. 4. Citólisis: el complejo C5b6789 produce lisis de células como: eritrocitos, bacterias y células tumorales. Consecuencias clínicas por deficiencias de C’. Existen muchas deficiencias genéticas de las proteínas del C’, ello conlleva, generalmente, a un aumento de la susceptibilidad a las enfermedades infecciosas. Ejemplo: – Deficiencia de C2: asociada con infecciones bacterianas piógenas intensas. – Deficiencia de C5b6789: aumenta la susceptibilidad a las infecciones por neisserias. – Deficiencia de properdina: mayor susceptibilidad a enfermedades meningocóccicas. FIEBRE Manifestación sistémica más común de la respuesta inflamatoria, principal signo de las enfermedades infecciosas. Las sustancias capaces de producir fiebre (pirógenos) son: 1. Endotoxinas de bacterias gramnegativas. 2. Citocinas (liberadas de células linfoides) como la interleucina-1 (pirógeno endógeno). Como consecuencia de la temperatura alta (fiebre), la producción de anticuerpos y la proliferación de células T son más eficaces, sin embargo, en el humano no pueden atribuirse efectos benéficos consistentes de la fiebre para el control de la infección. RESPUESTA FAGOCITARIA La fagocitosis es un proceso que llevan a cabo los leucocitos y los macrófagos cuando el elemento extraño ha sobrepasado la barrera hística y ha penetrado en el organismo; es una propiedad específica para el sistema celular desarrollado a partir del mesodermo. Durante la infección bacteriana ocurre un aumento en número de células fagocíticas circulantes, las funciones de las mismas son: migración, quimiotaxis, ingestión y muerte microbiana. Las principales células fagocíticas son: leucocitos polimorfonucleares (granulocitos), monocitos fagocíticos (macrófagos circulantes) y macrófagos fijos del sistema reticuloendotelial (histiocitos). Estas células fagocíticas son ineficientes en espacios grandes, lisos y abiertos como pleura, pericardio y articulaciones, pero muy eficientes en espacios tisulares pequeños (alveolos) o sobre superficies ásperas. Para que ocurra la fagocitosis deben cumplirse los siguientes pasos: 1. Fijación. 2. Endocitosis. 3. Digestión. 4. Exocitosis. 128 Atributos del hospedero para resistir Fijación. Reconocimiento por los fagocitos del elemento extraño al organismo y adhesión de este a su superficie. Endocitosis. Producción de elongaciones por la membrana citoplasmática que engloba al elemento extraño en forma de vacuola digestiva o fagosoma. Digestión. En el interior de la célula fagocítica existen otras estructuras formadas a partir de la membrana citoplasmática y que contienen en su interior enzimas líticas, estas se denominan lisosomas, que se fusionan con el fagosoma formando un fagolisosoma, en cuyo interior actúan las enzimas lisosomales sobre el elemento extraño, degradándolo. Los mecanismos funcionales de la muerte intracelular de microorganismos no se conocen del todo, pero incluyen a los no oxidativos (activación de enzimas hidrolíticas y acción de proteínas básicas) y a los oxidativos. Entre estos últimos se han implicado los siguientes: acumulación de H2O2, pH ácido, presencia de la enzima mieloperoxidasa, generación de anión superóxido (O2-) y de óxido nítrico (ON). Exocitosis. Cuando ya está destruido el elemento extraño, la vacuola se adhiere nuevamente a la superficie celular, se fusiona a la membrana y se abre al exterior liberando a los detritos (cuerpo residual). La fagocitosis puede hacerse más eficiente en presencia de los siguientes mecanismos: Quimiotaxis. Propiedad de diversas sustancias para inducir la migración de células fagocitarias hacia el lugar donde estas sustancias quimiotácticas están siendo liberadas, que es, precisamente, el sitio donde se encuentra el elemento extraño. Opsonización. Anticuerpos (opsoninas) que se adhieren a la superficie de un agente microbiano y facilitan la fagocitosis en rapidez y mayor número de agentes fagocitados. La opsonización se puede producir por tres mecanismos: 1. Un anticuerpo sólo puede actuar como opsonina. 2. Un anticuerpo más un antígeno activan la vía clásica del complemento para actuar como opsonina. 3. La opsonina puede ser producida por un sistema termolábil y así activar a C3 a través de la vía alterna del complemento. Sistema reticuloendotelial. Actualmente se le denomina sistema fagocítico mononuclear. Este sistema incluye células fagocíticas mononucleares presentes en la sangre, tejido linfoide, hígado, bazo, médula ósea, pulmón, etc., y células que cubren los senos sanguíneos y linfáticos como las células Kupffer en el hígado y los histiocitos de tejidos. Una función importante de este sistema es la de filtrar microorganismos de la sangre. La producción de interferón es un mecanismo de defensa inespecífico que ocurre en el transcurso de una infección viral y es responsable de la inhibición de la replicación en los virus ARN y ADN, lo cual impide la destrucción de las células del hospedero. El interferón es una citoquina con actividad antiviral específica. El interferón-α se origina en los fagocitos mononucleares, el interferón-β en los fibroblastos y el interferón- γ en las células T y en las células asesinas naturales (células NK). MECANISMOS ESPECÍFICOS DE DEFENSA Estos mecanismos de defensa dependen de factores específicos basados en respuestas inmunitarias hacia agentes específicos o sus productos. La respuesta inmune es el sistema de defensa altamente específico del hospedero. Este sistema está compuesto por componentes humorales llamados inmunoglobulinas y componentes celulares que incluyen linfocitos específicamente activados y sus productos. La respuesta inmunológica está dirigida contra un organismo dado, o a menudo a moléculas específicas en los mismos, tales como la proteína M del Streptococcus pneumoniae. El término inmunidad se refiere a todas aquellas propiedades del hospedero que le confieren resistencia a un agente infeccioso determinado. Se clasifica en: natural y adquirida. La inmunidad natural es aquel tipo de resistencia que tiene una especie contra determinados agentes patógenos. Se considera, en general, como una barrera inespecífica, eficaz contra muchos tipos de agentes infecciosos; por lo tanto, se prefiere el término resistencia natural al de inmunidad natural. 129 Microbiología y Parasitología Médicas Como ejemplos se pueden citar: 1. De especie: la infección por Neisseria gonorrhoeae sólo se observa en los humanos. 2. Por influencias hormonales y metabólicas: las personas que padecen Diabetes mellitus son menos resistentes a los procesos infecciosos. 3. Existen otros factores que influyen en el estado de resistencia, como: la nutrición, la edad, etcétera. La inmunidad adquirida es aquella que se produce como resultado de la exposición a un inmunógeno, el cual provoca una respuesta inmune por parte del hospedero; puede ser pasiva o activa (Cuadro 15.1). La inmunidad adquirida pasiva es inducida por la administración de anticuerpos o células preformadas en otro hospedero, ejemplo: la transferencia pasiva de anticuerpos de la madre al feto durante el embarazo y al niño durante la lactancia; la administración de antitoxinas tetánica, diftérica, entre otras. La inmunidad adquirida activa es aquella que se obtiene mediante el contacto efectivo con microorganismos o sus productos. Este contacto puede consistir en: 1. Infección clínica o subclínica. 2. Inmunización con agentes infecciosos vivos atenuados o muertos, o sus antígenos, ejemplo: vacuna oral contra la polio. 3. Inmunización con toxoides, como: toxoide tetánico. Cuadro 15.1. Algunas diferencias entre la inmunidad adquirida activa y pasiva Inmunidad adquirida activa Requiere contacto previo con el antígeno Se producen anticuerpos y células específicas Comienzo tardío Dura mucho tiempo Inmunidad adquirida pasiva No requiere contacto con el antígeno No se producen anticuerpos ni células específicas Comienzo inmediato Dura poco tiempo CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA INMUNE La respuesta inmune tiene que cumplir con características que la identifican: especificidad, heterogeneidad, memoria, ser inducible y transferible. La especificidad se refiere a la característica de desarrollar una respuesta inmune hacia un antígeno extraño (microorganismo determinado o parte de él), lo cual no confiere protección hacia otro no relacionado. El sistema inmune del humano es capaz de reconocer lo "ajeno" de lo "propio". Durante su existencia se enfrenta a un número indeterminado de antígenos y responde a cada uno de ellos; esta capacidad de respuesta ilimitada del sistema inmune es lo que se denomina heterogeneidad. La característica del sistema inmune de reconocer un antígeno con el cual ha estado previamente en contacto y modificar su respuesta se llama memoria. La inducción se refiere a que la respuesta inmune no ocurre de manera fortuita, sino que tiene lugar ante la presencia de lo extraño, de forma tal que se induce la respuesta inmune para ese elemento extraño y no para otro. La respuesta inmune es transferible, es decir, las células y los anticuerpos específicos que se forman en un organismo, pueden ser transferidos a otro a través de la sangre o sus derivados. RESPUESTA PRIMARIA Y RESPUESTA SECUNDARIA La respuesta que se obtiene a una primera exposición a un antígeno determinado (respuesta primaria) difiere de la que se desarrolla en una segunda exposición al mismo antígeno (respuesta secundaria). 130 Atributos del hospedero para resistir La respuesta inmune primaria a la mayoría de los antígenos se caracteriza por: 1. Presentar un período de latencia prolongado (días), en el cual los anticuerpos no son generalmente detectados en el suero sanguíneo. 2. El título de anticuerpos que se produce no es muy elevado y su duración es corta. 3. La IgM es la primera inmunoglobulina que aparece y a un título más elevado que la IgG. 4. La concentración de IgM declina más rápidamente que la concentración de IgG. 5. Se forman células de memoria que se diferencian parcialmente y que explican las características de la respuesta secundaria. La respuesta inmune secundaria se caracteriza por: 1. Presentar un período de latencia más corto que en la respuesta primaria. 2. El título de anticuerpos que se alcanza es mucho mayor y permanecen en el suero sanguíneo durante un período más prolongado. 3. Aparece la IgG a un título más elevado que la IgM. 4. La concentración de IgG declina hasta un límite, que puede durar toda la vida. 5. Las células de memoria formadas y diferenciadas parcialmente en la respuesta primaria alcanzan más rápido el estadio de células productoras de anticuerpos, y por ello hacen que el tiempo de latencia sea más corto y la concentración de los mismos más elevada. ANTÍGENOS (Ag) A través del estudio de los procesos inmunológicos, se ha observado la presencia de ciertos elementos extraños al organismo, que son capaces de desencadenar dichos procesos. Los antígenos son elementos extraños al organismo capaces de combinarse con los efectores de la respuesta inmune; mientras que los inmunógenos desencadenan esta respuesta y se combinan con los efectores de la misma. Por otro lado, se entiende por hapteno a aquellas sustancias extrañas al organismo, de bajo peso molecular y poca complejidad estructural (ejemplo: hidratos de carbono, péptidos, lípidos, etc.) que no son capaces, por sí solas, de activar el sistema inmune; sin embargo, si se unen a una proteína inmunogénica (proteína portadora) pueden comportarse como inmunógenos. Los grupos determinantes antigénicos son aquellos sitios de la molécula que inducen la respuesta inmune y reaccionan con los anticuerpos o las células específicamente sensibilizadas como consecuencia de esa respuesta; es en estas estructuras donde radica el poder antigénico de la molécula que determina la especificidad de las reacciones antígeno-anticuerpo. La antigenicidad se define como la capacidad que tiene una sustancia para combinarse con un anticuerpo o con una célula específicamente sensibilizada. El término inmunogenicidad se refiere a la capacidad de una sustancia para estimular el desarrollo de la respuesta inmune (humoral, celular o ambas). Características generales de los antígenos Las características de los antígenos que determinan inmunogenicidad en la respuesta inmunitaria son las siguientes: 1. Ser reconocidos como extraños o no propios; las moléculas reconocidas como "propias" no son inmunógenas. 2. Poseer complejidad química y estructural. 3. Ser macromoléculas, con un peso molecular mayor que 10 000; los inmunógenos más potentes son proteínas. 4. Estar presentes en una cantidad óptima para poder inducir una respuesta inmune. 5. Ser poco solubles; se recomienda administrarlos con sustancias adyuvantes. 131 Microbiología y Parasitología Médicas Cada inmunógeno tiene su modo característico de entrar (o ser administrado) en el organismo, lo cual determina, en parte, su capacidad de inducir la respuesta inmune, así como el tipo de respuesta. En términos generales, la mejor vía de inmunización es la parenteral. Clasificación de los antígenos Los antígenos pueden ser clasificados de la siguiente forma: 1. Xenoantígenos o antígenos xenogénicos. 2. Aloantígenos o antígenos alogénicos. 3. Autoantígenos o antígenos singénicos. Los xenoantígenos o antígenos xenogénicos son característicos de una especie determinada y resultan extraños para las demás especies: ejemplo antígenos bacterianos, virales, etc., en relación con el hombre. Se denominan aloantígenos o antígenos alogénicos aquellos que están presentes en una determinada especie y resultan extraños para individuos de esa misma especie que no lo poseen; ejemplo: grupos sanguíneos. Los autoantígenos o antígenos singénicos son componentes del propio organismo que sufren alteraciones estructurales las cuales le confieren antigenicidad. También pueden adquirir esta cualidad si se trata de sustancias que normalmente no se ponen en contacto con el sistema inmune del individuo, si por alguna causa este contacto ocurre (ejemplo: proteínas del cristalino). ANTICUERPOS (Ac) Son proteínas, sintetizadas solamente por los vertebrados, que se forman en respuesta a un inmunógeno y reaccionan específicamente con este. Pertenecen a un tipo especial de proteínas globulares o esferoproteínas del tipo globulinas, con un componente de carbohidratos; por lo tanto son glicoproteínas, denominadas inmunoglobulinas. Forman alrededor del 20 % de las proteínas plasmáticas. Cuando las moléculas de inmunoglobulina se observan por el microscopio electrónico, se visualiza que son moléculas en forma de "Y", que se abren al combinarse con el antígeno. Al igual que otras proteínas complejas, están constituidas por múltiples cadenas polipeptídicas, cada una de ellas bajo control genético independiente; por lo que difieren en su estructura primaria. Estructura y funciones de las inmunoglobulinas La actividad funcional de las inmunoglobulinas sólo puede ser entendida sobre la base del conocimiento de su estructura. Cada Ig está formada por una unidad básica o monómero, compuesta por cuatro cadenas polipeptídicas que se unen por covalencia mediante puentes disulfuro: dos cadenas pesadas (H) idénticas entre sí, con un peso molecular que varía de 50 000 a 70 000 dalton; y dos cadenas ligeras (L) idénticas entre sí, cuyo peso molecular es de 25 000. Las cadenas ligeras pertenecen a uno de dos tipos, κ (kappa) o λ (lambda); la clasificación se hace con base en diferencias de aminoácidos en sus regiones constantes. Los dos tipos existen en todas las clases de inmunoglobulinas (IgG, IgM, IgA, IgE e IgD), pero una molécula determinada de Ig contiene un solo tipo de cadena L. Las cadenas pesadas son distintas para cada una de las cinco clases de inmunoglobulinas y se designan: γ (gamma), µ (my), α (alfa), δ (delta) y ε (épsilon) (Cuadro 15.2). 132 Atributos del hospedero para resistir Cuadro 15.2. Algunas propiedades de las inmunoglobulinas humanas IgG Símbolo de la cadena pesada Peso molecular (x 1 000) Concentración sérica (mg/mL) Vida media en suero (días) Fijación del complemento Porcentaje respecto a la inmunoglobulina total en suero IgA IgM IgE IgD γ 150 0,5 a 10 23 + α 170 o 400* 0,5 a 3 6 - µ 900 1,5 5 + ε 190 0,003 1a5 - δ 150 0,03 2a8 - 80 13 6 <1 <1 * En secreciones, por ejemplo, saliva, leche y lágrimas; y en secreciones de vías respiratorias, intestinal y genital. Tomado de: Jawetz E y cols. Manual de Microbiología Médica. 9na ed., 1981. Cada cadena polipeptídica tiene una porción NH3+ terminal, la cual presenta una variación considerable en la secuencia de aminoácidos (región variable), y una porción COOterminal, donde la secuencia de aminoácidos permanece casi igual (región constante). La porción aminoterminal de cada cadena L y H participa en el sitio de fijación de antígenos; el otro extremo (carboxilo) forma el fragmento Fc, que tiene varias actividades biológicas (ejemplo: activación del complemento y fijación a receptores de la superficie celular). Se ha demostrado que los sitios de combinación con el antígeno (porción Fab) están relacionados con aquellas partes de la molécula que contienen las regiones variables y se considera que la especificidad de combinación de los diferentes anticuerpos es responsabilidad de la heterogeneidad de esta estructura. La presencia de estas regiones variables en las cadenas pesadas y ligeras implica que ambas contribuyen a la especificidad de los anticuerpos. Proceso físico-químico de la interacción antígeno-anticuerpo La interacción antígeno-anticuerpo es muy semejante a lo que ocurre entre una enzima y su sustrato, en la cual la enzima tiene en su superficie un sitio con el cual puede unirse al sustrato con un alto grado de especificidad. Por poseer configuraciones de carácter complementario el sitio activo de combinación del anticuerpo y el determinante antigénico, las dos moléculas pueden ajustarse apretadamente y producirse un gran acercamiento entre las superficies de ambas. Debido a esto, la distancia intermolecular se hace muy pequeña y las fuerzas de interacción entre ambas superficies se incrementan considerablemente; cuanto mayores sean las áreas de antígeno y de anticuerpo que se ajusten entre sí, mayor será la fuerza de atracción entre ambas. Otro aspecto importante es la relación entre las concentraciones de antígeno (Ag) y anticuerpo (Ac). Cuando las concentraciones de ambos son óptimas, es decir, no hay ninguno de los dos en exceso, todas las moléculas participan en la formación del complejo antígenoanticuerpo. Ejemplo: [Ag] + [Ac] ⇔ [complejo Ag-Ac] Además, en este proceso hay que tener en cuenta otros factores que influyen en su desarrollo; entre los que se pueden citar: el pH, la temperatura, la presencia de iones y fuerzas que mantienen unido al antígeno con el anticuerpo. Estas fuerzas de interacción son: coulómbicas, enlaces de hidrógeno, enlaces hidrófobos y fuerzas de Van der Waals. Avidez y afinidad de los anticuerpos La afinidad se describe como la fuerza de combinación del sitio activo del anticuerpo con un determinante antigénico aislado, de los muchos que puede poseer un antígeno. La avidez se refiere a la fuerza de combinación entre los distintos anticuerpos de un suero inmune y la molécula antigénica completa que puede poseer muchos determinantes antigénicos diferentes. 133 Microbiología y Parasitología Médicas DINÁMICA DE LA RESPUESTA INMUNE La respuesta inmune está caracterizada por su especificidad única para el microorganismo o producto microbiano responsable de su producción. Esta especificidad, además posee mecanismos complejos que permiten la discriminación entre los antígenos "propios" y los antígenos extraños. La respuesta inmune es altamente regulada por células linfoides o sus productos. La interacción de células, productos celulares y signos moleculares secundarios resultan en una expresión o manifestación de la respuesta inmune en una de tres maneras: 1. Producción de inmunoglobulinas. 2. Respuesta inmune mediada por células T específicas. 3. Un estado de no respuesta específica inmunológica llamada tolerancia. Entre las muchas células involucradas en la respuesta inmune se encuentran las presentadoras de antígenos pertenecientes a los linfocitos T y B. Tanto las células B como las T, participan en la producción de anticuerpos o inmunidad humoral. Además, las T son responsables de la inmunidad mediada por células y del control de la respuesta inmune específica. Las células B y T se originan en los órganos linfoides primarios, en los cuales maduran o se desarrollan hacia células inmunológicamente competentes. En las aves, las células B maduran en la Bursa de Fabricio. En el humano, las estructuras con una función equivalente lo constituyen la médula ósea y el tejido linfoide. Las células T maduran en el timo. Las células T y B abandonan los órganos linfoides primarios después de su maduración y migran a otros sitios específicos dentro de los órganos linfoides secundarios (bazo, ganglios linfáticos y tejido linfoide asociado al tubo digestivo). Las células T también migran desde los órganos linfoides secundarios y circulan por todo el cuerpo a través de la sangre y la linfa; esta circulación brinda la oportunidad de encontrar antígenos que puedan estar presentes en los tejidos periféricos. La mayoría de las células B no circulan, sino que se mantienen en los órganos linfoides secundarios. Tanto las células T como las B son portadoras de receptores de superficie que les confiere a las mismas especificidad antigénica. RESPUESTA INMUNE CELULAR La capacidad para responder a estímulos inmunitarios reside, principalmente, en las células linfoides. Durante el desarrollo embrionario, los precursores de la célula sanguínea se encuentran en el hígado fetal y otros tejidos; en la vida posnatal, las células precursoras residen en la médula ósea. En el hígado y en la médula ósea, las células madres se diferencian en células de la serie eritrocitaria o de la serie linfoide. Las células precursoras linfoides forman dos poblaciones linfocitarias principales, células B y T. Las células T son linfocitos que requieren maduración en el timo (timodependientes) para formar diferentes subtipos con funciones específicas; son el origen de la inmunidad mediada por células o respuesta inmune celular e incluyen: células inductoras, transductoras y efectoras. Estas células se diferencian por sus determinantes antigénicos y sus funciones. Las células inductoras se clasifican, funcionalmente, en: auxiliadoras y supresoras. Las células inductoras están preparadas para responder a señales provenientes de los macrófagos procesadores de antígenos, y dirigirse al sitio donde se producirá la respuesta inmune que incluye: la diferenciación de las células B en células plasmáticas, la activación de células T citotóxicas, supresoras y células T involucradas en la hipersensibilidad retardada. EVENTOS La exposición a un inmunógeno determinado desencadena una serie compleja de respuestas. La expresión de la inmunidad celular requiere la interacción cooperativa de las distintas poblaciones celulares. 134 Atributos del hospedero para resistir En estos mecanismos de interacción desempeña un papel determinante el macrófago y su participación incluye tres eventos fundamentales: 1. Procesamiento del antígeno: los antígenos son captados por los macrófagos, el 90 % de los mismos es degradado por enzimas lisosómicas y el 10 % restante reaparece en la superficie bajo la forma de un complejo con proteínas codificadas por el complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) y son presentados a los linfocitos T auxiliadores (TH ). 2. Presentación del antígeno: después del procesamiento, el antígeno deviene más inmunogénico y es reconocido por receptores específicos en la superficie de las células T (TH). 3. Liberación de mediadores: luego del reconocimiento del antígeno, el macrófago libera interleucina-1 que: estimula la maduración de células T receptoras para el segundo mediador, interleucina-2 (IL-2), y la liberación de IL-2, lo cual da origen a una completa activación-multiplicación de células T (TH). La completa activación de las células T se traduce por: a) Liberación de mediadores solubles (linfocinas). b) Diferenciación de células T efectoras (citotóxicas, memoria). La inmunidad mediada por células estimula el desarrollo de la hipersensibilidad retardada y sirve en la defensa contra agentes intracelulares (micobacterias), hongos, protozoarios y algunos virus. COOPERACIÓN CELULAR EN LA RESPUESTA INMUNE Aunque la producción de anticuerpos es función de células derivadas de los linfocitos B, se ha comprobado que para que se produzca la respuesta humoral contra ciertos inmunógenos son necesarias la presencia y la colaboración de los linfocitos T. A los inmunógenos que necesitan la presencia de los linfocitos T para que se produzcan anticuerpos contra ellos se les ha llamado inmunógenos timodependientes. Este fenómeno, mediante el cual los linfocitos T intervienen directamente en la síntesis de anticuerpos contra los inmunógenos timodependientes, recibe el nombre de cooperación celular. RESPUESTA INMUNE HUMORAL En el desarrollo de la respuesta inmune humoral, o sea, mediada por anticuerpos, se ha demostrado la participación de células T como cooperantes en el mecanismo de inmunorespuesta. El mecanismo de activación de las células B es complejo y la hipótesis más aceptada propone los siguientes pasos: 1. Activación de los linfocitos T (TH) a través de la interacción con el macrófago. 2. Formación de un puente con el antígeno que involucra al receptor del linfocito TH y al receptor del linfocito B (inmunoglobulina), después del contacto se libera un factor soluble específico que induce a la célula B a la activación, transformándola en blástica y con expresión de receptores en su superficie. 3. Liberación del factor de crecimiento por células B que lo estimula a la proliferación. Este factor puede ser liberado también por los TH . 4. Fase de maduración: ocurre bajo el factor de maduración de las células B y también puede ser liberado por TH; su acción es la transformación en células plasmáticas formadoras de anticuerpos específicos. La respuesta inmune mediada por anticuerpos es importante contra patógenos que producen toxinas (Clostridium tetani) o que poseen cápsulas de polisacáridos las cuales dificultan la fagocitosis (neumococos). 135 Microbiología y Parasitología Médicas Los dos tipos de respuesta inmume, la mediada por células y la mediada, por anticuerpos se desarrollan de modo concurrente. El resultado neto de una inmunidad eficaz es la resistencia del hospederoal patógeno microbiano y a otros elementos extraños. Por el contrario, una inmunidad deficiente se manifiesta como una susceptibilidad excesiva a estos patógenos o a otros elementos extraños. HIPERSENSIBILIDAD Se denomina así al fenómeno mediante el cual el sistema inmune de un individuo responde de una forma alterada o exagerada ante una sustancia extraña, lo que trae como consecuencia lesiones hísticas. Esta forma de respuesta tiene la característica de poseer memoria y especificidad inmunológica. También se conoce con el nombre de alergia. Hay cinco tipos de reacciones de hipersensibilidad o alergia que se diferencian teniendo en cuenta el tiempo de aparición de las manifestaciones después del contacto con el antígeno (alergeno) y el tipo de efector. Según el tiempo de aparición de las manifestaciones, pueden ser: inmediatas o retardadas. En las inmediatas, las manifestaciones aparecen antes de transcurridas 24 horas del contacto desencadenante con el antígeno, y están relacionadas con la aparición de anticuerpos. En las retardadas, las manifestaciones aparecen después de 24 horas del contacto desencadenante con el antígeno, y están relacionadas, en lo esencial, con la presencia de linfocitos T específicamente sensibilizados. Según el tipo de reacción, pueden ser: 1. Hipersensibilidad tipo I o reacción anafiláctica. 2. Hipersensibilidad tipo II o reacción citotóxica. 3. Hipersensibilidad tipo III o mediada por complejos antígeno-anticuerpo. 4. Hipersensibilidad tipo IV o retardada. 5. Hipersensibilidad tipo V o estimulatoria. Se conoce que los tipos I, II, III y V se corresponden con el grupo de las inmediatas y que son mediadas por anticuerpos; mientras que el tipo IV es retardada y está mediada por linfocitos T. SENSIBILIZACIÓN Cuando un organismo se pone en contacto por primera vez con un inmunógeno, su sistema inmunitario responde con producción de anticuerpos, estimulación de los linfocitos T o ambos fenómenos a la vez, y se dice que ese organismo ha quedado inmunizado o sensibilizado. Cuando el tipo de respuesta es la que ocurre normalmente, se habla de inmunización, y cuando el tipo de respuesta es anormal, se refiere a sensibilización. Cuando ocurre un segundo contacto, se desencadena la respuesta secundaria esperada, o se pone de manifiesto el fenómeno de hipersensibilidad con las consecuencias ya señaladas (lesión hística). En muchos casos no es posible conocer previamente cuándo se producirá una inmunización o una sensibilización, aunque en algunos se relaciona con la presencia de factores genéticos, así como su dependencia de la dosis, vía de administración y tipo de antígeno. Hipersensibilidad tipo I o anafiláctica Cuando el sistema inmune de un individuo se enfrenta a un inmunógeno (alergeno), se incrementa la producción de IgE (anticuerpos reagénicos), la cual tiene la propiedad biológica de unirse a los mastocitos (células cebadas) y basófilos a través de una porción del fragmento Fc. La IgE, en este tipo de hipersensibilidad, se produce en mayores cantidades, se fija a los mastocitos y basófilos, y queda el organismo sensibilizado. Cuando ese mismo inmunógeno 136 Atributos del hospedero para resistir ingresa de nuevo en el organismo, se une a las IgE fijadas en las células y que son específicas para ese alergeno. Como consecuencia de esta unión se desencadenan mecanismos que tienen como resultado la ruptura de los gránulos presentes en los mastocitos y basófilos, y que contienen varias sustancias, como son: histamina, bradiquinina, serotonina y sustancia de reacción lenta de la anafilaxia, entre otras. Al liberarse estas sustancias de los gránulos, pasan a la circulación y son responsables, mediante su acción en distintos niveles, de las manifestaciones de este tipo de hipersensibilidad. A estas sustancias liberadas se les ha denominado genéricamente aminas vasoactivas, que son los mediadores activos de este tipo de respuesta. Las acciones fundamentales de este grupo de sustancias se efectúan en dos niveles: 1. Vasos sanguíneos: aumento de la permeabilidad vascular. 2. Musculatura lisa: contracción. Este fenómeno puede producirse por picaduras de insectos, inhalación de polen, inhalación de polvo que contiene productos de algunos insectos, pelos de animales, ingestión de determinados alimentos, empleo de algunos medicamentos, etéctera. Según su localización, estas reacciones pueden ser: locales o generales, en dependencia del tipo de inmunógeno, la vía de ingreso al organismo y la dosis. 1. Locales: se producen, generalmente, por inhalación, ingestión o contacto de la piel con el antígeno; ejemplo: algunos tipos de asma bronquial, intolerancia a algunos alimentos, dermatitis atópica. 2. Generalizadas: ocurren con mayor frecuencia cuando el inmunógeno es administrado por vía parenteral, o cuando se absorben grandes cantidades por otra vía; ejemplo: choque anafiláctico, producido por la administración de algunos medicamentos, tales como la penicilina. Hipersensibilidad tipo II o citotóxica Esta reacción trae como resultado la destrucción celular y participan la IgG o la IgM. En este tipo de hipersensibilidad actúa como elemento extraño un componente estructural de una célula, o un antígeno o hapteno que ha establecido una asociación íntima con las células de los tejidos. Como respuesta se forman IgG o IgM (o ya están presentes), que al unirse al elemento extraño producen algunos de los siguientes fenómenos: 1. Fagocitosis por adherencia opsónica. 2. Citotoxicidad no fagocítica (por activación del C’). 3. Lisis por intervención del C’. Como ejemplos de este tipo de reacción están: reacciones postransfusionales (ABO y Rh), enfermedad hemolítica del recién nacido, glomerulonefritis aguda y reacción a medicamentos. Hipersensibilidad tipo III o mediada por complejos antígeno-anticuerpo En este tipo de reacción el inmunógeno tiene estabilidad y permanencia prolongadas en el organismo, lo cual hace que el contacto inicial produzca la sensibilización y la posterior producción de anticuerpos, de forma que sus concentraciones en relación con las del antígeno estén en exceso o en defecto. De esta forma pasan a la circulación anticuerpos de la clase IgG (anticuerpos precipitantes) que al reaccionar con el inmunógeno forman complejos antígeno-anticuerpo que precipitan dentro o alrededor de los pequeños vasos de algunos órganos y se depositan en ellos. Estos depósitos de complejos desencadenan fenómenos tales como: liberación de histamina, 137 Microbiología y Parasitología Médicas afectación plaquetaria, activación del factor XII de la coagulación y de forma general habrá una respuesta inflamatoria, activación del C’ y lesión hística, entre los más importantes. Las manifestaciones de este fenómeno pueden ser: generales (enfermedad del suero) o locales (fenómeno de Arthus), en dependencia de la proporción relativa de antígeno o anticuerpo, aunque la intensidad de la reacción depende de sus cantidades absolutas. Hipersensibilidad tipo V o estimulatoria Este tipo de reacción es el menos conocido. Se plantea que existen anticuerpos los cuales actúan sobre receptores de superficie de muchas células y las estimulan para que produzcan, de una forma no controlada, alguna sustancia que produce normalmente. Ejemplo de ello es el estimulador tiroideo de larga duración, el cual actúa sobre las células de los folículos tiroideos, estimulándolas a producir tiroxina en mayores cantidades de lo normal. Hipersensibilidad tipo IV o retardada El inmunógeno estimula la producción de linfocitos T específicamente sensibilizados; estos linfocitos, al entrar en contacto por segunda vez con el mismo inmunógeno, liberan unas sustancias denominadas linfoquinas, que son los mediadores de este tipo de reacción. Entre las linfoquinas más importantes tenemos: Factores quimiotácticos: atraen macrófagos y otras células fagocíticas hacia el sitio de reacción. Factor inhibidor de la migración: impide que las células fagocíticas abandonen la zona de reacción. Linfotoxinas: producen destrucción celular directa. Debido a la acción de algunas linfoquinas, se produce un fenómeno en virtud del cual, en la zona donde se está produciendo la reacción, permanecen y actúan células que no están específicamente sensibilizadas; a este fenómeno se le denomina reclutamiento celular. La lesión hística es consecuencia de la acción de las linfoquinas, los fagocitos reclutados y de los linfocitos T transformados en células "asesinas". Como ejemplo de este tipo de reacción está la prueba de Mantoux o de reacción a la tuberculina. INMUNIZACIÓN El término inmunización o vacunación se refiere a la aplicación de inmunógenos con el fin específico de provocar una respuesta inmune protectora. En la actualidad se dispone de diferentes tipos de vacunas, como son: toxoides; subunidades de polisacáridos o polisacáridos conjugados; microorganismos muertos, vivos atenuados e inmunógenos obtenidos por ingeniería genética. Para que una vacuna sea verdaderamente útil, debe cumplir con las siguientes condiciones: 1. Que sea inocua: que no se generen fenómenos secundarios a consecuencia de su aplicación. 2. Que sea eficaz: que se logre una respuesta inmune enérgica. 3. Que sea duradera: que la protección que se alcance como resultado de la respuesta inmune sea de larga duración y de preferencia por toda la vida. Si se espera que una vacuna sea la vacuna ideal, deberá cumplir con las siguientes condiciones: 1. Que la respuesta inmune que induzca sea igual, o similar, a la obtenida por la infección natural. 2. Que se logre una protección contra la enfermedad de más del 90 %. 3. Que el uso de la vacuna no ocasione efectos secundarios. 138 Atributos del hospedero para resistir 4. Que la vacuna preferentemente sea de aplicación con una sola dosis. 5. Que la vía de aplicación sea la oral. 6. Que su aplicación se ejecute lo más temprano posible en la vida de los individuos. 7. Que sea estable en condiciones medioambientales. 8. Que sea de fácil producción y de bajo costo. 9. Que sea compatible con otras vacunas para poder utilizarla en vacunas múltiples. El desarrollo de vacunas a través de la historia, ha proporcionado a la humanidad protección contra diversas enfermedades infecciosas, incluyendo la erradicación mundial de la viruela, de la polio en varios países (Cuba, entre ellos), y el control de otras como: la fiebre amarilla, sarampión, rubéola, tétanos, difteria, tos ferina, entre muchas más (Cuadro 15.3). Cuadro 15.3. Esquema de vacunación infantil en Cuba Tipo de vacuna BCG 1ra Número de dosis 2da 3ra Alta maternidad Entre 12 y 24 horas de nacido Entre 12 y 24 horas de nacido 2 M Hib AM–BC HBV * HBV** DPT PRS DT 1er G AT 5to G AT 8vo G TT 9no G AT 11no G Cantidad Reactivación de dosis Vía de adminis- Lugar de tración aplicación 1 M 2 M 12 M 0,05 mL 0,5 mL i.d. i.m. Deltoides 1/3 medio CALM 1/3 medio CALM 1/3 medio CALM 1 M 6 M - 0,5 mL i.m. 4 M 6 M 15 M 0,5 mL i.m. 2 M 4 M 6 M 15 M 0,5 mL i.m. 1/3 medio CALM 3 M 5 M - - 0,5 mL i.m. 1/3 medio CALM 12 M 9-10 a - 9-10 a - - 5-6 a 12-13 a 13-14 a 15-16 a 0,5 mL 0,5 mL 0,5 mL 1 mL 0,5 mL 1 mL i.m. i.m. s.c. s.c. i.m. s.c. Deltoides Deltoides Deltoides Deltoides Deltoides Deltoides * Hijos de madres positivas a HBsAG; ** Hijos de madres negativas a HBsAG; G grado de escolaridad. i.d. intradérmica; i.m. intramuscular; s.c. subcutánea; CALM cara anterolateral del muslo. Vacuna antipolio (OPV) por campaña. RESUMEN Ante la presencia de microorganismos infectantes en los tejidos del hospedero, se inician una serie de eventos que se clasifican en: inespecíficos y específicos. Los mecanismos de resistencia inespecíficos actúan de igual forma para la mayoría de los agentes patógenos y están constituidos por: las barreras hísticas (piel y mucosas), la respuesta inflamatoria (mecanismos de producción, complemento), la fiebre y la respuesta fagocitaria. Los mecanismos de resistencia específicos están basados en respuestas inmunitarias hacia un organismo dado, o a menudo a moléculas específicas en los mismos. Este sistema está compuesto por componentes humorales llamados inmunoglobulinas y componentes celulares que incluyen linfocitos específicamente activados y sus productos. Las inmunoglobulinas o anticuerpos se forman durante la respuesta inmune y se combinan de forma específica con el antígeno, participan en la respuesta primaria y secundaria. Los linfocitos T y células del sistema fagocítico mononuclear son los encargados de la respuesta mediada por células. La respuesta inmune en ocasiones puede causar daño al hospedero, lo que se conoce como hipersensibilidad o alergia, la cual requiere de una exposición previa con el antígeno (sensibilización). 139 Microbiología y Parasitología Médicas BIBLIOGRAFÍA Romero Cabello R. Microbiología y Parasitología Humana. Bases etiológicas de las enfermedades infecciosas. 2da ed. México: Ed. Médica Panamericana, 1999. Howard BJ, Rees JC. Host-Parasite Interactions: Mechanisms of Pathogenicity. In: Clinical and Pathogenic Microbiology. 2da ed. USA: Mosby Year Book Inc, 1994. Naim R. Inmunología. En: Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996. 140 Taxonomía, clasificación y nomenclatura de las bacterias 141 Taxonomía, clasificación y nomenclatura de las bacterias Taxonomía, clasificación y nomenclatura de las bacterias Teresita A. Leiva Sánchez INTRODUCCIÓN En la práctica, la taxonomía consiste en la clasificación, identificación y nomenclatura de los microorganismos. Diversos grupos de especialistas con frecuencia clasifican el mismo organismo con diferentes criterios o en diferentes niveles (especies, serotipos, presencia de una mutación o gen específico y otras), por lo que el propósito de la clasificación está orientado siempre a un fin. La identificación es la aplicación práctica de esquemas de clasificación con el propósito de aislar y distinguir un microorganismo dado de otros, bien para verificar la autenticidad o las propiedades especiales de un cultivo, o bien para aislar e identificar el agente causal de una enfermedad. La nomenclatura es el mecanismo a través del cual se definen y comunican las características de un grupo taxonómico. Resulta esencial que el uso de los nombres tenga el mismo significado para todos los microbiólogos, especialmente a nivel de género y especie, ya que hay casos en que el mismo microorganismo ha sido clasificado en dos géneros diferentes o tiene dos nombres distintos en cuanto a especie. Como todas las ciencias, la taxonomía es dinámica y está sujeta a cambios en los criterios de clasificación e identificación, así como en el reconocimiento de nuevas especies. El propósito de la clasificación y la identificación es proporcionar la capacidad de distinguir microorganismos entre sí y agrupar otros similares, sobre la base de criterios unánimes o del consenso de los microbiólogos. El propósito de la nomenclatura es brindar un adecuado sistema de comunicación que permita referirse a determinado microorganismo, sin necesidad de hacer alusión al listado de sus características. El término "especie" aplicado a las bacterias se define como un grupo dado de microorganismos que guardan estrecha semejanza en sus características generales y rasgos distintivos en los niveles más esenciales de organización. Esta definición es ambigua y subjetiva, pues es muy difícil establecer el significado de sus términos. El propósito de la nomenclatura es brindar un adecuado sistema de comunicación, el cual permita referirse a determinado microorganismo, al que luego se han ido agregando las características serológicas, fagotípicas, las taxométricas (taxonomía numérica), las basadas en la secuencia de genes en el ADN, la proporción de bases (contenido de G + C) en el ADN, el tamaño del genoma y más recientemente los métodos de biología molecular, que identifican "clonos" de 143 Microbiología y Parasitología Médicas bacterias que tienen un origen común. Entre estos últimos métodos de clasificación se encuentran: 1. Sondas de ácidos nucleicos, que permiten detectar la presencia de un gran número de factores de virulencia en las bacterias (toxinas, factores de adherencia, plásmidos, etc.). 2. Análisis molecular de los plásmidos después de su separación electroforética, que permite diferenciar cepas epidémicas. 3. El llamado fingerprinting, basado en la extracción de las proteínas de la membrana externa bacteriana y su separación electroforética mediante el SDS-PAGE (sodio-dodecil sulfato poliacrilamida-gel electroforesis), con el propósito de obtener patrones diferenciales. 4. Análisis del ADN cromosomal con endonucleasas de restricción, el cual se ha usado para subtipar cepas bacterianas, con el inconveniente de la obtención de numerosos fragmentos difíciles de comparar entre sí. 5. Análisis del ARN ribosomal (ARNr). 6. Tipaje basado en los patrones de enzimas citoplasmáticas (conocido como electroforesis de multilocus enzimático), que ha sido empleado para analizar la diversidad clonal en bacterias patógenas y otros. Todos estos métodos han resultado muy útiles en la subtipificación de bacterias, pero ninguno puede catalogarse como el "de elección" para todos estos estudios. Muy pocas veces se han comparado dos o más de estos métodos con la misma cepa. La similitud del ADN total no proporciona tampoco una definición práctica de género; de ser así, un género pudiera estar compuesto por especies que están fenotípica y genotípicamente relacionadas (50 al 65 % de relación). Existen géneros que sustentan estos criterios, ya que incluyen especies fenotípica y genotípicamente muy similares, pero otros géneros no tienen esa característica. Cuando no están presentes ambas similitudes, el criterio que prevalece es el fenotípico, por razones prácticas obvias, pues para considerar primariamente un grupo bacteriano como género es necesario que incluya especies similares desde el punto de vista bioquímico, susceptibles de ser agrupadas y, a su vez, separadas unas de otras. La nomenclatura bacteriana utilizada hasta el 1ro de enero de 1980 databa del 1ro de mayo de 1753. Este hecho causaba mucha confusión, dado que debía revisarse en la literatura para tener la certeza de que una nueva especie o género no habían sido propuestos previamente. Las primeras descripciones, por supuesto, se basaban en escasas pruebas bioquímicas, diferentes de las actuales. En el siglo XIX, se propuso una nueva clasificación de especies, pero luego, con el cursar de los años, la mayoría de las cepas de referencia no estaban disponibles o no correspondían exactamente con las características descritas con antelación. Se conoce que una especie en particular pudo llegar a tener 30 o más sinónimos. A partir del 1ro de enero de 1980 se publicó la Lista Aprobada de Nombres Bacterianos en el International Journal of Systematic Bacteriology. Los editores de esta lista decidieron incluir sólo las especies adecuadamente descritas, cuya cepa de referencia estuviera disponible. Por supuesto que esto redujo mucho la confusión pasada, pero podrá generar otros problemas en el futuro. Es un error común considerar que el advenimiento de las técnicas de hibridización del ADN aplicadas a la taxonomía, ha hecho aumentar explosivamente el número de géneros y especies bacterianas. La lista publicada en 1966 en el Index Bergeyana incluía 29 000 nombres. El suplemento publicado en 1981 añadía 5 700 nuevos nombres de especies y alrededor de 700 de géneros. La Lista Aprobada de Nombres Bacterianos publicada en 1980 contenía aproximadamente 290 géneros y 1 693 especies. En 1988 se hicieron adiciones, que llevaron las cifras a 494 géneros (un incremento del 6,6 % por año) y a 2 681 especies (un incremento de 5,6 % por año); sólo una pequeña fracción de los nombres de géneros y especies que existían antes de 1980. Aunque en la actualidad existen pocos sinónimos, casi todos los nombres comunes empleados en bacteriología médica se refieren únicamente a especies. Las especies recién designadas son, por lo general, muy bien estudiadas. Según el Código Internacional de Nomenclatura Bacteriana (Código Bacteriológico), el propósito primordial de la nomenclatura de un taxón (grupo o subdivisión) es proporcio- 144 Taxonomía, clasificación y nomenclatura de las bacterias nar una manera de referirse a él, o sea, el nombre intenta facilitar la comunicación y garantizar la descripción de un número dado de características. En algunos casos los nombres originales o sinónimos se mantienen (por ejemplo, Morganella (Proteus) morganii). Con la ampliación del espectro de pruebas disponibles con fines taxonómicos, no será sorprendente que tanto el número de especies bacterianas de importancia médica como de otras especies vaya en aumento. Por tanto, los microbiólogos clínicos deberán estar al tanto de estos cambios y de la introducción de nuevos nombres de especies que puedan representar problemas clínicos potenciales. La clasificación bacteriana más aceptable (particularmente en lo referente a nomenclatura, tipo, cepas, descripciones de especies, así como las pertinentes referencias bibliográficas), se encuentra disponible en el Manual de Bacteriología Sistemática de Bergey, que constituye una fuente de referencia de extraordinario valor para los microbiólogos, al igual que otras publicaciones periódicas sobre especies de interés clínico como el Journal of Clinical Microbiology, Systematic and Applied Microbiology, International Journal of Medical Microbiology y otras. Un microorganismo dado nunca será detectado si no se emplea un medio de cultivo y enriquecimiento apropiado, y si no se aplican métodos adecuados de identificación. Las nuevas técnicas de identificación que aparecen en la literatura deberán ser aplicadas tal cual han sido descritas, sin modificaciones, omisiones o cambios en los reactivos, a menos que estos hayan sido previamente comparados con los originales en ensayos experimentales de laboratorio bien controlados. RESUMEN Los bacteriólogos clínicos han aprendido a depender, a los efectos del diagnóstico, de las propiedades de las bacterias que son relativamente fáciles de reconocer, tales como: forma, tamaño, coloración, motilidad, morfología colonial, presencia de cápsula, productos de fermentación, utilización de sustratos, sensibilidad a antimicrobianos, espectro de huéspedes y patrones de enfermedad. Por otra parte, las macromoléculas específicas, detectadas mediante anticuerpos, son útiles no sólo para identificar especies, sino para grupos y tipos dentro de estas especies. Los términos "serovar" (serotipo), " morfovar" o " biovar", son a veces usados para variantes dentro de una misma especie, y son definidos como características serológicas, morfológicas y algunas bioquímicas o fisiológicas especiales. La taxonomía consiste en la clasificación, identificación y nomenclatura de los microorganismos. La nomenclatura es el mecanismo a través del cual se definen y comunican las características de un grupo taxonómico. El propósito de la nomenclatura es brindar un adecuado sistema de comunicación a los microbiólogos, los que, a su vez, deberán estar al tanto de las posibles modificaciones o reubicaciones de las diversas especies de interés. Entre los métodos de clasificación más avanzados se encuentran las sondas de ácidos nucleicos, el análisis molecular de plásmidos, el fingerprinting, el análisis del ADN cromosomal, el análisis del ARN ribosomal (ARNr) y el tipaje basado en los patrones de enzimas citoplasmáticas. La clasificación bacteriana más aceptable se encuentra disponible en el Manual de Bacteriología Sistemática de Bergey. El empleo tanto de métodos y medios de cultivo, y enriquecimiento adecuados, así como de sistemas de identificación apropiados, es la garantía de un acertado diagnóstico etiológico en bacteriología clínica. BIBLIOGRAFÍA Brenner DJ. Taxonomy, Classification, and Nomenclature of Bacteria. In: Balows A, Hausler WJ, Herrman KL et al. (eds.). Manual of Clinical Microbiology. 5th. ed. Washington: American Society for Microbiology, 1991. Davis BD. Evolution of Microbiology and of Microbes. In: Davis BD, Dulbecco R, Eisen HN, Ginsberg HS (eds.). Microbiology. 4th. ed. J.B. Lippincott Company, 1990. 145 Mecanismos de defensa frente a las infecciones bacterianas Mecanismos de defensa frente a las infecciones bacterianas Rolando F. Ochoa Azze Teresita A. Leiva Sánchez INTRODUCCIÓN La evolución de una enfermedad infecciosa bacteriana en un individuo involucra toda una secuencia de interacciones entre el microorganismo y el hospedero. Ello incluye la entrada del agente, la invasión y colonización de los tejidos, la evasión del sistema inmune y el daño hístico o alteración funcional ocasionados. Existen muchos rasgos que caracterizan la inmunidad frente a las bacterias: 1. La defensa contra bacterias está mediada por la inmunidad natural y la adquirida. 2. Diferentes tipos de bacterias estimulan distintas respuestas linfocitarias y diversos mecanismos efectores. 3. La supervivencia y patogenicidad de las bacterias en el hospedero están altamente influidas por su capacidad para evadir o resistir la inmunidad protectora. 4. El daño hístico y la enfermedad resultante de la infección pueden ser causados por la propia respuesta del hospedero frente a las bacterias y sus productos, en lugar del agente por sí mismo. INMUNIDAD FRENTE A BACTERIAS EXTRACELULARES Las bacterias extracelulares son capaces de multiplicarse fuera de las células del hospedero, en la sangre, en el tejido conectivo extracelular y en varios espacios hísticos, como las vías respiratoria e intestinal. Estas bacterias incluyen los cocos piógenos (Staphylococcus, Streptococcus), los cocos gramnegativos (meningococo, gonococo), muchos bacilos gramnegativos (incluyendo Escherichia coli, una bacteria entérica) y algunos bacilos grampositivos (particularmente anaerobios, como especies de Clostridium). 147 Microbiología y Parasitología Médicas Las bacterias extracelulares causan enfermedad por dos mecanismos principales: 1. Induciendo inflamación, que da como resultado la destrucción del tejido en el sitio de la infección (por ejemplo, los cocos piógenos). 2. Produciendo toxinas, que poseen variados efectos patológicos. Las exotoxinas son secretadas activamente por las bacterias y las endotoxinas forman parte de su pared celular. En el caso de las bacterias gramnegativas, las endotoxinas se corresponden con los lipopolisacáridos (LPS) de la pared, y son potentes estimuladores de la producción de citoquinas por los macrófagos. Muchas exotoxinas son, en primer lugar, citotóxicas, aunque sus mecanismos están pobremente definidos. Hay, asimismo, muchos otros ejemplos de exotoxinas (toxina diftérica, toxina colérica, neurotoxina tetánica, toxinas de los clostridios de la gangrena), cuyos modos de acción se conocen en detalle. La respuesta inmune contra las bacterias extracelulares está dirigida, fundamentalmente, a la eliminación de las bacterias y a la neutralización de los efectos de sus toxinas. INMUNIDAD NATURAL Las bacterias primero deben atravesar la barrera física y química que representan la piel y las mucosas, en las que se incluye su integridad, el arrastre mecánico, como el producido por los movimientos ciliares del tracto bronquial y el peristaltismo intestinal, el bajo pH de algunas secreciones como las gástricas y vaginales, la producción de lisozima y la competencia con bacterias componentes de la flora normal, entre otros mecanismos. Teniendo en cuenta que las bacterias extracelulares son rápidamente destruidas por los mecanismos microbicidas de los fagocitos, uno de los principales mecanismos naturales de defensa contra ellas es la fagocitosis por neutrófilos, monocitos y macrófagos hísticos. La resistencia de las bacterias a la fagocitosis y a la destrucción dentro de los macrófagos es un importante determinante de virulencia. La activación del sistema del complemento, en ausencia de anticuerpos, desempeña también un importante papel en la eliminación de estas bacterias. Las bacterias grampositivas contienen un peptidoglucano en su pared celular, que activa la vía alterna del complemento, promoviendo la formación de la C3 convertasa. Los LPS de la pared de los gramnegativos fueron las primeras sustancias que demostraron capacidad para la activación de la vía alterna del complemento en ausencia de anticuerpos. Las bacterias que expresan manosa en su superficie pueden unirse a proteínas homólogas a C1q; esta unión puede activar el complemento por la vía clásica, sin la participación de anticuerpos. Uno de los resultados de la activación del complemento es la generación de C3b, que actúa como opsonina, facilitando la fagocitosis de las bacterias. Por otra parte, el complejo de ataque a la membrana (CAM) lisa las bacterias y otros productos generados en su activación, participan en la respuesta inflamatoria, mediante el reclutamiento y la activación de los leucocitos. Las endotoxinas, tales como los LPS, estimulan la producción de citoquinas por los macrófagos y por otras células, por ejemplo, las del endotelio vascular. Estas citoquinas incluyen el factor de necrosis tumoral (TNF), la interleuquina 1 (IL-1), la interleuquina 6 (IL-6) y las quimoquinas. La función principal de las citoquinas derivadas de los macrófagos es estimular la inflamación. Inducen, además, la adhesión de los neutrófilos y monocitos al endotelio vascular en el sitio de la infección, la que es seguida por la migración, acumulación local y activación de las células inflamatorias. El daño hístico adyacente es un efecto patológico colateral de este mecanismo de defensa. Las citoquinas, a su vez, inducen fiebre y estimulan la síntesis de proteínas de fase aguda. Algunas de estas citoquinas pueden, también, estimular los linfocitos T y B, propiciando la amplificación de la respuesta, con la incorporación de los mecanismos inmunes específicos. La gran cantidad de citoquinas producidas de manera incontrolada puede resultar dañina al organismo y responsable de las manifestaciones clínico-patológicas de las infecciones por bacterias extracelulares. La manifestación más severa inducida por las citoquinas, como consecuencia de una infección por bacterias gramnegativas, es el shock séptico, caracterizado por colapso circulatorio y coagulación intravascular diseminada. Los principales mediadores del shock séptico son la IL-1 y el TNF. 148 Mecanismos de defensa frente a las infecciones bacterianas RESPUESTA INMUNE ESPECÍFICA La inmunidad humoral es la principal respuesta protectora contra bacterias extracelulares. Algunos de los componentes más inmunogénicos de las paredes celulares de las bacterias y de sus cápsulas son polisacáridos, los cuales son prototipos de antígenos timoindependientes. Estos antígenos estimulan de forma directa las células B, y dan lugar a una fuerte respuesta de IgM, pudiendo producirse, además, otros isotipos de inmunoglobulinas, probablemente como resultado de la producción de citoquinas que promueven el cambio o sustitución entre isotipos de cadenas pesadas. El ejemplo mejor documentado, quizás, es la respuesta inmune humoral contra el polisacárido capsular de neumococo, que está predominantemente caracterizada por la producción de anticuerpos IgG 2. La principal respuesta de células T frente a bacterias extracelulares consiste en la producción de células T cooperadoras CD4+, que son estimuladas por inmunógenos proteicos, asociados con moléculas del sistema o complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) clase II. Como se conoce, los microorganismos extracelulares y los antígenos solubles son fagocitados por las células presentadoras de antígenos (CPAs); los antígenos son procesados y los fragmentos de las proteínas se asocian, principalmente, con las moléculas de MHC clase II. Las CPAs más definidas son los fagocitos mononucleares, linfocitos B, células dendríticas, células de Langerhans de la piel y células endoteliales. La presentación antigénica de las células B a las células T-CD4+ y la liberación de citoquinas estimula tres tipos de mecanismos efectores: 1. Producción de anticuerpos de clase IgG, que opsonizan las bacterias y favorecen la fagocitosis, mediante unión a los receptores Fc-γ de monocitos, macrófagos y neutrófilos. Ambos anticuerpos, IgM e IgG, activan el complemento, generando C3b e iC3b que se unen a los receptores tipos 1 y 3, promoviendo la fagocitosis. 2. Anticuerpos IgM e IgG, que neutralizan las toxinas bacterianas y evitan su unión a las células diana o blanco. Los anticuerpos IgA presentes en varias secreciones (tractos gastrointestinal y respiratorio) son muy importantes para neutralizar las toxinas bacterianas y prevenir la colonización en órganos extraluminales. La IgA tiene poca importancia en la inmunidad humoral sistémica, pero desempeña un papel clave en la inmunidad de la mucosa, debido a que puede ser selectivamente transportada a través de esta y neutralizar diferentes gérmenes y toxinas. 3. Anticuerpos IgM e IgG, que activan el complemento y llevan a la producción del complejo de ataque a la membrana (CAM), de acción microbicida, y a la liberación de productos que son mediadores en la inflamación aguda (C3a, C4a, C5a) y de opsoninas (C3b). Sin embargo, la función lítica del CAM es más importante en algunas bacterias. Por ejemplo, las deficiencias en los últimos componentes del complemento, C5 al C8 (que forman parte del CAM), están asociadas a una alta susceptibilidad a las infecciones por Neisseria, pero no a otras infecciones bacterianas. La función efectora de los linfocitos T-CD4+ está mediada por citoquinas que estimulan la secreción de anticuerpos, inducen inflamación local e incrementan la actividad fagocítica y microbicida de los macrófagos. El interferón-γ y el TNF son las principales citoquinas responsables de la activación de los macrófagos y el proceso inflamatorio. Otras citoquinas son importantes para la secreción y el cambio de clase de anticuerpos. Recientemente, se han descrito algunas toxinas bacterianas que pueden estimular la activación de grandes cantidades de T-CD4+. Cualquiera de esas toxinas puede estimular todas las células T en un individuo que expresen un " juego" particular de genes relacionados con los receptores de células T. Dichas toxinas han sido denominadas superantígenos. Su importancia radica en la capacidad para estimular la producción de grandes cantidades de células T, con la consecuente cantidad de citoquinas y la subsiguiente aparición de anormalidades clínico-patológicas, que pueden semejar un shock séptico. Una complicación tardía de la respuesta humoral frente a las infecciones bacterianas puede ser la generación de anticuerpos productores de enfermedad por mecanismos de hipersensibilidad. Los ejemplos mejor estudiados son las manifestaciones tardías de infec- 149 Microbiología y Parasitología Médicas ciones estreptocóccicas (fiebre reumática y glomerulonefritis). En el primer caso, ciertos serotipos de estreptococo β-hemolítico inducen la producción de anticuerpos contra la proteína M de la pared de la bacteria. Algunos de estos anticuerpos reaccionan cruzadamente con las proteínas del sarcolema del miocardio y la miosina, conduciendo a la deposición de anticuerpos con la consecuente inflamación (carditis). En el segundo caso, la infección primaria lleva a la formación de inmunocomplejos de antígenos bacterianos y sus anticuerpos específicos. Los complejos se depositan en los glomérulos renales produciendo nefritis. Otras infecciones bacterianas pueden dejar diferentes secuelas. La activación policlonal de linfocitos inducida por las endotoxinas bacterianas y otros superantígenos pueden contribuir también a la producción de autoinmunidad. EVASIÓN DE LOS MECANISMOS INMUNES La virulencia de las bacterias extracelulares ha sido relacionada con numerosos mecanismos que favorecen la invasión y colonización de los tejidos. Entre ellos están las propiedades adhesivas de las proteínas de la superficie de las bacterias, los mecanismos antifagocíticos y la inhibición del complemento o la inactivación de sus productos. Por ejemplo, las cápsulas de muchas bacterias gramnegativas y grampositivas contienen residuos de ácido siálico que inhiben la activación del complemento por la vía alternativa. Las bacterias encapsuladas resisten, además, la fagocitosis y son, por tanto, más virulentas que sus homólogas sin cápsula. Uno de los mecanismos utilizados por las bacterias para evadir la inmunidad específica es la variación genética de sus antígenos de superficie. Estos antígenos, en muchas bacterias como gonococo y E. coli, están contenidos en los pili, que son estructuras involucradas primariamente en la adhesión bacteriana a la célula hospedera. El antígeno más importante en los pili es la proteína llamada pilina, de 35 kDa. Los genes de pilina del gonococo y E. coli son capaces de mutar, creando hasta 10 6 combinaciones, cuyos productos proteicos son antigénicamente distintos. Estos mecanismos ayudan a la bacteria a escapar del ataque de los anticuerpos específicos, aunque su principal significación para la bacteria debe ser seleccionar pili que sean más adherentes a las células del hospedero, lo que aumenta su virulencia. INMUNIDAD FRENTE A BACTERIAS INTRACELULARES Muchas bacterias y hongos, así como todos los virus, sobreviven y se replican dentro de las células del hospedero. Entre las bacterias más patogénicas se encuentran aquellas que resisten la degradación dentro de los macrófagos y son, por tanto, capaces de sobrevivir dentro de estos fagocitos. Dos de las mejor conocidas son las micobacterias y Listeria monocytogenes. Teniendo en cuenta que estos microorganismos han sido capaces de hallar un nicho donde se hacen inaccesibles a los anticuerpos circulantes, su eliminación requiere de mecanismos inmunes bien diferentes a los utilizados contra bacterias extracelulares. INMUNIDAD NATURAL El principal mecanismo de inmunidad natural contra bacterias intracelulares es la fagocitosis. Sin embargo, las bacterias patógenas intracelulares son relativamente resistentes a la degradación dentro de los fagocitos mononucleares. De modo que, no es sorprendente que usualmente la inmunidad natural sea bastante ineficaz en el control de la colonización y la diseminación de estos microorganismos. La resistencia a la fagocitosis es otra razón por la cual tales bacterias tienden a causar infecciones crónicas, que pueden durar años, provocando recaídas o recrudecimientos, a la vez que son muy difíciles de erradicar. Las bacterias intracelulares activan también las células " asesinas naturales" (NK) directamente o estimulando la producción de interleuquina 12 (IL-12) por los macrófagos. Las células NK, además de su papel lítico, producen IFN-γ, el cual, a su vez, activa a los macrófagos promoviendo la muerte de las bacterias fagocitadas. 150 Mecanismos de defensa frente a las infecciones bacterianas RESPUESTA INMUNE ESPECÍFICA La principal respuesta inmune protectora contra bacterias intracelulares es la inmunidad mediada por células. Los individuos con deficiencias en la inmunidad mediada por células (como los pacientes con SIDA), son extremadamente susceptibles a las infecciones por microorganismos intracelulares. Esta forma de inmunidad, identificada en los años 50, puede transferirse en animales mediante células linfoides, pero no a través del suero de animales infectados. La inmunidad mediada por células consiste en dos tipos de reacciones: 1. Activación de los macrófagos por las citoquinas producidas por las células T, sobre todo IFN-γ, con la consiguiente muerte de los microorganismos fagocitados. 2. Lisis de las células infectadas por los linfocitos T citolíticos CD8+. Los inmunógenos proteicos de las bacterias intracelulares estimulan los linfocitos T, tanto CD4+ como CD8+. Los CD4+ responden a los antígenos presentados por las células presentadoras en el contexto del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC) de clase II. Un ejemplo de estos antígenos es el derivado proteico purificado (PPD) de Mycobacterium tuberculosis. Estos microorganismos son potentes inductores de la diferenciación de los linfocitos T cooperadores CD4+ en el fenotipo TH 1, debido a que estimulan la producción de IFN-γ por las células NK, así como la producción de IL-12 por los macrófagos. Las células TH 1 secretan IFN-γ, el cual activa los macrófagos estimulando la lisis dependiente de oxígeno y enzimas que matan a las bacterias fagocitadas. El IFN-γ estimula también el cambio de isotipo de anticuerpos que activan el complemento y opsonizan bacterias para la fagocitosis, de modo que ayuda a las funciones efectoras de los macrófagos. Los linfocitos TH1 también producen factor de necrosis tumoral (TNF), que induce inflamación local. La importancia de estas citoquinas en la inmunidad frente a bacterias intracelulares ha sido demostrada en varios modelos experimentales. Si la bacteria sobrevive dentro de las células y libera sus antígenos en el citoplasma, estos son procesados y presentados en asociación con moléculas clase I del sistema o complejo mayor de histocompatibilidad a las poblaciones linfocitarias citolíticas CD8+. Estos linfocitos se activan, lisan las células infectadas y producen interferón γ. Los dos mecanismos efectores de la inmunidad mediada por células (activación macrofágica y citotoxicidad linfocitaria) se complementan entre sí y actúan juntos. Se ha demostrado que se requiere de los linfocitos T-CD4+ y T-CD8+ para eliminar la infección. Por ejemplo, L. monocytogenes produce una proteína llamada hemolisina, que le permite escapar de los fagolisosomas hacia el citoplasma, donde se protege de los mecanismos microbicidas dependientes del oxígeno; sin embargo, las células T-CD8+ son capaces de matar cualquier macrófago que aloje esta bacteria en su citoplasma. La activación de los macrófagos, que ocurre como respuesta a la presencia de bacterias intracelulares, es también capaz de causar daño hístico. Este se manifiesta como reacciones de hipersensibilidad de tipo retardada contra las proteínas del microorganismo. Las bacterias intracelulares han evolucionado hacia la resistencia a la fagocitosis, y a menudo persisten largos períodos dentro de los fagocitos, provocando la estimulación antigénica crónica y la activación de las células T y macrófagos. Esto puede resultar en la formación de granulomas alrededor de los microorganismos. La lesión histológica típica de bacterias y hongos intracelulares es la inflamación granulomatosa. Este tipo de reacción inflamatoria puede servir para localizar y prevenir la diseminación de los microorganismos, aunque está también asociada con daño funcional severo, debido a necrosis y fibrosis de los tejidos. De este modo, la respuesta inmune del hospedero es la principal causa del daño hístico y la enfermedad en las infecciones por bacterias intracelulares. La inmunidad protectora y la hipersensibilidad patológica pueden coexistir, ya que son manifestaciones de una misma respuesta inmune específica frente a determinados patógenos. Las diferencias individuales en los patrones de respuesta inmune frente a bacterias intracelulares son determinantes, tanto en la progresión de la enfermedad como en el desenlace clínico. Un ejemplo de ello es la lepra, causada por el Mycobacterium leprae. Existen dos formas polares de la enfermedad, aunque muchos pacientes muestran formas intermedias 151 Microbiología y Parasitología Médicas menos claras. En el caso de la lepra lepromatosa, los pacientes tienen altos títulos de anticuerpos específicos, pero una respuesta celular débil a los antígenos bacterianos. Se detectan altos niveles de IL-4 e IL-10, patrón típico del fenotipo TH 2, citoquinas que ejercen efectos inhibitorios sobre los macrófagos. La proliferación bacteriana y la inadecuada activación de los macrófagos dan como resultado la aparición de lesiones destructivas en la piel, en los huesos subyacentes y en los nervios periféricos. En contraste, los pacientes con la forma tuberculoide de la enfermedad muestran una fuerte respuesta de tipo celular y una débil respuesta de anticuerpos. La producción de IFN-γ e IL-12 sugieren la activación del fenotipo TH1. La aplicación intradérmica de IFN-γ produce efectos beneficiosos sobre las lesiones de la piel en la lepra lepromatosa. EVASIÓN DE LOS MECANISMOS INMUNES Un importante mecanismo de supervivencia en las bacterias intracelulares es su capacidad para resistir su destrucción dentro de los fagocitos. Las micobacterias lo logran impidiendo la fusión del fagolisosoma, quizá interfiriendo el movimiento del lisosoma. El glicolípido fenólico de Mycobacterium leprae funciona como un inhibidor de los mecanismos líticos dependientes del oxígeno. La hemolisina de algunas bacterias como Listeria monocytogenes bloquea la destrucción bacteriana dentro de los macrófagos y puede también inhibir la presentación de antígenos por parte de los macrófagos infectados. El resultado de la infección por estas bacterias dependerá en gran medida de los mecanismos microbicidas de los macrófagos y de la resistencia de estas bacterias a su destrucción por ellos. RESUMEN La defensa contra bacterias está mediada por la inmunidad natural y la adquirida. Diferentes tipos de bacterias estimulan distintas respuestas linfocitarias y diversos mecanismos efectores. La supervivencia y patogenicidad de las bacterias en el hospedero están altamente influidas por su capacidad para evadir o resistir la inmunidad protectora. El daño hístico y la enfermedad resultante de la infección pueden ser causados por la propia respuesta del hospedero frente a las bacterias y sus productos, en lugar del agente por sí mismo. La principal respuesta inmune protectora contra las bacterias extracelulares consiste en la producción de anticuerpos específicos, que opsonizan la bacteria para facilitar la fagocitosis y activan el sistema del complemento. Las toxinas producidas por estas bacterias son también neutralizadas y eliminadas por anticuerpos. Algunas toxinas bacterianas son poderosos inductores de la producción de citoquinas, que pueden estar relacionadas con cuadros patológicos sistémicos asociados con infecciones diseminadas. Las bacterias intracelulares son capaces de sobrevivir y replicarse dentro de las células del hospedero, incluyendo los fagocitos, debido a que han desarrollado mecanismos para resistir su degradación. La inmunidad contra estas bacterias es, principalmente, celular y consiste de células T-CD4+ que activan los macrófagos y de linfocitos T-CD8+ citolíticos. La respuesta patológica característica a la infección por bacterias intracelulares es la inflamación granulomatosa. BIBLIOGRAFÍA Abbas AK, Lichtman AH, Pober JS (eds). Chapter sixteen. Immunity to Microbes. In: Cellular and Molecular Immunology. Philadelphia: WB Saunders, 1994:319-36. Fainboim L, Satz ML(eds). Capítulo 1. Conceptos generales de inmunidad. En: Introducción a la Inmunología Humana. Buenos Aires, 1995:1-14. . Capítulo 11. Células efectoras de la respuesta inmune. En: Introducción a la Inmunología Humana . Buenos Aires, 1995:185-222. . Capítulo 13. Inmunidad frente a agentes microbianos. En: Introducción a la Inmunología Humana. Buenos Aires, 1995:233-48. Young D. Vaccine Challenges: Tuberculosis. In: Mérieux Foundation (eds.). Proceedings of the Advanced Vaccinology Course. Session VIII Challenges for Control of Specific Diseases. France:Annecy 2000. Poolman J. Neisseria meningitidis B. Current Medical Need and Rationales for Prevention of Meningitis and Meningococcemia Via Vaccination. In: Mérieux Foundation (eds.). Proceedings of the Advanced Vaccinology Course. Session VIII Challenges for Control of Specific Diseases. France:Annecy 2000. 152 Estafilococos ESTAFILOCOCOS Alicia Ma. Martínez Izquierdo Julián I. Pérez Amarillo INTRODUCCIÓN Según el Bergey’s Manual of Sistematic Bacteriology se incluye el género Staphylococcus junto con los micrococos en la familia Micrococcaceae. Los estafilococos son células esféricas grampositivas con un diámetro de 0,5 a 1,5 µm, que se agrupan irregularmente en forma de racimos de uva. Ogston es quien introduce el nombre de Staphylococcus (Staphylé, que significa racimos de uva). Rosenbach, sobre una base taxonómica, es quien describe por primera vez este género. Los estafilococos son no móviles, no esporulados, usualmente catalasa positiva y no capsulados o tienen limitada la formación de la cápsula. La mayoría de las especies son anaerobios facultativos, con excepción del S. saccharolyticus y S. aureus spp. anaerobius que crecen más rápido bajo condiciones de anaerobiosis; estos organismos excepcionales son también catalasa negativa. Los estafilococos patógenos hemolizan la sangre, coagulan el plasma y producen enzimas y toxinas extracelulares. Un tipo común de envenenamiento alimentario es el producido por una enterotoxina estafilocóccica termoestable. Los estafilococos desarrollan con rapidez resistencia a muchos agentes antimicrobianos, por lo que resulta difícil su tratamiento. El género Staphylococcus tiene, por lo menos, 30 especies; siete subespecies han sido descritas, de las cuales a tres se les ha dado nombre. Esas subespecies son: S. aureus subespecie anaerobius; S.capitis subespecie urealyticus; S. cohnii subespecie urealyticum; S. cohnii subespecie 3; S. haemolyticus subespecie 2; S. warneri subespecie 2 y S. auricularis subespecie 2. El nombre de la subespecie está dado sobre bases de las simples características fenotípicas. Las tres especies principales de importancia clínica son: S. aureus, S. epidermidis y S. saprophyticus. La mayoría de las cepas de estafilococos crecen en presencia de un 10 % de cloro-sodio y a temperatura de 18 a 40 0C, el metabolismo es respiratorio y fermentativo. Los carbohidratos y aminoácidos son utilizados como fuente de carbono y energía. Los estafilococos son susceptibles a la lisis por lisostafina, pero resistentes a la lisis bajo condiciones estándar. 153 Microbiología y Parasitología Médicas MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son células esféricas, con un diámetro que va de 0,5 a 1,5 µm, grampositivas y agrupadas en racimos. En cultivos líquidos se encuentran cocos aislados, en pares, tétradas y cadenas cortas (de tres a cuatro células). Los cocos jóvenes se tiñen intensamente con coloración de Gram; al envejecer, muchas células se vuelven gramnegativas. Cultivo. Los estafilococos proliferan fácilmente en la mayoría de los medios bacteriológicos bajo condiciones aerobias o microaerófilas a temperatura de 37 0C, formando mejor el pigmento a temperatura ambiente (20 a 25 0C). Las colonias desarrolladas en medios sólidos (agar-sangre de carnero), en un período de 18 a 24 horas tienen un diámetro de 1 a 3 mm y de 3 a 10 mm en incubación prolongada durante 5 días; las mismas son redondas, lisas, elevadas y resplandecientes. Staphylococcus aureus suele formar colonias de color gris a amarillo dorado intenso. Las colonias de S. epidermidis casi siempre son de color gris a blanco en el aislamiento primario; muchas colonias desarrollan pigmentos con la incubación prolongada. No se produce pigmento en condiciones de anaerobiosis. S. epidermidis era conocido anteriormente como S. albus debido a sus colonias blancas; no obstante, basado en las pruebas de fermentación de manitol y coagulasa, algunas cepas blancas pueden ser clasificadas como S. aureus a pesar de la falta de pigmento amarillo. Ocurren varios grados de hemólisis por la acción de S. aureus y, en ocasiones, de otras especies. Las especies de Peptococcus, que son cocos anaerobios, poseen una morfología parecida a la de Staphylococcus. Características del crecimiento. Los estafilococos producen catalasa, que los distingue de los estreptococos; fermentan con lentitud muchos carbohidratos y elaboran ácido láctico, pero no gas. Su actividad proteolítica varía de una cepa a otra. Los microorganismos de esta especie que son patógenos producen muchas sustancias intracelulares que se describen más adelante. Estos microorganismos son relativamente resistentes a la desecación, al calor (soportan 50 0C durante 30 min) y al cloruro de sodio al 9 %, pero los inhiben con facilidad ciertas sustancias, por ejemplo, el hexaclorofeno en solución al 3 %. Los estafilococos son variablemente sensibles a muchos agentes antimicrobianos; su resistencia corresponde a varias clases: 1. Es común la producción de β-lactamasa; esta se encuentra bajo el control de plásmidos, convirtiendo a estos microorganismos resistentes a las penicilinas (penicilina G, ampicilina, tetraciclina y agentes semejantes); los plásmidos se transmiten por transducción y quizá también por conjugación. 2. La resistencia a la nafcilina (lo mismo que a la meticilina y a la oxacilina) es independiente de la producción de β-lactamasa. Los agentes de la resistencia se relacionan con la falta de ciertas proteínas fijadoras de penicilina o con la inaccesibilidad a las mismas en los microorganismos. 3. El término "tolerancia" implica que los estafilococos experimentan inhibición por la acción del fármaco, pero este no los mata; es decir, hay una diferencia muy grande entre las concentraciones inhibidoras mínimas y mortal mínima de cada agente antimicrobiano. A veces la tolerancia se atribuye a la falta de activación de enzimas autolíticas en la pared celular. 4. Los plásmidos también pueden presentar genes para la resistencia a la tetraciclina, eritromicina, aminoglucósidos y otros fármacos. Los estafilococos conservan su sensibilidad a la vancomicina. Variaciones. Un cultivo de estafilococos contiene algunas bacterias que difieren del grueso de la población en su expresión de características coloniales (tamaño de la colonia, pigmento, hemólisis), en la elaboración de enzimas, en la resistencia a los fármacos y en la patogenicidad. In vitro, la expresión de estas características se ve influida por las condiciones de crecimiento; cuando se incuba S. aureus, resistente a la nafcilina a 37 0C sobre agar-sangre, uno de cada 107 microorganismos expresa resistencia a este antibiótico; cuando se incuba a 30 0C en agar que contiene de un 2 a un 5 % de cloruro de sodio, uno de cada 103 microorganismos manifiesta esta resistencia. 154 Estafilococos ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Los estafilococos contienen polisacáridos y proteínas antigénicas, lo mismo que otras sustancias importantes de la estructura de la pared. El peptidoglucano, un polímero polisacárido que comprende subunidades enlazadas, es el constituyente del exoesqueleto de la pared celular. Es importante en la patogenia de las infecciones, desencadenando la producción de interleuquina-1 (pirógeno endógeno) y anticuerpos opsónicos por medio de los monocitos. Puede ser un agente quimioatrayente de los leucocitos polimorfonucleares, tiene actividad de tipo endotoxínica, produce el fenómeno de Shwartzman localizado y activa el complemento. Se encuentran enlazados al peptidoglucano, ácidos teicoicos que son antígenos específicos de especies de S. aureus y S. epidermidis (polisacáridos A y B respectivamente); estos son polímeros de glicerol fosfato de ribitol y pueden ser antigénicos formando el complejo peptidoglucano-ácido teicoico; este constituye el sitio de fijación del bacteriófago. A este nivel existen antígenos de especie, cuyo determinante antigénico es N-acetilglucosamina enlazado con fosfato de ribitol. En los pacientes con endocarditis bacteriana activa por S. aureus, suelen encontrarse anticuerpos antiteicoicos perceptibles por difusión en gel. La proteína A es un componente de la pared celular de muchas cepas de S. aureus, la cual se fija a la porción Fc de las moléculas de inmunoglobulina G, salvo la IgG 3. La porción Fab de la IgG se fija a la proteína A, que está en libertad de combinarse con un antígeno específico. Es por ello que la proteína A se ha convertido en un importante reactivo en inmunología y tecnología diagnóstica. Algunas cepas de S. aureus poseen cápsulas que inhiben la fagocitosis de los leucocitos polimorfonucleares, a menos que estén presentes anticuerpos específicos. La mayor parte de las cepas de S. aureus tienen coagulasa o factor coagulante sobre la superficie de la pared celular; la coagulasa se fija de manera no enzimática con el fibrinógeno y de esta forma produce agregación bacteriana. TOXINAS Y ENZIMAS Los estafilococos pueden producir enfermedades tanto por su capacidad para multiplicarse y extenderse en los tejidos, como por la producción de muchas sustancias extracelulares; algunas de estas sustancias son enzimas, otras se denominan toxinas, aunque pueden funcionar como las anteriores. Muchas de las toxinas se encuentran bajo el control genético de los plásmidos, otras están incluidas bajo el control cromosómico o extracromosómico. En ciertos casos no se ha podido definir el mecanismo de control genético; entre toxinas y enzimas citamos: Catalasa. Los estafilococos producen catalasa, la cual es una enzima que descompone el peróxido de hidrógeno en oxígeno y agua. Químicamente la catalasa es una hemoproteína de estructura similar a la hemoglobina, excepto que los cuatro átomos de hierro están en estado oxidativo (Fe+++ ) en lugar de reducido (Fe++). La prueba de la catalasa diferencia a los estafilococos que son catalasa positiva de los estreptococos que son catalasa negativa. Coagulasa. El S. aureus produce coagulasa, que es una enzima proteolítica de composición química desconocida con actividad semejante a la protrombina, capaz de transformar el fibrinógeno en fibrina, lo cual provoca la formación de un coágulo visible en un sistema analítico adecuado, y coagula el plasma oxalatado o citratado en presencia de un factor contenido en muchos sueros. La acción de la coagulasa supera la cascada normal de la coagulación. La coagulasa puede depositar fibrina sobre la superficie de los estafilococos, con lo cual es capaz de interferir en su ingestión por células fagocíticas y su destrucción dentro de dichas células. Se considera que la producción de coagulasa es sinónimo de potencial invasor patógeno. Otras enzimas. Hialuronidasa o factor de extensión; estafilocinasa, que da por resultado la fibrinólisis, la cual actúa más lentamente que la estreptocinasa; proteinasa; lipasa enzima, la cual hidroliza los lípidos, lo que le permite colonizar los sitios sebáceos de la piel; β-lactamasas; fosfatasa alcalina; pirrolidonil arilamidasa; ornitina descarboxilasa; termonucleasa y β-galactosidasa. 155 Microbiología y Parasitología Médicas Exotoxinas. Entre estas hallamos varias enzimas que son mortales para los animales tras su inyección, ya que producen necrosis de la piel y contienen hidrolisinas solubles, las cuales pueden separarse por electroforesis. Se conocen cuatro hemolisinas: alfa (α), beta (β), gamma (γ), y delta (δ). La hemolisina α es una proteína heteróloga que puede producir lisis de los eritrocitos y lesionar las plaquetas; es, probablemente, la que identifica al factor dermonecrótico de la exotoxina. Se plantea, además, que tiene una acción muy poderosa sobre el músculo liso vascular. La hemolisina β degrada la esfingomielina y es tóxica para muchas clases de células e, incluso para los eritrocitos humanos. Estas toxinas son antigénicamente distintas y no guardan relación con las hemolisinas estreptocóccicas. Leucocidina. La leucocidina del S. aureus es capaz de lisar leucocitos polimorfo-nucleares y macrófagos, tanto humanos como de conejos. Su actividad lítica se atribuye a una alteración de la bomba sodio-potasio seguida de una serie de elementos secundarios, incluyendo un aumento de la permeabilidad a cationes, secreción de proteínas y acumulación de calcio. Toxina exfoliativa (conocida también como toxina epidermolítica). Esta toxina del S. aureus está constituida, por lo menos, por dos proteínas que producen la descamación generalizada del síndrome estafilocóccico de piel escaldada. Hay anticuerpos específicos que protegen al sujeto contra la acción exfoliativa de la toxina. Dicha toxina divide la capa del estrato granuloso por desdoblamiento de los dermosomas que unen a las células de esta capa. La toxina es elaborada por el fago grupo II del S. aureus; esta producción puede ser mediada por plásmidos o por cromosomas. Toxina del choque tóxico. La mayor parte de las cepas de S. aureus aisladas de pacientes con síndrome de choque tóxico, producen una toxina llamada toxina 1, del síndrome de choque tóxico (TSST-1,Toxic Shock Syndrome Toxin 1). La TSST-1 es un superantígeno prototípico que promueve las manifestaciones diversas del síndrome de choque tóxico. En el ser humano, la toxina se asocia con fiebre elevada, shock, vómitos, diarreas, trombocitopenia, insuficiencia renal y hepática, afecciones de aparatos y sistemas múltiples, incluyendo un exantema descamativo en la palma de las manos y planta de los pies. Este complejo sintomático es atribuible a una infección local con organismos productores de TSST-1. Un 80 % del síndrome de choque tóxico se asocia con la menstruación y el uso de tampones; un 20 % de los casos ocurre junto a infecciones posquirúrgicas y otros tipos de infecciones locales (cutáneas, óseas, pulmonares). Enterotoxinas. Existen, por lo menos, seis toxinas solubles designadas con letras de la A a la F, producidas por casi el 50 % de las cepas de S. aureus. Las enterotoxinas son termoestables (soportan ebullición durante 30 min) y resisten la acción de las enzimas intestinales. Las enterotoxinas de S. aureus son causa importante de envenenamiento alimentario, sobre todo cuando se degradan proteínas o carbohidratos. Quizá el gen de la producción de enterotoxinas se encuentre sobre el cromosoma, pero puede haber un plásmido que lleve a la proteína y regule la producción activa de esta toxina. La ingestión de 25 µg de enterotoxina B por el hombre y los macacos provoca, en un período de 2 a 6 horas, un cuadro caracterizado por vómitos y diarreas. El corto período de incubación y la ausencia de fiebre lo diferencian del envenenamiento alimentario por Clostridium y Salmonella. Probablemente el efecto emético de la enterotoxina sea el resultado de la estimulación del Sistema Nervioso Central, una vez que la toxina ha actuado sobre los receptores neuronales del intestino. Las enterotoxinas pueden ser investigadas mediante pruebas de precipitación (difusión en gel). PATOGENIA Los estafilococos, en particular S. epidermidis, son miembros de la flora normal de la piel, las vías respiratorias y gastrointestinales del hombre. Del 40 al 50 % de los seres humanos son portadores nasales del S. aureus. Los estafilococos se encuentran también con regularidad en las ropas personales, las ropas de camas y otros fomites de los ambientes humanos. 156 Estafilococos La capacidad patógena de una cepa determinada de S. aureus está dada por mecanismos y factores patogénicos que incluyen la presencia de cápsula, la cual inhibe la fagocitosis (algunas cepas de S. aureus). La producción de enzimas y toxinas permite su establecimiento, multiplicación y propagación a otros órganos y sistemas, así como la colonización de sitios específicos del hospedero y la elaboración de slime, el cual es un glicoconjugado extracelular producido por S. aureus y ciertas cepas de estafilococos coagulasa negativa, que desempeña en estos últimos un importante papel en la ocurrencia de enfermedades. El slime inhibe la quimiotaxis de los neutrófilos y la fagocitosis, e inhibe la actividad antimicrobiana de los glicopéptidos antimicrobianos como vancomicina y tercoplanin. Además, acarrea efectos sobre la función inmunitaria, sugiriéndose que este interfiere en la activación y producción de linfoquinas o células T auxiliadoras, las cuales son necesarias para la estimulación de otras células del sistemas inmune. PATOLOGÍA La lesión típica ocasionada por S. aureus es el furúnculo o cualquier otro absceso localizado; dicho microorganismo establecido en un folículo piloso, causa necrosis hística (factor dermonecrótico). Se produce coagulasa, que coagula a la fibrina alrededor de la lesión y dentro de los linfáticos, y da por resultado la formación de una pared que limita el proceso y queda reforzada por la acumulación de células inflamatorias y más tarde tejido fibrótico. En el centro de la lesión ocurre licuefacción del tejido necrótico (fomentada por la hipersensibilidad retardada), y el absceso hace punta en dirección de la menor resistencia. El drenaje del tejido necrótico licuado va seguido de llenado lento de la cavidad por tejido de granulación y, por último, cicatrización. La supuración focal (absceso) es típica de la infección estafilocóccica. Desde cualquier foco, los microorganismos pueden extenderse por los linfáticos y la sangre hacia otras partes del cuerpo. Un aspecto común de esta diseminación es la supuración dentro de las venas acompañada por trombosis. En casos de osteomielitis, el foco primario de crecimiento de S. aureus es de manera típica, un vaso sanguíneo terminal de la metáfisis de un hueso largo donde produce necrosis ósea y supuración crónica. S. aureus puede ocasionar también neumonía, meningitis, empiema, endocarditis y sepsis con supuración en cualquier órgano. Los estafilococos de baja invasividad participan en muchas infecciones cutáneas (por ejemplo: el acné, el impétigo). Los cocos anaerobios (Peptococcus) participan en las infecciones anaerobias mixtas. Los estafilococos producen enfermedades por la elaboración de toxinas e infección invasora manifiesta. El síndrome de piel escaldada se debe a la producción de toxinas exfoliativas, mientras el síndrome de choque tóxico está relacionado con el síndrome de choque tóxico por toxina 1 (TSST-1). Staphylococcus epidermidis pocas veces origina supuración, pero puede infectar prótesis ortopédicas o cardiovasculares, así como causar enfermedades en personas con afección inmunitaria. El S. saprophyticus produce infecciones de las vías urinarias en mujeres jóvenes. DATOS CLÍNICOS Las lesiones de piel causadas por S. aureus son las infecciones humanas más comunes por este agente; estas incluyen: foliculitis, furúnculos, carbunco, celulitis, impétigo, síndrome de piel escaldada e infección de heridas posoperatorias. Un desorden adquirido comúnmente lo constituye el envenenamiento alimentario originado por la toxina termoestable elaborada por el S. aureus en los alimentos (carbohidratos y proteínas), causante de vómitos y diarreas tras un período de incubación breve de 2 a 6 horas, con rápida convalescencia y sin fiebre. Otros procesos graves como la bacteriemia, endocarditis, meningitis, neumonía, pioartrosis y osteomielitis pueden aparecer en infecciones tanto adquiridas en el hospital como en la comunidad. 157 Microbiología y Parasitología Médicas Desde finales de la década del 50 y comienzos de la década del 60, S. aureus ha causado morbilidad y mortalidad en pacientes hospitalizados como patógeno nosocomial. El uso de penicilinas resistentes y penicilinas semisintéticas en estos años ha condicionado una adecuada terapéutica en las infecciones por S. aureus. Sin embargo, las cepas de S. aureus resistentes a la meticilina (MRSA) han emergido como un problema clínico epidemiológico en los hospitales desde la década de los 80. Sin embargo, las MRSA han sido aisladas en pacientes extremadamente enfermos, en salas de terapia de los hospitales, en pacientes de hospitales en pequeñas comunidades y salas de rehabilitación; la mayoría de esas cepas son resistentes a los agentes antimicrobianos comunes, incluyendo macrólidos, aminoglucósidos, β-lactámicos, tetraciclinas y cloranfenicol. Las serias infecciones causadas por MRSA han sido tratadas adecuadamente con otro tipo de antibiótico: la vancomicina. Una enfermedad adquirida en la comunidad, de consecuencia potencialmente seria, es el síndrome de choque tóxico atribuido a S. aureus, el cual se observa en un 80 % de mujeres jóvenes en edad menstrual que utilizan tampones absorbentes durante varios meses. El síndrome de choque tóxico se manifiesta por iniciación súbita de fiebre alta, vómitos, diarrea, mialgias, un exantema escarliforme e hipotensión con insuficiencia cardíaca y renal en los casos más graves. Sin embargo, la toxina 1 del síndrome de choque tóxico (TSST-1) producida por S. aureus está presente en otros sitios fuera del área genital, en mujeres que no menstrúan y en hombres. Los estafilococos coagulasa negativa (CNS) son un componente importante de nuestra microflora, específicamente de la piel; estos microorganismos están considerados saprofíticos o de baja patogenicidad para los humanos. Sin embargo, varias especies de CNS se están reportando como importantes patógenos oportunistas en humanos, especialmente en pacientes sometidos a procederes médicos invasivos e instrumentados. Los CNS se aíslan con gran frecuencia en los servicios de oncología y neonatología en pacientes con sepsis nosocomiales. El S. epidermidis ha sido aislado en un 74 a 92 % en bacteriemias intrahospitalarias; causa infecciones cardíacas en pacientes después de una sustitución vascular, cirugía cardiovascular y cardiotomía; estas infecciones incluyen: infecciones de los marcapasos, infecciones de las válvulas artificiales, endocarditis asociadas a prótesis valvular y prolapso de la válvula mitral. Staphylococcus epidermidis es un agente primario en las peritonitis durante la diálisis peritoneal ambulatoria y un agente común de infecciones urinarias tales como: cistitis, uretritis y pielonefritis. Las cepas de CNS aisladas de hemocultivos de pacientes hospitalizados muestran una resistencia por encima del 56 %. Las infecciones nosocomiales por CNS resistentes a la meticilina (MRSE) constituyen un problema clínico en pacientes con prótesis de válvulas cardíacas, utilizándose en estos casos una terapéutica combinada de vancomicina con rifampicina o aminoglucósidos. Otro CNS de importancia clínica es el S. haemolyticus, el cual ha sido implicado en endocarditis de válvulas naturales, en septicemias, peritonitis, infecciones del tracto urinario y de heridas. Dos nuevas especies del CNS han sido descritas: S. lugdunensis y S. schleiferi, de gran importancia como patógenos oportunistas, colonizando los catéteres y drenajes. S. lugdunensis ha sido implicado en serias infecciones tales como: endocarditis de válvulas naturales y artificiales, septicemia con shock, abscesos cerebrales, infecciones de tipo profundas, osteítis, osteoartritis crónica, infecciones de piel y de heridas. Muchos de estos pacientes tienen factores predisponentes a la infección, entre ellos: diabetes mellitus, cirugía o traumas, fallo renal, cáncer, SIDA, eczema o psoriasis. S. schleiferi aparece con menos frecuencia que el anterior en el ambiente respiratorio y en las infecciones humanas; ha sido aislado de empiema cerebral, infecciones de heridas, bacteriemia, drenaje craneal y catéter yugular. Staphylococcus saprophyticus es una causa común de infecciones del tracto urinario en mujeres jóvenes sexualmente activas; es un agente de uretritis no gonocóccica, prostatitis, infecciones de heridas y septicemia. Otras especies de CNS tales como: S. hominis, S. warner, S. simulans, S.cohnii, S. saccharolyticus, S. capitis y S. xylosus, tienen baja incidencia en infecciones humanas. S. warneri ha sido reportado como agente causal de osteomielitis vertebral e infecciones del tracto urinario en mujeres y hombres. 158 Estafilococos Distintas especies de estafilococos coagulasa positiva como S. intermedius y S. hycus son de importancia en medicina veterinaria. Estas especies y S. aureus son patógenos oportunistas en animales. PRUEBAS DIAGNOSTICAS DE LABORATORIO. Muestras. Las muestras dependen de la localización del proceso; son útiles el pus de absceso, los hisopados de heridas, la secreción endotraqueal y la sangre para hemocultivo, entre otros. Frotis. Se realiza frotis de la muestra y coloración de Gram; se observan cocos grampositivos agrupados en racimos irregulares. Cultivo. Las muestras deben ser sembradas en placas de agar-sangre, agar infusión cerebro-orazón, agar-soya-tripticasa o P-agar; deben incubarse durante 18 a 24 horas a temperatura entre 34 y 37 0 C, y se obtienen colonias circulares, lisas, elevadas y resplandecientes con un diámetro de 1 a 3 mm . Forman pigmentos a temperatura ambiente (20 a 25 0 C), de color amarillo dorado en S. aureus y blanco en S. epidermidis. S. aureus produce hemólisis β en placas de agar-sangre. Existen medios selectivos que inhiben el crecimiento de microorganismos gramnegativos y de otros cocos grampositivos, por ejemplo: 1. Schleifer-Kramer agar. 2. Agar manitol salado. 3. Agar CNA Columbia. 4. Agar lipasa manitol salado. 5. Agar feniletil alcohol. Existe una variedad de técnicas que pueden ser utilizadas como marcadores epidemiológicos para la identificación y diferenciación de cepas; entre las que citamos: 1. La morfología colonial. 2. Las pruebas fisiológicas o reacciones bioquímicas: estas incluyen no sólo la actividad enzimática (catalasa, coagulasa, fosfatasa alcalina; ureasa; β-glucuronidasa; arginina dihidrolasa; esterasa; nitrato reductasa, pirrolidonil arilamidasa; lipasa; proteasa; hemolisina), sino también la determinación de la producción de ácido a partir de varios carbohidratos (L-lactosa, maltosa, D-turanosa, D-manitol, D-trehalosa, D-melozitosa, D-manosa, sacarosa, D-ribosa, D-xilosa, L-arabinosa). Dada la importancia de las pruebas de catalasa y coagulasa en el diagnóstico de los estafilococos, haremos énfasis en ellas: Prueba de la catalasa. Se lleva a cabo en portaobjeto o en tubos. Prueba en portaobjeto: con una aguja de punción o un palillo aplicador con la punta aguzada, se transfieren células del centro de una colonia a la superficie de un portaobjeto. Se añaden una o dos gotas de peróxido de hidrógeno al 3 %: si la prueba es positiva, aparecen gas, burbujas o efervescencia. Se utiliza para diferenciar estafilococos (catalasa positiva) de estreptococos (catalasa negativa). Prueba de la coagulasa. La coagulasa está presente en dos formas: libre y fija, cada una de las cuales posee diferentes propiedades que requieren del uso de técnicas separadas. Coagulasa fija (prueba en portaobjeto): la coagulasa fija, conocida como factor de aglutinación, está unida a la pared celular bacteriana y no se halla presente en los filtros de cultivos. Los hilos de fibrina formados entre las células bacterianas suspendidas en el plasma (fibrinógeno) provocan aglutinación, indicada por la presencia de agregado visible en el portaobjeto. La actividad de la coagulasa fija no es inhibida por los anticuerpos formados por la coagulasa libre. 159 Microbiología y Parasitología Médicas Coagulasa libre (prueba en tubos): la coagulasa libre es una sustancia semejante a la trombina, que se encuentra presente en los filtros de cultivos; cuando una suspensión de bacterias se mezcla en partes iguales con una pequeña cantidad de plasma en un tubo de ensayo, se forma un coágulo visible como consecuencia de la utilización de los factores de coagulación del plasma, de manera similar a cuando se añade trombina. Método: se mezcla plasma de conejo (o humano) citratado y diluido (1:5), con un volumen igual de caldo de cultivo de la cepa a estudiar y se incuba a 37 0 C. Se incluye como testigo un tubo con plasma, mezclado con caldo estéril; si se forma un coágulo en un plazo de 1 a 4 horas, la prueba será positiva. 3. La susceptibilidad a los patrones antimicrobianos (antibiogramas): deben practicarse con regularidad pruebas de susceptibilidad mediante microdilución en caldos (concentración mínima inhibitoria) o difusión en disco (Kirby-Bauer), a las cepas de estafilococos aisladas de infecciones clínicamente significativas. Se conoce que aproximadamente el 85 % de S. aureus es resistente a la penicilina G, lo cual está mediado por la producción de enzima penicilinasa, una β-lactamasa que inactiva al antibiótico antes de que cause daño irreversible en la célula bacteriana. La capacidad de producir penicilinasa está determinada por la presencia de un plásmido. La meticilina y otras penicilinas resistentes a la β-lactamasa son usadas en el tratamiento contra S. aureus. Sin embargo, en los últimos años se ha visto un incremento en el aislamiento de cepas resistentes a estos antibióticos; es decir, a los β-lactámicos. Las cepas de S. aureus resistentes a la meticilina (MRSA), son resistentes, además, a cefalosporinas de tercera generación, estreptomicinas, tetraciclinas y sulfonamidas. La vancomicina es la droga de elección para las cepas MRSA. Se reporta que de un 10 a un 20 % de S. aureus son resistentes a la nafcilina (oxacilina y meticilina). La resistencia a la nafcilina se correlaciona con la presencia del gen MecA y el gen que codifica una proteína fijadora de penicilina no afectada por esos fármacos. El estudio de CNC muestra una resistencia de un 26 a un 74 % a las penicilinas y un 79 % pueden ser resistentes a la meticilina, por lo que se debe utilizar contra estos la vancomicina, aunque en la actualidad Schwalbe y colaboradores han reportado cepas resistentes a la misma. 4. La tipificación de cepas por bacteriófagos: se emplea para la investigación epidemiológica en brotes graves de infecciones por S. aureus en un hospital. 5. La composición de los plásmidos. 6. El análisis de plásmidos y ADN cromosomal, con enzimas de restricción (endonucleasas). La identificación de las cepas debe realizarse mediante dos o más técnicas de las anteriormente mencionadas. Sistemas comerciales de identificación 1. API Staph-Ident (BioMérieux-Vitek) que utiliza 10 parámetros para la identificación. 2. Staph-Trac. System (BioMérieux-Vitek). 3. ID 32 STAPH (BioMérieux-Vitek). 4. RAP; DEC Staph System (BioMerieux-Vitek). 5. DNA probe kit accuprobe (Gen-Probe, Inc; San Diego). Identificación por medio molecular. Aquí citaremos el DNA probe kit accuprobe (Gen– Probe, Inc, San Diego). Pruebas serológicas y de tipificación. Se pueden identificar anticuerpos contra el ácido teicoico en las infecciones profundas prolongadas (ejemplo: osteomielitis, endocarditis estafilocóccica) y a veces los distinguen del cuadro de bacteriemia estafilocóccica. Estas pruebas serológicas tienen poca utilidad práctica. La tipificación de cepas se usa para la investigación epidemiológica de la infección sólo en los brotes graves de infecciones por S. aureus, por ejemplo, en un hospital. 160 Estafilococos TRATAMIENTO Como los microorganismos patógenos se extienden a menudo desde una lesión (ejemplo: forúnculos) hacia otras regiones de la piel, los dedos y la ropa, es importante la antisepsia local escrupulosa para controlar la forunculosis recurrente. Cuando se producen infecciones cutáneas múltiples (acné, forunculosis) en adolescentes o en pacientes que reciben ciclos prolongados de corticoides, se utiliza tetraciclina para el tratamiento a largo plazo. Los abscesos y otras lesiones supurativas cerradas se tratan mediante drenajes y medicamentos antimicrobianos. En la osteomielitis crónica y recurrente, el drenaje quirúrgico con recepción del tejido se acompaña de la administración prolongada de fármacos apropiados, aunque es difícil erradicar los estafilococos infectantes. Se ha logrado ayuda para curar la osteomielitis crónica mediante oxígeno hiperbárico y aplicación de colgajos miocutáneos vascularizados. La bacteriemia, endocarditis, neumonía y otras infecciones graves causadas por S. aureus, requieren tratamiento intravenoso prolongado con penicilina resistente a la β-lactamasa. En caso de resistencia a la nafcilina, se emplea vancomicina, pues esta última sigue siendo el fármaco más ampliamente eficaz contra los estafilococos. EPIDEMIOLOGÍA Los estafilococos producen una variedad de síndromes con manifestaciones clínicas que varían desde una simple pústula o impétigo hasta septicemia o muerte. Las enfermedades estafilocóccicas presentan distintos cuadros clínicos y epidemiológicos, los cuales se describen por separado. 1. Celulitis, abscesos, septicemia, neumonía, osteomielitis, y endocarditis. a) Agente infeccioso: S. aureus y S. epidermidis son la causa de endocarditis y septicemia. b) Distribución: mundial, influyendo el hacinamiento y la poca higiene. c) Reservorio: el hombre. d) Modo de transmisión: el sitio principal de localización son los orificios nasales. Una tercera parte de estos cuadros son autoinfecciones. Una persona con una infección purulenta es la fuente más común de propagación, efectuándose la transmisión por contacto. e) Período de incubación: variable, comúnmente de 4 a 10 días. f) Susceptibilidad: es mayor la susceptibilidad en recién nacidos y enfermos crónicos. El uso de esteroides y antimetabolitos aumenta la susceptibilidad. g) Prevención: higiene personal y educación al público. 2. Enfermedades estafilocóccicas en salas-cunas de hospitales: impétigo, absceso de mamas. a) Agente infeccioso: igual al anterior. b) Distribución: mundial, especialmente en áreas hospitalarias por el descuido en las técnicas de asepsia. c) Modo de transmisión: por medio de las manos del personal que atiende a los pacientes. d) Período de incubación: igual al anterior. e) Susceptibilidad: es mayor en recién nacidos. f) Prevención: utilización de técnicas de asepsia y lavado adecuado de las manos cada vez que se entre en contacto con los niños en las salas-cunas. 3. Síndrome de choque tóxico. a) Agente infeccioso: S. aureus productor de toxina 1. b) Distribución: mundial, influyendo el uso de tampones en mujeres que menstrúan u otras infecciones locales (cutáneas, óseas y pulmonares). c) Reservorio: el hombre. d) Período de incubación: es variable, de 4 a 10 días. e) Susceptibilidad: el 80 % ocurre en mujeres en edad menstrual que emplean tampones. El 20 % restante, en mujeres que no menstrúan y hombres con lesiones focales por S. aureus. 161 Microbiología y Parasitología Médicas f) Prevención: evitar el uso de tampones vaginales, reduciéndose el riesgo si estos se emplean de manera intermitente durante el ciclo menstrual. 4. Intoxicación alimentaria. a) Agente tóxico: S. aureus productor de enterotoxina. b) Distribución: afección muy extendida y relativamente frecuente. c) Reservorio: el hombre en la mayoría de los casos, y en raras ocasiones las vacas que tienen las ubres infectadas. d) Modo de transmisión: a través de productos alimenticios ricos en proteínas y carbohidratos no cocidos o insuficientemente calentados, tales como: pasteles, flanes, natillas, ensaladas, carnes enlatadas. Cuando estos productos permanecen a temperatura ambiente antes de ser consumidos y son contaminados por S. aureus productor de enterotóxina (provenientes de fuentes humanas), el microorganismo se multiplica y libera en ellos la toxina causante del cuadro clínico. e) Período de incubación: es de 1 a 6 horas, aunque por lo regular los síntomas aparecen en un período de 2 a 4 horas. f) Susceptibilidad: la mayoría de las personas son susceptibles. g) Prevención: el tiempo dedicado a la manipulación de alimentos debe reducirse al mínimo. Los alimentos deteriorables deben mantenerse calientes (60 0 C o 140 0F) o fríos (4 0C o 39 0F). Prohibir que toda persona con infecciones cutáneas, oculares o respiratorias manipule alimentos. RESUMEN El género Staphylococcus se incluye en la familia Micrococcaceae; se caracterizan por ser cocos grampositivos agrupados en racimos, inmóviles, no esporulados, anaerobios facultativos, que crecen con facilidad en los medios de laboratorio; son metabólicamente activos; fermentan carbohidratos; son catalasa positiva y producen pigmentos que van desde el blanco al amarillo intenso; muchas cepas son hemolíticas. Algunos son flora normal de la piel y las mucosas, mientras otros producen supuración y absceso. El género incluye alrededor de 30 especies y siete subespecies; de ellas, las de mayor importancia clínica son: S.aureus, S. epidermidis y S. saprofiticus. S.aureus produce varias enzimas y toxinas responsables de la patogenia y del cuadro clínico; son causa de abscesos, forúnculos, infecciones piógenas diversas, sepsis mortal, síndrome de choque tóxico, meningitis, neumonía, pioartrosis, osteomielitis y ocasionan envenenamiento alimentario por la producción de enterotoxina. Son, en su mayoría, resistentes a las penicilinas y las cepas MRSA son resistentes a los macrólidos, aminoglucósidos, β-lactámicos, tetraciclinas y cloranfenicol, constituyendo estas cepas un serio problema desde el punto de vista clínico y epidemiológico. Su identificación se realiza mediante cultivo y pruebas fisiológicas como la catalasa, coagulasa y la fermentación de carbohidratos. La droga de elección para su tratamiento es la vancomicina. Por su parte, los estafilococos coagulasa negativa desempeñan un importante papel como causa de sepsis nosocomial en salas de oncología, neonatología, cirugía y terapia, reportándose el S. epidermidis en el 74 al 92 % de las bacteriemias intrahospitalarias. Se han encontrado cepas resistentes a la meticilina (MRSE), utilizándose para su tratamiento combinaciones de antibióticos como vancomicina o aminoglucósidos. S. epidermidis es causa de infecciones cardíacas después de una cirugía cardiovascular. Staphylococcus saprophyticus es un agente primario de las peritonitis en pacientes con diálisis peritoneal ambulatoria y un agente común de infecciones urinarias. Existen especies de estafilococos anaerobios como S. saccharolyticus y S. aureus ssp. anaerobius, así como otros estafilococos que coagulan el plasma (S. intermedius y S. hyicus) de particular importancia en medicina veterinaria. BIBLIOGRAFÍA Benenson AS. (ed.). Enfermedades Estafilocóccicas. En: El Control de las Enfermedades Transmisibles en el Hombre. PC. No. 442. La Habana: Editorial Científico-Técnica, 1985:95-104. Brumfitt W, Hamilton Miller J. Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus. N Engl J Med 1989;320:1188. 162 Estafilococos Holt JC, Bryant MD, Krieg NR, Lapage SP et al. (eds.). Grampositive cocci. In: The shorter Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology. 8th ed. Baltimore: Md, Waverly Press, Inc, 1997:184-6. Howard BT, Kloss WS. Staphylococci. In: Howard BJ, Keiser JF, Smith TF et al. (eds.). 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La reciente reaparición de la fiebre reumática y las infecciones estreptocóccicas graves como el síndrome de choque tóxico, las erisipelas y la fascitis necrosante, constituyen un reto para los médicos de atención primaria, los especialistas en enfermedades infecciosas, los microbiólogos y las autoridades de Salud Pública, tanto en los países industrializados como en los que están en vías de desarrollo. Los estreptococos se encuentran distribuidos en la naturaleza de manera amplia. Unos forman parte de la flora normal humana, otros se relacionan con enfermedades con cuadros clínicos muy disímiles, atribuibles, en parte, a la infección por el microorganismo y, por otra parte, a la sensibilización hacia ellos. El microbiólogo clínico, el médico de asistencia al paciente, el epidemiólogo y los laboratorios de referencia deben llevar a cabo acciones que aseguren la identificación precisa de las infecciones estreptocóccicas, indispensable para los programas de lucha contra estas infecciones y sus secuelas. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Los estreptococos son bacterias grampositivas, de formas esférica u ovoide que miden menos de 2 µm de diámetro. Se agrupan en pares o en cadenas, cuyas longitudes varían se-gún las especies y están condicionadas por factores ambientales. Son inmóviles y no for-man esporas. Algunas especies elaboran cápsulas, constituidas por polisacáridos como en el caso de los neumococos o por ácido hialurónico como en algunas cepas de los grupos A, B y C. 165 Microbiología y Parasitología Médicas Estas estructuras impiden la fagocitosis y se observan con mayor facilidad en cultivos muy jóvenes. No son productores de catalasa y son oxidasa negativa. Con excepción del Streptococcus pneumoniae, no son solubles en bilis y la mayoría de las especies no licúan la gelatina. La especie Streptococcus pneumoniae (neumococo) es similar a las otras especies del género Streptococcus en lo que se refiere a su metabolismo fermentativo y en que el ácido láctico es el producto final predominante; pero se presentan como diplococos grampositivos, lanceolados y agrupados en cadenas, fundamentalmente cortas. Cultivo. Los requerimientos nutricionales varían con las distintas especies. La mayoría, y principalmente las patógenas al hombre, son exigentes en sus requerimientos y necesitan péptidos, purinas, pirimidina y vitaminas. Con el fin de obtener un mejor crecimiento de las cepas de estas especies de estreptococos, los medios de cultivo se enriquecen con sangre o con líquidos hísticos diversos. La mayoría de las especies son anaerobias facultativas y obtienen la energía, sobre todo, por utilización de azúcares. Algunas especies requieren la adición de un 5 a 10 % de CO2 para crecer e incrementar su hemólisis y otras son anaerobias estrictas. La temperatura óptima de crecimiento es alrededor de 37 ºC, aunque las temperaturas máximas y mínimas varían según la especie. Características del crecimiento. La mayor parte de las especies crecen en medios sólidos formando colonias discoidales, grises, opalescentes, delicadas, de bordes lisos o arrugados, y miden entre 0,5 y 2 mm o más de diámetro. Las colonias se hacen visibles en placas de agar-sangre generalmente en 18 a 24 horas. En los estreptococos del grupo A se diferencian tres aspectos principales: colonias mucoides, mates y brillantes. Pueden aparecer formas intermedias a las descritas. Cepas de los grupos F y G pueden producir colonias diminutas. Tradicionalmente se pensaba que las cepas del grupo A que dan colonias lustrosas producen menos proteína M específica de tipo y que por ello se podían considerar menos virulentas que las colonias mucoides o posmucoides. En la actualidad esa relación presenta muchas excepciones y se sabe que el aspecto mucoide de la colonia se debe a la presencia de la cápsula de ácido hialurónico y no guarda relación con la presencia de la proteína M, que es el factor de virulencia más importante. La determinación de la propiedad hemolítica que producen los estreptococos, basada en las modificaciones que las colonias, al crecer en placas de agar-sangre, imprimen al medio, fue introducida por Schott-Müller en 1903 y constituye la base para su reconocimiento e identificación. Brown, en 1919, precisó las condiciones técnicas para llevar a cabo la diferenciación por la prueba de hemólisis en placa e introdujo la denominación de hemólisis alfa (α) para la hemólisis parcial, con tono verdoso; hemólisis beta (β), para la hemólisis completa con halo incoloro en torno a la colonia; y gamma (γ), cuando el medio no se modifica. Estas denominaciones corresponden, respectivamente, a las de viridans, hemolíticos y no hemolíticos de Schott-Müller. Cuando aparece un pequeño halo de eritrocitos intactos o parcialmente lisados adyacente a la colonia bacteriana, seguido de una zona de hemólisis total, se denomina α´ o α zona amplia. En algunas cepas se puede observar una decoloración verdosa parecida a la α- hemólisis alrededor de las colonias, que evoluciona hacia la lisis total (β-hemólisis) sólo después de una incubación prolongada. Se ha señalado que este fenómeno se debe a la inhibición de la hemólisis por el factor de opacidad producido por algunas cepas del grupo A. Desde los inicios de la década de 1980, Zuazo y colaboradores, con vista a un mejor reconocimiento de la hemólisis de los estreptococos en los primocultivos, ensayaron en Cuba el método de siembra por estría-profundidad y la observación de los cultivos, a simple vista y con ayuda del microscopio, según lo recomendado por la OPS y por Rotta y Facklam. Por los buenos resultados obtenidos se normó el método en Cuba, fundamentalmente en los primocultivos de los productos patológicos donde el hallazgo de los estreptococos fuera frecuente e importante. 166 Estreptococos En la literatura internacional aparecen informes de aislamientos de cepas de estreptococos del grupo A (que habitualmente es β-hemolítico), asociadas a brotes de fiebre reumática y a otros cuadros clínicos, presentándose como α -hemolíticos y no hemolíticos. Se recomienda que a dichas cepas se les identifique su grupo serológico, en los siguientes casos: frente a un brote de fiebre reumática aguda y no se logre aislamiento de organismos β- hemolíticos de los pacientes enfermos o si el laboratorio decide agrupar todos los estreptococos de infecciones serias como endocarditis. Lo antes descrito constituye una alerta para los microbiólogos clínicos en el momento de establecer el diagnóstico de una cepa con estas características, ya que la determinación de la hemólisis es la base de la identificación de los estreptococos. Los neumococos forman colonias pequeñas y redondas, al principio cupuliformes, que posteriormente desarrollan una meseta central con bordes elevados y producen α- hemólisis en agar-sangre y su crecimiento se beneficia en presencia de un 5 a 10 % de CO2. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Es variada y compleja. Su estudio resulta de gran importancia para la microbiología clínica, pues pocas veces el hombre se enfrenta a bacterias con estructura antigénica tan compleja y con producción de diversas sustancias extracelulares. Con el conocimiento de estas estructuras se comprenden eventos relativos a su patogenia y nos permite una mejor interpretación de los resultados del laboratorio de microbiología clínica. En una presentación estereoquímica de una célula de la especie tipo (Streptococcus pyogenes) encontramos a la cápsula constituida por ácido hialurónico, como la estructura más externa. Hacia el interior de la célula se halla la pared bacteriana, cuya composición es la típica de las bacterias grampositivas, constituida, básicamente, por peptidoglucano, ácido teicoico, una gran variedad de hidratos de carbono y de antígenos proteicos de superficie. Está cubierta de protrusiones de tipo piloso o fimbrias formadas por los antígenos proteínicos M, T y R, y por ácido lipoteicoico. Las proteínas R y T son marcadores epidemiológicos muy útiles, pero se desconoce su función biológica. El ácido lipoteicoico facilita la adherencia de los estreptococos a las mucosas. La proteína del grupo M es un destacado factor de virulencia y se ha logrado identificar 80 serotipos antigénicos. El factor de opacidad del suero (FO o SOF) es una enzima específica de tipo, asociada antigénicamente a ciertos serotipos de proteínas M, que produce opacidad en los sueros de distintas especies de mamíferos. Actualmente se reconocen alrededor de 27 tipos que producen el factor de opacidad. El polisacárido C es otro constituyente esencial de la pared estreptocóccica, cuya estructura antigénica es determinante de los grupos serológicos (según la clasificación de Lancefield, desde el grupo A hasta el H y desde el grupo K al V, más los grupos provisionales W al Z). Más internamente se encuentra la membrana citoplásmica y el citoplasma, este último con un complejo conjunto de nucleoproteínas, algunas dotadas de actividad enzimática. Los antígenos de estas estructuras no son utilizados en la actualidad en la clasificación ordinaria de los estreptococos. Los Streptococcus pneumoniae tienen sus peculiaridades en cuanto a su estructura antigénica. El polisacárido capsular es inmunológicamente diferente para cada uno de los 84 tipos existentes. Su porción somática contiene una proteína que es característica de cada tipo y un carbohidrato que es común para todos los neumococos. TOXINAS Y ENZIMAS Los estreptococos del grupo A producen más de 20 productos extracelulares, entre los que encontramos: 167 Microbiología y Parasitología Médicas Toxinas eritrogénicas A, B y C. Son exotoxinas antigénicas, responsables, entre otras cosas, del exantema en la escarlatina. Se producen en cepas que se encuentren en estado lisogénico, o sea, infectadas por un fago. Es un potente pirógeno. Su naturaleza proteica les confiere antigenicidad, lo que estimula la producción de anticuerpos neutralizantes. Estreptolisina S. Es una toxina no antigénica, estable en oxígeno, produce la hemólisis alrededor de las colonias de los estreptococos que se desarrollan en la superficie de las placas de agar-sangre. Estreptolisina O. Es una citolisina oxígeno lábil, de modo reversible. Posee una acción cardiotóxica. Debido a su inestabilidad en presencia del oxígeno, se pone de manifiesto en placas cultivadas en aerobiosis, en las colonias que crecen por picaduras de la superficie del agar, o sea, las colonias que han crecido en la profundidad. Provoca una respuesta de formación de anticuerpos, antiestreptolisina O, cuya titulación se utiliza en el diagnóstico inmunoserológico como prueba de la infección. Hialuronidasa. Es una enzima que desdobla al ácido hialurónico, constituyente importante del tejido conjuntivo, por lo cual favorece la diseminación de los microorganismos infectantes. Es antigénica, por lo que se hallan anticuerpos específicos después de una infección por estreptococos productores de la enzima. Estreptocinasa, fibrinolisina o estreptoquinasa. La producen diferentes cepas de estreptococos β-hemolíticos y provoca la transformación del plasminógeno en plasmina. Es una enzima proteolítica activa, que digiere a la fibrina y a otras proteínas. Se conocen dos tipos: A y B. Es antigénica y estimula la formación de un anticuerpo específico, la antiestreptocinasa. Se administra por vía endovenosa para el tratamiento de embolias pulmonares y de trombosis venosas. En nuestro país, con el desarrollo de la biotecnología, se produce con fines terapéuticos. Estreptodornasa o desoxirribonucleasa. Enzima que depolimeriza el ADN y se conocen cuatro tipos: A, B, C y D. Anticuerpos a las DNasas se desarrollan después de las infecciones estreptocóccicas, especialmente después de infecciones cutáneas (piodermitis). Se emplea en la terapéutica junto a la estreptocinasa en el desbridamiento enzimático, fluidificando exudados y facilitando la remoción de pus y tejido necrótico. Difosfopiridín nucleotidasa. Es una enzima elaborada en el medio ambiente por algunos estreptococos y se relaciona con la capacidad de estos microorganismos para destruir leucocitos. Otras enzimas. Algunas cepas son productoras de proteinasa y de amilasa. CLASIFICACIÓN DE LOS ESTREPTOCOCOS El género Streptococcus, perteneciente a la familia Streptococcaceae, está constituido por una gran diversidad de especies que presentan características biológicas y exigencias nutricionales muy variadas. La especie tipo del género es Streptococcus pyogenes (Rosenbach, 1884). Si partimos de la ubicación taxonómica de los estreptococos, que aparece en la 9na edición del Manual de Bergey del año 1986, y hacemos un análisis retrospectivo y prospectivo, observamos cómo a través del tiempo, la clasificación de los estreptococos ha sufrido una gran cantidad de variaciones tales como: la inclusión y exclusión de especies y la reutilización de los “grupos taxonómicos” (antes llamados piógenos, enterococos, viridans y láctico) que han recibido diferentes denominaciones y cada uno abarca varias especies. En algunos casos, nombres de especies distintas se han usado para describir los mismos microorganismos y algunos miembros de la misma especie se han incluido en otra especie o clasificado por separado. Estas modificaciones se han ido realizando al aplicar resultados de taxonomía numérica, quimiotaxonomía y técnicas genéticas, dándole cada vez menos peso a los criterios serológicos (grupos de Lancefield), ya que este aspecto resulta de gran interés en la identificación práctica de los estreptococos patógenos, pero no debe usarse como la base principal que permita establecer relaciones taxonómicas entre los estreptococos. 168 Estreptococos Como resultado de estos intentos de clasificación, se han originado diversos esquemas y aún en el momento actual muchos difieren en la denominación y reconocimiento de especies. Estas diferencias en las especies viridans continúan causando confusiones en la terminología de los mismos. Quedan todavía muchas interrogantes sobre las especies de estreptococos, muchas sin nomenclatura y sin afiliación definida. Un cambio importante lo constituyó la creación del género Enterococcus que había sido sugerido por Kalina en 1970, pero no fue hasta 1984 en que Schleiffer, Klipper-Blaz y Collins lo fundamentan y se sustenta por datos de estudios de hibridación (ver capítulo "Enterococos"). A través de muchos años, se ha manejado una serie de características con el fin de crear clasificaciones prácticas. Entre ellas: la morfología de las colonias y sus reacciones hemolíticas, las especificidades serológicas de la sustancia de la pared celular que indica el grupo y otros antígenos de pared o de cápsula, las reacciones bioquímicas y de resistencia a factores físicos y químicos, y características ecológicas. También se han usado pruebas bioquímicas adicionales y genética molecular para estudiar las relaciones de las especies entre sí. La combinación de los métodos citados ha permitido establecer clasificaciones de estreptococos con propósitos de conveniencia clínica y epidemiológica, produciéndose como resultado final la descripción de varias clasificaciones. Por razones esencialmente prácticas y con vista a facilitar el diagnóstico desde el enfoque de la microbiología clínica, Rotta y Facklam propusieron que los gérmenes del género Streptococcus se dividan en dos categorías: 1. Los estreptococos β-hemolíticos, los cuales, salvo excepciones, son clasificados en grupos según el sistema de Lancefield. 2. Los estreptococos α-hemolíticos y no hemolíticos, que pueden pertenecer a grupos de Lancefield o no. En la actualidad, en el campo de la microbiología médica se tiende a señalar la clasificación de aquellos estreptococos de interés médico, con un análisis de las propiedades antes señaladas; a continuación se relacionan los siguientes (Cuadro 19.1): 1. Streptococcus pyogenes: son β-hemolíticos y poseen antígenos del grupo A. Son susceptibles a la bacitracina y producen hidrólisis de l-pirrolidonil-2-naftilamida (positivos a PIR). Se subdividen en tipos serológicos. 2. Streptococcus agalactiae: son β-hemolíticos, con una zona de hemólisis muy estrecha y, en algunas ocasiones, con una hemólisis de doble zona. Hidrolizan el hipurato de sodio, dan respuesta positiva a la prueba de CAMP y la mayoría de las cepas son resistentes a la bacitracina. 3. Streptococcus bovis: producen α-hemólisis o no son hemolíticos. A veces se clasifican como viridans. Pertenecen al grupo D de Lancefield. Proliferan en presencia de bilis, hidrolizan la esculina (positivos a la prueba de bilis-esculina), no crecen en NaCl al 6,5 %, son PIR negativos, generalmente son CAMP positivos y fermentan la lactosa. 4. Streptococcus grupo C y G: son β-hemolíticos, con una zona de ß- hemólisis más grande que la del grupo A. Se puede realizar el diagnóstico presuntivo probando su sensibilidad frente a discos con sulfametoxazol-trimetoprim, su resistencia a la bacitracina y la no hidrólisis del hipurato; la prueba de CAMP resulta negativa, fermentan la trehalosa y no el sorbitol. Se identifican por reacciones con inmunosueros específicos. 5. Streptococcus pneumoniae: son α -hemolíticos. Son sensibles al clorhidrato de etilhidrocupreína (optoquina) y son solubles en bilis y en sales biliares. 6. Streptococcus viridans: son α-hemolíticos (de aquí su nombre viridans). La optoquina no inhibe su crecimiento y las colonias no son solubles en bilis ni sales biliares. No hidrolizan esculina ni hipurato, son CAMP negativos, no crecen en caldo con NaCl al 6,5 %. Algunas cepas son susceptibles a la bacitracina. Para la identificación y especiación de las cepas del grupo viridans se requiere la realización de múltiples pruebas y, por lo general, se identifican las especies sólo cuando el aislamiento es a partir de pacientes con infecciones severas o si fuera necesario desde el punto de vista epidemiológico. 169 Microbiología y Parasitología Médicas 7. Estreptococos nutricionalmente variantes: suelen ser α -hemolíticos y algunos no hemolíticos. Se han conocido como estreptococos deficientes nutricionalmente, estreptococos dependientes de piridoxal, estreptococos satélites y con otras denominaciones. Requieren cisteína o las formas activas de la vitamina B6 (piridoxal o piridoxamina). Pueden sembrarse estrías de estafilococos sobre la placa de agar-sangre para lograr el crecimiento de estos estreptococos en forma de satelitismo. Las especies Streptococcus defectivus y Streptococcus adjacens pertenecen a este grupo. 8. Streptococcus anaerobios: producen hemolisinas de modo variable. Proliferan solamente bajo condiciones anaerobias. Cuadro 19.1. Estreptococos de importancia médica Grupo de Lancefield Hemólisis Hábitat Streptococcus pyogenes A Beta Garganta, piel Inhibición por bacitracina. PIR positivo Streptococcus agalactiae B Beta Tracto genital femenino CAMP positivo, hidrólisis del hipurato Streptococcus bovis D No produce Colon Crece en presencia de bilis, hidroliza la esculina, no crece en NaCl al 6,5 % y degrada el almidón Streptococcus grupos C y G CoG Beta Nasofaringe Streptococcus viridans (grupo integrado por diferentes especies) Algunas especies poseen sustancia específica de grupo y otras no Alfa Streptococcus pneumoniae No poseen sustancia específica de grupo Alfa Denominación Datos de laboratorio de importancia diagnóstica Enfermedades más frecuentes Faringitis, piodermitis, erisipela, escarlatina, fiebre reumática, glomerulonefritis Sepsis y meningitis neonatal Endocarditis, bacteriemia en cáncer de colon Resistentes a la bacitracina, sensibles al sulfametoxazol trimetoprim Garganta, boca, Resistentes a la optoquina, no intestino, genita- solubles en bilis, diferentes les femeninos patrones de fermentación de carbohidratos (según especie) Sinusitis, bacteriemia, endocarditis Tracto respiratorio superior Neumonía, sinusitis, otitis, meningitis, endocarditis, artritis séptica Prueba de hinchazón de la cápsula, lisis por agentes tensoactivos, sensibles a la optoquina Endocarditis, caries dental, (S. mutans) abscesos PATOGENIA Y CUADRO CLÍNICO La infección estreptocóccica en el hombre da lugar a una amplia variedad de manifestaciones clínicas, las cuales estarán en dependencia de la especie de estreptococo que la produzca, de sus propiedades biológicas infectantes, del punto de entrada de la infección, de los tejidos infectados y de la naturaleza de la respuesta del hospedero. Infecciones por estreptococos β-hemolíticos del grupo A Los Streptococcus pyogenes (estreptococos del grupo A) causan una amplia variedad de infecciones y secuelas que aparecen con más frecuencia, pero no exclusivamente, en niños, adolescentes y adultos jóvenes. Pueden manifestarse en forma endémica o epidémica. Su puerta de entrada principal y localización más común son las vías respiratorias superiores. La amigdalofaringitis estreptocóccica es la más frecuente de las infecciones bacterianas de la garganta. En la mayoría de los casos es una infección autolimitante, pero puede evolucionar y producir abscesos (en amígdalas, tejidos periamigdalares y retrofaríngeos) o linfadenitis cervical, sinusitis, otitis media, mastoiditis e, incluso, meningitis. En las vías respiratorias inferiores pueden originar neumonías. Si el estreptococo infectante elabora toxina eritrogénica, se produce una erupción típica (exantema escarlatinoso) que da lugar al cuadro clínico conocido por fiebre escarlatina. Entre las infecciones cutáneas primarias provocadas por los estreptococos del grupo A, la más habitual es el impétigo (pioderma), en particular en los climas tropicales. Otras infecciones estreptocóccicas de piel son las erisipelas, las infecciones purulentas localizadas resultantes de traumatismos y heridas menores, y las celulitis, en especial la celulitis perianal. 170 Estreptococos Algunos casos, que han sido excepcionales, pero graves, de fascitis necrosante o miositis se han vinculado a infecciones cutáneas. Otra localización primaria de estos estreptococos es el tracto genital femenino, todavía se observa en muchos países: vulvovaginitis y fiebres puerperales. Estas infecciones locales de la garganta, la piel y del tracto genital femenino pueden difundirse a través de vías linfáticas y extenderse a la circulación sanguínea, así como transformarse en una septicemia que amenace la vida del paciente, en infecciones supuradas metastásicas (artritis, osteomielitis, peritonitis, endocarditis aguda) o en un síndrome de choque tóxico estreptocóccico, que provoca la muerte a cerca del 30 % de los pacientes. Los estreptococos del grupo A son capaces de dar lugar a secuelas tardías no supuradas (enfermedades posestreptocóccicas), como la glomerulonefritis, que puede aparecer después de la infección de la garganta o la piel por cepas nefritógenas (serotipos M12; 4; 2; 49 y del 59 al 61), y la fiebre reumática, que es sólo consecutiva a infecciones de la garganta. En un estudio realizado por Zuazo, Almaguer y colaboradores sobre un brote de nefritis aguda ocurrido en una comunidad rural de la provincia Las Tunas, en Cuba, se demostró que los serotipos circulantes fueron el M12 (en los exudados faríngeos) y el M49 (en las lesiones de piel). El período de latencia existente entre la infección estreptocóccica y la aparición de estas secuelas no supuradas, sugiere que tales enfermedades posestreptocóccicas no son atribuibles al efecto directo de las bacterias que se han diseminado, sino que más bien representan una respuesta de hipersensibilidad. La glomerulonefritis puede ser iniciada por complejos antígeno-anticuerpo que actúan sobre la membrana basal glomerular. En la fiebre reumática se producen lesiones en válvulas y músculo cardíacos. Ciertas cepas de estreptococos del grupo A contienen antígenos en la membrana celular que dan reacción cruzada con los antígenos del tejido cardíaco humano. Esta enfermedad tiende a ser reactivada por infecciones estreptocóccicas recurrentes. De ahí la importancia de la profilaxis de las infecciones recurrentes. Infecciones por estreptococos del grupo B El Streptococcus agalactiae (estreptococo grupo B) fue reportado por primera vez como patógeno humano en el año 1935, por Fry, que describió tres casos fatales de sepsis puerperal. Estos estreptococos fueron reportados como patógenos humanos, pero de manera infrecuente. En la década de 1960 diferentes autores señalaron que la enfermedad debida a estos microorganismos podía ser más frecuente que lo señalado hasta ese momento. Es en la década de 1970 cuando los Streptococcus del grupo B toman importancia como un agente productor de enfermedad en el hombre, siendo causa de infección común en pacientes puérperas febriles y en los recién nacidos. Estos estreptococos se aíslan en más del 20 % de los cultivos de muestras procedentes de los tractos genitourinario y gastrointestinal bajo de mujeres embarazadas. Pueden encontrarse también en el tracto urinario de embarazadas con bateriuria asintomática. En un estudio realizado por Zuazo, Fandiño, Suárez y Valdés en Ciudad de La Habana, Cuba, a mujeres embarazadas, se aisló el microorganismo asociado a bacteriuria en el 12,8 % de las gestantes sintomáticas y en el 12 % de las asintomáticas. No se aisló el estreptococo del grupo B del grupo de mujeres no gestantes (sintomáticas y asintomáticas). El 9 % de las parturientas y los recién nacidos portan estos microorganismos en sus gargantas, vaginas y pezones. Se conocen índices de un 25 % de recién nacidos portadores, en sus ombligos. La sepsis neonatal por este agente ha ido en aumento y es una de las causas principales de meningitis, sepsis fulminante y de síndrome de insuficiencia respiratoria durante los dos primeros meses de vida en muchos países. Streptococcus bovis Pertenece al grupo D de Lancefield. Se halla normalmente en el tracto intestinal y el genital humano, así como en el tracto intestinal de ovejas y ganado bovino. 171 Microbiología y Parasitología Médicas La manifestación clínica más frecuente en el hombre es la endocarditis. La producción de bacteriemias se ha asociado a pacientes con neoplasias del tracto gastrointestinal, especialmente con carcinoma de colon. Estreptococos de los grupos C, G y F A diferencia de los grupos A y B, que cada uno contiene sólo un importante patógeno humano, los grupos C, G y F pueden comprender diferentes especies, son habitantes comunes de diversas especies animales y, por lo tanto, la infección humana pudiera resultar de la exposición al animal o a sus productos (huevos, leche mal pasteurizada). Los grupos C y G pueden colonizar la faringe humana, el tracto intestinal y la vagina. Las infecciones clínicas se clasifican en: exógenas o endógenas. Las infecciones endógenas pueden ocurrir con condiciones alteradas del hospedero tales como: la edad (neonatos y ancianos), alcoholismo, adicción a las drogas, diabetes mellitus, inmunodepresiones y cáncer. Los estreptococos del grupo F tienen una marcada selectividad para infectar a pacientes con otra enfermedad de base o con antecedentes de traumas. Entre las infecciones causadas por los grupos C, G y F podemos señalar las producidas: Por el grupo C: faringitis, amigdalitis, sepsis puerperal, neumonía, endocarditis, bacteriemia, osteomielitis, abscesos cerebrales, meningitis e infecciones de heridas quirúrgicas. Por el grupo G: sepsis puerperal y neonatal, artritis séptica, otitis media, faringitis, meningitis, neumonía, empiema, bacteriemia, peritonitis y celulitis. Por el grupo F: abscesos cérvico-faciales, dentales e intraabdominales. Se han asociado también a empiema, osteomielitis, meningitis y bacteriemia. Estreptococos viridans Se ha considerado que los estreptococos viridans tienen un bajo potencial patogénico y que las infecciones clínicas ocurren después de su salida de su hábitat. Constituyen el 60 a 70 % de los miembros de la flora bacteriana de la boca, por lo cual después de una extracción dentaria, por lo menos el 30 % de los pacientes tienen bacteriemia por estreptococos viridans. Estos estreptococos, constituyentes preponderantes de la flora del aparato respiratorio superior, son también los agentes causales más frecuentes de las endocarditis bacterianas subagudas y se han aislado de infecciones de todos los órganos y sistemas incluyendo el nervioso central, respiratorio, urogenital, músculo-esquelético y de la piel. La asociación de especies del grupo viridans con la caries dental y con la endocarditis está bien establecida. Se describe diferente frecuencia de aislamiento de las especies de los estreptococos viridans, de acuerdo con la manifestación clínica, y así podemos citar a: Streptococcus sanguis I y II, Streptococcus mitis y Streptococcus salivarius aislados de diferentes productos patológicos y los dos últimos, asociados a endocarditis; al Streptococcus mutans, relacionado con la caries dental; y al Streptococcus intermedius como agente causal de lesiones purulentas, tales como: absceso cerebral, meningitis, absceso hepático y apendicitis. Streptococcus pneumoniae Los neumococos son habitantes del tracto respiratorio superior humano; entre el 30 y el 70 % de las personas normales son, en algún momento de su vida, portadoras de neumococos virulentos, por lo cual se plantea una gran resistencia de la mucosa respiratoria normal. Diversos factores pueden disminuir esta resistencia y predisponer, por lo tanto, a una infección neumocóccica. Entre los mismos podemos citar: desnutrición, debilidad general, anormalidades del aparato respiratorio, intoxicación alcohólica o medicamentosa, nefrosis, hipoesplenismo, deficiencia del complemento, dinámica circulatoria anormal y anemia de células falciformes, entre otras. 172 Estreptococos Las infecciones neumocóccicas son frecuentes en pacientes con estados de inmunodeficiencias, en pacientes esplenectomizados, con agammaglobulinemia, mieloma múltiple y leucosis aguda y crónica. La virulencia de este microorganismo está relacionada con la cápsula, la cual lo previene de la ingestión por los fagocitos. Esta resistencia a la fagocitosis y la subsecuente invasión y multiplicación en los tejidos del hospedero, son las principales propiedades que lo facultan para producir enfermedad. Producen varias sustancias (neumolisinas, hialuronidasa, leucocidinas, neuramidasa y autolisinas), cuyo papel patogénico no está bien aclarado aún, por lo que se consideran factores de patogenicidad muy secundarios. La patogénesis de la neumonía neumocóccica es debida a la rápida multiplicación del microorganismo en los espacios alveolares con exudación de edema fibrinoso, seguido de eritrocitos y leucocitos polimorfonucleares, lo cual da como resultado la consolidación de porciones de los pulmones. En un 20 % de estos pacientes, la neumonía se acompaña de bacteriemia, teniendo, en este caso, cifras de mortalidad más elevadas. A partir del aparato respiratorio, los neumococos pueden alcanzar otros sitios, los senos óseos, el oído medio, la mastoides y las meninges. Pueden producir, además, endocarditis, artritis séptica, empiema, pericarditis y peritonitis. Los serotipos 1 al 8 ocasionan, aproximadamente, el 75 % de las neumonías neumocóccicas en los adultos; y los tipos 6; 14; 19 y 23 son las causas más corriente de las infecciones en los niños. Estreptococos anaerobios Se encuentran normalmente en el aparato genital femenino, en la boca y en el intestino. Dan lugar a lesiones supurativas que con frecuencia están asociadas a otros anaerobios, principalmente, Bacteroides. Estas infecciones se presentan en las heridas, en las mamas, en las endometritis posparto, después del rompimiento de alguna víscera abdominal o en las supuraciones crónicas del pulmón. Tales supuraciones suelen tener un olor muy fétido. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Muestras. Las muestras que se van a obtener dependen de la naturaleza de la infección estreptocóccica. Se pueden obtener con mayor frecuencia: muestras de exudado faríngeo, pus, LCR, sangre, esputos, exudado ótico y otras. Exámenes microscópicos de frotis. Los frotis hechos a partir de exudados, fundamentalmente purulentos, suelen mostrar cocos aislados, en pares o en cadenas muy cortas. Se observan grampositivos. Si se ven estreptococos en los frotis de pus y no se recupera el microorganismo del cultivo, hay que valorar la presencia de un estreptococo anaerobio. La interpretación de los resultados de la observación de los frotis depende del producto patológico a estudiar, ya que los frotis de exudados faríngeos hechos con hisopos no son dilucidantes, debido a la normal presencia de los estreptococos viridans, con iguales características morfológicas y tintoriales. Sin embargo, resulta de gran valor cuando se observan diplococos lanceolados, encapsulados y grampositivos en una muestra de un LCR o de un pus, lo que nos sugiere la presencia de un neumococo. Cuando se trata de la muestra de esputo de un paciente con neumonía neumocóccica, los frotis teñidos por el método de Gram muestran los organismos típicos. Pruebas de detección de antígenos. Están dirigidas, en lo fundamental, a la detección de los antígenos de Streptococcus pyogenes, Streptococcus agalactiae, Streptococcus grupo C y Streptoccoccus pneumoniae. Existen diferentes métodos para la detección de los mismos, entre los que podemos citar: la contrainmunoelectroforesis (CIE), métodos inmunoenzimáticos (IEA) y las pruebas de aglutinación, empleando partículas de látex adheridas al inmunosuero (LA) o dicho suero unido a la proteína A de células estafilocóccicas (coaglutinación [COA] ). Otro método a emplear es la tinción con un anticuerpo específico fluorescente y su observación al microscopio de fluorescencia. 173 Microbiología y Parasitología Médicas En pacientes con neumonía neumocóccica, el esputo fresco emulsionado y mezclado con antisueros (suero polivalente o suero antipolisacárido específico del tipo) da “hinchamiento de la cápsula o reacción de Quellung”, para identificación de neumococos y del serotipo respectivamente. La principal ventaja de estas pruebas es la obtención rápida de sus resultados, entre minutos y algunas horas después de tomada la muestra. Este tiempo está en dependencia del método utilizado. Tienen una sensibilidad entre un 60 a 90 % y una especificidad de 98 a 99 % cuando se les compara con los métodos de cultivo. Cultivo. Las muestras se cultivan en placas de agar-sangre. Si hay sospecha de anaerobios, se inocularán los medios propios para estos microorganismos. La siembra en superficie de medios sólidos en placas de Petri, se realizará por estrías con cortes en el agar. La muestra de sangre para hemocultivo se sembrará en los medios líquidos adecuados. El crecimiento de los estreptococos en estos casos puede ser más lento. La incubación en CO2 entre 5 y 10 % (método de la vela o incubadora de CO2), puede acelerar la hemólisis y resulta indispensable cuando realizamos un cultivo donde se sospecha la presencia de neumococos. Identificación. El reconocimiento de las características de las colonias y el tipo de hemólisis, son las premisas de la identificación; pero un informe de microbiología clínica que indique sólo la presencia de estreptococos β-hemolíticos es muy insuficiente. El diagnóstico clínico preciso depende de que se conozca el grupo serológico específico de los estreptococos implicados en la infección. El agrupamiento serológico y la tipificación deberán realizarse siempre que sea posible para una clasificación definitiva y por razones epidemiológicas. Los carbohidratos específicos de grupo pueden ser extraídos por diferentes métodos: calor, ácido caliente o enzimas. Cuando dichos antígenos se enfrentan a los sueros correspondientes, dan reacciones de precipitación específica que permiten clasificar a la cepa aislada, en los grupos serológicos de Lancefield. Se emplean también métodos de aglutinación látex (LA) y de coaglutinación (COA). A las cepas de Streptococcus pyogenes (grupo A), se les puede completar su identificación en serotipos M. La especificidad antigénica de los polisacáridos capsulares del Streptococcus pneumoniae y del Streptococcus agalactiae se usa para tipificar los mismos. Para completar la identificación de especie, se pueden usar pruebas bioquímicas, pruebas de susceptibilidad o resistencia a ciertos agentes químicos y presencia de enzimas. Se han elaborado pruebas para la identificación presuntiva de algunos grupos de estreptococos, sobre todo los de mayor importancia médica. Entre las pruebas disponibles para los estreptococos del grupo A figuran la prueba del disco de bacitracina y la prueba PIR; para los del grupo B se encuentran la hidrólisis del hipurato y la prueba de CAMP; para el neumococo tenemos la prueba de la optoquina y la solubilidad en bilis; para los grupos C y G se utiliza el disco de bacitracina junto a uno de sulfametoxazol-trimetoprim; y para los estreptococos del grupo D (no enterococos) empleamos el cultivo en medio de bilis-esculina y NaCl al 6,5 %. Es importante recordar que estas pruebas no son totalmente fiables, tienen buena sensibilidad y especificidad, fundamentalmente si se combinan y se hace una adecuada interpretación de sus resultados (ver Cuadro 19.1), pero en algunos casos se requieren pruebas de confirmación. Existen en la actualidad métodos no serológicos que permiten la identificación de cepas. Estos métodos se han elaborado, en parte, como respuesta a los problemas que conlleva, a menudo, la producción de un elevado número de sueros diagnósticos específicos para la serotipificación estreptocóccica. Además ofrecen la ventaja de que pueden utilizarse para identificar y definir relaciones entre cepas cuyo tipo no se puede determinar mediante las técnicas convencionales. Entre los mismos podemos citar: fagotipia, tipificación por bacteriocina, electroforesis en gel de ADN en pequeños fragmentos, ribotipia, electroforesis en gel en campo pulsante de ADN en fragmentos grandes, tipificación vir y otras. Pruebas serológicas para determinar anticuerpos. Las auténticas infecciones por estreptococos del grupo A son las que van seguidas de una respuesta inmunológica específica, consistente en un aumento significativo del título de anticuerpos frente a uno, por lo 174 Estreptococos menos, de los antígenos estreptocóccicos extracelulares (estreptolisina O, desoxirribonucleasa B, hialuronidasa o nicotinamida-adenina-dinucleotidasa). Dichas respuestas pueden utilizarse para diferenciar la infección auténtica del estado de portador. La elevación de los títulos puede comenzar poco después del inicio de la infección: los títulos máximos de antiestreptolisina O (AELO) suelen aparecer entre 3 y 5 semanas después del inicio de la infección, pero el título de anti-Dnasa B no alcanza el nivel máximo hasta 6 a 8 semanas después del comienzo. El descenso progresivo del título de anticuerpos comienza en pocas semanas, pero la tasa de descenso varía considerablemente de un enfermo a otro; los títulos de anti-Dnasa suelen permanecer elevados más tiempo que los de AELO. Un aumento del título de anticuerpos puede interpretarse como indicio de una infección reciente por estreptococos del grupo A. Sin embargo, un hecho que tiende a confundir la interpretación de los resultados de laboratorio, es cuando vamos a considerar alto o bajo el nivel absoluto de anticuerpos. La dificultad surge al tratar de establecer el criterio de “normalidad”, ya que la determinación de dichos títulos de AELO presenta los mismos problemas teóricos que la definición de cualquier característica biológica normal. El llamado límite superior de un título “normal” es simplemente un valor estadístico para una población dada, en un momento determinado y debe aplicarse con precaución. Por lo tanto, este límite puede variar de acuerdo con la edad, la estación del año, el área geográfica, condiciones sociales, estado económico y otros factores relacionados con la frecuencia de la infección estreptocóccica en la población estudiada. Por lo antes expuesto es necesario fijar los límites de “normalidad” para cada región. En Cuba, Zuazo y colaboradores han realizado diferentes estudios sobre el tema, valorando a través de varios años el título medio de AELO en población adulta y en grupos de niños, sanos y con diagnóstico de fiebre reumática. Los grupos de población estudiados pertenecían a distintas provincias del país. Los títulos medios de AELO encontrados en la población adulta sana (entre 18 y 57 años de edad) correspondió a 250 U Todd y en la población infantil se hallaron cifras promedio de 350 U Todd. El título de AELO tiende a ser más alto en enfermos con fiebre reumática aguda que después de infecciones sin complicaciones. En los estudios realizados por Zuazo, Sanchén y colaboradores, se registraron diferencias significativas entre los títulos promedio de AELO de los niños con fiebre reumática activa (518 U Todd) e inactiva (364 U Todd). Los individuos normales pudieran tener títulos más elevados que los valores promedio aceptados como normales, y, además, representar infecciones pasadas y no equivalentes a enfermedad. Otras pruebas de laboratorio. Para el diagnóstico de neumococos, se utiliza la inyección intraperitoneal del esputo a ratones de laboratorio. Los animales mueren entre 18 y 48 horas. La sangre del corazón da cultivo puro de neumococos. INMUNIDAD La resistencia contra las enfermedades estreptocóccicas es específica de tipo. Un hospedero que se haya recuperado de una infección por estreptococo del grupo A, de un tipo M determinado, es más o menos resistente a las reinfecciones por el mismo tipo M, pero sensible a infecciones por otros tipos M. La inmunidad para la toxina eritrogénica está dada por la presencia de antitoxina en sangre del hospedero, lo cual protege sólo contra el exantema de la escarlatina. La elevación de los anticuerpos AELO no indica inmunidad. En la infección neumocóccica, la inmunidad es específica de tipo y depende de los anticuerpos al polisacárido capsular. TRATAMIENTO Los estreptococos β-hemolíticos del grupo A son sensibles a la penicilina G y a la eritromicina. Algunos son resistentes a las tetraciclinas. 175 Microbiología y Parasitología Médicas Los estreptococos β-hemolíticos del grupo B son sensibles a la penicilina G. Son también sensibles a la ampicilina y aminoglucósidos; a cefalosporinas de primera y segunda generaciones (excluyendo cefoxitin) y la ceftriaxona es la más eficaz entre las de tercera generación. El imipenem tiene también gran actividad in vitro e in vivo. Los neumococos son sensibles a muchos antimicrobianos, siendo la penicilina el medicamento de elección, aunque desde la década de 1970 aparecieron cepas resistentes a la misma. Se ha reportado, también, resistencia a tetraciclinas, eritromicina y lincomicina, y otras que ofrecen multirresistencia, incluyendo a la penicilina. Los estreptococos α -hemolíticos varían ampliamente en cuanto a la susceptibilidad frente a los agentes antibacterianos. Un creciente porcentaje de estreptococos viridans muestra resistencia a la penicilina, principalmente las cepas recuperadas de pacientes con historia de enfermedad cardíaca, necesitados de profilaxis antimicrobiana. Las pruebas de susceptibilidad in vitro resultan de gran utilidad. EPIDEMIOLOGÍA Muchas especies del género Streptococcus forman parte de la flora indígena del cuerpo humano y provocan enfermedades sólo cuando se establecen fuera de su hábitat. En la prevención de tales situaciones, esencialmente durante intervenciones quirúrgicas de determinadas regiones que pudieran dar lugar a bacteriemias transitorias, se administran antimicrobianos como medida profiláctica. La mayor incidencia de infecciones causadas por S. pyogenes se encuentra en la faringe; son los niños, los que más frecuentemente la padecen, por lo general entre los 5 y los 13 años. En estudios clínicos, epidemiológicos y bacteriológicos efectuados en diferentes provincias de Cuba, por Zuazo, Nordet, Pérez Amarillo, Soto, Trujillo, Pascual, Morén, Bringas y colaboradores, hallaron que la mayoría de las cepas de estreptococos β-hemolíticos aisladas de los exudados faríngeos de los niños estudiados (entre 5 y 14 años de edad), se clasificaron como grupos A, C, G y B. El mayor porcentaje correspondió al grupo A y el menor al B. En dichos estudios, los mayores porcentajes de aislamiento de estreptococos del grupo A se obtuvieron en el trimestre de abril a junio, siendo significativas las diferencias encontradas con los aislamientos de otros períodos del año. Los grupos de edad que se vieron más afectados por la infección estreptocóccica correspondieron a los 5 a 6 años y 9 a 10 años. Breese señala que la infección estreptocóccica presenta un pico a los 5; 6 y 7 años de edad, con una disminución después de los 10 años. Feinstein plantea que la tasa de incidencia de infección estreptocóccica del grupo A disminuye a medida que aumenta la edad. La transmisión de los estreptococos del grupo A se lleva a cabo a través del contacto directo con portadores asintomáticos, convalecientes o enfermos que se encuentran en el medio. Las vías de transmisión son: las gotitas de Flügge; las secreciones nasales de personas que albergan estos estreptococos, que constituyen la fuente más peligrosa de contaminación; los alimentos; y los objetos recién contaminados, aunque en la actualidad se considera dudosa su participación. Los estreptococos del grupo B que se encuentran en la flora indígena de la vagina, uretra, tractos gastrointestinal y respiratorio del hombre, se relacionan estrechamente con la enfermedad infecciosa perinatal, tanto de la puérpera como del neonato. La transmisión es de madre a hijo. La colonización de las mucosas del recién nacido es el resultado de una transmisión vertical del microorganismo a partir de la madre, tanto en el útero mediante una ruta ascendente o en el momento del parto. Este tipo de transmisión se produce aproximadamente en el 50 % o más de las mujeres colonizadas. Se han descrito otros tipos de transmisiones mucho menos frecuentes, tales como infecciones nosocomiales producidas en cuneros y niños infectados en la comunidad sin previa colonización durante el parto. Para el neumococo, la vía de entrada es la nasofaringe; por lo tanto, las epidemias están íntimamente relacionadas con la presencia de portadores en el medio y la ocurrencia de factores predisponentes. Los niños y los ancianos son los grupos de mayor riesgo. Las epidemias son más frecuentes en los meses del otoño y de la primavera. 176 Estreptococos PREVENCIÓN Y CONTROL Los procedimientos de control se dirigen, fundamentalmente, a: hallazgo y tratamiento antimicrobiano temprano de las infecciones respiratorias y cutáneas por estreptococos del grupo A, quimioprofilaxis antiestreptocóccica en las personas que han presentado un ataque de fiebre reumática, erradicación de los estreptococos del grupo A de los portadores, control del polvo, ventilación, filtración del aire, luz ultravioleta y pulverizaciones con aerosoles, pasteurización de la leche, profilaxis farmacológica en una madre con cultivos positivos a estreptococos del grupo B, con el fin de evitar la sepsis del neonato. Para la prevención de la enfermedad neumocóccica, es importante evitar los factores predisponentes, establecer un diagnóstico rápido e iniciar tempranamente el tratamiento antibacteriano adecuado. Es posible la utilización de vacunas elaboradas con los polisacáridos específicos de los tipos de neumococos que con más frecuencia producen enfermedad. Son de utilidad en niños y en ancianos, debilitados o con inmunosupresión. RESUMEN El género Streptococcus está constituido por diferentes especies con factores de patogenicidad muy diversos. Muchas forman parte de la flora indígena del hombre, en distintas localizaciones y son capaces de producir enfermedad cuando se encuentran fuera de su hábitat. Otras especies son patógenas y son los agentes causales de variadas manifestaciones clínicas. Las especies que se encuentran relacionadas con la infección humana son S. pyogenes, S. agalactiae, S. bovis, S. pneumoniae, Streptococcus viridans y los anaerobios. Son bacterias redondeadas, grampositivas, agrupadas en cadenas, excepto el S. pneumoniae que se presenta como diplococo lanceolado, encapsulado o en cadenas cortas. El diagnóstico de laboratorio resulta de utilidad para el inicio del tratamiento y con fines epidemiológicos. Son microorganismos con estructura antigénica muy compleja y productores de una gran cantidad de sustancias extracelulares. Existen varios sistemas de clasificación, uno muy útil en la práctica médica es el empleo de los grupos de Lancefield, basado en la detección de un carbohidrato grupo específico. Otro marcador importante es el reconocimiento de la hemólisis que se produce alrededor de las colonias. Se describen pruebas presuntivas que permiten la identificación de especies patógenas, con una alta sensibilidad y especificidad. Se enuncian los patrones de sensibilidad a los antimicrobianos, según el comportamiento de las diferentes especies relacionadas con la infección humana. Se describen las características epidemiológicas y las medidas de prevención y control de las infecciones estreptocóccicas en el hombre. BIBLIOGRAFÍA Appelbaum PC. 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Especies: E. faecalis E. faecium E. durans E. hirae E . dispar E. avium E. cecorum* E. gallinarum E. sulfureus E. mundtii E. raffinosus E. solitarius E. seriolicida** E. columbae E. malodoratus E. saccharolyticus E. pseudoavium E. casseliflarus * Habita en patos, pollos, canarios, perros, gatos, cerdos. ** Habita en peces. Los enterococos constituyen un numeroso grupo bacteriano de la flora intestinal del humano y los animales. Hasta principios de los años 80, este comensal del tracto intestinal no era reconocido como un patógeno problemático, sus afecciones clínicas se limitaban a 179 Microbiología y Parasitología Médicas cuadros de endocarditis y raros casos de meningitis. Desde finales de los años 80 e inicios de los 90, este microorganismo comenzó a emerger como uno de los más importantes agentes nosocomiales, responsable de bacteriemias, infecciones de heridas quirúrgicas e infecciones del tracto urinario. De las especies bacterianas pertenecientes al género Enterococcus, E. faecalis y E. faecium son las más comúnmente aisladas del ser humano, aconteciendo para un 85 a 95 % y 5 a 10 % de las afecciones clínicas respectivamente. HÁBITAT Los enterococos se encuentran aproximadamente en todos los animales. En el humano, son flora normal del tracto gastrointestinal (TGI), tracto genitourinario (TGU), vías respiratorias superiores, cavidad oral, piel, vagina y uretra femenina. También se hallan en las superficies del entorno ambiental, en el agua, en la vegetación, resultado de la contaminación por excrementos de animales y en aguas albañales no tratadas. En el humano, la concentración del enterococo en las heces es de 108 UFC/g. Los factores microbiológicos y ecológicos que favorecen la colonización intestinal permanecen aún oscuros. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Los enterococos son células esféricas u ovoides que miden de 0,6 a 2,0 x 0,6 a 2,5 m; son cocos grampositivos que aparecen en par o en cadenas cortas en medio líquido; son no capsulados, no forman endosporas; son anaerobios facultativos; poseen requerimientos nutricionales complejos; son catalasa negativa, aunque algunas cepas de E. faecalis pueden ser positivas debido a la producción de una pseudocatalasa cuando crecen en medios que contienen sangre. Raras cepas son móviles por la presencia de flagelos. Fermentan una amplia variedad de carbohidratos con elaboración de ácido láctico sin producción de gas; la temperatura óptima de crecimiento es de 37 °C. Todas las cepas hidrolizan leucina-b-naftilamida (LAP) y la mayoría hidrolizan L-pirrolidonil-β-naftilamida (PIR), con excepción de E. cecorum, E. columbae y E. saccharolyticus. Dentro de la familia Streptococcacea constituyen los agentes más resistentes a la desecación y a los desinfectantes. Toleran altas condiciones de pH: 9,6; usualmente fermentan la lactosa; rara vez reducen nitratos. El contenido de G + C del ADN es de 37 a 45 mol%. Producen, por lo general, α o γ hemólisis, excepto algunas especies que pueden mostrar β-hemólisis, como: E. faecalis, E. durans y E. gallinarum. Otros aspectos microbiológicos importantes en su identificación son: 1. Crecimiento usual a temperaturas de 10 a 45 °C, tolerando valores superiores a 60 °C. 2. Crecimiento en presencia de 6,5 % de NaCl. 3. Hidrólisis de la bilis-esculina. 4. Reducción de la leche con azul de metileno. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA A diferencia de otros estreptococos, el antígeno grupo D no es un carbohidrato de pared celular. Está formado por ácido lipoteicoico asociado a la membrana citoplásmica; es un poliglicerol fosfato que contiene D-alanina y glucosa. Existen variaciones en la estructura del peptidoglucano entre las diferentes especies del grupo; E. faecalis contiene solamente ácido glutámico, lisina y alanina, mientras que E. faecium y E. durans también contienen ácido aspártico. Se han reportado tres proteínas de superficies de diferentes pesos moleculares como antígenos prominentes de E. faecalis, las cuales parecen ser específicas de este. Anticuerpos frente a estos antígenos han sido encontrados en pacientes con endocarditis por E. faecalis, pero no en aquellas causadas por otros estreptococos o en distintas infecciones producidas por el mismo. 180 Enterococos PATOGENIA La patogenia está estrechamente relacionada con su lugar de residencia, pues las infecciones se producen a punto de partida de su invasión desde los sitios anatómicos de colonización ante la existencia de varios factores predisponentes como el uso previo de antibióticos de amplio espectro (cefalosporinas), inmunodepresión, cateterismos, sondaje vesical, diálisis peritoneal, valvulopatías, diabetes mellitus e infección por Clostridium difficile. Factores de virulencia Poco se conoce sobre los factores relacionados con la colonización, la translocación intestinal, adhesión hística, evasión de la respuesta del hospedero y la modulación de la respuesta inflamatoria. Dentro de los factores de virulencia estudiados se encuentran: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Producción de citolisina. Fabricación superóxida extracelular (O2 ). La actividad citocromo C reductasa. Proteínas de superficie ESP. Producción de sustancias de agregación. Gelatinasa. La citolisina es ampliamente producida por E. faecalis, el cual, desde un punto de vista intrínseco, es más virulento que E. faecium; esta se ha asociado con ruptura de membranas (células bacterianas, eritrocitos) con actividad observada a través de una zona de hemólisis en algunos tipos de agar-sangre; contribuye a la toxicidad o letalidad de infecciones en modelos murinos; está asociada con un mayor riesgo de muerte en bacteriemias nosocomiales y favorece la diseminación del enterococo en la sangre, demostrado experimentalmente en ratones. Estudios recientes han corroborado una estrecha asociación entre la producción de radicales libres superóxidos y un aumento de la invasividad, y, por tanto, un incremento de la patogenicidad de los enterococos. Estos radicales libres son más comúnmente producidos por E. faecalis y enterococos móviles, además se plantea que pudieran conferirle un crecimiento ventajoso al enterococo en el milium intestinal, facilitando, por consiguiente, la colonización o un sobrecrecimiento; así como, quizá, le confiera habilidad a cepas invasivas para evadir las defensas del hospedero. También han estado asociados a un aumento de la respuesta inflamatoria y daño a células eucariotas. Los mecanismos por los cuales generan O2 extracelular son desconocidos y se requieren estudios moleculares de los genes que codifican para esta propiedad. La actividad citocromo C reductasa en filtrados de membranas de E. faecalis ha sido descrita desde 1955 como uno de los productos extracelulares relacionados con la virulencia del enterococo. Se ha descrito la capacidad de producción de sustancias de agregación o "biofilms" por parte de los enterococos, sobre todo en células vesicales; estos son altamente resistentes a la terapia antimicrobiana, lo que explica el incremento de las infecciones enterocóccicas en pacientes tratados previamente. La resistencia antimicrobiana está íntimamente relacionada con la virulencia de los enterococos, ya que es una propiedad que acontece para la mayoría de las cepas virulentas y le confiere una gran ventaja de fácil diseminación en el ambiente hospitalario. Colonización de la piel por enterococos 1. Facilita la transmisión del enterococo de paciente a paciente, favoreciendo la rápida diseminación del mismo en el hospital. 2. La colonización de la piel puede explicar la importancia del microorganismo como causa de bacteriemias ligadas a cateterismos vasculares e infecciones cruzadas en el hospital. 3. La frecuente resolución espontánea de bacteriemias sugiere que hemocultivos positivos pueden resultar de la contaminación de especímenes provenientes de la piel. 181 Microbiología y Parasitología Médicas Resistencia del hospedero a la colonización por enterococos 1. Acción protectora de la flora anaerobia normal. 2. Mucosas intactas. 3. Secreción de ácidos grasos. 4. Motilidad intestinal. 5. Inmunidad intestinal. La ruptura de la integridad del tracto gastrointestinal y tracto genitourinario conlleva a la invasión del torrente sanguíneo por los enterococos, por lo que es considerado un agente oportunista. IMPORTANCIA CLÍNICA Está dada por: 1. Rápida emergencia como uno de los más problemáticos patógenos nosocomiales. 2. Rápida resistencia a drogas antimicrobianas. Dos tipos de enterococos causan infección: 1. Aquellos que provienen de la flora nativa del paciente, los cuales no tienen otra resistencia que no sea la intrínseca, mediada cromosómicamente y que, por lo general, no se transmiten de cama en cama. 2. Aquellos con tendencia a resistencia múltiple y son capaces de transmisión nosocomial. Las infecciones del tracto urinario, infecciones de heridas quirúrgicas y bacteriemias, son las entidades clínicas más frecuentes producidas por este germen. Infecciones del tracto genitourinario. Ocurren, fundamentalmente, en hombres de edad avanzada con enfermedad prostática, en pacientes sometidos a procederes urológicos, cateterismo vesical, anomalías estructurales renales y trasplantes renales. Las manifestaciones clínicas son similares a aquellas producidas por otras bacterias. Bacteriemias. El 25 a 45 % de estas son polimicrobianas asociadas, principalmente, a bacilos gramnegativos y Staphylococcus aureus. El 75 % son nosocomiales, y el 25 a 35 % son comunitarias. Sólo se aíslan en el 5 % de los cultivos de sangre positivos. El factor de riesgo principal lo constituye la terapia prolongada con cefalosporinas y hospitalización prolongada del paciente. Con mayor frecuencia se originan a partir de heridas quirúrgicas, infecciones del tracto urinario, uso de catéter intravenoso, afecciones intraabdominales, afecciones del tracto biliar e infecciones cutáneas, y el 25 a 45 % de estas son de causa desconocida. Por lo general se presentan en personas mayores de 50 años de edad con enfermedades subyacentes. Endocarditis. Su frecuencia de aislamiento es de 10 a 15 %, produciéndose con mayor periodicidad en pacientes hemodializados, con cardiopatías previas, afecciones colorrectales y pacientes sanos de edad avanzada. Es más habitual en los hombres. Los enterococos también ocasionan otras enfermedades, entre las que se encuentran: infecciones del tracto biliar; septicemias con frecuencia recurrentes, sepsis ligada a catéter; abscesos intraabdominales, peritonitis recurrentes en pacientes quirúrgicos, infecciones pélvicas, neumonías. Como enfermedades inusuales se han reportado: otitis externa, empiemas, osteomielitis vertebral, infecciones profundas del cuello, tromboflebitis mesentérica, celulitis, también han sido aislados de prótesis ortopédicas. Los neonatos hospitalizados en las salas de Unidades de Cuidados Intensivos Neonatales (UCIN) presentan un alto riesgo de padecer infecciones enterocóccicas, no sólo los recién nacidos de bajo peso, sino también aquellos de peso normal. La adquisición en muchos de ellos puede ser maternal a partir de la colonización del tracto genital en el 50 % de los casos y se presentan en forma de meningitis, bacteriemias y septicemias. Se han reportado infecciones humanas (endocarditis y septicemias) producidas por enterococos aislados de animales, por ejemplo, E. cecorum, especie aislada de pollos, vacas, caballos, gatos, patos y canarios; E. avium, aislado de las aves; y E. bovis ha originado septicemias y endocarditis relacionadas con carcinoma de colon. 182 Enterococos DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Procedencia de muestras Las muestras deben obtenerse según la naturaleza de la infección enterocóccica. En infecciones humanas se aíslan de sangre, orina, exudados de heridas, líquido cefalorraquídeo (LCR), punta de catéter, líquido ascítico, esputo; vagina; pus; líquido sinovial; exudado ótico; úlceras de decúbito. Para estudios de colonización se han realizado aspirados traqueales, gástricos, exudados orofaríngeos y rectales. Debido a que el enterococo raramente contamina especímenes de sitios estériles (fluidos corporales, sangre, LCR, líquido sinovial), su aislamiento a partir de los mismos debe considerarse infección; sin embargo, el aislamiento de exudados de superficies mucosas requiere una adecuada interpretación. Identificación Frotis. El examen microscópico por medio del examen directo con tinción de Gram revela cocos grampositivos en parejas o dispuestos en cadenas cortas. También se ha usado la tinción de tinta china y de cristal violeta. Cultivo. Las muestras bajo sospecha de contener enterococos se cultivan, fundamentalmente, en agar-sangre 5 % de carnero. Existen otros medios generales como agar-chocolate, agar-tripticasa-soya y agar-infusión-cerebro-corazón con 5 % sangre de carnero. Dentro de los medios selectivos se encuentran: el agar enterococel, caldo para E. faecalis (SF); el caldo estreptocóccico Kenner fecal (KF) y el caldo buffer-azida-glucosaglicerol (BAGG) para recuperar enterococos del agua, los alimentos, orina o materia fecal. Los bacilos coliformes y gramnegativos son inhibidos y los enterococos crecen produciendo un pigmento de color visible debido a la elaboración de ácido a partir de la glucosa presente. El componente inhibidor lo constituye la azida de sodio. La incubación se realiza durante 24 horas a una temperatura óptima de crecimiento de 35 a 37 °C. Morfología macroscópica y microscópica: desde el punto de vista morfológico son colonias más grandes que las de los estreptococos del grupo A, menos opacas y a veces blancas brillantes semejantes a colonias de estafilococos. Pueden mostrar α o γ−hemólisis y más raramente β-hemólisis, en específico E. faecalis var. zymogenes, E. durans y E. gallinarum en sangre de caballo, conejo y humano. Recientemente se reportó una morfología inusual colonial de E. faecalis dada por el aspecto mucoide relacionado con la encapsulación del agente, proveniente de una infección del tracto genitourinario, el cual constituye un emergente morfotipo de muestras clínicas que dificulta la identificación de los aislamientos como especies de enterococos. Pruebas de género 1. Hidrólisis de la bilis-esculina: determina la capacidad del agente de hidrolizar el glucósido esculina en esculetina y glucosa, en presencia de bilis (10 al 40 %). La esculetina reacciona con una sal de hierro para formar un complejo castaño oscuro a negro. a) Positiva: presencia de un color negro a castaño oscuro en el pico de flauta. b) Negativa: no se produce el ennegrecimiento del medio o ennegrecimiento de menos de la mitad del tubo después de 72 horas de incubación. Existe una modalidad rápida de la prueba con tiras reactivas impregnadas con esculina y bilis (Pathotec). c) Resultados: dentro de 1 a 4 horas de la incubación. 183 Microbiología y Parasitología Médicas 2. Tolerancia a 6,5 % de NaCl: determina la capacidad del microorganismo de tolerar altas concentraciones de cloruro de sodio. a) Positiva: si hay crecimiento dado por turbidez del medio, que se comprueba sembrando una asada del inóculo en una placa de agar-sangre. b) Negativa: no crecimiento visible. Pruebas de especiación (Cuadro 20.1) Otras pruebas bioquímicas El PIR test (L-pirrolidonil-β-naftilamida), sustrato para la pirridonilpeptidasa: después de la hidrólisis del sustrato por la peptidasa, la naftilamida resultante produce un color rojo al agregarse 0,01 % de reactivo cinamaldehído. La especificidad de la prueba es de 73 a 91 % y es positiva en las especies de enterococos, con excepción de E. cecorum, E. columbae y E. saccharolyticus. Lap test (leucina-β-naftilamida), sustrato para la leucinoaminopeptidasa: es una prueba rápida de detección de dicha enzima en cultivos de bacterias y resulta positiva en especies de enterococos. Métodos bioquímicos comerciales: API 20STREPP (BioMériux). Técnicas de diagnóstico rápido Se dispone de pruebas serológicas como la prueba de aglutinación de partículas de látex (método serológico más usado), la contrainmunoelectroferesis y un sistema ELISA para el diagnóstico serológico de E. faecalis, el cual se ha usado, además, para valorar respuesta al tratamiento. Técnicas de biología molecular Las investigaciones epidemiológicas de las infecciones enterocóccicas han sido limitadas por la carencia de sistemas de tipificación suficientemente discriminativos y altamente reproducibles. Métodos clásicos de tipificación se han puesto en práctica como el biotipaje, perfiles de resistencia antimicrobiana, tipaje por bacteriocinas y fagotipaje, y aunque en determinados momentos han brindado una útil información, por lo general consumen mucho tiempo, presentan problemas con la reproducibilidad, la discriminación entre cepas, la interpretación y la disponibilidad de reactivos, por lo que su valor en los estudios epidemiológicos ha sido limitado. Diferentes métodos de biología molecular se han usado en los estudios de epidemiología molecular de especies de enterococos, los que constituyen hoy en día una herramienta fundamental en la tipificación y caracterización de las cepas, al crear nuevos horizontes en la epidemiología de las infecciones intrahospitalarias por este germen. Dentro de estos métodos se encuentran: 1. Reacción en cadena de la polimerasa (RCP) aplicada a muestras fecales. 2. DNA-fingerprinting. 3. Hibridación ADN-ADN. 4. Electroforesis en campo pulsado (PFGE). 5. REA (análisis por endonucleasas de restricción). 6. Ribotipaje: con sondas ARNr de E. coli. 7. Secuenciación de genes de ARNr 16 S de enterococos aplicada a la identificación de especies. La electroforesis en campo pulsado ha sido muy útil en la determinación de diversidad de patrones genéticos de cepas nosocomiales de enterococos, demostrando una nueva forma de transmisión (exógena) además de la endógena de estas cepas, por lo que constituye la técnica gold standard en los estudios epidemiológicos de infecciones nosocomiales enterocóccicas. 184 E. gallinarum - - - - - - - + - - - (-) (-) - - - + - + ND + ND + - + - + ND + - + - + ND - + - + (-) + (+) + - + - + ND ND ND + ND d - + ND ND + ND + + ND ND ND ND α ND ND + + + ND ND ND ND ND ND ND + + ND ND ND ND ND - + + + α + + + ND ND ND ND ND ND + ND d + ND d α + ND d - + + ND ND + ND ND (+) + ND ND d α ND + + ND ND ND ND + D ND + + α, β ND + d ND + + + + (β) ND ND + (+) ND + ND α ND + + + ND + (+) + d α,β + + + ND + ND ND ND ND ND + + d + + + + + d + + + + (+) + + + (+) d d + ND ND + ND + + ND ND + + + + ND + ND + + + + + + + + + + + + ND ND + ND + + + + + + + + + + + + (+) + + + + + + + + + + - ND ND + + + + ND + ND - + + (-) d + + + (+) + (+) + d + + + (+) + + + + + + (+) + + + d (-) (-) - D D ND (D) No D No D D Q(D) D No D No D D D D D D E. hirae E. faecium - E. avium E. faecalis E. cecorum E. casseliflavus E. solitarius E. seriolicida E. saccharolyticus E. raffinosus E. pseudoavlum E. durans Crecimiento a: 450C 500C Crecimiento en : 6,5% NaCI 0,04% Telurito 0,01% Tetrazolium 0,1% Leche azul de metileno Pigmentación Amarilla Hemólisis Producción H2S Amonio a partir de arginina Hidrólisis de Arginina Hidrólisis de Hipurato Reacción V-P Acido de : D-Xilosa L-Ramnosa Sacarosa Lactosa Melibiosa Rafinosa Melicitosa Glicerol Adonitol Sorbitol Manitol Grupo serológico de Lancefield E. dispar Motilidad E. mundtii Pruebas de identificación E. malodoratus Cuadro 20.1 Caracteriísticas diferenciales de especies de enterococos 185 Enterococos Símbolos: +, 90% de las cepas son positivas; (+), 80-89% de las cepas son positivas; d, 21-79% de las cepas son positivas; (-), 11-20% de las cepas son positivas; - , 90% de las cepas son negativas; α, usualmente α-hemolíticas; (α), a veces α- hemolíticas; β, usualmente β-hemolítica; (β), a veces β-hemolíticas; α,β, puede ser α o β−hemolítica; D, determinado; ND, no determinado; Q(D), grupo Q pero puede reaccionar con grupo D. Tomado de : Holt JG, Kreig NR, Smath PHA,Staley JT and Williams ST.Gram positive cocci. En Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology.9 ed. Baltimore. Editorial Williams & Wilkins. Microbiología y Parasitología Médicas Pruebas de susceptibilidad antimicrobiana Según las normas del NCCLS (National Committee for Clinical Laboratory Standards), las técnicas recomendadas para la determinación de la susceptibilidad antimicrobiana en especies de enterococos son: 1. Prueba de difusión por disco. 2. Determinación de la concentración inhibitoria mínima (CIM). Existen también otros métodos como: agar "screen" para la vancomicina E-test; MicroScan; Vitek GPS-TA y el GPS-101. La prueba de difusión por disco se basa en la formación de un halo de inhibición del crecimiento bacteriano alrededor de un disco impregnado con el antimicrobiano a probar. Los diámetros de inhibición pueden correlacionarse con las CIM obtenidas por los métodos de dilución. Las técnicas de dilución en caldo (CIM) se emplean para medir en forma cuantitativa la actividad in vitro de un agente antimicrobiano contra la bacteria. Puede ser por dos métodos: microdilución en placa y microdilución en tubo. Prueba épsilon o E-test Esta prueba es muy usada para determinar susceptibilidad a la vancomicina. Se trata de una modificación de la prueba de determinación de susceptibilidad antimicrobiana por difusión con discos. La prueba se basa en el uso de tiras o “epsilómetros” conformadas por un soporte de 5 x 150 mm, el cual contiene un gradiente exponencial continuo de antibiótico inmovilizado en uno de sus lados y una escala interpretativa en el otro. El gradiente de antibiótico cumple un amplio rango de concentración correspondiente aproximadamente a 20 diluciones dobles de CIM. Estas concentraciones están diseñadas para corresponder con los rangos de CIM clínicamente relevantes con los puntos de corte correspondientes a cada antimicrobiano. A diferencia de la técnica de Kirby-Bauer, en vez de observar una zona circular de inhibición, se aprecia una zona elíptica. La concentración mínima del antibiótico se determina en la escala, en el punto en el cual el crecimiento se hace más difuso o se inhibe. Este sistema ofrece una lectura más precisa que las lecturas en logaritmos de los métodos tradicionales debido al amplio rango de CIM y los intervalos de concentración de los antibióticos impresos en la escala. EPIDEMIOLOGÍA La incidencia de las infecciones enterocóccicas se ha incrementado notablemente en la última década. El enterococo vancomicina resistente (EVR) ha emergido como el enterococo más problemático causante de infecciones intrahospitalarias desde 1990, incrementándose de forma significativa del 10 a 15 % de todos los aislamientos enterocóccicos; esto constituye un riesgo para la salud de los pacientes hospitalizados e inmunocomprometidos. El EVR se ha diseminado rápidamente en los Estados Unidos, aumentando el porcentaje de infección nosocomial entre 1989-1993 (0,3 al 7,9 %). A finales de 1998 reportaron que anualmente en este país se producen 110 000 infecciones del TGU; 25 000 bacteriemias; 40 000 infecciones de heridas y 1 100 casos de endocarditis por enterococos, la mayoría de las infecciones ocurren en hospitales. En Japón y en algunas localidades de Estados Unidos y España, el enterococo ha sido considerado la segunda causa de infección nosocomial. La colonización-infección por enterococo multidrogorresistente (EMDR) sucede a nivel mundial, esta multidrogorresistencia le confiere al enterococo una ventaja selectiva dentro del ambiente hospitalario. La mortalidad por infección enterocóccica se dificulta porque con frecuencia se trata de infecciones polimicrobianas, no obstante, se reportan cifras de 7 al 50 % de casos fatales. El índice de letalidad es de 30 a 6 0%. La transmisión del enterococo ocurre de persona a persona, lo cual ha cobrado gran importancia en el origen de las infecciones nosocomiales, ya que portadores transitorios de 186 Enterococos enterococos en las manos del personal médico han sido un modo importante de transmisión en varias epidemias hospitalarias e interhospitalarias; esta transmisión exógena se ha incrementado ante la contaminación ambiental por enterococo vancomicina resistente, así como por la transmisión a través de dispositivos médicos, camas y ropas contaminadas. La transmisión de los enterococos de los animales al hombre está tomando cada vez más mayor interés, ya sea por transmisión directa del agente o por transmisión de genes de resistencia por transferencia horizontal, demostrados por estudios genéticos. La epidemiología de los enterococos ha experimentado cambios en los últimos tiempos y los enterococos en la comunidad pasan a ser otro capítulo de interés. En Europa se ha reportado al enterococo gentamicina resistente como flora normal fecal. También se han aislado enterococos resistentes a glicopéptidos en individuos que nunca antes habían recibido tratamiento glicopeptídico. E. faecium, resistente a la vancomicina, se ha reportado no sólo en pacientes hospitalizados, sino también en la población sana y animales. PREVENCIÓN Y CONTROL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Vigilancia nacional de infecciones nosocomiales. Promoción y aplicación de medidas antisépticas y de desinfección ambiental. Uso de dispositivos menos invasivos. Empleo de técnicas quirúrgicas invasivas mínimas para minimizar el daño de las barreras defensivas del hospedero (piel y membranas mucosas). Establecer programas de control sobre uso de antibióticos y control de la colonización. Estudios epidemiológicos moleculares: ayudan a comprender mejor los factores principales en la emergencia de cepas resistentes. Investigaciones de rutina para EVR y EMDR entre los aislamientos clínicos (pacientes con estadía hospitalaria superior a una semana). Activar la vigilancia para EVR y EMDR en las unidades de cuidados intensivos (UCI). Aislamiento de contactos para minimizar la transmisión de persona-persona. Restricción oral y parenteral de la vancomicina. Descontaminación rigurosa de las áreas de contactos y pacientes. Lavado sistemático de las manos del personal médico y paramédico. RESISTENCIA ENTEROCÓCCICA Y TRATAMIENTO El principal problema de las especies del género Enterococcus es su resistencia a los agentes antimicrobianos; esta puede ser de dos tipos: intrínseca y adquirida. Resistencia intrínseca: es característica de la especie y derivada de sus genes cromosómicos, existiendo bajos niveles de resistencia para los siguientes antimicrobianos: Resistencia antimicrobiana intrínseca de enterococos Resistencia a: Penicilinas Clindamicina Aztreonan Trimetoprim-sulfametoxazol Cefalosporinas Polimixin Aminoglucósidos • Las CIMs de penicilinas, ampicilina, mezlocilina son más altas que para otros estreptococos • Tolerancia a efectos bactericidas de, virtualmente, todos los agentes antimicrobianos • Bajos niveles de producción de 6´-acetiltransferasa por cepas de E. faecium, confiriendo más resisten cia a tobramicina, netilmicina y sisomicina Tomado de: Stein JH. Bacterial Disease. In: Internal Medicina. 4 th ed. 1994:2087-90. Esto trae como consecuencia: 1. Límite de opciones terapéuticas. 2. Se requiere de altas dosis de penicilinas para el tratamiento de infecciones graves. 187 Microbiología y Parasitología Médicas 3. Es necesario el uso de combinaciones sinérgicas (Ejemplo: ampicilina más gentamicina) para lograr efecto bactericida. 4. No se logra un efecto sinérgico bactericida contra E. faecium ante la combinación de ampicilina o vancomicina más tobramicina, netilmicina y sisomicina. Resistencia adquirida: puede ser resultado de una diseminación clonal, plasmídica o por transposones, y es debida, mayormente, a la producción de enzimas que inactivan al agente antimicrobiano o a cambios en los sitios dianas moleculares de este. Resistencia antimicrobiana adquirida de enterococos Agente antimicrobiano Mecanismos de resistencia Aminoglucósidos Estreptomicina Kanamicina Gentamicina, kanamicina, tobramicina, amikacina Inducción de resistencia ribosomal Producción de adeniltransferasa Producción de fosfotransferasa Producción de fusión proteica con actividad fosfotransferasa y amikacina acetiltransferasa β-lactámicos Penicilina G, ampicilina, piperacilina y mezlocilina Penicilina, ampicilina e imipenen Glicopéptidos Vancomicina, teicoplanina Vancomicina Otras Cloranfenicol Eritromicina Tetraciclinas Producción de β-lactamasa Alteración de la 5-proteína fijadora de penicilina en E. faecium Producción de proteína asociada a membrana que previene el acceso de la droga a su sitio diana Está asociado con la producción de diferentes proteínas de membranas no transferibles Producción de cloranfenicol-acetiltransferasa Metilación del ADN ribosomal Protección del ribosoma de la inhibición por tetraciclinas Inducción de un sistema de transporte activo para remover las tetraciclinas de la célula Tomado de: Stein J H. Bacterial Disease. In: Internal Medicine. 4th ed. 1994:2087-90. Para el tratamiento de las infecciones enterocóccicas se ha usado convencionalmente la combinación de un antibiótico beta-lactámico (penicilina, ampicilina) más un 188 Enterococos aminoglucósido (gentamicina o estreptomicina), lo que ejerce un efecto sinérgico y provoca la muerte del microorganismo; pero si hay altos niveles de resistencia a aminoglucósidos, MIC ≥ 2 000 µg/mL, no se produce el efecto sinérgico y, por tanto, no muere el germen. Estas combinaciones se requieren ante infecciones severas cuando se necesita del efecto bactericida en el sitio de la infección. La resistencia a la penicilina o a la vancomicina y el aumento de los niveles de resistencia a los aminoglucósidos, es la problemática más importante en los últimos años. Ha aumentado la resistencia a la penicilina y a la ampicilina en E. faecium, lo que llevó al uso de la vancomicina para tratar las infecciones por esta especie, presentándose resistencia a esta a mediados y finales de los años 80, primero en Europa y después en Estados Unidos, donde su incidencia ha ido creciendo en los últimos años cada vez más. El glicopéptido vancomicina es el principal fármaco alternativo a la penicilina para el tratamiento de la infección por enterococos. La resistencia a la vancomicina parece ser más común en E. faecium. Primero estuvo mediada plasmídicamente y con posterioridad se ha reportado la transferencia horizontal de genes vancomicina resistente y por transposones (Tn1546). La resistencia a glicopéptidos en enterococos es fenotípica y genotípicamente heterogénea. Se han descrito diferentes genotipos de resistencia. El fenotipo Van A se manifiesta por la resistencia de mayor grado a la vancomicina y a la teicoplanina. El fenotipo Van B puede inducir resistencia a la vancomicina, pero confiere susceptibilidad a la teicoplanina. Las cepas con Van C muestran resistencia intermedia a moderada a la vancomicina. Este gen Van C es constitutivo en especies como E. gallinarum, E. casseliflavus y E. flavescens. El fenotipo Van D se manifiesta por resistencia moderada a la vancomicina y resistencia de menor grado o susceptibilidad a la teicoplanina. Recientemente se ha comunicado la existencia de un quinto genotipo de resistencia a glicopéptidos denominados Van E. Este genotipo confiere resistencia de nivel medio sólo a vancomicina. Estos glicopéptidos interfieren con la síntesis de la pared celular en las bacterias grampositivas por la interacción con el grupo D-alanil-D-alanina (D-Ala-D-Ala) de las cadenas del pentapéptido de los precursores del peptidoglucano (Cuadro 20.2). Nuevos antibióticos están bajo investigaciones: fluoroquinolonas, estreptograminas, glicopéptidos semisintéticos y se ha usado la clinafloxacina con potencia mejorada para las infecciones enterocóccicas comparada con la ciprofloxacina. El tratamiento de elección para las endocarditis consiste en teicoplanina y ampicilina + sulbactam. Las cefalosporinas no son efectivas: la expresión clínica es limitada y cepas de E. faecium han sido resistentes, pero su utilidad se ha demostrado en infecciones severas causadas por EVR en pacientes alérgicos a las penicilinas. Se ha usado el quinuspristín-dalfopristín: combinación de estreptograminas A y B que inhiben la síntesis proteica; es efectiva contra las cepas de E. faecium vancomicina resistente, pero E. faecalis es uniformemente resistente a estas. Su actividad es sólo bacteriostática, lo cual favorece el surgimiento de resistencia, por lo que su papel es limitado en las infecciones EMDR. Nuevas oxazolidonas y glincilciclinas han mostrado una potente actividad contra el enterococo multidrogorresistente, pero esperan por pruebas futuras. 189 Microbiología y Parasitología Médicas Cuadro 20.2. Agentes antimicrobianos frente a la infección enterocóccica Tipos Actividad Aminoglucósidos Activos sólo en sinergismo con β-lactámicos Gentamicina Actividad variable, siendo superior la gentamicina Amikacina Netilmicina Tobramicina Penicilinas Ampicilina/Amoxicilina Sí Penicilina Sí Piperacilina Sí Ticarcilina Pobre Carbenicilina Pobre Meticilina No Nafcilina No Oxacilina No Glicopéptidos Teicoplanina Sí Vancomicina Sí Carbapenen Imipenen Sí Quinolonas (exclusivamente para infecciones del tracto urinario) Ciprofloxacina Lomefloxacina Ofloxacina Sí Sí Sí Macrólidos Azitromicina Claritromicina Eritromicina Pobre Pobre Pobre Cefalosporinas No Monobactámicos Aztreonan No Tomado de: Glatt AE. VRE: sourge for the 1990s. Hospital Medicine, 1995, January 15-23. RESUMEN Los enterococos constituyen un numeroso grupo bacteriano de la flora intestinal del humano y los animales, incluidos en el nuevo género Enterococcus desde 1984. Hasta principios de los años 80, este germen no era reconocido como un problemático patógeno. Desde finales de los años 80 y principio de los 90, este microorganismo comenzó a emerger como uno de los más importantes patógenos nosocomiales, responsable de bacteriemias, infecciones de heridas quirúrgicas e infecciones del tracto urinario. De las especies bacterianas pertenecientes al género Enterococcus, E. faecalis constituye la especie tipo y junto al E. faecium son los más comúnmente aislados del ser humano, aconteciendo para un 85 a 95 % y 5 a 10 % de las afecciones clínicas respectivamente. Son cocos grampositivos que se caracterizan, fundamentalmente, por crecer en presencia de 6,5 % de NaCl, e hidrolizar la bilis-esculina. 190 Enterococos El principal problema de las especies del género Enterococcus consiste en su resistencia intrínseca a las diferentes drogas antimicrobianas y su gran capacidad para adquirir la misma, haciéndose cada vez más carentes las opciones terapéuticas para tratar sus infecciones. Para el tratamiento de las mismas se ha usado convencionalmente la combinación de un antibiótico β-lactámico (penicilina, ampicilina) más un aminoglucósido (gentamicina o estreptomicina), lo que ejerce un efecto sinérgico y provoca la muerte del microorganismo. La resistencia a la penicilina o a la vancomicina, el aumento de los niveles de resistencia a los aminoglucósidos y la multidrogorresistencia, es la problemática más importante en los últimos años. Los estudios de biología molecular constituyen una herramienta fundamental en la tipificación y caracterización de cepas de enterococos. La electroforesis en campo pulsado es el método gold standard para dichas investigaciones. BIBLIOGRAFÍA Bogo L, Ahrens P, Dons L, Jones RN et al. Molecular Analysis of Tn1546 in Enterococcus faecium Isolated from Animals and Humans. J Clin Microbiol 1998;36(2):437-442. Bottone EJ, Patel L, Patel P, Robin T. Mucoid Encapsulated Enterococcus faecalis: An Emerging Morphotype Isolated from Patiens with Urinary Tract Infections. Diag Microbiol Infect Dis 1998;31:429-30. Caballero FJ, Cisnero JM, Luque R et al. Comparative Study of Bacteriemias Caused by Enterococcus spp. With and without High-Level Resistance to Gentamicin. J Clin Microbiol 1998;36(2):520-5. Campos JM, Howard BJ. Streptococci and Related Organisms. In: Howard BJ, Keiser JF, Weissfeld AS Smith TF et al (eds.). Clinical and Pathogenic Microbiology. 2nd ed. St Louis: Mosby, 1993. 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Muchos miembros del género Corynebacterium; y sus equivalentes anaerobios, las especies del género Propionibacterium, forman parte de la flora normal de la piel y las membranas mucosas del hombre. En términos quimiotaxonómicos, el género Corynebacterium está estrechamente relacionado con los géneros Rhodococcus, Nocardia y Mycobacterium. Otras corinebacterias se encuentran en animales y plantas. El miembro más importante del grupo, que incluye 16 especies, es el Corynebacterium diphteriae, el cual produce una potente exotoxina causante de la difteria humana. Listeria monocytogenes y Erysipelothrix rhusiopathiae se hallan en su mayoría en animales y ocasionalmente pueden causar enfermedad grave en el hombre. CORYNEBACTERIUM DIPHTERIAE La causa y el modo de transmisión de la difteria fueron establecidos muy temprano; su modo de prevención fue subsecuentemente desarrollado con éxito al aplicar la inmunización con el correspondiente toxoide. El término difteria viene del griego diphtera: piel o membrana, haciendo alusión a la pseudomembrana localizada en la orofaringe y formada por fibrina, bacterias y leucocitos. En 1883 el agente fue descrito por Klebs en frotis coloreados a partir de membranas diftéricas y un año después fue cultivado por Loeffler, que reprodujo la infección en animales. 193 Microbiología y Parasitología Médicas MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Las corinebacterias (del griego coryne: palo, garrote) son bacilos grampositivos que miden de 1 a 1,5 194 Bacilos grampositivos esporulados aerobios: Bacillus Bacilos grampositivos esporulados aerobios: Bacillus Teresita A. Leiva Sánchez INTRODUCCIÓN El género Bacillus está compuesto por más de 40 especies de bacilos grampositivos, esporulados, grandes, que crecen mejor en condiciones aerobias. La mayoría de las especies son saprófitas y se encuentran en el suelo, agua, vegetales y aire. La especie de mayor importancia patogénica es B. anthracis, agente etiológico del ántrax o carbunco, una enfermedad primaria del ganado, que puede afectar al hombre de manera ocasional, asociada al trabajo de veterinarios, granjeros y agricultores. La especie que se aísla con mayor frecuencia es B. cereus, el cual puede estar relacionado con brotes de intoxicación alimentaria por la producción de una enterotoxina. En raras ocasiones puede asociarse a meningitis, endocarditis, conjuntivitis o gastroenteritis, en individuos inmunocomprometidos. B. cereus y B. subtilis a menudo son aislados como contaminantes de medios de cultivo. BACILLUS ANTHRACIS Fue el primer microorganismo que se relacionó con enfermedad al ser aislado de la sangre de ovejas con ántrax en 1850 y luego aislado en cultivo puro por R. Koch en 1877. En 1881, Pasteur realizó el primer ensayo de inmunización empleando bacilos atenuados por crecimiento a 42° C en cabras y ovejas, que luego fueron inoculadas con cepas virulentas, demostrando la protección conferida. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Las células típicas miden 1 × 3-4 µm, tienen terminaciones cuadradas y se disponen en largas cadenas. Poseen esporas centrales que no se observan en microorganismos aislados de animales vivos y son inmóviles. En frotis de tejidos infectados aparecen como organismos aislados o en cadenas cortas. Cultivo. Las colonias de B. anthracis son redondas, blanco-grisáceas, rugosas y con apariencia de "vidrio no pulido" o "cabeza de medusa" a la luz transmitida. No son habi- 201 Microbiología y Parasitología Médicas tualmente hemolíticas en agar-sangre (al contrario de otras especies saprófitas). Licúan la gelatina y su crecimiento mediante inoculación por punción tiene la apariencia de "pino invertido". Características del crecimiento. El bacilo del ántrax se cultiva en medios nutritivos habituales y aunque es capaz de crecer en condiciones de anaerobiosis, crece mejor y produce esporas en presencia de oxígeno. Los requerimientos nutricionales incluyen tiamina y ciertos aminoácidos. El uracilo, la adenina, guanina y el magnesio estimulan el crecimiento de muchas cepas. La mayoría fermentan el manitol, la glucosa, la sacarosa y la maltosa. Las esporas del ántrax son relativamente resistentes al calor y a los desinfectantes químicos. Se destruyen por ebullición durante 10 minutos y en calor seco a 140 ° C durante 3 horas. Permanecen viables durante meses en la piel de animales y durante años en tierra seca. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA La sustancia capsular de B. anthracis, constituida por un polipéptido de alto peso molecular de ácido D-glutámico, es un hapteno. Hay dos grupos importantes de antígenos: antígenos somáticos y antígenos componentes de la exotoxina. Entre los primeros se encuentra, además del polisacárido de la pared celular, otro polisacárido capsular, tipoespecífico (polipéptido de ácido D-glutámico). La presencia de cápsula en cepas virulentas aparece en tejidos afectados o en incubación con CO2 y medios con bicarbonato y suero. La producción de cápsula depende de un plásmido (pXO2) que es transferido mediante transducción a partir de cepas encapsuladas. La cápsula ejerce un efecto antifagocítico y protege al microorganismo de la lisis mediada por anticuerpos. El segundo grupo de antígenos (componentes de la exotoxina), depende de un plásmido termosensible (pXO1). La toxina consiste en una mezcla de tres proteínas inmunogénicas: el "factor de edema" (FE), el antígeno "protector" (AP) y el "factor letal" (FL), todas de PM de más de 80 000. Ninguna por sí sola muestra actividad biológica, de manera que una de ellas (AP) se une al receptor de la célula, permitiendo que se una también el FE, que contiene una adenilatociclasa. Se desconoce la actividad enzimática del FL. Las cepas virulentas pueden atenuarse en el laboratorio mediante cultivo a 42,5 ° C. Sólo las cepas que producen tanto cápsula como toxina son altamente patogénicas. PATOGENIA El ántrax es, primariamente, una enfermedad del ganado lanar, bovino, equino y de muchos otros animales. El hombre se infecta de modo accidental mediante la penetración de esporas a través de la piel o mucosas lesionadas y más raramente por aspiración. En los animales, la vía es la ingestión de esporas presentes en suelos contaminados o en vegetales espinosos o irritantes. Muchos mamíferos y aves pueden adquirir la enfermedad de forma natural en reservorios salvajes. La forma más común de ántrax en humanos es la cutánea o "pústula maligna", propiciada por escarificaciones o rasguños, aunque las esporas pueden adquirirse por vía de la inhalación. Las esporas germinan en los tejidos del sitio de entrada y el crecimiento de las células vegetativas da lugar a la formación de una pápula que evoluciona a vesícula, a pústula y finalmente a úlcera necrótica con edema gelatinoso y congestión. Los bacilos se propagan por vía linfática a la sangre, donde se multiplican. El ántrax pulmonar surge abruptamente, con disnea, fiebre y dolor en el pecho, linfadenopatía mediastinal, edema pulmonar y hemorragia. La forma intestinal resulta de la ingestión de alimentos de origen animal poco cocinados. El ántrax orofaríngeo es otra forma rara de la enfermedad que remeda a la difteria, con dificultad en la deglución y compromiso respiratorio. TOXINA La toxina del ántrax desempeña un papel importante en los estadios iniciales de la infección, mediante daño directo a los fagocitos. Los animales cuyos leucocitos resisten este efecto son menos susceptibles a la infección. El sitio primario de acción de la toxina es desconocido. La muerte sobreviene repentinamente, por fallo cardíaco, incremento de la 202 Bacilos grampositivos esporulados aerobios: Bacillus permeabilidad vascular, shock, hipoxia y fallo respiratorio con trombosis capilar pulmonar y depresión del Sistema Nervioso Central. Los animales que sobreviven, son resistentes a la reinfección. La inmunidad parece deberse a la producción de anticuerpos contra la toxina y el polipéptido capsular. Hay especies altamente sensibles, en tanto que otras son muy resistentes. Este hecho se ha atribuido a la actividad de los leucocitos, a la temperatura del cuerpo y a la acción bactericida del plasma por la existencia de algunos polipéptidos que matan al bacilo. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Muestras. Líquidos de la lesión local (pápulas y vesículas), pus, sangre (la muestra más útil) y esputo (poco útil). Las muestras ambientales, de preferencia, deben ser previamente descontaminadas por agitación en detergente (Tween 80) durante 1 hora y luego centrifugadas para utilizar el "pellet" como inóculo. El trabajo con B. anthracis se llevará a cabo en gabinete de seguridad biológica. Se recomienda el agar-sangre para muestras de sitios estériles y el agar feniletil-alcohol para muestras de sitios contaminados. Examen directo. A partir de la lesión local y de la sangre de animales muertos, se observan bacilos grampositivos grandes. Puede aplicarse inmunofluorescencia a frotis secos de lesiones y esputo. Cultivo. Las muestras (antes de la aplicación de antimicrobianos) pueden cultivarse en agar-sangre en atmósfera de CO2 o en medios con enriquecimiento de suero y bicarbonato. La fermentación de carbohidratos carece de utilidad, aunque se realiza una serie de pruebas bioquímicas y fenotípicas para diferenciar las diversas especies. En agar semisólido B. anthracis se muestra inmóvil, contrariamente a otras especies como B. subtilis y B. cereus. Se ha utilizado una clasificación simple que divide en tres grupos el género Bacillus, basada en el ancho de los bacilos y en el hecho de que las esporas sobrepasen o no el ancho de la pared celular. El grupo I incluye a B. anthracis, B. cereus, B. thuringiensis y B. megaterium, los que de acuerdo con estudios de homología del ADN están estrechamente relacionados como cepas de una misma especie. Se dispone en la actualidad de un sistema comercial (API) para identificación de especies de Bacillus que ha resultado superior a la mayoría de los demás métodos. Incluye la diferenciación entre cepas virulentas o no de B. anthracis. PRUEBAS SEROLÓGICAS E INMUNOSEROLÓGICAS Se ha empleado la inmunofluorescencia para la diferenciación entre las especies B. anthracis y B. cereus. En muestras de suero de enfermos y convalecientes se ha aplicado la hemaglutinación indirecta en gel y la fijación del complemento. TRATAMIENTO El tratamiento debe iniciarse lo antes posible. La penicilina es eficaz en el ántrax, excepto en su forma pulmonar. Algunos bacilos grampositivos pueden ser resistentes a la penicilina debido a la producción de β-lactamasa. Las tetraciclinas, eritromicina o clindamicina pueden ser útiles. PREVENCIÓN El ántrax en animales puede ser prevenido con vacunas vivas atenuadas, al igual que algunos trabajadores expuestos a riesgo y laboratoristas. OTROS BACILOS AEROBIOS ESPORULADOS DE INTERÉS MÉDICO Algunas otras especies de bacilos aerobios esporulados son ocasionalmente responsables de enfermedad en sujetos inmunocomprometidos. B. cereus está involucrado como un 203 Microbiología y Parasitología Médicas invasor oportunista con más frecuencia que las demás especies. Puede ser causa de brotes de intoxicación alimentaria como resultado de la germinación de las esporas en alimentos como cereales o granos insuficientemente cocinados o recalentados luego de una insuficiente refrigeración (forma emética), o carnes con salsas o jaleas (forma diarreica). Numerosos productos de uso médico, en investigación o en la agricultura son elaborados por especies de Bacillus. Por ejemplo, la bacitracina (antibiótico), la penicilinasa (del B. cereus), endonucleasas de restricción para clonaje de ADN, insecticidas potentes (B. thuringiensis) y esporas termorresistentes para control de esterilización (B. stearotermophilus). RESUMEN El género Bacillus está compuesto por más de 40 especies de bacilos grampositivos, esporulados, grandes, que crecen mejor en condiciones aeróbicas. La mayoría de las especies son saprófitas y se encuentran en el suelo, agua, vegetales y aire. La especie de mayor importancia patogénica es B. anthracis, agente etiológico del ántrax o carbunco. La especie que se aísla con mayor frecuencia es B. cereus, el cual puede estar asociado a brotes de intoxicación alimentaria por la producción de una enterotoxina. Las células típicas miden 1 × 3-4 µm, tienen terminaciones cuadradas y se disponen en largas cadenas. Poseen esporas centrales. El bacilo del ántrax se cultiva en medios nutritivos habituales y aunque es capaz de crecer en condiciones de anaerobiosis, crece mejor y produce esporas en presencia de oxígeno. Las esporas del ántrax son relativamente resistentes al calor y a los desinfectantes químicos. Permanecen viables durante meses en la piel de animales y durante años en tierra seca. Sólo las cepas que producen tanto cápsula como toxina son altamente patogénicas. El hombre se infecta accidentalmente mediante la penetración de esporas a través de la piel o mucosas lesionadas y rara vez por aspiración. Las muestras consisten en líquidos de la lesión local (pápulas y vesículas), pus, sangre y esputo, y pueden cultivarse en agar-sangre en atmósfera de CO2 o en medios con enriquecimiento de suero y bicarbonato. La penicilina es eficaz en el ántrax, excepto en su forma pulmonar. BIBLIOGRAFÍA Behrman RE, Kliegman RM, Arvin AM (eds.). Nelson Tratado de Pediatría. 15ta. ed. Vol. II. Mc. GrawHill. Interamericana, 1997. Clarridge JE. Gram-Positive Bacilli: Bacillus, Corynebacterium, Listeria, and Erysipelothrix. In: Howard BJ, Keiser JF, Smith TF et al. (eds.). Clinical and Pathogenic Microbiology. 2nd ed. Mosby-Year Book, Inc, 1994. Jawetz E, Melnick J, Adelberg A (eds.). Manual de Microbiología Médica. 15ta. edición en español. México DF: Ed. El Manual Moderno SA, 1996. Romero Cabello R. Microbiología y Parasitología Humana. Bases etiológicas de las enfermedades infecciosas. 2da ed. México: Ed. Médica Panamericana,1999. Swartz MN. Aerobic Spore-Forming Bacilli. In: Davis BD, Dulbecco R, Eisen HN, Ginsberg HS (eds.). Microbiology 4th ed. J B Lippincott Company, 1990. 204 Clostridios Clostridios Teresita A. Leiva Sánchez INTRODUCCIÓN Los bacilos anaerobios esporulados pertenecen al género Clostridium (del griego: kloster, astilla, esquirla). Su hábitat natural es el suelo y el tracto gastrointestinal de animales hervíboros y el hombre. En circunstancias apropiadas, algunos de estos organismos actúan como patógenos humanos, produciendo enfermedades diferentes: botulismo, tétanos, celulitis anaerobia, gangrena gaseosa, bacteriemia, colitis pseudomembranosa y gastroenteritis. La patogenicidad de estos organismos depende de la producción de potentes exotoxinas o de enzimas altamente destructivas y se han agrupado de la siguiente forma: 1. Los que producen una gran infección y una gran intoxicación (especies histotóxicas), que ocasionan la gangrena gaseosa. 2. Los que producen una mínima infección y una gran intoxicación (agente etiológico del tétanos). 3. Los que producen una gran intoxicación sin provocar infección (agente etiológico del botulismo). MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Los clostridios son bacilos grampositivos, largos y pleomórficos. En cultivos de 48 horas muchos de ellos se observan gramnegativos. Todas las especies forman esporas, aunque con variaciones en las condiciones requeridas. Las esporas tienen forma oval o esférica; son, a menudo, más anchas que la célula original, situadas ecuatorial, terminal o subterminalmente. La mayoría de las especies poseen flagelos perítricos y son móviles. Algunos, como C. perfringens, son encapsulados. Cultivo. La mayoría crecen sólo en condiciones de anaerobiosis. El uso de medios enriquecidos proporciona condiciones óptimas para el crecimiento. Entre los suplementos más comúnmente empleados están: el extracto de levadura, sangre, hemina, vitamina K y algunos aminoácidos. Los mejores medios para la recuperación de microorganismos anaerobios son aquellos que nunca han sido expuestos al oxígeno, es decir, medios recién preparados (frescos) o 205 Microbiología y Parasitología Médicas prerreducidos, esterilizados anaeróbicamente, eliminando el oxígeno y reduciendo de modo parcial los ingredientes mediante ebullición o añadiendo agentes reductores. La preparación de medios anaerobios es impracticable por la mayoría de los laboratorios, sin embargo, existen sistemas anaeróbicos comercialmente disponibles. Las muestras recomendadas para cultivo anaerobio deben ser inoculadas en placas con medio agar-sangre no selectivo (Columbia, Brucella, BHI, TSB), medio anaerobio selectivo (agar-sangre-feniletil-alcohol, agar-sangre-vancomicina-kanamicina) y medio líquido de enriquecimiento (tioglicolato y glucosa-carne molida). Los medios líquidos deben ser calentados durante 10 minutos antes de ser inoculados. Tanto el medio selectivo como el no selectivo deben ser empleados en el aislamiento primario. El medio de enriquecimiento servirá para el control del cultivo primario en placas, para recuperar microorganismos que hayan crecido en bajo número y para el aislamiento de organismos de crecimiento lento. La selección de los diversos medios varía con la procedencia y la naturaleza de la muestra. Procedimientos de inoculación Muestras líquidas: deberá emplearse una pipeta capilar (o directamente de la jeringuilla donde se colectó la muestra) para inocular el medio líquido o semisólido. Se evitará la agitación, ya que puede airearse de nuevo el medio. Se colocarán una o dos gotas del inóculo en cada medio en placa, estriándolo con un asa bacteriológica que no sea de níquel y cromo (nicrom), ya que este oxida el inóculo. Deberá realizarse, además, un frotis para coloración de Gram antes de descartar la pipeta o la jeringuilla. Tejido y otros especímenes: la muestra se homogeneizará en 1 mL de caldo tioglicolato u otro medio apropiado utilizando un mortero. Este procedimiento debe realizarse en una cámara de anaerobiosis para minimizar la exposición al oxígeno, de lo contrario, se procederá lo más rápidamente posible. Una vez obtenida la homogeneización, se procederá de igual forma que con muestras líquidas. Hisopados: si se reciben dos hisopos, uno deberá emplearse para inocular el medio líquido, rotándolo suavemente para evitar agitación y el otro se utilizará en un frotis para coloración de Gram. Si se dispone sólo de un hisopo, se preparará una suspensión en 0,5 o 1,0 mL de tioglicolato u otro medio adecuado, para luego proceder de igual forma que con las muestras líquidas. Forma de las colonias. Algunos microorganismos producen colonias grandes, elevadas, con bordes enteros en medios sólidos (C. perfringens); otros producen colonias más pequeñas, cuyos bordes se extienden en forma de red de finos filamentos (C. tetani). Muchos clostridios producen una zona de hemólisis en agar-sangre y de manera típica, C. perfringens crea una doble β-hemólisis alrededor de sus colonias. Se recomienda, generalmente, que los cultivos en condiciones anaeróbicas deben incubarse durante 48 horas, para evitar las exposiciones bactericidas al oxígeno durante las observaciones a las 24 horas. Es asimismo recomendable hacer coloración de Gram a cada tipo de colonia aislada, para observar la presencia de esporas. Características del crecimiento. Teniendo en cuenta que los clostridios tienen características culturales similares, a la vez que pueden confundirse con especies facultativas del género Bacillus spp., debe realizarse el test de aerotolerancia (relación con el oxígeno), que consiste en subcultivar cada colonia en medio agar-sangre (incubado anaeróbicamente), en medio agar-chocolate (incubado en 5 % de CO2) y del mismo hisopo, depositar una porción del material en una lámina portaobjeto para coloración de Gram. La prueba de catalasa puede servir para la diferenciación con los miembros facultativos del género Bacillus spp. La placa de agar-sangre para anaerobiosis puede ser estriada para colocarle discos de kanamicina, colistina y vancomicina como parte de la identificación presuntiva de especies de clostridios. Clostridium tertium y C. histolyticum son aerotolerantes y forman colonias en medio fresco de agar-sangre incubado aeróbicamente. C. novyi y C. haemolyticum son anaerobios estrictos y requieren técnicas de exclusión estricta de oxígeno para su aislamiento. Clostridium perfringens es la más frecuentemente aislada de las especies de clostridios. En agar-sangre produce una doble hemólisis (interna: hemólisis completa debida a la toxina 206 Clostridios theta [θ]; y externa: hemólisis incompleta debida a la toxina alfa [α]). Esta última actúa, a su vez, como una lecitinasa (enzima que descompone la lecitina, constituyente importante de las membranas celulares, produciendo necrosis), mientras la primera tiene esos mismos efectos hemolíticos y necrosantes, pero no es una lecitinasa. Ambas características, unidas al test de CAMP invertido, que se basa en el sinergismo hemolítico entre el Streptococcus agalactiae (grupo B) y el C. perfringens, sirven como pruebas presuntivas de esta especie. Otras especies productoras de lecitinasa, además de C. perfringens, son: C. baratii, C. bifermentans y C. sordelli. La segunda especie de clostridio aislada con más frecuencia es C. ramosum, el cual, morfológicamente, se observa como bacilos gramnegativos largos, finos y a veces curvos. Se encuentra en la flora normal del intestino y se asocia con infecciones que involucran contaminación fecal, tales como infecciones intraabdominales. Igualmente importante en los laboratorios es la identificación de C. septicum, relacionado con la enterocolitis necrosante en pacientes neutropénicos. La identificación de C. tetani y C. botulinum no se lleva a cabo en laboratorios de diagnóstico. El diagnóstico habitual del tétanos es clínico, mientras que el botulismo se diagnostica en laboratorios de referencia. Por otra parte, la identificación de C. difficile reviste importancia en el estudio de los patógenos nosocomiales, ya que se ha relacionado al 90 y 100 % de casos de colitis pseudomembranosa asociada a antibióticos. Los clostridios carecen de citocromos, requeridos para el transporte de electrones en la cadena respiratoria. Contienen enzimas tipo flavoproteínas que reducen el O2 a H2O2 y a superóxido (O 2− ). Carecen también de catalasa, peroxidasas y superóxido dismutasa, que deberían destruir estos productos tóxicos: de ahí su anaerobiosis obligada. No todos los clostridios son igualmente oxígeno-sensibles; C. tetani requiere anaerobiosis estricta, C. perfringens es mucho menos exigente, mientras que C. histolyticum y C. tertium pueden crecer en placas de agar-sangre aeróbicas. Las esporas de los clostridios no sólo resisten el calor y los desinfectantes, sino que sobreviven largos períodos expuestas al aire y sólo germinan bajo fuertes condiciones reductoras. Las muestras deben colectarse y transportarse en recipientes o tubos libres de aire e inocularse rápidamente en medios prerreducidos antes de incubarlos en condiciones de anaerobiosis. La mayoría de los clostridios producen grandes cantidades de gas (CO2 y H2 ). La fermentación de diferentes azúcares es de utilidad en la diferenciación de las especies. Otros tests bioquímicos incluyen reacciones en leche, liquefacción de gelatina y producción de indol a partir del triptófano. Algunos clostridios son predominantemente proteolíticos, mientras otros son sacarolíticos. Se ha identificado una gran variedad de enzimas en los filtrados de cultivos de clostridios, incluyendo colagenasa y otras proteinasas, hialuronidasas, desoxirribonucleasa, lecitinasa y neuraminidasa. Otras potentes exotoxinas son las toxinas botulínicas, la toxina tetánica y las enterotoxinas del C. perfringens y el C. difficile. Los anticuerpos contra estos productos se emplean para la identificación de las distintas especies, pero los antígenos somáticos y flagelares no han resultado útiles en esta clasificación. CARACTERÍSTICAS ANTIGÉNICAS Los clostridios comparten antígenos, pero también parecen poseer antígenos específicos solubles que permiten agruparlos por medio de pruebas de precipitación. La identificación presuntiva de las especies de clostridios, al igual que de otros anaerobios, está recopilada en diferentes manuales (CDC Laboratory Manual, Virginia Polytechnic Institute Anaerobe Manual y Wadsworth Anaerobic Bacteriology Manual). 207 Microbiología y Parasitología Médicas En el cuadro 23.1 se muestran algunas características útiles para la identificación de especies de Clostridium spp. comúnmente aisladas: Cuadro 23.1 Características útiles para la identificación de especies comunes de Clostridium spp * Característica Especie Aerotolerante Inmóvil Esporas terminales Lecitinasa positiva (agar yema de huevo) C. C. C. C. C. C. C. C. C. C. C. Lipasa positiva (en agar yema de huevo) No sacarolítico Ureasa positiva Gelatina negativa histolyticum, C. tertium innocuum, C. perfringens, C. ramosum cadaveris, C. innocuum, C. tertium, C. tetani bifermentans, C. limosum, C. novyi, perfringens, C. sordelli,C. subterminale botulinum, C. novyi tipo A, C. sporogenes histolyticum, C. limosum, C. subterminale, tetani sordelli butyricum, C. innocuum, C. ramosum, tertium * Modificado de Dowell VR, Hawkins TM. Laboratory methods in anaerobic bacteriology. CDC Laboratory Manual. Atlanta, 1981. Publication No. (CDC) 81-8272. PROCEDIMIENTOS ESPECIALES PARA AISLAMIENTO DE CLOSTRIDIOS Sistemas anaeróbicos Dado que la incubación de los anaerobios debe llevarse a cabo en ausencia de aire, se han diseñado diversos métodos para lograrlo. Se dispone en la actualidad de jarras, cámaras y bolsas anaeróbicas, así como del método del tubo revestido con medio sólido prerreducido (roll tube method). Las primeras jarras anaeróbicas lograban estas condiciones gracias al empleo de catalizadores (para acelerar la unión del H2 con el O2 con producción de agua) activados mediante corriente eléctrica. Las jarras anaeróbicas producidas hoy, como el sistema GasPack Jar (Becton Dickinson) o el Oxoid Jar (Oxoid), son mucho más prácticas, pues utilizan sistemas de catalizadores "fríos" que no requieren calor ni corriente eléctrica, tales como los pellets de aluminio recubiertos con paladio (que deben ser reactivados a 160 °C durante 2 horas después de cada uso, para evitar la humedad y la acumulación de H2S). Las condiciones de anaerobiosis pueden lograrse con generadores desechables de hidrógeno-dióxido de carbono, consistentes en tabletas de ácido cítrico-bicarbonato de sodio y de borohidruro de sodio-cloruro de cobalto. El sistema se activa añadiendo 10 mL de agua con una pipeta a la bolsa que contiene las tabletas. Se colocan toallas de papel para evitar el exceso de humedad dentro de la jarra. La reacción responsable de crear las condiciones de anaerobiosis es la siguiente: 1. C 6H8O7 + 3 NaHCO3 2. NaBH4 + 2 H 2O Na3 (C6H5O7) + 3 H2O + 3 CO2 NaBO 2 + 4 H 2 Otro método para lograr anaerobiosis consiste en la evacuación del aire contenido en la jarra mediante un tubo conectado a una bomba de vacío. Se repite tres veces la maniobra de vacío y remplazo por nitrógeno comercial, hasta que al final se añade una mezcla de gases (H2, CO2 y N 2), se cierra el tubo y se desconecta de la bomba antes de la incubación. Existen en la actualidad sistemas comerciales en que la evacuación/remplazo se hace automáticamente. Las cámaras anaeróbicas son equipos que permiten la manipulación de muestras para cultivo en su interior, ya que proporcionan un ambiente anaeróbico permanente, mediante activación semanal de su catalizador. Todo el sistema está atemperado adecuadamente para permitir la incubación de los cultivos. Una gran ventaja es que posibilitan el examen de los cultivos sin exposición al oxígeno, pues son fabricadas de material transparente. Sus des- 208 Clostridios ventajas son el espacio requerido, la dificultad de la manipulación a través de guantes de goma y la posibilidad de roturas o filtraciones. Se dispone también de bolsas plásticas transparentes para placas individuales, las cuales contienen pequeños sachets con polvo de hierro, que reduce el oxígeno molecular a óxido de hierro luego de la adición de agua. No contienen catalizador. El método del tubo revestido con medio prerreducido (roll tube method) permite su inoculación total empleando un aditamento especial para estriar en rotación. La insuflación de CO2 libre de oxígeno mediante una cánula y la rápida inoculación de toda la superficie del medio a través de un dispositivo operado por pedal, admiten mantener un ambiente anaeróbico individual en cada tubo. Como indicadores del potencial de anaerobiosis de un sistema dado se emplean los colorantes redox. Estos actúan como aceptores o donadores de electrones y se colorean, por lo general, en su forma oxidada, y pierden su color cuando hay cambios en los potenciales de óxido-reducción. La resazurina y el azul de metileno son los colorantes más utilizados con estos propósitos. Sistemas comerciales de identificación bioquímica Se han introducido varios sistemas comerciales para la identificación de anaerobios de importancia clínica. Por ejemplo, el sistema Minitek (Becton Dickinson) emplea discos de papel impregnados en varios sustratos bioquímicos. Las reacciones se leen después de 48 horas de incubación en anaerobiosis; el sistema API 20-A (BioMérieux) y otros de principios similares utilizan tiras de microcúpulas que contienen sustratos liofilizados los cuales se rehidratan con un inóculo concentrado, equivalente al No. 3 de la escala de Mc Farland y se incuban en anaerobiosis. Las reacciones se leen tras añadir púrpura de bromocresol como indicador. Recientemente se han introducido sistemas basados en la detección de enzimas preformadas (glucosidasas, aminopeptidasas) utilizando sustratos cromogénicos. Estos sistemas tienen la ventaja de una mayor rapidez y la no necesidad de incubación en anaerobiosis. Tras la lectura de las diferentes reacciones, se van combinando perfiles numéricos, los cuales aparecen en una tabla o listado de códigos que corresponden con los géneros y especies de las cepas en estudio. Estos y muchos otros sistemas de identificación útiles están siendo producidos comercialmente y evaluados en la práctica. La cromatografía gas-líquido también se puede emplear para la identificación tanto presuntiva como definitiva de los microorganismos anaerobios. Durante el metabolismo celular de estos organismos se producen alcoholes, ácidos grasos y ácidos orgánicos no volátiles. La determinación de estos productos mediante la cromatografía gas-líquido consiste en fraccionar la muestra en sus componentes, basándose en la diferente solubilidad y rango de difusión. La muestra se calienta hasta volatilizar sus componentes, los que son transportados a través de una columna (soporte sólido cubierto por una fase líquida estacionaria) por un flujo constante de gas (helio o nitrógeno). Esto permite la separación de la muestra en sus componentes, generando señales eléctricas proporcionales a su concentración, que son detectadas por los sensores de conductividad térmica y de ionización. Un grabador recoge esas señales y las convierte en gráficos que se imprimen en papel. CLOSTRIDIUM BOTULINUM El botulismo habitualmente no se considera una enfermedad infecciosa, sino una intoxicación: es el resultado de la ingestión de alimentos contaminados con toxina botulínica preformada en lugar de la multiplicación del C. botulinum en el tracto gastrointestinal. Es una enfermedad aguda acompañada de parálisis flácida, causada por la neurotoxina sintetizada por C. botulinum o más rara vez por una neurotoxina equivalente sintetizada por cepas únicas de C. butyricum (neurotoxina tipo E) y C. baratti (neurotoxina tipo F). Es una proteína que consta de una cadena pesada de 100 kDa, que contiene un sitio de unión a las neuronas y una cadena ligera de 50 kDa que se introduce dentro de la célula después de la unión. Su potencia excepcional se explica porque sus cadenas ligeras son endopeptidasas de Zn2+, 209 Microbiología y Parasitología Médicas cuyo sustrato es uno de los tres componentes proteicos del complejo de unión, mediante el cual las vesículas sinápticas se unen a la membrana de la célula terminal y liberan acetilcolina en el espacio sináptico. Las carnes y salchichas mal cocinadas o ahumadas y las frutas y conservas, sobre todo caseras, mal procesadas, son el principal vehículo del botulismo. En raras ocasiones se observa infección de heridas por este organismo (botulismo de heridas), y son igualmente raros los casos de colonización del tracto gastrointestinal de niños pequeños entre 2 y 36 meses (botulismo infantil). La toxina botulínica actúa sobre el sistema nervioso, por lo cual produce enfermedad grave con daño de los nervios craneales y debilidad o parálisis. Se han identificado ocho tipos inmunológicamente distintos de toxina (A, B, C1 , C 2, D, E, F, G). Todas, excepto la C2 , son neurotoxinas. Estas son las más potentes toxinas biológicas conocidas. Su producción por algunas cepas depende de la presencia de profagos específicos. Los tipos A, B y E son los más frecuentemente relacionados con enfermedad humana. Aunque se desconoce la dosis mortal para el hombre, se estima que es inferior que 1 a 2 µg. Son destruidas por calentamiento a 100 ° C durante 20 minutos. PATOGENIA La toxina ingerida no es inactivada por la acidez o las enzimas proteolíticas del estómago y la porción superior del intestino. Después de su absorción, la toxina alcanza las uniones neuromusculares y las sinapsis periféricas del sistema autónomo por vía linfática o sanguínea, bloqueando la producción o la liberación de acetilcolina con la consecuente parálisis flácida. Se conoce que interactúa con algunos gangliósidos del tejido nervioso, donde finalmente se inactiva. La mayor parte de los brotes se deben a cepas proteolíticas del tipo A o B. La presencia de cepas no proteolíticas (E y F) es más difícil de detectar, dado que no producen olor a materia putrefacta y son capaces de crecer a la temperatura de los refrigeradores domésticos. DATOS CLÍNICOS Los síntomas comienzan a las 18 a 24 horas de haber ingerido el alimento contaminado, con náuseas, vómitos, parálisis de los músculos oculares, de la faringe (disfagia, disfonía), del cuello, tronco y miembros. La muerte sobreviene generalmente por parálisis de los músculos respiratorios. El botulismo de heridas ocurre como complicación de una herida contaminada con esporas, por presencia de tierra o por abuso de drogas. Los síntomas son similares al botulismo de origen alimentario, con la diferencia de que los síntomas neurológicos se desarrollan sin antecedentes alimentarios. El botulismo infantil aparece como consecuencia de la ingestión de alimentos contaminados con esporas, que germinan y producen toxinas a nivel del intestino. Hay antecedentes de ingestión de algunos alimentos sólidos, miel o un tránsito intestinal enlentecido. La severidad del cuadro varía de una infección inaparente a la muerte. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO En caso de sospecha de botulismo, se emplea la inoculación del suero del paciente, el alimento o extractos de las heces fecales en ratones. Aparece parálisis en 1 a 5 días. La neutralización de la toxina con antisueros específicos tiene efecto protector y sirve como identificación del tipo antigénico. También se emplean la hemaglutinación pasiva y el radioinmunoensayo. TRATAMIENTO Y PREVENCIÓN Existen potentes antitoxinas específicas contra los tres tipos de toxina botulínica, pero ya que la causa suele desconocerse, se emplea la antitoxina trivalente (A, B, E) disponible en 210 Clostridios CDC, Atlanta, Georgia. El uso de un toxoide pentavalente sólo se justifica en trabajadores de laboratorio y en ganado vacuno en áreas endémicas. CLOSTRIDIUM TETANI El tétanos es una enfermedad aguda, a menudo fatal, en la cual las manifestaciones clínicas son el resultado no de una infección invasiva, sino de la acción de una potente neurotoxina (tetanospasmina), elaborada cuando las esporas del Clostridium tetani germinan después de ganar acceso a una herida. La enfermedad se desarrolla en el sitio de un trauma penetrante, úlceras crónicas de la piel, infecciones del muñón del cordón umbilical (tétanos neonatal), procedimientos obstétricos (tétanos posaborto) e inyecciones infectadas en drogadictos. La enfermedad es, particularmente, importante en medicina militar. Debido a que sólo hay un tipo antigénico de toxina involucrado, ha sido posible la elaboración de un toxoide monotípico efectivo. Clostridium tetani es un anaerobio estricto, sin cápsula, con esporas esféricas terminales, con apariencia de palillo de tambor o de raqueta de tennis. Se encuentra en el suelo y las heces fecales de animales de granja y domésticos. En humanos, el microorganismo es habitante transitorio del intestino, en dependencia de su ingestión. Se han distinguido varios tipos de C. tetani por sus antígenos flagelares específicos, pero comparten un antígeno somático O común. Todos producen el mismo tipo antigénico de neurotoxina. La toxina tetánica es ligeramente menos potente que la toxina botulínica tipo A; sólo 1 ng/kg de peso inyectado a animales de laboratorio produce parálisis espástica. El gen estructural para su producción se encuentra en un plásmido de 75 kDa. Cada molécula de toxina, como la botulínica, consiste en una cadena H y una L, unidas por un puente disulfuro, las cuales, por separado, no resultan tóxicas. La digestión con papaína la divide en dos fragmentos que conservan los puentes disulfuro, de modo que mantienen su inmunogenicidad pero son atóxicos. Los mamíferos parecen ser los animales más sensibles a la acción de la toxina tetánica. Las aves son casi resistentes. Además de la tetanospasmina (toxina neurotrópica), C. tetani produce una hemolisina, semejante a la estreptolisina O (tetanolisina), cuyo papel neurotóxico se discute. Los anticuerpos protectores son las antitoxinas, ya que los dirigidos contra antígenos somáticos no tienen efecto protector. PATOGENIA Clostridium tetani es un germen oportunista no invasivo, que suele penetrar en tejidos lesionados o desvitalizados en forma de esporas. En ocasiones, las esporas introducidas por heridas previas pueden sobrevivir durante meses o incluso años y convertirse en formas vegetativas por traumatismos mínimos o alteraciones en las condiciones locales. Por ello, en el 10 al 20 % de los casos de tétanos no existe un antecedente reciente de lesión o evidencia de una herida infectada. La infección permanece localizada en la puerta de entrada, usualmente con una respuesta inflamatoria mínima. La presencia de otros microorganismos y de cuerpos extraños induce una inflamación más marcada y un potencial de óxido-reducción más bajo, por lo que favorece el crecimiento de C. tetani. En el 5 al 10 % de los casos, la lesión inicial es tan trivial que no es tenida en cuenta por el paciente. El acceso de esporas a las heridas abiertas y limpias no resulta necesariamente en enfermedad. La toxina, aparentemente, puede viajar a través de dos rutas hasta el Sistema Nervioso Central: por vía sanguínea o linfática (humoral) o a través de los espacios hísticos de los nervios periféricos (neural). La toxina tetánica causa disfunción muscular por bloqueo de un neurotransmisor que impide la liberación de los mediadores inhibitorios glicina y ácido γ-aminobutírico, los cuales impiden la contracción de determinado músculo cuando el que tiene acción opuesta está contraído. Ejerce su acción, sobre todo, en la médula espinal al alterar el control normal del arco reflejo. La toxina tetánica, al igual que la botulínica, se une a un receptor a nivel de la membrana de las células nerviosas (ácido siálico contenido en los gangliósidos del tejido nervioso), al menos una porción de ella debe pasar al interior de la célula para que cause su efecto sobre el músculo. 211 Microbiología y Parasitología Médicas El período de incubación varía de 1 a 54 días (generalmente de 6 a 15 días). Los signos y síntomas tempranos incluyen tensión o calambre, temblor en los músculos alrededor de la lesión, hiperreflexia en la extremidad lesionada, disfagia ligera, rigidez del cuello y de las mandíbulas (trismo), e irritabilidad general. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Aunque sólo el 50 % de los individuos con tétanos tiene una lesión tan importante como para solicitar atención médica, el diagnóstico descansa en el cuadro clínico y en antecedentes de heridas. El C. tetani puede ser aislado en cultivo anaerobio de los tejidos de la herida contaminada y comprobado su aislamiento mediante neutralización por la antitoxina específica; sin embargo, esto no debe retrasar las medidas profilácticas ni las terapéuticas. TRATAMIENTO Y PREVENCIÓN La antitoxina tetánica, preparada en animales o en el hombre, puede neutralizar la toxina sólo antes de ser fijada en el tejido nervioso. Es preferible la antitoxina humana dada la gran cantidad de reacciones de hipersensibilidad al suero extraño, acompañada siempre de la inmunización activa con toxoide, para proporcionar tanto antitoxina disponible de inmediato como el estímulo de refuerzo para una respuesta de anticuerpos. Deberá, a su vez, hacerse la remoción quirúrgica del tejido lesionado y administrarse antimicrobianos. CONTROL La inmunización activa con toxoide tetánico es imperativa a nivel mundial. El curso inicial de la inmunización consiste en tres inyecciones (generalmente combinadas con toxoide diftérico y vacuna anti tos ferina) seguidas de otra dosis 1 año después. Al entrar en la escuela, todos los niños deberán recibir una dosis de refuerzo. En adelante, los refuerzos podrán recibirse cada 10 años, con el objetivo de mantener cifras séricas de 0,01 U de antitoxina/mL. CLOSTRIDIOS QUE PRODUCEN ENFERMEDADES INVASIVAS. CLOSTRIDIUM PERFRINGENS Diferentes clostridios que producen toxinas pueden ocasionar infecciones invasivas (mionecrosis y gangrena gaseosa) si se introducen en tejido lesionado. Alrededor de 30 especies pueden originar tal efecto, aunque el más común es C. perfringens (90 %), que además puede ser causa común de intoxicación alimentaria. Otras especies relacionadas que pueden producir el mismo efecto son: C. novyi, C. septicum, C. bifermentans, C. histolyticum y C. sordelli. Los clostridios invasores elaboran una gran cantidad de toxinas y enzimas, que dan lugar a que la infección se disemine. Muchas de ellas tienen propiedades necrosantes, hemolíticas y mortales (que con frecuencia son diferentes propiedades de una misma sustancia). La toxina α del tipo A de C. perfringens es una lecitinasa, cuya acción mortal es proporcional a la velocidad con que descompone la lecitina en fosforilcolina y un diglicérido. La toxina β, sólo producida por el tipo C de C. perfringens, causa la enteritis necrosante por un mecanismo no muy claro. La toxina theta (θ) tiene efectos hemolíticos intravasculares, y puede llegar a producir insuficiencia renal aguda. Otras toxinas menores son la Dnasa, colagenasa y hialuronidasa. Algunas cepas de C. perfringens producen una enterotoxina potente cuando son ingeridas más de 108 células vegetativas que han proliferado en el alimento (generalmente cárnico) y esporulan en el intestino. La toxina (PM 35 000) parece ser idéntica a uno de los componentes de la envoltura de la espora. 212 Clostridios PATOGENIA Las esporas de estos clostridios llegan a los tejidos a través de la contaminación con tierra o heces, o procedentes de los conductos intestinales; germinan en un bajo potencial de óxido-reducción; las células vegetativas se multiplican, fermentan los carbohidratos presentes y producen gas. La distensión de los tejidos y la interferencia en la irrigación sanguínea, junto con la secreción de toxina necrosante y hialuronidasa, favorecen la diseminación de la infección, necrosis, anemia hemolítica y muerte. Además de los clostridios toxigénicos, con frecuencia se asocian a la infección varios cocos y microorganismos gramnegativos. En ocasiones C. perfringens del tipo C produce una enteritis necrosante de mortalidad elevada en niños. La acción de la enterotoxina de C. perfringens implica una hipersecreción notable en yeyuno e íleon, con pérdida de electrólitos por la diarrea. Aún no se ha establecido el mecanismo exacto, aunque al parecer no hay estimulación de la adenilato o guanilatociclasa. DATOS CLÍNICOS A partir de heridas abiertas, fracturas o útero posparto, la infección se disemina en 1 a 3 días, hasta producir crepitación en el tejido subcutáneo y en el músculo, exudación fétida, necrosis progresiva, fiebre, toxemia, shock y muerte. En ocasiones sólo se produce una celulitis o fascitis. Se pueden distinguir tres formas clínicas: 1. La infección de tejidos (los clostridios se pueden observar o cultivar e identificar, pero no hay manifestaciones de inflamación, sino sólo colonización de cepas no toxigénicas). 2. La inflamación de tejidos (hay manifestaciones de inflamación, secreción purulenta, aumento local de temperatura y enrojecimiento; no hay invasión de tejidos sanos ni signos graves de intoxicación; el pronóstico es benigno). 3. La necrosis de tejidos (forma grave del padecimiento, además de la inflamación hay invasión de los tejidos sanos, secreción serosa, sanguinolenta y fétida, toma del estado general, gran intoxicación). En el envenenamiento alimentario por C. perfringens , la diarrea aparece usualmente a las 6 a 18 horas de la ingestión del alimento. No son frecuentes los vómitos ni la fiebre y el cuadro remite, de forma espontánea, en 1 o 2 días. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Las muestras para diagnóstico consisten en material de las heridas, pus y tejidos. La observación de bacilos grampositivos, grandes y esporulados mediante tinción de Gram, hace sospechar la presencia de los clostridios de la gangrena gaseosa, aunque no siempre se observan las esporas. El material por investigar se inocula en medio con carne molida, en caldo tioglicolato y en placas de agar-sangre que se incuban en anaerobiosis. Se realizan resiembras en leche para observar la presencia de la fermentación tumultuosa o tormentosa característica del C. perfringens . Una vez obtenidos en cultivo puro, los microorganismos pueden identificarse por sus reacciones bioquímicas, por la presencia de hemólisis y por la forma de las colonias. La actividad lecitinasa se determina por la aparición de un precipitado blanco alrededor de las colonias en un medio con yema de huevo (reacción de Nagler). La identificación final se basa en la producción de toxina y su neutralización por la antitoxina específica (in vivo e in vitro). TRATAMIENTO La limpieza mediante procedimientos quirúrgicos del área afectada, así como el tratamiento con antimicrobianos, deben comenzarse simultáneamente. También se emplea oxíge- 213 Microbiología y Parasitología Médicas no hiperbárico y antitoxinas polivalentes. El tratamiento de la intoxicación alimentaria es sintomático. PREVENCIÓN Y CONTROL La mejor prevención es el tratamiento temprano de las lesiones y el uso de antimicrobianos. Los toxoides no se han introducido aún en la práctica. CLOSTRIDIOS Y ENFERMEDAD DIARREICA. CLOSTRIDIUM DIFFICILE La diarrea es uno de los efectos adversos colaterales de la terapia antimicrobiana. La severidad de los cambios patológicos en la mucosa del colon varía desde diarrea sin colitis y colitis asociada a antibióticos hasta colitis pseudomembranosa severa (CPS) asociada a antibióticos. Esta última se caracteriza por la presencia de placas elevadas, adherentes, blanco-amarillentas o verde-amarillentas en la mucosa del colon, de hasta 10 o 20 mm de diámetro. Estas placas a menudo se unen para formar una pseudomembrana compuesta por mucina, fibrina, células epiteliales y células inflamatorias. Con frecuencia aparecen complicaciones como deshidratación, desbalance electrolítico, perforaciones, etc. En niños pequeños el curso puede ser particularmente agresivo, por lo que el diagnóstico precoz es importante. Clostridium difficile se asocia con el 90 al 100 % de los casos de CPS, con el 50 al 75 % de las colitis asociadas a antibióticos y con el 15 al 25 % de las diarreas asociadas a antibióticos. Los agentes antimicrobianos más frecuentemente relacionados son ampicilina, clindamicina y las cefalosporinas. Algunos autores señalan que hay ciertos componentes críticos en la enfermedad entérica inducida por este microorganismo. El primero consiste en la alteración de la flora intestinal que provoca el uso de estos antimicrobianos, el segundo es que debe existir una fuente de C. difficile, lo mismo a partir de la flora endógena que de una fuente exógena. El tercer componente crítico es que el agente debe ser potencialmente capaz de producir toxina. Con independencia de las fuentes mencionadas, el microorganismo ha sido aislado a partir del ambiente hospitalario, en pisos, inodoros, cuñas e instrumental contaminado. El 10 al 20 % de los pacientes hospitalizados albergan el microorganismo en el intestino, sirviendo de reservorio importante, y alrededor del 50 % de los niños pequeños pueden estar colonizados con cepas toxigénicas aunque no desarrollen enfermedad. Las manos del personal hospitalario son un vehículo importante para su transmisión. El control del uso de antimicrobianos, el empleo de guantes, la desinfección ambiental y otras medidas preventivas, han reducido la incidencia de la infección. Se considera que C. difficile es un ejemplo perfecto de infección del tracto gastrointestinal, caracterizada por proliferación intraluminal, producción de toxina y daño significativo de la mucosa sin invasión. Se han asociado dos toxinas, la A y la B, con la patogenicidad de este organismo; los genes tox no los portan fagos o plásmidos, se desconoce la regulación genética de su producción. No todas las cepas toxigénicas son por igual patogénicas. La toxina A causa daño extensivo, responsable aparentemente de la pérdida de líquidos. La toxina B es una citotoxina en extremo potente, que parece actuar sobre el sistema de microfilamentos de las células. Es la responsable del efecto citopático observado en los cultivos de tejidos. Los genes que codifican la producción de ambas toxinas han sido clonados y se encuentran estrechamente ligados entre sí en el cromosoma bacteriano, lo que explica su coproducción en las cepas toxigénicas. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Actualmente se dispone de cinco técnicas de laboratorio diferentes, aunque ninguna por sí sola brinda un diagnóstico definitivo: ensayo de citotoxicidad en cultivo de tejidos, cultivo bacteriológico, aglutinación en látex, ensayo inmunoenzimático (ELISA) y ensayo en cadena de polimerasa (PCR). 214 Clostridios Se han utilizado varios medios selectivos para aislamiento, incluyendo el agar- yema de huevo-cicloserina- cefoxitina-fructosa (CCFA), el cicloserina-manitol-agar-sangre (CMBA) y otros. El cultivo es una técnica muy sensible pero no una herramienta útil para diagnóstico, ya que puede ser positivo en el 2 al 3 % de los adultos sanos. La aglutinación en látex no detecta toxinas A o B, sino la enzima glutamato-deshidrogenasa, de modo que reacciona con cepas toxigénicas y no toxigénicas de C. difficile, y con otras especies de clostridios y de Peptostreptococcus spp. En la actualidad se están evaluando otros sistemas basados en la aglutinación en látex. Los sistemas de ELISA detectan toxinas A y B, pero no son tan sensibles como los tests de citotoxinas en cultivo de tejidos. Los procedimientos basados en PCR han mostrado resultados más rápidos y confiables, mediante la amplificación de una secuencia específica de ARN ribosomal o de genes de toxinas. Este procedimiento se aplica en laboratorios de referencia. Se han propuesto esquemas de diagnóstico que incluyen parámetros tanto clínicos como de laboratorio. RESUMEN Los bacilos anaeróbicos esporulados pertenecientes al género Clostridium, en circunstancias apropiadas actúan como patógenos humanos, produciendo enfermedades diferentes: botulismo, tétanos, celulitis anaerobia, gangrena gaseosa, bacteriemia, colitis pseudomembranosa y gastroenteritis. La mayoría crecen solamente en condiciones de anaerobiosis. Se han introducido varios sistemas comerciales para la identificación de anaerobios de importancia clínica. La selección de los diversos medios varía con la procedencia y la naturaleza de la muestra. Todos tienen características culturales similares. C. perfringens es la más frecuentemente aislada de las especies de clostridios. La identificación de C. tetani y C. botulinum no se lleva a cabo habitualmente en laboratorios de diagnóstico. Se ha identificado una gran variedad de enzimas en los filtrados de cultivos de clostridios, incluyendo colagenasa, otras proteinasas, hialuronidasas, desoxirribonucleasa, lecitinasa y neuraminidasa. Otras potentes exotoxinas son las toxinas botulínicas, la toxina tetánica y las enterotoxinas del C. perfringens y el C. difficile. La toxina botulínica actúa sobre el sistema nervioso, y produce enfermedad grave con daño de los nervios craneales y debilidad o parálisis. La toxina tetánica es ligeramente menos potente que la toxina botulínica tipo A; al igual que esta, se une a un receptor a nivel de la membrana de las células nerviosas. Diferentes clostridios que producen toxinas pueden ocasionar infecciones invasivas si se introducen en tejido lesionado. Alrededor de 30 especies pueden originar tal efecto, aunque el más común es C. perfringens (90 %), que además puede ser causa común de intoxicación alimentaria. Otras especies relacionadas que pueden producir el mismo efecto son: C. novyi, C. septicum, C. bifermentans, C. histolyticum y C. sordelli. Algunas cepas de C. perfringens producen una enterotoxina potente. En ocasiones C. perfringens del tipo C provoca una enteritis necrosante de mortalidad elevada en niños. C. difficile se asocia con el 90 al 100 % de los casos de colitis pseudomembranosa, con el 50 al 75 % de las colitis asociadas a antibióticos y con el 15 al 25 % de las diarreas asociadas a antibióticos. BIBLIOGRAFÍA Allen SD, Baron EJ. Clostridium. In: Ballows A, Hausler WJ, Herrman KL, et al. (eds.). Manual of Clinical Microbiology. 15th ed. Washington: American Society for Microbiology, 1991. 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J B Lippincott Company, 1990. 215 Neisseriasy Moraxella catarrhalis Neisserias y Moraxella catarrhalis Isabel Martínez Motas INTRODUCCIÓN La familia Neisseriaceae está compuesta por cocos o cocobacilos gramnegativos aerobios con tendencia a agruparse en parejas. Esta familia comprende los géneros Neisseria, Acinetobacter, Kingella y Moraxella. El desarrollo de los estudios genéticos conducen a cambios en la taxonomía de esta familia, encontrándose dentro de estos, la inclusión de Moraxella catarrhalis (antes Neisseria catarrhalis) en el género Moraxella. Las especies de neisserias y Moraxella catarrhalis son semejantes respecto a su morfología, actividad metabólica limitada y hábitat acostumbrado, pero difieren en su potencial patógeno y en sus características genéticas. Estos microorganismos son cocos gramnegativos que pueden ser refractarios a la decoloración, se agrupan en pares (diplococos) con los lados adyacentes planos y en las preparaciones microscópicas presentan la apariencia de riñón o grano de café. Dentro del género Neisseria, Neisseria meningitidis (meningococo) provoca meningitis y septicemia, y Neisseria gonorrhoeae (gonococo) es el agente etiológico de la gonorrea o blenorragia, una enfermedad de transmisión sexual (ETS). Mediante la observación microscópica directa de muestras clínicas, ambos se detectan dentro o fuera de los leucocitos polimorfonucleares. Las especies patógenas son muy exigentes, sólo se cultivan en medios enriquecidos, dentro de límites estrechos de temperatura (35 a 37 0C) y pH (7,2 a 7,6). Son sensibles a la acción de agentes externos (desecación, antisépticos, desinfectantes, cambios de temperatura). Para su crecimiento precisan de medios enriquecidos, humedad elevada y una atmósfera con un 5 a 10 % de CO2. Su crecimiento se inhibe por la acción de ciertos constituyentes tóxicos del medio, por ejemplo, ácidos grasos o sales. Para contrarrestar esta situación se añaden a los medios sustancias tales como almidón, suero, albúmina y carbón. Las especies no patógenas forman parte de la flora normal de las vías respiratorias superiores del hombre, su localización es extracelular y con raras excepciones producen enfermedad (patógenos oportunistas). En contraste con las especies patógenas, las neisserias no patógenas son poco exigentes, no precisan de medios enriquecidos, pueden crecer a 22 0C y son poco sensibles a los agentes externos. En el cuadro 24.1 se reflejan algunas características de estos microorganismos. Desde el punto de vista genético, Neisseria meningitidis y Neisseria gonorrhoeae están estrechamente relacionadas respecto a la composición de su ADN, presentando una 217 Microbiología y Parasitología Médicas Cuadro 24.1. Especies N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. N. B. gonorrhoeae meningitidis lactamica polysaccharea subflava flava perflava sicca mucosa cinerea canis denitrificans flavescens macacae elongata catarrhalis Caracteres diferenciales de Moraxella catarrhalis y Neisseria Crecimiento AMH + VCN + + + + - Hidrólisis de carbohidratos G M F S L + + + + + + + + + -/+ + + -/+ - + + + + + + + + + - + + + + + + - + + + + + - + - GGT Polisacáridos + + + -/+ + + -/+ + - + -/+ + + -/+ + - Reducción N03 N02 + + + -/+ + + + + + + + + + + + + + ONPG + - Tributirina + Dnasa + AMH + VCN: Agar Mueller- Hinton + vancomicina, colistina, nistatina. G: glucosa; M: maltosa; F: fructosa; S: sacarosa; L: lactosa. GGT: γ-glutami-l amino-peptidasa. homología del 70 %. Estas especies se diferencian por algunas pruebas de laboratorio, características específicas y las manifestaciones clínicas que producen. A diferencia de los gonococos, los meningococos presentan cápsula de polisacárido y rara vez portan plásmidos de resistencia. De manera casi uniforme, Neisseria meningitidis coloniza las vías respiratorias superiores y puede ocasionar, posteriormente, en algunos individuos, bacteriemia y(o) infección del Sistema Nervioso Central (meningoencefalitis); en tanto que Neisseria gonorrhoeae provoca, fundamentalmente, una enfermedad de transmisión sexual (blenorragia o gonorrea). MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Los microorganismos típicos tienen forma esférica, son gramnegativos, se presentan aislados o en parejas (diplococos) con los lados adyacentes planos y la apariencia de granos de café. Sólo Neisseria elongata constituye una excepción, se presenta como bacilos cortos de 0,5 µm, agrupados en parejas o cadenas cortas. En dependencia de la especie, fuente de aislamiento y edad del cultivo, el resto de los microorganismos muestran un diámetro entre 0,6 a 1,5 µm. Entre otras características están las de presentar cápsulas y pili (fimbrias), no producir esporas y ser inmóviles. Cultivo. Las especies patógenas del género Neisseria necesitan de medios de cultivo enriquecidos (agar Mueller-Hinton, agar Thayer-Martin, agar-sangre o agar-chocolate). En estos medios, Neisseria meningitidis y Neisseria gonorrhoeae forman colonias de 1a 5 mm de diámetro, mucoides, convexas, elevadas, de aspecto transparente u opaco, no pigmentadas y no hemolíticas. Neisseria flavescens, Neisseria subflava y Neisseria lactamica pueden presentar pigmentación amarilla; y Neisseria sicca da lugar a colonias no pigmentadas, opacas, frágiles y arrugadas. Características del crecimiento. Las neisserias son aerobias y algunas especies requieren de elementos nutricionales complejos. La mayoría degradan pocos carbohidratos y originan la producción de ácido, pero no de gas. Los patrones de fermentación que producen constituyen uno de los principales métodos para su diferenciación (Cuadro 24.1). Excepto Neisseria elongata, todas las especies elaboran oxidasa y catalasa, pruebas claves en la identificación del género Neisseria. Para efectuar la detección de producción de oxidasa, se realiza una estría de la cepa en cuestión sobre un papel de filtro impregnado con una solución acuosa al 1 % de clorhidrato de tetrametil-parafenilendiamina; inmediatamente después, las colonias oxidasa positiva, tomarán un color púrpura oscuro. 218 Neisseriasy Moraxella catarrhalis Neisseria meningitidis y Neisseria gonorrhoeae necesitan de medios enriquecidos con sangre, hemina, proteínas animales y(o) suplementos comerciales químicamente definidos (Isovitalex, Vitox). Para su crecimiento se incuban a 35 a 37 0C y en atmósfera húmeda con 5 a 10 % de CO2. El crecimiento de estos microorganismos se inhibe por la acción de compuestos tóxicos (ácidos grasos y sales) libres en el medio. Las neisserias patógenas son sensibles a la desecación, luz solar, calor húmedo y a la acción de los desinfectantes. Producen enzimas autolíticas que conducen la tumefacción y lisis rápida in vitro a 25 0C y pH alcalino. Conservación y transporte. Las neisserias patógenas son muy sensibles a las condiciones ambientales adversas, y a menudo hay pocos microorganismos presentes en el material clínico. Por ello, para preservar su viabilidad, las muestras clínicas y cepas aisladas deben transportarse al laboratorio con rapidez y sumo cuidado. Los métodos de elección para mantener las cepas por largos períodos son la liofilización y crioconservación (-60 a -80 0C), en sangre de conejo desfibrinada, caldo peptonado, o leche descremada. Cuando no es posible utilizar estos métodos, las cepas pueden transportarse y conservarse en diferentes medios de cultivo (Transgrow, Stuart, CTA, TC), en los cuales el tiempo de viabilidad varía (horas, semanas, meses). Para su conservación y transportación, los microorganismos deben inocularse a partir de cultivos puros y jóvenes (cultivos de 18 a 24 horas). Si la cepa se encuentra en buen estado fisiológico, se obtendrán subcultivos viables. Entre los principios generales que deben tenerse en cuenta para la conservación de estos microorganismos se citan: sensibilidad a las variaciones de pH, sensibilidad a la deshidratación, sensibilidad a variaciones de temperatura y la autólisis de las cepas (sobre todo gonococo y meningococo). NEISSERIA GONORRHOEAE (GONOCOCO) Es un diplococo gramnegativo, aerobio, fastidioso, sensible a los agentes externos y capaz de degradar la glucosa por oxidación. Difiere de las otras especies del género por sus características antigénicas y por producir colonias más pequeñas. Su crecimiento en medios químicamente definidos permite su clasificación en auxotipos. Estos caracteres estables se utilizan como marcadores en estudios sobre virulencia, capacidad invasiva y sensibilidad a los agentes antimicrobianos. Las cepas que requieren de arginina, hipoxantina y uracilo (cepas AHU o Arg– , Hyx–, Ura–) son, por lo general, sensibles a la penicilina, resistentes a la acción bactericida del suero normal y responsables de la mayoría de las infecciones localizadas en las mucosas. Neisseria gonorrhoeae produce infecciones en la mucosa del aparato urogenital, en su mayoría de transmisión sexual, constituyendo la gonorrea la expresión clínica más frecuente. La incidencia de las infecciones gonocóccicas aumenta en el mundo y paralelamente se presenta una disminución progresiva de la sensibilidad del gonococo a la penicilina. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Los gonococos son heterogéneos desde el punto de vista antigénico y sus principales estructuras superficiales se verán a continuación. Pili Las cepas aisladas de enfermos presentan pili, estructuras relacionadas con la virulencia y heterogéneas desde el punto de vista antigénico. Estas estructuras son apéndices proteicos, filamentosos, ubicados en la superficie celular. Su proteína estructural (pilina) tiene un peso molecular entre 16 000 y 22 000 y desempeñan un papel importante en la adhesión a las células epiteliales del hospedero e interfieren la fagocitosis. La secuencia de aminoácidos cercana a la parte media de la molécula de pilina es conservada, pero poco inmunogénica; mientras que la región carboxilo terminal es muy variable e inmunógena. Se observa que una misma cepa es capaz de presentar más de un tipo de pili, y que estas variaciones también ocurren in vivo cuando se aísla la misma cepa de diferentes localizaciones de un paciente. 219 Microbiología y Parasitología Médicas Por (Proteína I) Es un componente de la membrana externa y su peso molecular fluctúa entre 34 000 y 37 000. Se encuentra en trímeros formando poros en la superficie, por los cuales penetran nutrientes a la célula. Cada cepa expresa un solo tipo de proteína I (PI) y de acuerdo con esta proteína se describen varios serotipos. Existen dos clases de PI (IA y IB), estas son excluyentes en cada cepa y mediante anticuerpos monoclonales (AcMs) se pueden identificar 18 serovares del tipo IA (PorA) y 28 serovares del tipo IB (PorB). Los anticuerpos dirigidos contra la PI son bactericidas y opsonizantes, y se manifiestan en pacientes con infección gonocóccica no complicada, enfermedad inflamatoria e infecciones diseminadas. Por estar ubicada en la superficie externa celular, su poca variabilidad genética y las características de su respuesta inmune, hacen de la PI un posible candidato para el ensayo de vacunas. Opa (Proteína II) Es una proteína modificable por el calor; presenta un peso molecular entre 24 000 y 32 000; se halla en la superficie bacteriana; determina la morfología colonial y se asocia con la virulencia del gonococo, al permitir la adherencia a las células epiteliales del hospedero y resistir la actividad bactericida de los leucocitos polimorfonucleares y del suero normal. Debido a su variabilidad genética intra e intercepas, no se ha podido definir el papel biológico de los anticuerpos anti-PII en la infección gonocóccica. La expresión cambiante de la proteína Opa le permite al gonococo evadir la respuesta inmune. Rmp (Proteína III) La Rmp (PIII) no es modificable por el calor, no sufre variaciones y se encuentra en todas las cepas. Se relaciona con la PI en la formación de poros en la superficie celular; tiene un peso molecular aproximado de 33 000; está antigénicamente conservada y de ella sólo se describe un serotipo. Se desconoce su papel biológico, aunque estudios in vitro demuestran que la IgG de origen humano, dirigida contra esta proteína, bloquea la actividad bactericida de otras inmunoglobulinas contra antígenos gonocóccicos. Lipooligosacáridos (LOS) Su peso molecular fluctúa entre 3 000 y 7 000, no tiene cadenas laterales o antigénicas largas y es inmunogénico. Los anticuerpos anti-LOS (IgM e IgG) son bactericidas, fijan el complemento y producen quimiotaxis de los leucocitos polimorfonucleares. Existen seis tipos de LOS bien identificados, demostrándose que los gonococos manifiestan formas antigénicas múltiples, según el sitio de desarrollo. Otras proteínas Diversas proteínas conservadas desde el punto de vista antigénico tienen funciones pobremente definidas en la patogenia de la enfermedad y el papel de los anticuerpos contra dichos antígenos aún no está bien definido; tal es el caso de la proteína Lip (H8) y la Fbp (proteína regulada por el hierro), semejante en su peso molecular a la Por, y que se expresa cuando se limita el suministro de hierro. Al igual que Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae y Streptococcus pneumoniae, los gonococos producen una proteasa (IgA1) que desdobla e inactiva a la IgA1, inmunoglobulina importante de la mucosa humana. HETEROGENEIDAD GENÉTICA Y ANTIGÉNICA Dentro de una misma molécula se producen cambios frecuentes de una forma antigénica a otra. Esto sucede en uno de cada 103 microorganismos, índice rápido de cambio para las 220 Neisseriasy Moraxella catarrhalis bacterias. Dado que la pilina, Opa y LOS se hallan en la superficie celular, tienen importancia en la respuesta inmune a la infección gonocóccica. El cambio rápido de la molécula de una forma antigénica a otra ayuda a eludir el sistema inmune del hospedero; el mecanismo de cambio para la pilina es diferente del mecanismo de cambio para la Opa. Los gonococos poseen múltiples genes para codificar pilina, pero sólo uno se inserta en el sitio de expresión, de donde pueden remover todo o parte de este gen para pilina y remplazarlo por todo o parte de otro gen para esta sustancia. Este mecanismo les permite expresar muchas moléculas de pilina con estructuras antigénicas diferentes. El mecanismo de cambio de Opa comprende la adición o eliminación del ADN, de una o más de las repeticiones pentaméricas codificadoras que preceden a la secuencia que codifica al gen estructural de Opa. Se desconoce el mecanismo de cambio del LOS. Los gonococos presentan varios plásmidos, el 95 % de las cepas muestran un plásmido "críptico", pequeño (PM 2,4 × 10 6), cuya función se desconoce. Se describen también otros dos plásmidos (PM 3,4 × 106 y 4,7 × 10 6) que poseen genes, los cuales codifican la producción de β-lactamasa que les confiere resistencia a la penicilina. Estos se transfieren por conjugación, tienen semejanza con un plásmido detectado en Haemophilus y es posible que se adquieran de este u otro microorganismo gramnegativo. Del 5 al 20 % de los gonococos contienen un plásmido (PM 24,5 × 106) con genes que codifican la conjugación, este es más frecuente en las áreas donde son comunes las cepas productoras de penicilinasa. De manera experimental se puede desarrollar resistencia a la tetraciclina, mediante la inserción de un gen estreptocóccico que codifica para la resistencia a este antibiótico, dentro de un plásmido conjugativo. PATOGENIA Y PATOLOGÍA Los gonococos presentan varios tipos de colonias, pero sólo suelen ser virulentas las bacterias piliadas de colonias pequeñas. Los que forman colonias opacas y expresan Opa, se aíslan de casos con uretritis sintomática y de cultivos del cuello uterino obtenidos en la mitad del ciclo menstrual. Los que dan lugar a colonias transparentes, frecuentemente se aíslan de varones con infección uretral asintomática, en mujeres que menstrúan, y en formas invasivas de gonorrea (salpingitis e infección diseminada). En las mujeres, el tipo de colonia puede cambiar durante el ciclo menstrual. Los gonococos muestran afinidad por las mucosas, especialmente el epitelio escamoso columnar de la uretra y del cérvix; puede infectar las glándulas de Bartholino, la conjuntiva y el recto. Además, afectan el epitelio estratificado blando de mujeres jóvenes, mientras que la vagina y vulva de mujeres adultas resultan menos susceptibles. En las mucosas de las vías genitales, ojo, recto y garganta, suelen producir supuración aguda e invasión hística, a continuación sobrevienen la inflamación crónica y la fibrosis. En la uretritis gonocóccica, aproximadamente al tercer día de la infección, los microorganismos invaden la mucosa de la uretra y se adhieren a las células epiteliales mediante pili, proteínas y LOS; luego alcanzan el tejido conectivo subepitelial a través de los intersticios celulares y endocitosis mediada por la PI. En ese momento los capilares se dilatan, se produce un exudado de células y suero, y aparecen infiltraciones de polimorfonucleares, células plásticas y mastocitos. En el varón, el proceso inflamatorio puede extenderse hasta el epidídimo y al ceder la supuración sobreviene la fibrosis con estrechez uretral. En el 5 % de los casos, la infección uretral puede ser asintomática. En la mujer, la infección puede ascender hasta los anejos desde la uretra y vagina, producir cervicitis, endometritis, salpingitis, piovario y peritonitis. La fibrosis y obliteración de las trompas uterinas pueden ocasionar esterilidad en un 20 % de las mujeres con salpingitis gonocóccica. En el 1 % de las infecciones no tratadas, el microorganismo puede diseminarse al torrente sanguíneo. La bacteriemia gonocóccica produce lesiones cutáneas (pápulas, pústulas hemorrágicas) en manos, antebrazos, pies y piernas. Además, puede ocasionar artritis y tenosinovitis; en raras ocasiones se presentan casos de meningitis e infecciones oculares en el adulto. Durante el paso del feto por el canal del parto infectado, el recién nacido puede adquirir una oftalmía neonatal gonocóccica u oftalmía neonatorum. La conjuntivitis progresa con 221 Microbiología y Parasitología Médicas rapidez y sin el tratamiento específico conduce a la ceguera. Para su prevención se aplica en el saco conjuntival del neonato, nitrato de plata al 1 %, pomada de tetraciclina o eritromicina. Los gonococos que producen infección localizada suelen ser sensibles al suero, pero relativamente resistentes a los antimicrobianos. En contraste, los que invaden la sangre y causan infección diseminada suelen ser resistentes al suero, pero sensibles a la penicilina y a otros antimicrobianos. CUADRO CLÍNICO El espectro clínico es muy amplio. Entre el 3 y el 12 % de los varones, la infección puede ser asintomática y localizarse en las mucosas de la uretra, recto y orofaringe. Estos casos constituyen un grupo importante en la transmisión de la enfermedad. En la mujer, la ausencia de síntomas específicos no permite hacer el diagnóstico y la incidencia de infecciones asintomáticas es muy alta. La infección del recto y orofaringe se presenta en ambos sexos y está relacionada con contactos sexuales anales o bucales. La conjuntiva del recién nacido se infecta al pasar el feto por el canal del parto de una madre con infección gonocóccica cervical. Sin tratamiento adecuado, la infección gonocóccica se disemina por continuidad y puede provocar manifestaciones clínicas en sitios vecinos (epididimitis, salpingitis, linfangitis, abscesos), o puede alcanzar el torrente sanguíneo, dando lugar a manifestaciones cutáneas, artritis, endocarditis y meningitis. En el varón, 2 a 5 días después del contacto sexual, se presenta secreción purulenta en la uretra, prurito y micción dolorosa. Posteriormente, esta secreción aumenta y los síntomas se intensifican. El cuadro clínico puede limitarse a una uretritis anterior aguda o extenderse a estructuras vecinas. En pacientes sin un tratamiento específico, las complicaciones más frecuentes son la estenosis uretral, epididimitis, orquitis, prostatitis e infertilidad. En la mujer, la infección se localiza en el epitelio columnar del endocérvix (endocervicitis) y a diferencia del varón, los síntomas y signos no están bien definidos. Se presentan síntomas discretos o no específicos (disuria, leucorrea, prurito genital y dolor abdominal), algunas presentan uretritis y bartolinitis. No obstante, en el 50 % de los casos, la infección suele ser asintomática. La infección ascendente constituye un grave problema, del 10 a 17 % desarrollan salpingitis aguda, y dentro de estas, el 20 % puede quedar estéril. La enfermedad inflamatoria pélvica (EIP) abarca la endometritis, salpingitis y peritonitis; estas resultan difíciles de diferenciar clínicamente y pueden presentarse de forma simultánea. La infección del recto se produce por inoculación directa del gonococo en los individuos que practican relaciones sexuales anales. Se notifica el 1 % en heterosexuales y el 33 % en homosexuales. La infección orofaríngea aumenta en los últimos años, alcanza el 15 % en heterosexuales y el 30 % en homosexuales. La infección ocular en el adulto es poco frecuente, puede producirse por autoinoculación, a partir de secreciones de la uretra y(o) cérvix. Debido a la profilaxis que se realiza en las conjuntivas de los niños al nacer, la oftalmía neonatal es infrecuente. PRUEBAS DIAGNÓSTICAS DE LABORATORIO Muestras. Los instrumentos a utilizar (espéculo, anoscopio) en la toma de muestras deben lubricarse sólo con agua tibia; el empleo de algunos lubricantes químicos resulta tóxico para el gonococo. Los hisopos de algodón se emplean cuando la muestra se transfiere inmediatamente a un medio de transporte, o cuando se realiza la inoculación directa sobre los medios para el aislamiento primario. Resultan útiles los hisopos de alginato de calcio, ya que estos no presentan sustancias inhibitorias entre sus componentes. Los productos patológicos útiles son: exudados y secreciones de la uretra, endocérvix, faringe, conjuntiva, recto, aspirados de las glándulas de Bartholino, líquido sinovial y sangre. En hemocultivo se deben utilizar medios sin polianetol sulfonato de sodio, sustancia que impide la viabilidad de este microorganismo. Frotis. El examen directo de las secreciones genitales por tinción de Gram es útil para el diagnóstico de la gonorrea y permite el diagnóstico presuntivo, siempre que se observen los 222 Neisseriasy Moraxella catarrhalis típicos diplococos gramnegativos arriñonados en el interior de los polimorfonucleares. En el varón, presenta una sensibilidad del 96 % con un 99 % de especificidad. En la mujer, si el frotis endocervical se realiza por un microscopista experimentado, tiene una sensibilidad menor (40 al 50 %) y una especificidad del 95 %. El frotis de la conjuntiva puede ser útil, no sucede así en las muestras de la garganta o del recto. Cultivo. El cultivo se necesita para confirmar el diagnóstico, especialmente cuando se trata de muestras obtenidas de la mujer. Las secreciones de sitios con flora bacteriana asociada se inoculan en medios selectivos enriquecidos (Thayer-Martin, New York City). En ambos, la selectividad se logra por la adición de sustancias antimicrobianas. En el Thayer-Martin se emplean: vancomicina (3 µg/mL), colistina (7,5 µg/mL), nistatina (12,5 µg/mL) y lactato de trimetoprim (5 µg/mL). Estos inhiben el crecimiento de neisserias no patógenas (excepto Neisseria lactamica y Neisseria polysaccharea) y otros comensales que contaminan las muestras de la faringe, endocérvix y recto. Por ser Neisseria gonorrhoeae sensible a condiciones ambientales adversas, las muestras deben procesarse inmediatamente, de lo contrario, se recomienda su inoculación en medios destinados al transporte de las mismas. La incubación se realiza a 35 0C durante 24 a 48 horas, en atmósfera húmeda con 5 % de CO2. Posteriormente, los gonococos se identifican por su aspecto en la tinción de Gram, reacción positiva a la oxidasa y catalasa, sus características culturales y la degradación de los azúcares (glucosa positiva), u otras pruebas disponibles (coaglutinación, inmunofluorescencia, auxotipaje). Las colonias tienen un tamaño entre 0,5 a 1 mm, con aspecto mucoide convexas, brillantes, elevadas, cremosas, de bordes enteros y color blanco-grisáceo. En cultivos viejos, las colonias son más grandes y desarrollan bordes crenados y superficie rugosa. En dependencia de la morfología colonial se describen cinco tipos de colonia: T1 y T2 (presentan pili), T3, T4 y T5 (no presentan pili). Las primeras son pequeñas (0,5 mm) y brillantes, mientras que las segundas son grandes (1,0-1,2 mm), planas y casi incoloras. Para la caracterización de cepas se utiliza el auxotipaje, seroagrupamiento, serotipaje, estudio de los perfiles plasmídicos y las pruebas de susceptibilidad antimicrobiana. Estas brindan importante información desde el punto de vista epidemiológico y permiten diferenciar las cepas entre sí. A las cepas aisladas se les deben realizar pruebas de susceptibilidad frente a diferentes antimicrobianos, en especial a la penicilina, y debe investigarse también la detección de β-lactamasa. En ocasiones, existen dificultades con relación a los métodos utilizados en el diagnóstico convencional. Estos problemas se refieren a la baja sensibilidad de la microscopia directa en muestras pertenecientes a pacientes del sexo femenino, a dificultades con el cultivo en muestras de infecciones extragenitales y casos previamente tratados con antimicrobianos, a la pérdida de la viabilidad durante la transportación, la inhibición del crecimiento por los componentes del medio y la necesidad de confirmar los aislamientos sospechosos mediante métodos adicionales. En los últimos años se desarrollan técnicas moleculares que permiten confirmar el diagnóstico a partir de cultivos o muestras clínicas, entre estas se señalan las pruebas de hibridación y amplificación del ADN. Por su sensibilidad y rapidez ocupan un lugar importante respecto al resto de los métodos. SEROLOGÍA El suero humano normal tiene la capacidad de destruir gérmenes gramnegativos y entre estas a Neisseria gonorrhoeae. Este efecto protector natural depende de la activación del complemento y de los anticuerpos IgG e IgM. En el caso del gonococo, los blancos de los anticuerpos son: LOS, la PI y otras proteínas de su superficie celular. Para sobrevivir en el torrente circulatorio, los gonococos deben evadir este mecanismo de defensa. En el suero y secreciones genitales se detectan anticuerpos IgG e IgA contra pili gonocóccicos, proteínas de membrana externa (PMEs) y LOS. Algunas IgM del suero humano son bactericidas para Neisseria gonorrhoeae in vitro. Mediante pruebas de mancha inmunitaria, radioinmunoinvestigación y ELISA, en personas enfermas se detectan anticuerpos contra pili y PMEs de gonococo. Sin embargo, no tienen utilidad como métodos auxiliares diagnósticos. Las difi- 223 Microbiología y Parasitología Médicas cultades se basan en la diversidad antigénica de las cepas, la demora en el desarrollo de anticuerpos en los casos de infección aguda y en el gran nivel de fondo de anticuerpos que existe en la población sexualmente activa. INMUNIDAD Como consecuencia de la infección por gonococo se puede demostrar la presencia de anticuerpos bactericidas, locales (IgA) y séricos (IgG, IgM), sobre todo cuando la infección presenta cierta duración o gravedad. La heretogeneidad antigénica del gonococo explica la posibilidad de infecciones repetidas a partir de pacientes infectados con cepas de distinta composición antigénica e, incluso, a partir de un mismo caso como consecuencia de la variabilidad antigénica de una misma cepa. TRATAMIENTO El tratamiento de las infecciones gonocóccicas se centra en el empleo de antimicrobianos capaces de actuar sobre las cepas resistentes a la penicilina, las productoras de penicilinasa y sobre cepas resistentes a la tetraciclina. Se sugiere la administración del antibiótico en una sola dosis; esta forma de administración ocasiona menos efectos secundarios y tiene un menor costo. Por el gran uso de la penicilina, la resistencia se eleva por selección de mutantes cromosómicos. Actualmente, existen cepas que se inhiben con concentraciones elevadas de penicilina G (CMI ≥ 1 µg/mL). Aumentan también las productoras de penicilinasa (PPNG) y se detectan cepas con resistencia mediada por cromosomas a la tetraciclina (CMI ≥ 1 µg/mL). Desde 1985 se reporta en los Estados Unidos, el aislamiento de gonococos con altos niveles de resistencia a la tetraclina (CMI ≥ 32 µg/mL), esta se debe a la adquisición de un plásmido y se les denomina TRNG; también existe resistencia a la espectinomicina y ciprofloxacina. En general, las cepas con mutaciones a nivel del cromosoma presentan un bajo nivel de resistencia a la penicilina y tetraciclina (CMIs 2-4 µg/mL). Por otro lado, la resistencia mediada por plásmidos se asocia a un alto nivel de resistencia en ambos agentes antimicrobianos. En 1989, debido al aumento de cepas PPNG, TRNG y CMRNG, la OMS recomienda la administración de ceftriaxona como tratamiento de elección en la gonorrea. Como drogas alternativas se describen: espectinomicina, ciprofloxacina, cefuroxima más probenecid y cefotaxima. Si la infección es por una cepa no resistente a la penicilina, puede emplearse la amoxicilina más probenecid. EPIDEMIOLOGÍA, PREVENCIÓN Y CONTROL En la I y II Guerra Mundial se reporta una elevada incidencia de infecciones por gonococos. La administración masiva de penicilina a partir de los años 1945-1950 conduce a una disminución del número de enfermos. Sin embargo, durante los años 1960-1970, aumentan los casos en todo el mundo y se reportan tasas hasta 500 por 100 000 habitantes por año (Suecia, Estados Unidos). A partir de los años 1970-1980, existe un descenso en los países occidentales, este descenso aumenta a partir de los años 1980-1990 y se atribuye a la prevención individual para reducir el riesgo de infección por VIH. No obstante, la gonorrea aún presenta una amplia distribución mundial y su frecuencia se acentúa por el incremento de la promiscuidad en la población sexualmente activa, la prostitución y falta de educación sexual. En Estados Unidos ocurren brotes por cepas PPNG; en Europa, la prevalencia de estas se mantiene en alrededor del 35 % y en África asciende al 70 %. La gonorrea se transmite casi exclusivamente por contacto sexual, a menudo por individuos con infecciones asintomáticas y existe en la población un alto riesgo de contraer la enfermedad. En la mujer, este riesgo se calcula entre un 50 a un 70 %, y para el varón, la posibilidad de infección tras una sola exposición con un compañero sexual infectado es del 20 al 30 %. El principal problema epidemiológico de estas infecciones radica en la aparición periódica de resistencia a los agentes antimicrobianos. Las cepas PPNG aparecen en el año 1976 y 224 Neisseriasy Moraxella catarrhalis luego se dispersan en el mundo. Áreas con alta incidencia existen en Asia, África y Estados Unidos. Los brotes de cepas PPNG provocan cambios en las pautas terapéuticas. La profilaxis de las infecciones por gonococo radica en la eliminación de las fuentes de infección, esta comprende: el diagnóstico y tratamiento precoz de los casos, la investigación y tratamiento de los contactos, realizar exámenes periódicos en poblaciones de riesgo y mantener la educación sanitaria de la población, señalando la importancia del diagnóstico y tratamiento precoz, tanto en enfermos como en los contactos. La profilaxis mecánica individual (condón) brinda protección parcial y la quimioprofilaxis tiene valor limitado por la resistencia del gonococo a los antimicrobianos. La prevención de las infecciones por gonococo dependerá del conocimiento y la actitud particular que sobre estas tenga el individuo, y de las estrategias que cree y promocione la comunidad, como programas de educación e información para limitar la infección en los grupos de riesgo (adolescentes, heterosexuales promiscuos, homosexuales, prostitutas) y en el resto de la población. La oftalmía neonatorum se evita con la instilación en la conjuntiva del recién nacido de una gota de nitrato de plata al 1 % (método de Credé). Aunque resulta eficaz y constituye el método clásico, este compuesto resulta difícil de almacenar y puede provocar irritación conjuntival. Por estos inconvenientes, se puede aplicar ungüento oftálmico de eritromicina al 0,5 %, o tetraciclina al 1 % durante la primera hora después del nacimiento. Hasta la fecha no existen vacunas contra gonococos, aunque se demuestra que la inmunización por vía parenteral induce, al nivel de las mucosas, un aumento específico de la resistencia frente a cepas homólogas. Su variabilidad antigénica constituye el principal obstáculo para lograr una vacuna eficaz. Se encuentran en períodos de ensayo preparados vacunales elaborados a partir de fimbrias purificadas y PMEs; se estudia, además, la posibilidad de emplear otros antígenos. NEISSERIA MENINGITIDIS (MENINGOCOCO) Es un diplococo gramnegativo perteneciente al género Neisseria (oxidasa y catalasa positivas), se caracteriza por su difícil crecimiento y sensibilidad a los agentes externos. La mayoría de las cepas degradan la glucosa y la maltosa por oxidación, aunque se describen cepas que presentan patrones diferentes (cepas deficientes). Es un parásito de la mucosa de las vías respiratorias superiores del hombre y produce cuadros clínicos diversos, donde la meningitis cerebroespinal epidémica ocupa un lugar destacado. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Tres familias de compuestos independientes desde el punto de vista genético constituyen los elementos más significativos de su pared celular. Estas estructuras desempeñan un papel importante en la inmunidad y muestran la complejidad de este microorganismo y la de su epidemiología. Las diferencias antigénicas de estas estructuras se emplean en su caracterización fenotípica. Polisacárido capsular (PC) El PC está presente en la mayoría de las cepas, se considera un factor de virulencia por sus propiedades antifagocíticas, antiopsónicas y antibactericidas. Neisseria meningitidis se clasifica en 12 serogrupos (A, B, C, X, Y, Z, 29E, W135, H, I, K y L) de acuerdo con las diferencias estructurales de sus PCs. Estos serogrupos se identifican mediante reacciones de aglutinación con antisueros específicos y se reconocen con letra mayúscula; algunos no aceptan el serogrupo D (por haber perdido su cápsula), esto lo convierte en una cepa no agrupable (NA). Los serogrupos A, B y C provocan el 90 % de casos de enfermedad meningocóccica (EM) que se reportan en el mundo; mientras que los serogrupos Y y W-135 causan el resto. Los serogrupos B y C poseen ácido siálico en su cápsula polisacarídica, hecho que les confiere resistencia contra los mecanismos inmunológicos mediados por el complemento. Los grupos B y C han provocado epidemias importantes en las últimas déca- 225 Microbiología y Parasitología Médicas das en: España, Reino Unido, Francia, Noruega, Chile, Colombia, Uruguay, Argentina, Brasil, Canadá, Estados Unidos, Cuba y Nueva Zelanda. Sin embargo, el serogrupo A permanece actualmente confinado al continente asiático y africano. Los serogrupos H, I, K y L sólo se aíslan de portadores; las cepas NA se aíslan de la nasofaringe, mientras que las que se recuperan del torrente sanguíneo y líquido cefalorraquídeo (LCR) son todas capsuladas; esto sugiere la importancia del PC como un atributo de patogenicidad. Proteínas de la membrana externa (PMEs) Neisseria meningitidis se clasifica en serotipos y subtipos teniendo en cuenta la especificidad antigénica de sus antígenos proteicos. Según su peso molecular se identifican cinco clases de proteínas mayoritarias (1-5). Las PMEs se localizan en la cubierta externa, constituyen marcadores epidemiológicos y se consideran buenos inmunógenos. Se demuestra que las proteínas clase 1 (PorA) y las de clase 2/3 (PorB), son porinas que permiten el paso de iones a través de la membrana celular. A diferencia de las de clase 2/3 (mutuamente excluyentes), las PMEs clase 1 son variables y presentan variabilidad genética en una misma cepa como resultado de mutaciones en el gen PorA. Las variaciones antigénicas en las PMEs clase 2/3 y clase 1 establecen las bases de la serotipificación y subtipificación respectivamente. Los serotipos y subtipos se designan por números arábigos, pero el número correspondiente al subtipo va precedido del prefijo "P1" (Cuadro 24.2). Los sero/subtipos se identifican por ELISA de células enteras con AcMs; las cepas que no reaccionan con los AcMs disponibles se denominan no tipables (NT), o no subtipables (NST). Hasta la fecha se definen 22 serotipos, algunos (2; 4 y 15) se relacionan con epidemias. En 1995 se describe en la República de Checoslovaquia un nuevo serotipo (22), el que sólo se detecta hasta la fecha en cepas de los serogrupos B, C y NT que circulan en Europa Central. Las PMEs clase 1 poseen dos regiones variables (RV1 y RV2), cada una determinada por subtipos diferentes. Por lo tanto, las cepas que poseen PMEs clase 1 se pueden caracterizar por la combinación de subtipos de dos regiones variables diferentes (Cuadro 24.2). La PME clase 4 (Rmp) muestra homología con la OmpA de Escherichia coli, y las PMEs clase 5 (Opa y Opc) desempeñan un papel importante en la adhesión e invasión a las células del hospedero. Neisseria meningitidis produce una proteína en condiciones de baja disponibilidad de hierro (FrpA). Esta favorece la obtención del hierro contenido en las proteínas de la sangre, lo cual facilita la accesibilidad a este importante nutriente, necesario para el crecimiento de este microorganismo. Además, el meningococo expresa otras proteínas (Lip y Laz) cuya función no se conoce y las AniA y las CtrA, vinculadas con la excreción del PC. Lipooligosacáridos (LOS) Se localizan junto con las PMEs de la pared celular, participan en la producción de anticuerpos relacionados con la inmunidad natural adquirida y posibilitan la clasificación de las cepas en inmunotipos. Su composición química es antigénicamente diversa y al igual que las PMEs su identificación sirve de base a los métodos de inmunotipaje. Se han descrito 13 inmunotipos diferentes (L1-L13) (Cuadro 24.2), sólo L12 y L13 no tienen bien establecida su verdadera existencia. Las cepas de meningococo pueden expresar más de un determinante de inmunotipo y la diferencia entre ellos radica en la parte oligosacarídica. Tomando en consideración estos elementos, Frasch y otros investigadores proponen una nomenclatura uniforme. Para la designación de los antígenos de superficie se utiliza un esquema similar al de E. coli. Una cepa de Neisseria meningitidis se caracteriza por la combinación del serogrupo, serotipo, subtipo e inmunotipo y a esta combinación se denomina fenotipo. Las diferencias antigénicas en las PMEs clase 2/3 se emplean para distinguir el serotipo; las diferencias en las PMEs clase 1 para los subtipos y las diferencias de LOS para identificar inmunotipos. Aplicando este esquema, una cepa de meningococo se clasifica como sigue: B:4:P1.15,19:L:3,7,9. Donde: B = serogrupo; 4 = serotipo; 15,19 = subtipos; L:3,7,9 = inmunotipos. Muy recientemente se han empleado y propuesto estudios de la secuenciación de varios genes, que incluyen genes estructurales y los relacionados con la virulencia. El 226 Neisseriasy Moraxella catarrhalis resultado de estos métodos es compatible con los obtenidos por electroforesis de enzimas, y pueden, adicionalmente, ser estandarizados entre diferentes laboratorios, lo que proporcionaría un valioso esquema para los estudios genéticos de este microorganismo. Cuadro 24.2. Estructuras superficiales de cepas de Neisseria meningitidis y caracterización fenotípica Estructura superficial Designación PCs PMEs clase 2/3 PMEs clase 1 (RV1) PMEs clase 1 (RV2) LOS Serogrupo Serotipo Subtipo Subtipo Inmunotipo Clasificación A, B, C, X, Y, Z, 29E, W-135, H, I, K, L 1, 2a, 2b, 2c, 4, 14, 15, 16 P1.5, P1.7, P1.12 P1.1, P1.2, P1.3, P1.4, P1.10, P1.14, P1.15, P1.16 L:1 – L:13 PCs: polisacáridos capsulares. PMEs: proteínas de membrana externa. RV: región variable. LOS: lipooligosacáridos. PATOGENIA Y PATOLOGÍA La superficie mucosa del tracto respiratorio superior del hombre, principalmente la nasofaringe, es el único hábitat y reservorio de Neisseria meningitidis, aunque apenas el 33 % de los individuos infectados presentan signos de faringitis. El estado de portador no conduce generalmente al cuadro clínico de la enfermedad meningocóccica (EM). En períodos no epidémicos, un porcentaje variable de la población adulta puede estar colonizada por un espacio de tiempo variable. En el caso del serogrupo B, el estado de portador puede prolongarse durante varios meses. Neisseria meningitidis se transmite de persona a persona a través de las secreciones del tracto respiratorio superior. Para establecerse a este nivel, debe evadir la acción de la IgA secretora (mediante IgA proteasas) y la acción de los cilios de la mucosa. Se citan factores predisponentes, entre estos se encuentran: edad, sexo, hábito de fumar, amigdalectomía, hacinamiento, papel de la flora bacteriana acompañante e infecciones respiratorias por virus y micoplasmas. Los meningococos dañan las células nasofaríngeas ciliadas mediante una toxina soluble. Después, se adhieren a las células no ciliadas por medio de adhesinas, penetran las mucosas por endocitosis, y una vez que atraviesan del extremo apical al basal de la célula epitelial, llegan con facilidad al torrente circulatorio. En el espacio intravascular, la defensa principal del hospedero es el sistema del complemento. La vía clásica requiere la presencia de anticuerpos específicos, mediante estos se activa la cascada del complemento, que conduce finalmente a la lisis de las bacterias. Cuando el hospedero carece de anticuerpos específicos, depende para su defensa de la vía alternativa del complemento. La capacidad de evadir esta vía le permite sobrevivir en el torrente sanguíneo. Para que ocurra meningitis se necesita que el germen atraviese la barrera hematoencefálica (BHE), e induzca una respuesta inflamatoria en el espacio subaracnoideo. Los mecanismos exactos por los cuales la bacteria alcanza el LCR no están esclarecidos. La alta incidencia de meningitis en el desarrollo de la EM, sugiere que este microorganismo ha desarrollado una vía muy eficiente para burlar la BHE. Estudios de microscopia electrónica demuestran la presencia de bacterias en el interior de las células, esto habla en favor de que la vía transcelular sea la más aceptada. Esta teoría se corrobora por la demostración de microorganismos en el interior de las células endoteliales de los capilares del cerebro. Las evidencias in vivo e in vitro suponen que atraviesa la BHE de forma directa a través de los capilares meníngeos usando la ruta transcelular. Este microorganismo se multiplica en el LCR por ser este pobre en opsoninas; en el LCR se produce inflamación de las meninges y liberación de LOS. Estas endotoxinas provocan la liberación de mediadores endógenos (factor de necrosis tumoral, e interleucinas), los que determinan la ruptura de la BHE y la aparición del edema cerebral por la exudación de albúmina. En una fase avanzada, los mediadores mencionados inducen la activación de neutrófilos con producción de sustancias tóxicas que aumentan el daño de la BHE. Se activan otros 227 Microbiología y Parasitología Médicas mediadores que actúan sobre el miocardio, sistema vascular y órganos vitales, lo que conduce al shock y fallo multiórgano. DATOS CLÍNICOS En la nasofaringe, los meningococos pueden formar parte de la flora transitoria sin producir síntomas, u ocasionar signos de faringitis. Ya en el torrente sanguíneo producen meningococemia y cuando esto sucede, el paciente presenta fiebre elevada, escalofríos, malestar general, dolor muscular en la región lumbar y pantorrillas. Sin embargo, los signos más llamativos son los cutáneos; la aparición de petequias en axilas, muñecas, tobillos, o conjuntiva, constituye un signo que traduce un proceso de coagulación intravascular diseminada y colapso circulatorio (síndrome de Waterhouse-Friderichsen). Esta enfermedad afecta, sobre todo, a lactantes y niños de corta edad, y en el transcurso de pocas horas conduce a la muerte. La púrpura se acompaña de hemorragias mucosas y de órganos internos, entre los que se destacan las suprarrenales. La meningitis es la complicación más común de la meningococemia. Se inicia de forma súbita, con fiebre elevada, cefalea intensa, vómitos, rigidez de nuca, hiperreflexia, convulsiones y puede progresar al coma en pocas horas. En los casos de meningitis, se inflaman las meninges, con trombosis de los vasos sanguíneos y exudación de leucocitos polimorfonucleares, de modo que la superficie del cerebro se cubre por un exudado purulento espeso. No se conoce con exactitud por qué una infección asintomática de la nasofaringe se puede transformar en meningococemia y(o) meningitis, pero este fenómeno puede prevenirse mediante la presencia de anticuerpos séricos bactericidas específicos contra el agente causal. La bacteriemia se favorece por la ausencia de anticuerpos bactericidas (IgM e IgG), inhibición de la acción bactericida sérica por un anticuerpo IgA de bloqueo, o por deficiencias del complemento (C5, C6, C7, C8). Neisseria meningitidis puede producir: artritis, sinusitis, conjuntivitis, endocarditis y neumonías. Se detecta también en el cuello uterino, vagina, y en homosexuales se aísla del canal anal (proctitis) y la uretra (uretritis). PRUEBAS DIAGNÓSTICAS DE LABORATORIO Muestras. Neisseria meningitidis es frágil y pierde su viabilidad fácilmente. La recolección y manipulación de las muestras debe realizarse con cuidado. Si se envían de forma inmediata al laboratorio y se obtienen antes de administrar tratamiento con antimicrobianos, existen mayores porcentajes de viabilidad. Deben mantenerse entre 35 y 37 0C y procesarse en un período no mayor de 2 a 3 horas. En dependencia del cuadro clínico, las muestras útiles en los enfermos son: sangre, LCR y aspirados de petequias, o biopsias. Además: líquidos (articular, sinovial, pleural), exudados (conjuntival, rectal, uretral, nasofaríngeo) y esputo. Cuando se investigan portadores se realiza exudado nasofaríngeo. Frotis. El examen microscópico directo de los fluidos corporales, exudados y tejidos por tinción de Gram permite visualizar los típicos diplococos arriñonados intra y extracelulares. Cultivo. Neisseria meningitidis no es tan exigente como el gonococo en sus requerimientos nutricionales; para cultivos de muestras normalmente estériles, se emplean el agarsangre, agar-chocolate y(o) el agar y caldo Mueller-Hinton, que contienen almidón entre sus componentes, garantizando así la adsorción de ácidos grasos y sales, sustancias que pueden inhibir el crecimiento de neisserias patógenas. Por otro lado, el agar Thayer-Martin se utiliza en el aislamiento de meningococos a partir de muestras con flora bacteriana acompañante (exudados nasofaríngeo, rectal, conjuntival). Para este propósito se adicionan al medio de cultivo, antibióticos como vancomicina, nistatina y colistina (VCN). Al Thayer-Martin se le añaden, también, sustancias activas químicamente definidas que favorecen el crecimiento de gérmenes exigentes. Para el hemocultivo se emplean caldos sin polianetol sulfonato de sodio. En los medios sólidos, el meningococo produce colonias transparentes, no pigmentadas, no hemolíticas, mucoides, convexas y de un diámetro entre 1 y 5 mm. Las condiciones 228 Neisseriasy Moraxella catarrhalis óptimas de crecimiento se logran en atmósfera húmeda de 35 a 37 0C y con 5 o 10 % de CO2. Las colonias pertenecientes a microorganismos oxidasa y catalasa positivas, y que morfológicamente se correspondan con diplococos gramnegativos, pertenecen al género Neisseria. Luego, se realizan las diferentes pruebas de identificación que permiten definir la especie (Cuadro 24.1). Neisseria meningitidis degrada la glucosa y la maltosa, dando lugar a ácido, sin formación de gas. La seroagrupación se realiza mediante aglutinación de la suspensión bacteriana frente a antisueros específicos de grupo. A los laboratorios especializados les corresponde completar la caracterización fenotípica por ELISA de células enteras con AcMs. La disponibilidad de técnicas moleculares permite realizar estudios de caracterización genómica. Debido al reporte de cepas resistentes y con sensibilidad disminuida a los diferentes antimicrobianos utilizados en la terapéutica y profilaxis de la EM, se debe investigar la susceptibilidad de las cepas frente a los agentes utilizados para este propósito. En las epidemias, la resistencia a la sulfadiacina sódica constituye un importante marcador epidemiológico. Aunque el estudio por cultivo brinda una confiabilidad del 100 %, el desarrollo de nuevas técnicas inmunológicas proporciona un diagnóstico rápido y seguro en aquellas muestras donde el microorganismo no se halle viable. Entre las técnicas que detectan antígenos solubles se encuentran: el látex, la coaglutinación con proteína A estafilocóccica y la contrainmunoelectroforesis. Los métodos moleculares se utilizan con éxito en el diagnóstico de la EM y el estudio de cepas aisladas en brotes y epidemias. La RCP se emplea en muestras clínicas y proporciona una buena sensibilidad y especificidad. Puede ser particularmente útil para confirmar el diagnóstico en casos donde el cultivo tiene poco valor, debido a la administración previa de antibióticos, o porque es pequeño el número de microorganismos presentes en la muestra. SEROLOGÍA La presencia de anticuerpos bactericidas en el suero se relaciona con la protección contra EM. La susceptibilidad a esta enfermedad se asocia con la ausencia de anticuerpos específicos que activan al complemento, y a través de los cuales se produce la lisis del microorganismo. El ensayo bactericida del suero (EBS) se considera la "prueba de oro" para evaluar la eficacia serológica de vacunas contra este germen. Los niveles de anticuerpos capsulares obtenidos frente a los serogrupos A y C confirman la utilidad de esta técnica. Sin embargo, existe pobre correlación entre los resultados del laboratorio y la protección clínica que se demuestra, después de aplicar vacunas compuestas por vesículas de membrana externa del serogrupo B. Por ese motivo, se desarrolla el ensayo de sangre total (EST). Este método es un modelo ex vivo de bacteriemia que permite evaluar la actividad bactericida de la sangre total, determinada tanto por el componente soluble como por el celular. Los resultados obtenidos en estudios del EST indican que para el serogrupo B, este ensayo es un marcador de inmunidad más sensible que el EBS. Además de estos, otros métodos se emplean para detectar anticuerpos contra los antígenos de meningococo (ELISA contra las PMEs y PCs, opsonofagocitosis, adherencia). INMUNIDAD El porcentaje de personas que presentan actividad bactericida en el suero contra meningococos, es inversamente proporcional a la incidencia de EM durante los primeros años de vida. Al nacer, el 50 % de los lactantes presentan anticuerpos bactericidas, debido a la transferencia de los anticuerpos maternos a través del cordón umbilical. La prevalencia de estos disminuye paulatinamente después del nacimiento, y alcanzan su punto mínimo entre los 6 y 12 meses de edad. Con posterioridad, ascienden hasta cerca de los 12 años de edad. En el adulto, los niveles de anticuerpos varían de acuerdo con los serogrupos. Se demuestra que los PCs de los grupos A y C son buenos inmunógenos e inducen la formación de anticuerpos bactericidas. Por el contrario, el PC del grupo B es pobre desde el punto de vista inmunogénico. Se reporta que su pobre inmunogenicidad está relacionada con su semejanza con los antígenos del hospedero. 229 Microbiología y Parasitología Médicas En Neisseria meningitidis como en otros microorganismos, la infección natural, o la administración de antígenos purificados, originan una respuesta inmune más o menos intensa. El estado de portador desarrolla anticuerpos humorales a los antígenos capsulares y no capsulares. El anticuerpo producido es, a la vez, opsónico y bactericida, pero carece de efecto sobre la condición del portador nasofaríngeo. Esto se debe, quizá, a la acción de la IgA proteasa producida por este microorganismo. Se conoce que el estado de portador de meningococo y la presencia de Neisseria lactamica en la nasofaringe provocan anticuerpos protectores. Estudios prospectivos demuestran que los casos que desarrollan EM, son aquellos que carecen de anticuerpos bactericidas contra el meningococo, adquiridos por vía natural o por la aplicación de vacunas. Se dispone de vacunas contra los PCs de los serogrupos A, C, Y y W-135. Por el pobre papel inmunogénico del PC del grupo B, muchos países investigan en vacunas compuestas por PMEs. Cuba produce la única vacuna disponible contra este serogrupo (VA-MENGOCBC®). Esta vacuna está compuesta por PMEs purificadas del fenotipo B:4:P1.19,15:L:3,7,9. Por sus componentes y su naturaleza purificada, la vacuna es inocua y muestra protección in vivo e in vitro contra el serogrupo B. TRATAMIENTO El tratamiento se basa en la administración de agentes antimicrobianos junto a los medicamentos de apoyo. La penicilina constituye el antibiótico de elección. Sin embargo, cabe destacar que, desde hace algunos años, se reportan algunas cepas resistentes y con susceptibilidad disminuida a este antimicrobiano. Desde 1985, España señala una situación alarmante en el comportamiento de las cepas frente a la penicilina. A partir de esas descripciones, varios países reportan cepas moderadamente resistentes (CMIs de 0,1-1 µg/mL). Este aumento parcial de la resistencia puede estar condicionado por: producción de β-lactamasa, alteraciones en la permeabilidad de la membrana citoplásmica, modificaciones en una o más proteínas fijadoras de la penicilina (PBPs) o mecanismos de resistencia adquiridos por intercambio genético horizontal y establecidos por una construcción de genes en "mosaico", que son, en general, consecuencia de procesos de recombinación entre genes homólogos. Se conoce que las neisserias comensales (Neisseria lactamica, Neisseria polysaccharea, Neisseria flavescens), son de modo natural moderadamente resistentes a la penicilina y que algunos fragmentos del gen PenA de estos gérmenes son idénticos a los correspondientes fragmentos del mismo gen en las cepas patógenas. Este comportamiento obliga a investigar la susceptibilidad a la penicilina y la producción de β-lactamasa en todas las cepas aisladas. El reporte de cepas moderadamente resistentes a la penicilina, conlleva a que en algunos países se preconiza el tratamiento de la EM con cefalosporinas de tercera generación. EPIDEMIOLOGÍA, PREVENCIÓN Y CONTROL Neisseria meningitidis es el agente causal de la meningitis cerebroespinal epidémica, enfermedad que produce una alta morbilidad y mortalidad en el mundo. La tasa de mortalidad varía según la prevalencia de la infección y las condiciones socioeconómicas de las diferentes regiones. En epidemias de países industrializados, la mortalidad fluctúa entre 7 y 10 % para las meningoencefalitis y hasta el 19 % en las meningococemias. Sin embargo, en los países del Tercer Mundo, la mortalidad de las formas septicémicas alcanza el 70 %. Se reportan diferencias en relación con los serogrupos A, B y C. Las cepas de los serogrupos B y C producen, en países desarrollados, epidemias con tasas de ataque desde 50 a 100 por 100 000 habitantes. Las cepas del serogrupo A se presentan en naciones menos desarrolladas y las tasas de ataque llegan hasta 500 por 100 000. En todos los casos, las epidemias se presentan en las poblaciones más humildes, entre quienes es frecuente el hacinamiento y malas condiciones sanitarias. Sufren epidemias de EM en los últimos años: Australia, Noruega, Holanda, China, Egipto, Arabia Saudita, Nigeria, Kenya, Burkina Faso, Canadá, Estados Unidos, Brasil, Argentina, Chile, Colombia, Nueva Zelanda, África del Sur, Zambia y Cuba. 230 Neisseriasy Moraxella catarrhalis El microorganismo coloniza la nasofaringe humana y se transmite por vía respiratoria. El estado de portador puede permanecer durante años (25 %), semanas o meses (75 %). El número de portadores en períodos no epidémicos es aproximadamente del 5 % y se eleva al 90 % en las epidemias. Se conoce poco sobre las causas que originan el estado de portador, sólo en un pequeño porcentaje de casos, el meningococo se disemina al torrente sanguíneo y causa meningococemia y(o) llega al SNC. La EM es de distribución mundial, común en los climas templados y tropicales, y con una mayor incidencia en invierno-primavera. Pueden ocurrir casos esporádicos durante todo el año, tanto en zonas rurales como urbanas; es más frecuente entre la población infantil y adultos jóvenes, algunos señalan predilección por el sexo masculino y personas que conviven en condiciones de hacinamiento. Entre los factores que favorecen el estado de portador se señalan: hábito de fumar, fumador pasivo, hacinamiento, amigdalectomía, infecciones respiratorias de etiología viral, alcoholismo, condiciones climáticas especiales, circulación de cepas virulentas y susceptibilidad inmunológica de la población. Hay diferencias en el potencial epidémico de las cepas serogrupos A, B y C. Neisseria meningitidis serogrupo A provoca epidemias con altas tasas de morbilidad y mortalidad. Su circulación predomina en la región central de África (cinturón de la meningitis). Esta región abarca 15 países y atraviesa el continente desde el este al oeste. En ella, las epidemias se inician en la estación seca y finalizan al comenzar las lluvias. Las tasas de ataque alcanzan cifras hasta de 1 200 casos por 100 000 habitantes. Las principales epidemias ocurren en Etiopía, Chad, Sudán y Kenya. Durante los cuatro primeros meses de 1996, la OMS reportó un total de 149 166 casos de EM y 15 783 muertes. El mayor número de casos se presentó en Burkina Faso y Nigeria; las cepas se clasificaron como A:4:P1.9 y pertenecen al complejo clonal III-1. El serogrupo C produce enfermedad endémica en Estados Unidos, Canadá y Europa. Desde 1989 a 1992, la incidencia en Canadá presentó cifras 10 veces superiores a las reportadas con anterioridad y desde 1991 se detecta un aumento de casos asociados a la circulación de nuevas cepas en la comunidad. Mientras que la EM endémica continúa presentándose en lactantes y niños pequeños, se observa, también, un cambio de la incidencia a niños de edad escolar y adultos jóvenes. En general, los brotes suceden en comunidades pequeñas o poblaciones universitarias, en forma de pequeños picos endémicos (5 a 15 casos) y durante cortos períodos de un mismo año. Los brotes institucionales (escuelas primarias, universidades) son de corta duración y se presentan en un período de 1 a 2 semanas, sin aumentar de forma significativa las tasas de morbilidad y mortalidad. El serogrupo B se describe como el más común dentro de los casos endémicos, también provoca brotes y epidemias en diversas partes del mundo. En muchas de estas epidemias prevalecen cepas pertenecientes al complejo clonal ET-5. Sin embargo, otros sero/subtipos pertenecientes al grupo B se asocian con epidemias. En Sao Paulo, desde 1988 a 1990, se produjo una epidemia por cepas del fenotipo B:4:P1.15 y el complejo ET-5. Cepas del mismo complejo clonal provocan la epidemia que comienza en Cuba a mediados de la década del 70. A diferencia de las epidemias por el serogrupo A, Neisseria meningitidis serogrupo B, ocasiona epidemias que se extienden durante varios años y presenta cifras de incidencia bajas o moderadas. Cepas del fenotipo B:4:P1.15, complejo clonal ET-5, se localizan a principios de la década del 90 en Oregón, Estados Unidos. Los casos más dramáticos ocurren en niños de edad escolar y adultos jóvenes. Cepas del serogrupo B, no pertenecientes al complejo ET-5, se describen en la Florida, Missouri y Los Ángeles. Entre los países que reportan brotes importantes por el serogrupo B se encuentran: Noruega, Chile, Brasil, Nueva Zelanda y Colombia. Recientemente, casos de EM por serogrupo Y, se describen en Illinois y Connecticut, aumentando desde el 6 % en 1991, al 29 % en 1995. La neumonía constituye la manifestación clínica más frecuente entre los enfermos por este serogrupo. QUIMIOPROFILAXIS La quimioprofilaxis se considera útil en el control de la EM, pero presenta limitaciones y sólo debe utilizarse en circunstancias especiales. Su objetivo es prevenir la aparición de 231 Microbiología y Parasitología Médicas casos secundarios mediante la eliminación de portadores. Por ser efectiva en la prevención de casos secundarios, se inicia lo antes posible (primeras 48 horas del caso índice). El diagnóstico, tratamiento de portadores y quimioprofilaxis masiva a grupos susceptibles, en un intento por reducir el número de portadores y evitar la transmisión de la enfermedad, no ofrece buenos resultados y, como contrapartida, provoca la aparición y diseminación de cepas resistentes. Las sulfonamidas resultan útiles en su etapa inicial, pero a partir del año 1963 aparecen las cepas resistentes. Desde esa fecha, su reporte aumenta y se vincula a cepas epidémicas. Por este motivo, se abandona la sulfadiacina como quimioprofiláctico y surgen nuevos candidatos: minociclina, rifampicina, ofloxacina, ciprofloxacina y ceftriaxona; las dos últimas se describen como muy efectivas en la prevención de casos secundarios y muestran su capacidad para erradicar portadores, mediante la administración de una sola dosis. La administración de quimioprofilácticos se realiza en contactos íntimos e individuos con un riesgo elevado de infección. Los casos secundarios aparecen dentro de los primeros 10 días del caso primario. Una vigilancia personal estrecha durante 10 días asegura el tratamiento rápido de cualquier caso que pueda aparecer en ausencia de una quimioprofilaxis eficaz. La quimioprofilaxis masiva no se recomienda para el control ni prevención de epidemias, sólo se justifica en las personas que viven en el mismo domicilio del paciente, los niños de una misma aula, los de una misma guardería infantil, los reclusos que comparten el mismo dormitorio y el personal de salud que puede tener contacto con secreciones nasofaríngeas del paciente (Cuadro 24.3). Cuadro 24.3. Agentes antimicrobianos para la quimioprofilaxis de la enfermedad meningocóccica Nombre Dosis (adulto) Dosis (niño) Ruta Duración Costo Rifampicina 600 mg/12 h 10 mg/kg/12 h Oral 2 días Moderado Espiramicina 1 mg/12 h 25 mg/kg/12 h Oral 5 días Moderado Ciprofloxacina 500 mg - Oral Una dosis Alto Ceftriaxona 250 mg - i.m. Una dosis Alto i.m.: intramuscular. INMUNOPROFILAXIS Tras la aparición de cepas resistentes a las sulfonamidas, los esfuerzos se encaminan al desarrollo de vacunas que eviten la infección meningocóccica en poblaciones de riesgo. Se demuestra que los PCs se comportan como buenos inmunógenos, e inducen la aparición de anticuerpos bactericidas específicos responsables de la inmunidad. Hasta la fecha existen vacunas de los PCs de Neisseria meningitidis serogrupos A, C, Y, W-135; estos preparados aparecen en el mercado de forma combinada (ejemplo: A + C). La vacuna contra el serogrupo A se emplea en varios países y demuestra su eficacia en la prevención de la meningitis epidémica y endémica en poblaciones de riesgo. La respuesta inmune a la vacuna del grupo C es baja en niños menores de 2 años de edad; los estudios realizados indican que no es protectora por debajo de los 24 meses de vida. Otros reportan que la vacuna A + C genera anticuerpos en los lactantes, pero que estos son significativamente más bajos que los que se detectan en niños mayores. Por ser el PC del serogrupo B pobre desde el punto de vista inmunogénico, las investigaciones se encaminan a obtener vacunas a partir de las PMEs. En 1987, científicos cubanos ensayan por primera vez en el mundo una vacuna eficaz contra el meningococo serogrupo B. Por los buenos resultados obtenidos, la vacuna se licencia en 1988; se administra en forma de campaña entre los años 1989-90 a los grupos entre 3 meses y 19 años de edad y desde 1991 se incorpora al Programa Nacional de Inmunizaciones. 232 Neisseriasy Moraxella catarrhalis MORAXELLA CATARRHALIS Moraxella catarrhalis, antigua Neisseria catarrhalis, se reporta desde 1886 por Frosch y Kolle, a partir de muestras de esputos obtenidos de pacientes con bronquitis o pleuroneumonía y durante muchos años fue considerada un comensal de la orofaringe. Sin embargo, en 1972, a partir de estudios realizados en pacientes con bronquitis crónica, se pone en evidencia su poder patógeno. En 1977 se detecta la primera cepa productora de β-lactamasa, este hecho conduce a un mayor interés por este microorganismo, especialmente en los aspectos relacionados con su resistencia y la adquisición y diseminación de cepas β-lactamasa positiva. En los niños se comporta como patógeno importante de otitis media y sinusitis; en los adultos, provoca exacerbaciones agudas en pacientes con afección pulmonar obstructiva crónica. Además de estas enfermedades, produce septicemia, endocarditis y meningitis. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son diplococos gramnegativos arriñonados, inmóviles; no poseen cápsula y presentan pili o fimbrias. Cultivo y características del crecimiento. Es un microorganismo aerobio, oxidasa y catalasa positiva; no produce ácido a partir de los hidratos de carbono; no es exigente en sus requerimientos nutricionales; se cultiva fácilmente en los medios de cultivo habituales (agarsangre, agar-chocolate); su temperatura óptima de crecimiento es de 37 0C, aunque también puede crecer a 22 0C y en agar-nutriente. En estos medios produce colonias homogéneas, de contornos bien definidos, color blanco cremoso, no pigmentadas, no hemolíticas y entre 0,5 y 1 mm de diámetro. No crece en los medios selectivos que se emplean en el aislamiento de algunas neisserias. Su diagnóstico diferencial entre las especies del género Neisseria descansa en sus diversos caracteres bioquímicos (Cuadro 24.1), y en el de poseer dos enzimas: Dnasa (desoxirribonucleasa) y lipasa. La Dnasa y lipasa hidrolizan al ADN y tributirina respectivamente. La presencia de estas enzimas se pone de manifiesto en los medios de agar-tributirina y agar-Dnasa. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Posee una pared bacteriana característica de los gramnegativos. Presenta membrana externa, capa de peptidoglicano, espacio periplásmico y membrana citoplásmica. Algunas de estas estructuras bacterianas se involucran en su virulencia, entre estas: PMEs, LOS y pili. Se describen ocho PMEs, denominadas: A, B, C, D, E, F, G y H. Las proteínas E y G están presentes en la mayoría de las especies y junto a LOS desempeñan un papel importante en la producción de anticuerpos protectores; el lípido A (LOS), como en todas las bacterias gramnegativas, provoca el shock endotóxico. Los pili o fimbrias participan en la adherencia, fenómeno que precede la etapa de invasión bacteriana. Se distinguen dos tipos de pili: pili tipo 4 y pili no tipo 4, ambos con diferente grado de participación en el proceso de adherencia. β-lactamasa Producen β-lactamasa del tipo penicilinasa. Para algunos autores, la β-lactamasa que produce este microorganismo es del tipo BRO. Las enzimas BRO se describen en el año 1978 a partir de cepas de Moraxella lacunata y Moraxella nonliquefaciens, aisladas del tracto respiratorio humano. Existen dos tipos de enzimas BRO: BRO 1 y BRO 2; el 90 % de las β-lactamasa de Moraxella catarrhalis pertenecen al tipo BRO 1 y el 10 % al BRO 2. El grado de resistencia que confiere la enzima BRO 1 es más elevado que la producida por la BRO 2. Una tercera enzima de un punto isoeléctrico diferente se aisló recientemente en algunas cepas de Moraxella catarrhalis y se le denominó BRO 3. La producción de β-lactamasa se detecta en 1977 y actualmente el 80 al 90 % de las cepas son β-lactamasa 233 Microbiología y Parasitología Médicas positiva. Su mecanismo de producción no está totalmente esclarecido; algunos lo asocian a la adquisición de plásmidos transmitidos por conjugación. PATOGENIA, PATOLOGÍA Y DATOS CLÍNICOS Moraxella catarrhalis se describe como un comensal inocuo del tracto respiratorio superior del hombre y se detecta como miembro de la flora normal en el 40 al 50 % de escolares sanos; algunos calculan un 12 % de portadores nasales y nasofaríngeos, mientras otros reportan cifras entre el 10 y el 97 %. Las infecciones se presentan con más frecuencia durante el invierno y entre niños desde 0 a 9 años y adultos entre 60 y 80 años. Durante los primeros años de vida se aísla en otitis media aguda, forma de presentación que puede variar en relación con la edad y la región. Por ejemplo, en Estados Unidos se reporta como el tercer agente causal de esta patología, después de Streptococcus pneumoniae y Haemophilus influenzae. En los niños provoca también: sinusitis, traqueítis, mastoiditis, conjuntivitis, meningitis y artritis. En el adulto presenta afinidad por las vías broncopulmonares y causa con frecuencia afecciones del tracto respiratorio. Los casos de bronquitis y(o) neumonía se reportan, fundamentalmente, en personas con un déficit respiratorio latente (bronquitis crónica, asma, bronquiectasia), individuos con factores predisponentes a infecciones respiratorias (enfermedades cardiopulmonares y hábito de fumar) y(o) en personas con déficit del sistema inmune. En la actualidad se define como un agente etiológico importante de infecciones nosocomiales y de manera menos habitual se reporta en: sepsis urinaria, uretritis, artritis, endocarditis y septicemia. La septicemia es poco frecuente y su cuadro clínico resulta indistinguible de la meningococemia. Los casos de neumonía por Moraxella catarrhalis generalmente presentan pocos síntomas. Estudios sobre esta enfermedad y su relación con este agente, ponen de manifiesto que existe: aumento en el número de casos en los últimos años; alta mortalidad; elevado índice de desnutrición en las personas que la padecen; y mayor frecuencia de la enfermedad en pacientes de edad avanzada. Entre la población infantil provoca muchas y variadas infecciones. La septicemia se presenta, principalmente, en casos con leucemia linfoblástica aguda, linfomas, síndrome de inmunodeficiencia adquirida y deficiencias de inmunoglobulina G. Produce también: endocarditis, sinusitis maxilar, traqueítis y neumonía en lactantes prematuros. La conjuntivitis se puede confundir con la provocada por neisserias patógenas y se sugiere que la vía genital materna puede ser el foco de infección, aunque es posible que provenga también de las vías respiratorias de la madre u otras personas en contacto con el pequeño. El desarrollo de la otitis media aguda no está bien definido. Parece que una infección viral precedente puede ser un importante componente causal. La otitis media es una enfermedad recurrente en algunos pacientes; se plantea que en estos casos pueden existir diferencias antigénicas entre las cepas o que el hospedero, no es capaz de inducir una adecuada respuesta inmunológica a la misma cepa. PRUEBAS DIAGNÓSTICAS DE LABORATORIO Muestras. Las muestras están relacionadas con el cuadro clínico del paciente. En otitis media y sinusitis, las muestras de elección serían los líquidos obtenidos por timpanocentesis y aspiración de los senos maxilares, respectivamente. Sin embargo, su obtención requiere de maniobras invasivas y riesgos desfavorables para el enfermo; esto conlleva a imponer un tratamiento empírico en la mayoría de estos pacientes. En enfermos con afecciones broncopulmonares, el esputo constituye la muestra de elección. Frotis. En la tinción de Gram se observan cocos gramnegativos, agrupados en parejas y semejantes a granos de café. No se observan jamás formas alargadas. Cultivo. A diferencia de meningococo y gonococo, Moraxella catarrhalis no es exigente, se cultiva con facilidad en medios simples. La incubación se realiza en aerobiosis y a 37 0C. Sin embargo, una atmósfera con un 5 % de CO2 favorece su crecimiento. La morfología de las colonias es homogénea, muestran un diámetro entre 0,5 y 1 mm, contornos bien definidos, aspecto blanco cremoso y sin pigmentación. 234 Neisseriasy Moraxella catarrhalis El diagnóstico diferencial entre las especies del género Neisseria descansa en sus diversos caracteres bioquímicos (Cuadro 24.1). Se identifica fácilmente por la presencia de enzimas que hidrolizan el ADN (Dnasa) y las lipasas (tributirina). Reduce los nitratos y nitritos con producción de gas. En todas las cepas aisladas a partir de muestras clínicas debe investigarse su resistencia y detección de β-lactamasa. TRATAMIENTO La producción de β-lactamasa se detecta en el 80 al 90 % de las cepas; esta enzima provoca la hidrólisis de la penicilina, cefalosporinas de primera generación y algunas de segunda generación. Las cefalosporinas de tercera generación aún conservan su actividad frente a este microorganismo. El ácido clavulámico inhibe fuertemente a las β-lactamasas y junto a la amoxicilina presenta la mayor actividad bactericida para este microorganismo. Se describe resistencia a la tetraciclina en 1983 y 1988, debido a la adquisición de un gen TetB. EPIDEMIOLOGÍA Hasta principios de la década de los años 80, pocos países reportan a Moraxella catarrhalis como patógeno en las infecciones broncopulmonares. Como resultado de su homogeneidad antigénica, el análisis de los elementos estructurales de Moraxella catarrhalis (PMEs, proteínas, LOS, pili), resultan de poco interés desde el punto de vista epidemiológico. Actualmente, el estudio epidemiológico descansa cada vez más sobre el análisis genómico de las cepas. Los resultados que se alcanzan mediante la aplicación de estos métodos (sondas de ADN, análisis de restricción), constituyen marcadores fiables y proporcionan su identidad genética. Estos estudios permiten implicar a Moraxella catarrhalis como agente de infecciones nosocomiales. La posibilidad de aislar este microorganismo en diferentes productos patológicos admite estudiar sus componentes superficiales y proponer un diagnóstico serológico. LOS, o más exactamente, la cadena de oligosacáridos, puede detectarse mediante el empleo de anticuerpos fijados a partículas de látex. Estos anticuerpos reaccionan contra sus LOS. Por otra parte, las PMEs (A, B, C, D, E, F, G) son inmunogénicas y se utilizan también en la identificación serológica. Para el diagnóstico indirecto se emplean métodos inmunoenzimáticos a partir de la proteína P extraída por ultrasonicación. OTRAS NEISSERIAS Las especies del género Neisseria pueden dividirse en dos grupos. El primero incluye: Neisseria meningitidis, Neisseria gonorrhoeae, Neisseria lactamica, Neisseria cinerea, Neisseria flavescens, Neisseria polysaccharea y Neisseria gonorrhoeae subespecie kochii. Las subespecies pertenecientes a este grupo producen colonias translúcidas y no pigmentadas. Neisseria flavescens da lugar a colonias pigmentadas y constituye la única excepción. El segundo grupo incluye especies comensales sacarolíticas: Neisseria subflava, Neisseria flava, Neisseria perflava, Neisseria sicca y Neisseria mucosa. Sus colonias son opacas, aunque algunas cepas de Neisseria perflava producen colonias no pigmentadas y transparentes. La mayoría de las otras especies producen colonias pigmentadas de amarillo. Sin embargo, Neisseria sicca y Neisseria mucosa se describen, habitualmente, como no pigmentadas. Existen especies recién descritas: Neisseria weaveri (1993), asociada a mordeduras de perro; Neisseria iguanea (1994), aislada de llagas de lagartos; Neisseria gonorrhoeae var. kochii (1986), bacteria intermedia entre meningococo y gonococo; Neisseria elongata ssp. elongata (1970); Neisseria elongata ssp. glycolytica (1976) y Neisseria elongata ssp. nitroreducens (1990), aisladas de la orofaringe humana y la sangre (endocarditis). Neisseria flavescens se aísla de un brote de meningitis en Chicago. Sus cepas son pigmentadas, sensibles al colistin y producen polisacárido a partir de sacarosa. Neisseria mucosa se describe en 1906; se distingue de Neisseria perflava y Neisseria sicca por su habilidad para reducir los nitratos. Neisseria sicca, Neisseria subflava, Neisseria mucosa y Neisseria flavescens, se aíslan en empiema, neumonía, septicemia, meningitis, endocarditis bacteriana subaguda y pericarditis. 235 Microbiología y Parasitología Médicas Neisseria elongata, descrita en 1970, presenta morfología cocobacilar y produce filamentos cuando se expone a condiciones subletales de penicilina. Forman parte de la flora normal de la orofaringe y se aísla de casos de faringitis. Aunque tiene forma de bacilo y es catalasa negativa, se considera dentro del género Neisseria. Se describen también en el grupo de neisserias excepcionales: Neisseria macacae, Neisseria denitrificans y Neisseria canis. Neisseria lactamica se reporta en 1969, es resistente al colistin, crece en medios selectivos y se diferencia de Neisseria meningitidis por producir β-galactosidasa. Forma parte de la flora normal de la orofaringe y en raras ocasiones produce meningitis, septicemia e infecciones urogenitales. La presencia de Neisseria lactamica en la nasofaringe estimula la formación de anticuerpos bactericidas que protegen contra la EM, puesto que hay reacción cruzada serológica entre ambos microorganismos. Neisseria cinerea puede confundirse con Neisseria gonorrhoeae, forma parte de la flora normal del aparato respiratorio superior y se califica como oportunista. Ocasiona neumonía en casos con síndrome de inmunodeficiencia adquirida. Sus colonias se parecen a las del gonococo, diferenciándose de esta especie mediante la prueba de sensibilidad a la colistina. Neisseria gonorrhoeae var. kochii se aísla de pacientes con conjuntivitis en Egipto. Muestra características tanto de gonococo como de meningococo. Los aislamientos que se asemejan al gonococo, degradan la glucosa y no producen γ-glutamil-aminopectidasa. Sin embargo, no reaccionan con los AcMs específicos contra la P1 y a diferencia del meningococo, requiere de cistina/cisteína en el medio de Neda (medio químicamente definido para identificar auxotipos). Por razones prácticas, estas cepas se identifican como Neisseria gonorrhoeae subespecie kochii. Se reportan en pacientes con uretritis. Neisseria polysaccharea se describe, en 1983, por Riou y colaboradores. Se caracteriza por degradar la glucosa y la maltosa, y producir polisacárido a partir de la sacarosa. Se clasifica inicialmente como Neisseria meningitidis no agrupable. En medios de cultivo con un 5 % de sacarosa, forma colonias circulares, convexas, brillantes, de 3 a 4 mm de diámetro. Es un coco gramnegativo arriñonado, se agrupa en tétradas y es capaz de crecer en medios selectivos a 37 0C y 5 a 10 % de CO2. No produce hemólisis en agar-sangre y no crece a 22 0C. Requiere de cisteína para su crecimiento y reduce los nitritos, pero no los nitratos. Al igual que Neisseria meningitidis, produce ácido de la glucosa y maltosa, es catalasa y oxidasa positivas. Tiene ausencia de actividad β-galactosidasa, tributirina, Dnasa, y γ-glutamilaminopectidasa. Es menos sensible que el meningococo a la penicilina y ampicilina. Hasta la fecha sólo se localiza en la nasofaringe. RESUMEN GONOCOCO Nombre científico: Neisseria gonorrhoeae, pertenece a la familia Neisseriaceae y al género Neisseria. Son diplococos gramnegativos, se agrupan en pares y tienen la apariencia de riñón o grano de café. Presentan una localización intra o extracelular; poseen pili; no presentan esporas, flagelos ni cápsula de polisacárido. Crecen en medios enriquecidos, son aerobios y se incuban de 35 a 37 0C en atmósfera húmeda con 5 % de CO2. Se localizan en las mucosas y serosas del hombre, única especie para la cual es patógena. Provoca afecciones purulentas en varios tejidos, pero la enfermedad más importante se presenta a nivel del aparato urogenital. En el varón, la uretritis se puede diseminar a estructuras vecinas (epididimitis, orquitis y prostatitis). En la mujer, el espectro clínico es amplio; en un porcentaje considerable de casos la infección es asintomática; en otras, puede extenderse a las glándulas de Bartholino, endometrio, peritoneo y producir EIP. En algunas mujeres conduce a la esterilidad. Fuera de los genitales, las localizaciones más frecuentes son: el recto, la faringe y la conjuntiva. El diagnóstico se realiza por examen directo y cultivo de: exudados uretrales, endocervicales, faríngeos, conjuntivales y recto. Se deben realizar estudios de resistencia y detección de plásmidos en las cepas aisladas. 236 Neisseriasy Moraxella catarrhalis Sus factores de patogenicidad son: LOS, IgA proteasas y pili. Desde el punto de vista epidemiológico, la ETS constituye la expresión clínica más frecuente. Esta se presenta, principalmente, durante la segunda y tercera décadas de la vida, en personas promiscuas, prostitutas y homosexuales. Por el aumento de cepas PPNG y TRNG, la ceftriaxona constituye el medicamento de elección y como alternativos, ciprofloxacina y espectinomicina. La penicilina se puede utilizar si se demuestra la sensibilidad a este antimicrobiano. No existen vacunas disponibles. La medida más importante radica en evitar la promiscuidad sexual y eliminar la fuente de infección mediante el diagnóstico y tratamiento precoz. El uso del condón proporciona alguna protección, pero no es segura en todos los individuos. MENINGOCOCO Nombre científico: Neisseria meningitidis, pertenece a la familia Neisseriaceae y al género Neisseria. Son diplococos gramnegativos y se agrupan en pares. Presentan cápsulas, fimbrias, morfología similar a granos de café y localización intracelular. Crecen en aerobiosis, en medios enriquecidos, a la temperatura de 35 a 37 0C y atmósfera húmeda con 5 % de CO2. Producen infecciones purulentas en varios tejidos, pero la enfermedad más importante es la meningoencefalitis. Esta puede manifestarse de forma endémica o epidémica y provoca altas tasas de morbilidad y mortalidad. La puerta de entrada es la nasofaringe; se adquiere por inhalación del microorganismo a partir de portadores asintomáticos. Después de colonizar la nasofaringe puede invadir el torrente sanguíneo y llega al SNC. El cuadro clínico se caracteriza por fiebre, cefalea, vómitos, dolores musculares, petequias, rigidez de nuca, hiperreflexia y convulsiones. El diagnóstico se realiza mediante el estudio del LCR, sangre y petequias e incluye: examen directo, cultivo, técnicas inmunológicas y moleculares. El diagnóstico presuntivo, mediante la observación microscópica y(o) técnicas de diagnóstico rápido, es fundamental y necesario. La EM tiene una evolución rápida y puede conducir a la muerte en pocas horas. La identificación a partir del cultivo incluye: prueba de oxidasa (positiva), catalasa (positiva), formación de ácido a partir de la glucosa y maltosa, γ-glutamil-aminopectidasa (positiva), ONPG (negativo) y reacción de aglutinación positiva frente a los antisueros específicos de grupo. Los atributos de patogenicidad son: PCs, secreción de IgA proteasa, PMEs, LOS, producción de estructuras vesiculares y presencia de pili. Se identifican 12 serogrupos (A, B, C, X, Y, Z, 29E, W-135, H, I, K, L), 22 serotipos, más de 12 subtipos y 13 inmunotipos. La penicilina es el antimicrobiano de elección en el tratamiento de casos clínicos; los alternativos pueden ser el cloranfenicol y las cefalosporinas de tercera generación. Para la quimioprofilaxis se recomienda: rifampicina, espiramicina, minociclina, ciprofloxacina y ceftriaxona. Se realiza la prevención por vacunas de PCs contra los serogrupos A, C, Y, W125, o a partir de PMEs contra el serogrupo B. MORAXELLA CATARRHALIS Nombre científico: Moraxella catarrhalis, es miembro de la familia Neisseriaceae y del género Moraxella. Es un diplococo gramnegativo arriñonado, aerobio, oxidasa y catalasa positivas; no produce ácido a partir de azúcares, no es exigente en sus requerimientos nutricionales y no crece en medios selectivos. En los niños produce otitis media aguda y en los adultos provoca complicaciones broncopulmonares. Producen β-lactamasas (80 a 90 %) de las cepas. Sus factores de patogenicidad son: PMEs, LOS y pili. El diagnóstico se basa en su aislamiento a partir de los productos patológicos. Su diagnóstico diferencial descansa en la producción de Dnasa, lipasas y no elaborar ácido a partir de azúcares. 237 Microbiología y Parasitología Médicas BIBLIOGRAFÍA Abdillahi H, Poolman JT. 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Ginebra González INTRODUCCIÓN Las bacterias anaerobias cobran importancia médica por las infecciones que causan, a menudo estas son polimicrobianas, es decir, la bacteria anaerobia se encuentra en infecciones mixtas con otros anaerobios, anaerobios facultativos y aerobios. Estas se hallan en el cuerpo humano formando parte de la flora normal y causan infección cuando llegan a zonas estériles del cuerpo o cuando existen factores predisponentes que alteran el potencial de óxido-reducción en los tejidos. En este capítulo se estudiarán las infecciones por bacilos y cocos gramnegativos, pues los clostridios, espiroquetas anareobias y Campylobacter sp. anaerobios se explican en otros capítulos. BACILOS GRAMNEGATIVOS ANAEROBIOS Los bacilos gramnegativos anaerobios son parte de la flora normal de la boca, tracto respiratorio superior, tracto intestinal y urogenital de los humanos y de los animales inferiores. Sus miembros incluyen los siguientes géneros: Anaerovibrio, Bacteroides, Biophila, Butyrivibrio, Centipeda, Desulfomonas, Desulfovibrio, Fibrobacter, Fusobacterium, Leptotrichia, Megamonas, Mitsuokella, Porphyromonas, Prevotella, Rikenella, Ruminobacter, Sebaldella, Selenomonas, Succinimonas, Succinivibrio, Tissierella y Wolinella. De los géneros anteriores, sólo cuatro necesitan ser considerados por su importancia en especímenes clínicos, ellos son: Bacteroides, Fusobacterium, Prevotella y Porphyromonas. Los géneros anteriores son identificados presuntivamente basándose en la morfología celular y colonial, producción de pigmentos, fluorescencia bajo luz ultravioleta, susceptibilidad a los discos de antibióticos (vancomicina, colistina y kanamicina) y características bioquímicas; mientras que el diagnóstico confirmativo se realiza mediante cromatografía en gas-líquido. 239 Microbiología y Parasitología Médicas BACTEROIDES La taxonomía de los bacilos gramnegativos anaerobios ha tenido grandes cambios en los últimos años, tendencia que continuará. El nuevo género Bacteroides incluye miembros del grupo B. fragilis, B. splanchnicus y al grupo B. ureolyticus. Este género se incluye en la familia Bacteroidaceae. El grupo B. fragilis comprende las siguientes especies: B. distasonis, B. caccae, B. eggerthii, B. fragilis, B. merdae, B. vulgatus, B. ovatus, B. stercoris, B. thetaiotaomicron, B. uniformis; mientras en el grupo B. ureolyticus con taxonomía incierta se incluyen como especies: B. ureolyticus y B. gracilis. Las especies de Bacteroides sensibles a la bilis y moderadamente sacarolíticas han sido reclasificadas en el nuevo género Prevotella, y especies de Bacteroides asacarolíticas son ahora miembros del género Porphyromonas. Otras especies de Bacteroides han sido reclasificadas en nuevos géneros, y con la excepción de Tissierella praecuta (antes B. praecutus), no son de importancia clínica. El grupo B. ureolyticus ha sufrido múltiples cambios en los últimos años; estudios recientes por Han y colaboradores reportan que B. ureolyticus y B. gracilis, miembros de dicho grupo, así como Wolinella recta y Wolinella curva son similares a los verdaderos Campylobacter. Debido a la taxonomía incierta del grupo B. ureolyticus, se sigue considerando como una especie de Bacteroides. Las especies de Bacteroides son el grupo más importante de anaerobios que causan infecciones humanas; son habitantes normales del intestino y otros sitios del cuerpo. Las heces normales contienen 1011 microorganismos de B. fragilis por gramo. B. fragilis es la especie más importante de todas las bacterias anaerobias, no sólo por su frecuencia en infecciones clínicas, sino por su resistencia creciente a los agentes antimicrobianos. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son bacilos gramnegativos irregularmente teñidos, delgados, pleomórficos; pueden observarse formas cocobacilares; son anaerobios obligados, no esporulados, inmóviles o móviles mediante flagelos perítricos. Cultivo. Crecen en anaerobiosis, a temperatura de 35 a 37 °C y a pH 7; crecen en medios con bilis al 20 % y en agar-sangre con kanamicina (1 mg/mL), vancomicina (5 g/mL) o colistina (10 g/mL); crecen bien en Brucella base agar con sangre de carnero suplementado con hemina y vitamina K1 incubados durante 2 ó 3 días. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Y ENZIMAS EXTRACELULARES Los bacteroides tienen una composición lipídica inusual, alrededor de la mitad de sus lípidos extraíbles son esfingolípidos y ceramidas. El LPS carece de ácido 3-keto-2-desoxioctónico y de la heptosa que normalmente se encuentra en el LPS de otras bacterias, y es mucho menos tóxico. A diferencia de otras especies de Bacteroides, B. fragilis posee cápsula polisacarídica, compuesta por L-fucosa, D-galactosa, DL-quinovasamina y D-glucosamina. La misma es un importante factor de virulencia. Los bacteroides producen neuroamidasa, hialuronidasa, desoxirribonucleasa, fibrinolisina y fosfatasa. B. fragilis sintetiza una heparinasa que puede contribuir a la coagulación intravascular. PATOGENIA La infección por anaerobios se produce cuando existe un defecto en las defensas del hospedero, a causa de una infección previa por destrucción hística o por una restricción del aporte sanguíneo que conduce a una reducción total en el potencial de óxido-reducción, 240 Bacilos y cocos gramnegativos anaerobios junto a la inoculación oportunista de la flora normal cercana. Los factores anteriores, unido a la tolerancia de Bacteroides al oxígeno durante grandes períodos y la presencia de factores de virulencia como la cápsula polisacarídica con actividad antifagocítica y anticomplementaria, favorecen el establecimiento y multiplicación de estos microorganismos en los tejidos. En la infección humana, la fuente de la mayoría de las bacterias anaerobias es la propia flora normal del paciente, que se disemina después de traspasar la barrera mucocutánea de su hábitat normal en la orofaringe, el tracto gastrointestinal o la región genital; es por ello que las infecciones por anaerobios son polimicrobianas y de origen endógeno. Los bacilos gramnegativos anaerobios residentes en las vías aéreas pueden invadir estructuras normales estériles y ocasionar infecciones profundas de cabeza y cuello. El 85 % de los abscesos cerebrales albergan anaerobios, que provienen de una infección previa de los senos paranasales y el oído medio. Un 90 % se asocia a neumonía por aspiración y absceso del pulmón. Las sepsis intraabdominales que ocasionan, tales como peritonitis y abscesos, están precedidas por una perforación intestinal, encontrándose B. fragilis en un 80 %. Estos organismos causan infección de la piel y del tejido celular subcutáneo seguido de traumatismo, cirugía o isquemia. B. fragilis infecta de forma sistemática las úlceras de decúbito y las úlceras de los pies de los diabéticos. DATOS CLÍNICOS Los signos y síntomas que sugieren posible infección por anaerobios son: 1. Exudado fétido debido a productos de ácidos grasos de cadenas cortas del metabolismo anaerobio. 2. Infección en las proximidades de una superficie mucosa. 3. Gas en los tejidos por producción de CO2 e H2. 4. Necrosis hística severa con formación de abscesos y gangrena. Los bacteroides producen lesiones abscedadas a nivel del Sistema Nervioso Central (SNC), pulmón, cabeza, cuello, abdomen, genitales femeninos, piel y tejido celular subcutáneo. SNC: abscesos cerebrales y empiema subdural. Pulmón: neumonía por aspiración, neumonía necrosante y abscesos del pulmón. Cabeza y cuello: sinusitis crónica, otitis media crónica y abscesos periodontales. Abdomen: abscesos hepáticos, peritonitis y colagenitis. Genitales femeninos: abscesos tuboováricos, absceso vulvovaginal, salpingitis, pelviperitonitis, aborto séptico y endometritis. Piel y tejido celular subcutáneo: infectan úlceras de decúbito y de los pies de los diabéticos. PRUEBAS DIAGNÓSTICAS DE LABORATORIO Muestras. La toma de muestra para cultivo de anaerobios debe tener en cuenta el efecto letal del oxígeno atmosférico, por lo que a este fin se han ideado contenedores especiales de transporte con atmósfera prerreducida. Las muestras para cultivo deben ser el pus de absceso y lesiones, la sangre y tejidos. Frotis. Los frotis con tinción de Gram muestran bacilos gramnegativos delgados con extremos redondeados, pleomórficos y formas cocoides, teñidos de forma irregular. Teniendo en cuenta que los organismos anaerobios infectantes tienen su origen en la flora normal de las superficies mucocutáneas, es imposible distinguir al patógeno del comensal mediante tinción de Gram. Puede emplearse inmunofluorescencia directa a la muestra para la detección rápida de los miembros del grupo B. fragilis. Cultivo. Los cultivos deben incubarse de 35 a 37 0C, a pH 7, y bajo condiciones de anaerobiosis de 2 a 5 días. Los medios a emplear pueden ser: no selectivos y selectivos. 241 Microbiología y Parasitología Médicas Medios no selectivos: agar-sangre para anaerobios, agar Brucella, infusión cerebro-corazón suplementada con extracto de levadura, agar Columbia, agar Schaedler y agar-soya tripticasa; todos los medios suplementados con vitamina K1 y hemina. Medios selectivos: agar-sangre CDC para anaerobios, agar-sangre con vancomicina y kanamicina, bacteroides bilis esculina agar (BBE), tioglicolato con vitamina K1 (0,1 g/mL) y hemina (5 g/mL), agar-sangre feniletil alcohol. Las muestras transportadas en medios adecuados para anaerobiosis deben ser inoculadas de forma duplicada en los medios seleccionados e incubadas tanto en anaerobiosis como en aerobiosis. Las muestras sembradas en anaerobiosis no deben ser examinadas antes de las 48 horas. Las colonias son de 2 a 3 mm de diámetro, circulares, de bordes enteros, convexas, lisas, translúcidas a opacas de forma general; la mayoría de las especies del grupo B. fragilis se observan ennegrecidas en agar BBE por la hidrólisis de la esculina, excepto B. vulgatus. El grado de hemólisis varía con la especie: B. fragilis: algunas cepas son ß-hemolíticas. B. distasonis: algunas cepas son α-hemolíticas. B. ovatus, B. thetaiotaomicron, B. vulgatus: son no hemolíticas. Pruebas fisiológicas. Las especies que integran el género Bacteroides fermentan la glucosa, sacarosa y maltosa; son resistentes a la bilis al 20 %; son indol negativo en su mayoría. Las especies del grupo B. ureolyticus son resistentes a la vancomicina y susceptibles a la kanamicina y colistina, mientras que el grupo B. fragilis es resistente a los tres antibióticos señalados. Mediante cromatografía en gas-líquido se obtienen los productos finales del metabolismo de la glucosa tales como: el ácido propiónico, ácido succínico y ácido acético. Sistemas comerciales de identificación bioquímica 1. Minitek System (Becton Dickinson Microbiology Systems). 2. API 20-A (BioMérieux-Vitek). 3. An-Ident System (BioMérieux-Vitex). 4. RapID-ANA II System. 5. MicroScan. 6. Vitek ANI Card. 7. ATB 32-A System. TRATAMIENTO El tratamiento de las infecciones por anaerobios requiere el drenaje quirúrgico y el uso de antibióticos adecuados. Los bacteroides son resistentes a tetraciclina, penicilina y cefalosporinas; las drogas de elección son clindamicina y metronidazol, aunque se han reportado algunas cepas resistentes. Los medicamentos alternativos son: cefoxitina, cefotétano, mezlocilina, piperacilina y moxalactam. FUSOBACTERIUM El género se incluye en la familia Bacteroidaceae y comprende las siguientes especies: F. necrophorum, F. nucleatum, F. mortiferum, F. naviforme, F. pseudonecrophorum, F. russii, F. ulcerans, F. varium, F. gonidiaformans. De ellos, F. necrophorum y F. nucleatum son los más frecuentemente recobrados en infecciones clínicas humanas. Los miembros de este género son parte de la flora normal de la cavidad oral, tracto gastrointestinal y genital. En la placa dental pueden representar hasta el 4 % de todos los anaerobios aislados. Son componentes menores de la flora del colon y, en ocasiones, son una parte importante de la flora vaginal. 242 Bacilos y cocos gramnegativos anaerobios MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son bacilos gramnegativos pleomórficos, que se tiñen de forma irregular; pueden encontrarse formas cocoides y filamentosas. Son anaerobios obligados, no esporulados; algunas cepas son móviles por la presencia de flagelos perítricos, aunque la mayoría son inmóviles y no capsulados. Cultivo. Crecen en anaerobiosis a 35 y 36 0C, a pH 7, en medio de agar-sangre con vancomicina (5 g/mL). Son catalasa negativa; no reducen NO3 a NO2; no producen ureasas. Pared celular. Poseen LPS, con algunos de los componentes típicos presentes en las bacterias entéricas. No tienen cápsula. DATOS CLÍNICOS Los microorganismos del género Fusobacterium producen infecciones polimicrobianas de origen endógeno que aparecen cuando en el hospedero existen factores predisponentes como: traumas, instrumentación, manipulación, infecciones orales, disminución del potencial de O2 y necrosis del tejido. Las fusobacterias pueden originar amigdalitis crónica; estos microorganismos, conjuntamente con Porphyromonas asaccharolytica y cocos grampositivos anaerobios, pueden ocasionar la angina de Vincent’s y faringitis, cuadro que se caracteriza por la presencia de membranas grisáceas que producen aliento con olor fétido. Fusobacterium necrophorum puede conducir a la enfermedad de Lemierre’s o septicemia posanginal, caracterizada por sepsis y extensión metastásica de la infección a la mayoría de los órganos. La enfermedad de Lemierre’s era muy frecuente antes de la era de los antibióticos; en la actualidad es poco común. Fusobacterium nucleatum está asociado a infecciones pleuropulmonares como la neumonía aspirativa, el absceso del pulmón y el empiema. Este microorganismo, conjuntamente con Bacteroides ureolyticus, son los agentes anaerobios más frecuentes en mujeres con infección del líquido amniótico y membranas intactas. Las fusobacterias asociadas a espiroquetas anaerobias producen una gingivitis ulcerativa necrosante aguda (GUNA), un tipo de gingivitis poco común que se observa en adultos jóvenes sometidos al estrés. Las especies de Fusobacterium pueden causar sinusitis aguda precedida de una infección dental, así como sinusitis crónica. La infección a nivel de piel y tejidos blandos se desarrolla cuando el tejido está traumatizado o desvitalizado por heridas traumáticas, o por isquemia de las extremidades asociadas con arterioesclerosis o diabetes mellitus. Las fusobacterias pueden ocasionar infecciones polimicrobianas intraabdominales tales como abscesos de hígado y bazo. Estos microorganismos a veces producen abscesos cerebrales y meningitis; en estudios recientes se ha reportado un incremento de su incidencia en endocarditis. En ocasiones, las especies de Fusobacterium pueden causar infecciones como osteomielitis; se han hallado en cultivos puros y de forma unimicrobiana. PRUEBAS DIAGNÓSTICAS DE LABORATORIO Muestras. Pus de heridas, lesiones y abscesos, así como muestras de tejidos y sangre, tomados bajo condiciones de anaerobiosis en contenedores adecuados para su recolección y transporte. Frotis. Los frotis coloreados con tinción de Gram muestran bacilos pleomórficos, formas filamentosas y cuerpos redondos coloreados de forma irregular, gramnegativos. Cultivo. Los cultivos deben incubarse de 35 a 36 0 C, a pH 7, bajo condiciones de anaerobiosis durante 2 a 5 días en agar-sangre para anaerobios con vancomicina; pueden emplearse la infusión cerebro-corazón suplementada con extracto de levadura, agar Brucella y agar Columbia, suplementados con vitamina K1 y hemina. Las colonias se describen circulares con bordes enteros, difusos o altamente festoneados, convexas, translúcidas, lisas y no hemolíticas. 243 Microbiología y Parasitología Médicas Pruebas fisiológicas. Son en su mayoría indol positivo con excepción de F. mortiferum, F. russii y F. ulcerans; no crecen en bilis al 20 % excepto F. mortiferum, F. ulcerans y F. varium; no hidrolizan la esculina salvo F. mortiferum que también fermenta la lactosa y la fructuosa; el resto de las especies resultan negativas. Son resistentes a la vancomicina (5 g/ mL) y susceptibles a la kanamicina y colistina. Mediante cromatografía en gas-líquido se pueden obtener los ácidos grasos producidos durante el metabolismo, detectándose gran cantidad de ácido butírico. TRATAMIENTO Las fusobacterias son sensibles a la penicilina G, que se utilizan como droga de elección, y como drogas alternativas secundarias se emplean la clindamicina y el cloranfenicol. PREVOTELLA El género Prevotella incluye especies con nombres nuevos y otras que se clasificaron previamente como especies de Bacteroides (por ejemplo, P. melaninogenica, la cual se llamaba con anterioridad B. melaninogenicus). El género Prevotella agrupa las especies en dependencia de la producción de pigmentos o no y sensibilidad a la bilis. Las prevotellas pigmentadas y sensibles a la bilis incluyen a: P. intermedia, P. corporis, P. melaninogenica, P. denticola y P. loescheii. Las prevotellas no pigmentadas y sensibles a la bilis comprenden a las siguientes especies: P. oralis, P. buccae, P. heparinolytica, P. zoogleoformans, P. veroralis, P. oris, P. oulora, P. bivia, P. disiens, P. buccalis y P. oulorum. De las especies anteriores, las aisladas con mayor frecuencia son: P. melaninogenica, P. bivia y P. disiens; la primera se halla asociada a infecciones de las vías respiratorias superiores y las otras dos, en las vías genitales femeninas. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son bacilos gramnegativos delgados, en pares y ocasionalmente aparecen cadenas cortas y formas cocobacilares, son no esporulados y no móviles. Cultivo. Crecen de 35 a 36 0 C, a pH 7, en condiciones de anaerobiosis en agar-sangre con vancomicina y kanamicina. Crecen en bilis al 20 %. DATOS CLÍNICOS Las infecciones por Prevotella son también de tipo polimicrobiano, asociándose con anaerobios que forman parte de la flora normal, en particular Peptoestreptococcus, bacilos anaerobios grampositivos, y especies de Fusobacterium; así como anaerobios facultativos grampositivos y gramnegativos que son parte de la flora normal. Pueden ocasionar amigdalitis aguda y crónica, sinusitis crónica y abscesos encefálicos. P. melaninogenica se asocia con infecciones de las vías respiratorias inferiores como: el absceso del pulmón, el empiema y la neumonía aspirativa. Prevotella bivia y P. disiens se presentan en las vías genitales femeninas ocasionando enfermedad inflamatoria pélvica, abscesos tuboováricos, endometritis y vaginosis. En la piel infecta tejidos traumatizados y desvitalizados por heridas o isquemia de las extremidades, sobre todo en pacientes diabéticos. PRUEBAS DIAGNÓSTICAS DE LABORATORIO Muestras. Pus de abscesos y lesiones tomados para cultivo en anaerobiosis en contenedores adecuados y con las medidas necesarias. 244 Bacilos y cocos gramnegativos anaerobios Frotis. Teñidos con tinción de Gram se observan como bacilos y cocobacilos coloreados de forma irregular. P. disiens pueden mostrar bacilos en pares y cadenas cortas. Cultivo. Crecen de 35 a 36 0 C, a pH 7, en condiciones de anaerobiosis y aerobiosis en agar-sangre con vancomicina y kanamicina; se observan colonias circulares de bordes enteros, convexas, no hemolíticas, con un centro oscuro y bordes de color gris a carmelita claro; con la incubación prolongada de 1 a 2 días se intensifica la producción de pigmentos. Esta producción de pigmentos en agar-sangre depende del tipo de sangre que se utilice, recomendándose para estos fines la sangre de conejo. Las colonias fluorescen bajo luz ultravioleta rosado, naranja o amarillo-verdoso. La fluorescencia puede no ser detectada después de la producción de pigmentos. Las especies no pigmentadas son resistentes a la vancomicina. Pruebas fisiológicas. Las especies de Prevotella pigmentadas (P. intermedia, P. corporis, P. melaninogenica, P. denticola, P. loescheii) son catalasa negativa, todas fermentan la glucosa y la maltosa; la lactosa no es fermentada por P. intermedia y P. corporis, y la celobiosa sólo es fermentada por P. loescheii. Son, en su mayoría, indol negativo, con excepción de P. intermedia. Las especies pigmentadas son resistentes a la vancomicina y kanamicina, y variables a la colistina. Las especies de Prevotella no pigmentadas y sensibles a la bilis se agrupan realizando determinadas pruebas fisiológicas (ver Cuadro 25.1). Mediante cromatografía en gas-líquido se obtienen los productos del metabolismo de la glucosa como: el ácido succínico, isovalínico, isobutírico y fórmico. Cuadro 25.1. Características de las especies de Prevotella no pigmentadas y sensibles a la bilis Subgrupo y especies Glucosa Especies sacarolíticas que fermentan pentosa P. oris P. buccae P. heparinolytica P. zoogleoformans Especies sacarolíticas que no fermentan pentosa P. oralis. P. buccalis P. veroralis P. oulora Especies sacarolíticas y proteolíticas P. bivia P. disiens Sacarosa Lactosa Arabinosa Xilosa Salicina Celobiosa Hidrólisis de la esculina Indol + + + + + + + + + + + + + + + V + + + V + + + V + + + + + + + + + - + + + + + + + - + + + + - - + - + + + - + + + - - + + - + - - - - - - - Tomado de: Jousimies-Somer HR, Finegolid SM. In: Balows A et al. (eds.). Manual of Clinical Microbiology. 5th ed. 1991:548. TRATAMIENTO El tratamiento de las infecciones mixtas por anaerobios es por drenaje quirúrgico más terapéutica antimicrobiana. Muchas cepas de Prevotella producen ß-lactamasa (P. bivia y P. disiens). Los agentes más efectivos en el tratamiento de estas infecciones son la clindamicina y el metronidazol, empleándose medicamentos alternativos como cefoxitina, mezlocilina y piperacilina. PORPHYROMONAS Este género incluye especies con nombres nuevos y especies que se incluyeron en el género Bacteroides. Los miembros de este género son parte de la flora normal de la cavidad oral y de otros sitios anatómicos. Producen colonias pigmentadas y son asacarolíticas. Este grupo comprende las siguientes especies: P. asaccharolytica, P. endodontalis y P. gingivalis. 245 Microbiología y Parasitología Médicas MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son cocobacilos gramnegativos pleomórficos, teñidos de forma irregular, anaerobios, no esporulados y no móviles. Cultivo. Se cultivan de 35 a 37 °C, a pH 7, bajo condiciones de anaerobiosis en agarsangre para anaerobios preferiblemente con sangre de conejo para favorecer la producción de pigmentos. Las colonias son similares al género Prevotella. DATOS CLÍNICOS Pueden causar infecciones gingivales y periapicales de los dientes, y más comúnmente infecciones mamarias, axilares, perianales, así como en genitales masculinos. PRUEBAS DIAGNÓSTICAS DE LABORATORIO Muestras. Pus de abscesos y lesiones tomadas con medidas adecuadas para el cultivo de anaerobios, envasadas en contenedores propios para estos fines. Frotis. Las muestras coloreadas con tinción de Gram muestran cocobacilos gramnegativos pleomórficos, irregularmente teñidos. Cultivo. Las muestras deben ser cultivadas en anaerobiosis y aerobiosis con medios adecuados a pH 7 y temperatura entre 35 y 37 0C, preferiblemente en agar con sangre de conejo, kanamicina y colistina, y en agar Brucella suplementado con vitamina K1 y hemina. Las colonias son circulares, de bordes enteros, convexas, no hemolíticas, con pigmentos que van del gris al carmelita oscuro con la incubación prolongada de 2 a 21 días y fluorescen de color rojo ladrillo bajo luz ultravioleta. Pruebas fisiológicas. Las especies de Porphyromonas son indol negativo, lipasa negativa, catalasa negativa; no fermentan los carbohidratos como la lactosa, glucosa, maltosa y celobiosa, por lo que se conocen como especies asacarolíticas. Son resistentes a la kanamicina y colistina, y susceptibles a la vancomicina. Mediante cromatografía en gas-líquido se obtienen los ácidos grasos producidos durante el metabolismo de la glucosa, como son: el ácido acético, propiónico, isobutírico, isovalínico, succínico y fenilacético. TRATAMIENTO Se emplea tratamiento quirúrgico y medicamentoso, utilizándose penicilina G, metronidazol y clindamicina. COCOS GRAMNEGATIVOS ANAEROBIOS Los cocos gramnegativos anaerobios se incluyen en la familia Veillonellaceae, la cual está conformada por tres géneros: Veillonella, Megasphaera y Acidaminococcus. Estos microorganismos se han reportado muy raramente como patógenos humanos significativos. Son parte de la flora humana normal, especialmente en la boca, aparato respiratorio e intestino grueso. Los miembros de la familia Veillonellaceae se asocian con infecciones de la cavidad oral, la cabeza, el cuello, las heridas por picaduras, así como con infecciones de tejidos blandos. El género Veillonella incluye varias especies: V. parvula, V. atypica, V. dispar, V. caviae, V. rodentium, V. ratti y V. cricetti. Veillonella parvula es la más frecuente en muestras clínicas, el resto de las especies fueron designadas a partir de 1982. El género Megasphaera incluye una sola especie: M. elsdenii, y el género Acidaminococcus también está constituido por una sola especie: A. fermentans. 246 Bacilos y cocos gramnegativos anaerobios CARACTERÍSTICAS GENERALES Son cocos gramnegativos anaerobios, de crecimiento lento, que a veces requieren prolongar la incubación de sus exámenes bioquímicos; las reacciones bioquímicas no deben ser leídas hasta que no se observe un crecimiento suficiente. Existen tests bioquímicos para la identificación presuntiva de los cocos anaerobios basados en su morfología colonial y celular, fluorescencia bajo luz ultravioleta, susceptibilidad a los discos de antibióticos y la determinación de las características bioquímicas; pero la identificación confirmativa o definitiva requiere de la fermentación de carbohidratos y de la cromatografía en gas-líquido (GLC), puesto que durante el metabolismo de células anaerobias se producen: alcoholes, ácidos grasos y ácidos orgánicos no volátiles que son detectados por GLC y que permiten la identificación presuntiva y definitiva de estos microorganismos. El uso de GLC es esencial para diferenciar entre los tres géneros de cocos gramnegativos, observándose la típica producción de ácidos grasos; también se puede diferenciar sobre la base de su talla, y aunque esto no es totalmente fiel, puede ayudar. Las colonias de Veillonella son muy pequeñas, blanco-grisáceas, translúcidas y reducen nitratos a nitritos (NO3 – NO2). Las de Acidaminococcus son de moderada talla; y las de Megasphaera son muy grandes (las células son mayores que 1,5 µm). Son gramnegativas de acuerdo con la composición de la pared celular, aunque pueden verse grampositivas. Las colonias de Veillonella semejan a los pigmentos de Porphyromonas y Prevotella sp., y pueden fluorescer rojo bajo los rayos ultravioletas. Veillonella sp. son no fermentativos y producen ácido propiónico. Acidaminococcus fermentans no fermentan los carbohidratos y producen ácido acítico y ácido butírico. Megasphaera elsdenii fermentan algunos carbohidratos (glucosa y maltosa) y producen ácido caprónico. VEILLONELLA MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son cocos gramnegativos agrupados en pares, en masas o cadenas, aunque pueden observarse células simples, no móviles, no esporulados, no capsulados y no flagelados, con un diámetro de 0,3 a 0,5 µm y un largo de 2,5 µm. Cultivo. Se cultivan en agar-sangre con vancomicina en condiciones de anaerobiosis, con un pH de 6,5 a 8, a temperatura entre 30 y 37 0C; crecen pobremente a 40 0C y de forma lenta a 24 0C. Las colonias tienen un diámetro de 1 a 3 mm, son lisas, cristalinas, opacas y de color blanco-grisáceo. Pruebas fisiológicas. No fermentan los carbohidratos (glucosa, lactosa, maltosa, sacarosa) y producen ácido propiónico. Pruebas serológicas. Están basadas en la endotoxina que permiten especificidad serológica. TRATAMIENTO Son sensibles al cloranfenicol, imipenem, metronidazol, clindamicina, cefoxitina, ticarcilina, penicilina G, kanamicina y colistina. ACIDAMINOCOCCUS MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son cocos gramnegativos, de forma oval o de riñón, agrupados en parejas, no móviles, no flagelados, no esporulados; poseen un lipopolisacárido a nivel de la pared celular que constituye su endotoxina. 247 Microbiología y Parasitología Médicas Cultivo. Necesitan requerimientos nutricionales múltiples, entre los que se encuentran: triptona, ácido glutámico, valina, arginina, cisteína, tirosina e histidina. Crecen en condiciones de anaerobiosis, en agar- sangre con vancomicina (7,5 µm/mL), con un pH entre 6,2 y 7,5, y un rango de temperatura entre 30 y 37 0C. Pruebas fisiológicas. No fermentan los carbohidratos y producen ácido acético y ácido butírico. No licuan la gelatina, no producen ácido sulfhídrico, ni indol; son catalasa y oxidasa negativas, y no reducen los nitratos a nitritos. TRATAMIENTO Son sensible a la colistina y a la kanamicina. MEGASPHAERA MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son cocos gramnegativos relativamente grandes, con un diámetro de 2 µm o más, agrupados en pares, rara vez agrupados en cadena; son no móviles, no esporulados y anaerobios obligados. Cultivo. Crecen en agar-sangre con vancomicina, en condiciones de anaerobiosis, a pH 6,2 y 7,5, y temperatura entre 30 y 37 0C. Pruebas fisiológicas. Fermentan la glucosa y la maltosa, y producen múltiples ácidos grasos, incluyendo el ácido caproico. TRATAMIENTO Son sensibles a la colistina y a la kanamicina. Las características generales y la identificación de los cocos gramnegativos anaerobios se resumen en el Cuadro 25.2 Fluorescencia luz ultravioleta Coloración Gram Catalasa Indol Nitrato Esculina Gelatina Glucosa Lactosa Maltosa Sacarosa Identificación de cocos gramnegativos anaerobios Utilización de piruvato Cuadro 25.2 . Veillonella parvula Acidaminococcus fermentans Megasphaera elsdenii + + Roja (-) (-) - V - - + - - - + - + - +: 90 % otras de positividad. -: 90 % otras de negatividad. V : variables. *= No produce ácido uniformemente. A= ácido acético. P= ácido propiónico. S= ácido succínico. B= ácido butírico. L= ácido acético. Fermentación Ácidos grasos en caldo glucosa-peptona, extracto de levadura A, P, S* A, B, P*, L* A, IB, B, IV, V, C, L, F* IB: ácido isobutírico. IV: ácido isovalérico. V: ácido valérico. C: ácido caproico. F: ácido fórmico. Tomado de: Howard BJ, Keisser JF. Anaerobic Bacteria. Clinical and Pathogenic Microbiology. 2nd ed. 1994:411. 248 Colonias Muy pequeñas Moderada talla Muy grandes Bacilos y cocos gramnegativos anaerobios RESUMEN Los bacilos gramnegativos anaerobios incluyen 22 géneros, de ellos cuatro son importantes en la práctica médica; estos son: Bacteroides, Fusobacterium, Prevotella y Porphyromonas. Los mismos forman parte de la flora normal de la mucosa oral, tracto respiratorio superior, tracto intestinal y urogenital del hombre y animales superiores, por lo que causan infecciones polimicrobianas de origen endógeno. Los cocos gramnegativos anaerobios se incluyen en la familia Veillonellaceae, que consta de tres géneros: Veillonella, Megasphaera y Acidaminococcus. Estos microorganismos forman parte de la microflora de las cavidades del cuerpo de los animales y el hombre, especialmente a nivel de la boca, el aparato respiratorio superior y el intestino grueso. Se reportan muy raramente como patógenos humanos significativos. V. parvula es la especie aislada con más frecuencia en este grupo de microorganismos, los cuales son resistentes a la vancomicina y sensibles a la kanamicina y colistina. El diagnóstico presuntivo de estos microorganismos se basa en la morfología colonial y celular, producción de pigmentos, fluorescencia bajo luz ultravioleta, susceptibilidad a los discos de antibióticos (vancomicina, kanamicina y colistina) y características bioquímicas; mientras que el diagnóstico de laboratorio se realiza mediante cromatografía en gas-líquido. El tratamiento de estas infecciones por bacilos gramnegativos es quirúrgico, a través del drenaje de los abscesos y con drogas antimicrobianas; se emplea la penicilina G en aquellas infecciones en las que no participen especies de Bacteroides, Prevotella y Porphyromonas productoras de β-lactamasa. Las drogas de elección son la clindamicina y el metronidazol. BIBLIOGRAFÍA Droston LN, Jawetz E, Melnick JL, Adelberg EA. Microbiología médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. 15ta ed. en español. Cap. 22. México D.F.: Ed. El Manual Moderno, 1996:307-13. Falkon S. Bacteroides y Fusobacterium. In: Davis BD, Bulbecco R, Eisen HN, Ginsberg HS (eds.). Tratado de Microbiología Clínica. 4ta. ed. Barcelona: Masson SA, 1996:567-70. Han YH, Smibert RM, Krieg NR. Wolinella recta, Wolinella curva, Bacteroides ureolyticus and Bacteroides gracilis are microaerophiles, not anaerobes. Int J Syst Bacteriol 1991;41:218. Holth JG, Bryant MP, Krieg NR, Lapage SP et al. (eds.). Gram-Negative anaerobic cocci. 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Margarita Valdés-Dapena Vivanco INTRODUCCIÓN Las bacterias que conforman la familia Enterobacteriaceae están constituidas por bacilos gramnegativos no esporulados, que fermentan y oxidan la glucosa, carecen de indofenol oxidasa, reducen los nitratos a nitritos y se hallan ampliamente distribuidos por la naturaleza; muchas de sus especies tienen como hábitat el intestino del hombre y los animales, mientras que otras pueden parasitar a plantas o tener vida saprofítica. Pueden ser móviles por medio de flagelos perítricos, o pueden carecer de estos y ser inmóviles. Las especies que se encuentran en ella son de las que más frecuentemente se identifican en los laboratorios de microbiología clínica como causa de infecciones tanto comunitarias como nosocomiales. Entre las infecciones que ocasionan, se señalan: infecciones entéricas o infecciones fuera del tracto intestinal. La clasificación y nomenclatura de esta familia ha sido y es muy cambiante, por lo que existen diversas clasificaciones para sus miembros. A nuestro criterio, una de las clasificaciones que más ayuda en el diagnóstico de los miembros de esta familia es la presentada por Farmer y utilizada en los laboratorios de bacteriología entérica del Centro de Prevención y Control de Enfermedades. Los géneros que conforman esta familia son: Budvica, Buttiauxella, Cedecea, Citrobacter, Edwardsiella, Enterobacter, Escherichia-Shigella, Ewingella, Hafnia, Klebsiella, Kluyvera, Koserella, Leclercia, Leminorella, Moellerella, Morganella, Obesumbacterium, Pragia, Proteus, Providencia, Rhanella, Salmonella, Serratia, Tatumella, Xenorhabdus, Yersinia y grupos entéricos. Cada uno de estos grupos está conformado por una o más especies bacterianas con características fenotípicas y genotípicas muy similares, que a su vez están ampliamente distribuidas en la naturaleza, en el agua, en la tierra y en el intestino del hombre y los animales, así como en sus superficies expuestas al medio ambiente. No todos los géneros y especies que integran esta gran y compleja familia se hallan como frecuente causa de enfermedad; de ellos, alrededor de 25 especies han sido confirmadas como presentes en patología humana. Las primeras clasificaciones realizadas a esta familia se basaron en las características fenotípicas y estudios serológicos. Estas clasificaciones han variado mucho, lo que ha dado lugar a que nuevas especies se hayan incorporado a las ya conocidas. 251 Microbiología y Parasitología Médicas En la actualidad, se añaden a los estudios ya establecidos por comportamiento fisiológico y carga antigénica de estas bacterias, los de hibridación de ADN y análisis computarizados. Las investigaciones para sus clasificaciones abarcan desde las reacciones bioquímicas hasta estudios de resistencia, fagotipaje, presencia de toxinas y análisis sobre las lesiones en la mucosa entérica. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Las enterobacterias son bacilos gramnegativos que, en ocasiones, en cultivos jóvenes, se pueden observar formas cocobacilares y hasta cocoides. Sus bordes son rectos y sus extremos, curvos. En algunas especies como Proteus, las formas jóvenes pueden presentarse formando filamentos. El tamaño promedio de la mayoría de estas bacterias oscila entre 0,5 y 2 m de ancho, y de 2 a 4 m de largo. La presencia de una cápsula puede ser observada en Klebsiella, aunque en algunas cepas de E. coli es posible apreciar esta misma estructura. Las bacterias pertenecientes a esta familia no pueden clasificarse sobre la base de la coloración de Gram, puesto que todos sus miembros se presentan con la misma forma y afinidad tintoreal. Cultivo. La temperatura óptima de crecimiento de la mayoría de sus especies es de 37 °C, aunque algunas E. coli y Salmonella toleran temperaturas hasta de 42 °C, y otras como Yersinia y Serratia pueden crecer a baja temperatura, entre 1 y 5 °C. De acuerdo con sus requerimientos de oxígeno son aeróbicas o anaeróbicas facultativas. Los requerimientos de nutrientes en el metabolismo de los miembros de esta familia no son altamente exigentes y crecen de manera muy similar, cualquiera de sus especies, en la mayoría de los medios que se utilizan, por lo general, en el laboratorio de microbiología clínica diagnóstica, desde un agar nutriente, agar-sangre, agar-sangre-chocolate o caldo nutritivo. Características del crecimiento. En los medios sólidos se observan colonias relativamente grandes, de color grisáceo, de aspecto húmedo y de bordes definidos. Klebsiella da lugar en estos medios a colonias mucoides que tienden a levantarse con el asa de forma filamentosa; esta característica se corresponde con la presencia de la cápsula, por lo que otras colonias pertenecientes a otras especies de enterobacterias pueden presentar las mismas características. Las colonias que pertenecen a Proteus se esparcen en la superficie como una sábana. En los medios líquidos, las cepas de enterobacterias enturbian el medio homogéneamente. Las diversas tribus, géneros y especies que conforman la familia Enterobacteriaceae, no pueden ser diferenciados en los medios universales. La diferenciación primaria de las distintas especies se fundamenta en la presencia o ausencia de enzimas codificadas por el material genético cromosomal o adquiridas por medio de plásmidos. Estas enzimas se presentan en alguno de los pasos del metabolismo bacteriano y pueden ser detectadas usando medios diferenciales o selectivos, así como medios para estudios de utilización de sustratos como son los carbohidratos y para decarboxilación o deaminación de aminoácidos, a los cuales, además del sustrato seleccionado, se les añade un indicador para poder detectar la utilización de este en el metabolismo bacteriano. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA La familia Enterobacteriaceae se caracteriza por tener antígenos somáticos (O) que determinan los grupos serológicos; se han identificado más de 150 de estos antígenos formados por lipopolisacáridos que poseen la característica de ser termoestables, y pueden ser reconocidos por métodos de evidencia como la aglutinación y la hemaglutinación pasiva; la respuesta de tipo inmune frente a estos antígenos es predominantemente de IgM. Cada uno de los géneros de Enterobacteriaceae se caracteriza con antígenos O específicos, y pueden estar presentes más de uno de estos antígenos O en un mismo microorganismo. En 252 Enterobacterias ocasiones se manifiesta en Enterobacteriaceae entrecruzamiento antigénico entre los antígenos O de una especie con otra. Los antígenos K presentes en aquellas cepas que poseen cápsulas, pueden estar constituidos por polisacáridos o proteínas, son termolábiles y se han reconocido hasta el momento más de 100 antígenos diferentes; estos antígenos K interfieren con el reconocimiento de los antígenos O, actúan como adhesinas y desempeñan un importante papel en la virulencia de las cepas; los antígenos K1 de las cepas de E. coli están presentes en las que producen meningitis del neonato. Estos antígenos capsulares pueden ser reconocidos por medio de reacciones de aglutinación o mediante la reacción de hinchazón de la cápsula utilizando anticuerpos específicos para estos antígenos. Algunas enterobacterias como Salmonella poseen antígenos M presentes que son antígenos de cubierta. El antígeno Vi es un antígeno somático externo que se halla en la Salmonella typhi y en algunas cepas de E. coli y Citrobacter. Los antígenos H se relacionan con los flagelos de las cepas móviles; se han reconocido más de 50 de estos antígenos, los cuales están constituidos por flagelina, que es la proteína flagelar; se destruyen con el calor y se aglutinan con anticuerpos anti-h, principalmente con IgG. Dentro de un mismo serotipo se puede presentar más de un antígeno flagelar, mostrándose en dos fases: fase 1 (representados por letras minúsculas) y fase 2 (representados por números arábigos). Los microorganismos pueden variar de una fase a otra, lo cual se denomina variación de fase. Internacionalmente se han propuesto diversos esquemas para la clasificación serológica de esta familia; algunos de ellos, como los de Salmonella, Shigella, E. coli y Klebsiella están estandarizados otros mantienen las clasificaciones de los laboratorios de referencia que estudian las cepas de los distintos grupos. BACTERIOCINAS Las colicinas son sustancias bactericidas producidas por E. coli, que tienen actividad contra algunas cepas de su misma especie o de especies relacionadas. Se relacionan, además, con la presencia de un plásmido en las cepas que las producen y las cepas que lo portan son resistentes a su propia bacteriocina, por lo cual puede ser utilizado para la determinación de tipo en algunas especies de enterobacterias. ENDOTOXINAS Las bacterias gramnegativas se caracterizan por poseer una membrana interna y otra externa conformadas por capas de lípidos y transmembranas proteicas; la porción más visible de la membrana externa contiene un lípido único, un lipopolisacárido (LPS), que es una barrera contra los agentes liposolubles, enzimas líticas y metales pesados. Este LPS contiene un carbohidrato altamente variable, el antígeno O. Este LPS le confiere a la célula bacteriana protección contra la lisis mediada por complemento y contra la fagocitosis. Se considera que el LPS es un factor de virulencia de las bacterias gramnegativas y es altamente patogénico cuando es liberado en el torrente circulatorio, por lo que puede producir shock endotóxico y llevar hasta la muerte a un paciente en el cual se dé esta condición. Su unión a los macrófagos da lugar a un sistema de señales caracterizado por la liberación de citoquinas y otros mediadores presentes en el shock endotóxico. RESISTENCIA ANTIMICROBIANA Los microbiólogos, médicos de asistencia, epidemiólogos y otro personal de la Salud deben permanecer muy alerta en el comportamiento de esta familia frente a los antibióticos, pues constantemente emergen cepas resistentes que causan graves problemas, sobre todo con afecciones debidas a infecciones adquiridas dentro de las unidades de Salud. La resistencia en estas cepas se debe, en lo fundamental, a la adquisición de un plásmido (R) que le confiere esta característica o ser una resistencia intrínseca. (Ver capítulo sobre "Resistencia antimicrobiana".) La resistencia a los agentes antimicrobianos varía notablemente en esta familia, la misma especie puede presentar patrones de resistencia muy diferentes de una 253 Microbiología y Parasitología Médicas institución a otra e, incluso, dentro de una misma institución de una sala a otra. Así mismo, los patrones de resistencia de las cepas aisladas de infecciones nosocomiales difieren de aquellos de las cepas identificadas a partir de infecciones comunitarias. INFECCIONES EN EL HOMBRE Las infecciones por los miembros de esta familia se pueden clasificar en: infecciones intestinales e infecciones extraintestinales, tomando en cuenta su localización. Desde el punto de vista de su origen pueden ser: infecciones comunitarias o infecciones nosocomiales. INFECCIONES INTESTINALES Las infecciones intestinales están limitadas a las producidas por las seis clases de E. coli que en la actualidad se consideran como patógenas entéricas, estas son: E. coli enteropatógena (ECEP), E. coli enterotoxigénica (ECET), E. coli enteroinvasiva (ECEI), E. coli enterohemorrágica (ECEH), E. coli enteroagregativa (ECEA), E. coli difusamente adherente (ECDA) y a las producidas por Salmonella, Shigella y Yersinia enterocolitica. Otros miembros de Enterobacteriaceae como: Citrobacter, Proteus, Morganella, Enterobacter, Hafnia y Serratia, principalmente cuando se encuentran cultivos puros en las heces fecales, han sido relacionados, en ocasiones, con la producción de diarreas. Muchas veces esta situación está relacionada con un cambio de la flora normal del intestino humano. E. coli como patógena entérica La E. coli es el principal representante de la flora intestinal normal del hombre y los animales, sin embargo, existen cepas productoras de diarreas que pueden dar lugar a cuadros leves, evolucionar hasta la diarrea persistente u originar complicaciones que pueden llegar hasta la muerte de un paciente. Las cepas de cualquiera de las seis clases de E. coli productoras de diarreas, anteriormente señaladas, se presentan en los cultivos primarios, en los medios diferenciales, como cepas fermentadoras de la lactosa, por lo que no pueden distinguirse las clases en estos primos cultivos y hay que utilizar otros métodos que se explicarán en cada tipo de E. coli para poder hacer su diferenciación. Cada una de estas categorías tiene sus propios patrones clínicos, sus características epidemiológicas y patogénicas, y su diferenciación serológica, así como diversas formas de interactuar con la mucosa intestinal. E. coli enteropatógena (ECEP) Esta fue la primera clase de E. coli descrita como causa de diarreas, pero debido a que se puede presentar en la flora intestinal de individuos sanos, su papel como patógeno entérico ha sido relegado en muchas ocasiones. No obstante, su participación en brotes y epidemias de diarreas siempre se ha tomado en consideración desde que en 1940, en Londres y Abarden, se identificaron serogrupos de ECEP como causa de estos procesos. Los serogrupos que conforman esta clase de E. coli son los siguientes: O 26; O 55; O 111; O 117; O 86; O 119; O 124; O 125; O 126 y O 128. En la actualidad, los serogrupos O 119 y O 26 han sido reagrupados dentro de la categoría de ECEH por su acción patogénica. La ECEP se diferencia de otras categorías por sus habilidades para determinar sus características histopatológicas conocidas como adhesión y borramiento (A/E), y su inhabilidad para producir citotoxinas. Los estudios realizados in vitro en relación con la unión de ECEP a la célula del hospedero, han permitido definir tres etapas en el fenómeno de adherencia y borramiento: 1. Adherencia inicial. 2. Transducción de la señal por medio de proteínas secretadas. 3. Íntima unión: intimina. 254 Enterobacterias Adherencia inicial. Está en relación con la característica de ECEP de formar densas microcolonias en la superficie de la célula, dando lugar al patrón denominado adherencia localizada. Esta característica está asociada a un plásmido de gran tamaño que es común a estas cepas y que está unido a la producción de fimbrias tipo IV conocido como BFP (pilis en forma de haz o mechón); recientemente se han reportado los 14 genes que caracterizan el cluster bfp del plásmido de ECEP, los cuales determinan la biogénesis del BFP. Otro elemento que se requiere para la adherencia localizada es una enzima periplasmática que es indispensable para la unión disulfuro de proteínas, la cual está codificada por el gen dsba. En una segunda etapa, cuando se adhiere ECEP a las células epiteliales, se producen los cambios conocidos como A/E. El borramiento se refiere a la pérdida de las microvellosidades del enterocito. Los genes necesarios para que ocurra A/E están localizados en la región 35480 bp del cromosoma llamado locus para el borramiento del enterocito (LEE), y todas las bacterias que producen borramiento poseen este locus. En el borramiento, la membrana epitelial que se encuentra por debajo de la E. coli adherida se eleva localmente para formar pedestales, que en ocasiones crean estructuras que semejan pseudópodos. Estos pedestales se deben al reordenamiento de las células del citoesqueleto de las células del hospedero, ya que algunos componentes como son: la actina, la alfa-actina y las cadenas cortas de miosina, se acumulan en las células epiteliales por debajo de donde se halla adherida E. coli enteropatógena. Además de estos elementos, se encuentran otros dos: el talin y el ezrin, los cuales son las moléculas que unen la actina a la membrana de las células. En el tope de los pedestales está presente la tirosina fosforilada. La depolimerización localizada de filamentos de actina dentro de las microvellosidades, da como resultado la retracción de estas y el borramiento posterior a la depolimerización del pool de monómeros de actina puede localizarse por debajo de los microorganismos adheridos y repolimerizarse, para así formar los pedestales. Transducción de señales. La ECEP posee un sistema excretor tipo III; este sistema, llamado sep, está localizado en el gen eae en LEE. Las proteínas Esp A y Esp B secretadas por este sistema son las responsables de activar las vías de transducción de la señal, incluyendo la fosforilización del inositol, la fosforilización de la tirosina, la depolimerización celular, el reacondicionamiento de la actina y la unión a la intimina. Íntima unión: intimina. La intimina es una proteína de la membrana externa del microorganismo que se requiere para la íntima unión. El receptor para la intimina también lo codifica LEE. Esta proteína codificada por LEE anteriormente se llamó Hp 90, pero en la actualidad se denomina TIR (receptor translocado de intimina), el cual es segregado por ECEP y enviado a la célula del hospedero por el sistema secretor III. Al llegar a la célula del hospedero se produce la fosforilización de TIR y es en ese lugar donde ocurre la íntima unión de ECEP a la célula. Esta unión induce a la transmigración de neutrófilos, sugiriendo que los mecanismos inflamatorios también pueden inducir a la diarrea. Como consecuencia de la acción patógena de ECEP se produce: la presencia de polimorfonucleares que pueden activar el receptor apical de adenosina y activar la secreción de Cl; aumento de la permeabilidad por activación de las cadenas ligeras de miosina que abre las íntimas uniones y disminución de la superficie de absorción por borramiento de las microvellosidades, lo que da lugar a que la diarrea producida por ECEP pueda evolucionar hacia una diarrea persistente y, por consecuencia, a todas las alteraciones que esto puede ocasionar en el paciente, principalmente en niños en cuanto a su nutrición y desarrollo. Diagnóstico de laboratorio El diagnóstico microbiológico de las cepas de ECEP se basa en el aislamiento a partir de medios diferenciales utilizando heces recién emitidas. La selección de las colonias se hace basada en aquellas que fermentan la lactosa, pasando posteriormente al estudio fisiológico completo de la cepa y después de haber comprobado que se está en presencia de E. coli, se realiza el estudio serológico de grupo mediante la aglutinación en lámina utilizando sueros comerciales OK. La comprobación de la 255 Microbiología y Parasitología Médicas aglutinación se efectúa por medio del método de aglutinación en tubo, empleando los mismos sueros comerciales y siguiendo la técnica descrita para este método. Los estudios de los antígenos H de estas cepas se llevan a cabo sólo en los centros de referencia internacionalmente reconocidos para E. coli. E. coli enterohemorrágica (ECEH) La ECEH (O 157:H7) pertenece a la categoría de E. coli altas productoras de verotoxinas (VT) o citotoxinas; otras E. coli como los grupos O 2; O 7; O 113; O 145; O 1; O 5; O 18 y entre los serogrupos anteriormente agrupados como ECEP el O 26; O 111 y O 119, también son productores de citotoxinas, pero el mejor estudiado de ellos y el que produce cuadros más alarmantes es el O 157:H7. Este microorganismo fue descrito por vez primera en 1982, en brotes por ingestión de hamburguesas, caracterizado por diarreas sanguinolentas, el cual ocurrió en Michigan y en Oregón, no habiendo sido identificado con anterioridad este serotipo de E. coli como causa de diarrea. Whittman ha planteado que este serotipo desciende de una clona ampliamente distribuida en América del Norte y en estudios genéticos realizados se ha comprobado que su relación con otros serogrupos productores de citotoxina es lejana. Desde el punto de vista fisiológico, estas cepas se caracterizan por ser en un 95 % sorbitol negativo, y se han descrito fenotipos atípicos no productores de indol y que no utilizan el citrato como fuente de carbono. Serológicamente el antígeno somático es el O 157 y las cepas móviles poseen el antígeno H7, aunque hay cepas que carecen de este antígeno y son H-. Patogenia Entre los factores de virulencia de estas cepas está la producción de hemolisinas. Estas pueden ser: la hemolisina alfa, la cual es posible determinar por anticuerpos monoclonales o hibridación del ADN, y la hemolisina beta o enterohemolisina, que sólo puede detectarse con el uso de medios especiales elaborados con sangre lavada. Esta enterohemolisina se relaciona con la producción de VT y algunos autores señalan hasta un 89 % de correlación. Otra característica de estas cepas relacionadas con la producción de VT es la fluorescencia por la 4-metil-lumbelil-feril-beta-D-glucorónico (MUG), la cual es negativa en las cepas productoras de VT. Las citotoxinas, verotoxinas o Shiga-like toxins están entre los factores de virulencia de ECEH. Las cepas pueden tener presentes la VT1 y la VT2, sólo una de ellas o ser VT- y aun así ser capaces de producir enfermedad por otros mecanismos que más adelante serán descritos. La VT1 es antigénicamente similar a la Shiga-toxina e idéntica desde el punto de vista biológico. Su secuencia de aminoácidos demuestra una homología mayor que 90 %. Tanto la Shiga-toxina como la VT están formadas por dos subunidades, la A y la B, y su información marcha a la par; en el caso de la Shiga-toxina está en relación con un gen del cromosoma bacteriano, mientras que la información de la VT1 está dada por un fago temperado. La VT2 es antigénicamente distinta a la Shiga-toxina y a la VT1, pero biológicamente idéntica. Posee, igual a la anterior, dos subunidades, las cuales también están en relación con un fago temperado. La producción de citotoxinas está en correspondencia con fagos que según una clasificación llevada a cabo en Canadá se relacionan del 1 al 14, perteneciendo la mayoría de las cepas al fago 1 o los relacionados con el 4; 8 y 14. Tanto la VT1 como la VT2 interfieren con la síntesis de proteínas, insertando una unión N-glicósido en la posición residual 4324 del 60 ribosoma del ARN de las células de los mamíferos. Así, la VT1 inhibe la absorción de agua y sales por los enterocitos, a lo que se debe la diarrea acuosa primaria. 256 Enterobacterias La presencia de fimbrias es otro factor a considerar (F-A, factor de adherencia) en la virulencia de ECEH. Este factor está relacionado con un plásmido de 55 a 75 MDa (CVD419). La presencia de este plásmido da lugar a las fimbrias, lo cual permite que, al ocurrir la adhesión, sea más eficaz la liberación de citotoxinas al interior de la célula del epitelio intestinal. El efecto A/E (adhesión y borramiento) en el borde en cepillo se caracteriza por la destrucción localizada de las microvellosidades y una intensa unión de la bacteria a la membrana apical del enterocito. Densas concentraciones de filamentos de actina están presentes en el citoplasma apical por debajo de las bacterias adheridas. En ECEH cuando se usa la microscopia electrónica y la falotoxina marcada con fluoresceína, se han demostrado intensas manchas fluorescentes que corresponden a los filamentos de actina (FAS). Estas dos últimas características, la A/E y FAS, son los mejores indicadores de la patogenicidad de ECEH y no se relacionan ni con el plásmido fimbrial ni con el fago de las citotoxinas. Epidemiología La diseminación puede ser de persona a persona, por alimentos contaminados como la carne, la leche y el agua no tratada. El reservorio de ECEH puede ser el hombre, las aves, los corderos, el ganado bovino y los cerdos. La dosis infectante es baja, aunque no se conoce con exactitud. Se ha descrito este microorganismo como causa de enfermedad en Canadá, Estados Unidos de Norteamérica, Reino Unido, Argentina y Cuba, entre otros. En Cuba, Valdés-Dapena y col. lo citan como una de las principales causas de diarreas infantiles. La estacionalidad es variable, en los Estados Unidos de Norteamérica se ha descrito más frecuentemente de junio a septiembre; en Cuba, según datos de Valdés-Dapena y col., se detecta durante todo el año. El estado de portador se puede observar, principalmente, en niños con períodos de excreción de aproximadamente 30 días después de la enfermedad. Las edades más frecuentes son las extremas de la vida, aunque en realidad, por su forma de transmisión, a cualquier edad puede contraerse la infección. Datos clínicos La enfermedad puede aparecer en forma de brotes o presentarse en casos esporádicos. La incubación del microorganismo dura de 2 a 3 días hasta 2 semanas. La infección puede ser inaparente, y constituir esta población los portadores del microorganismo; puede presentarse en la forma clínica de colitis hemorrágica o dar lugar a una diarrea sin sangre, la cual es una de las formas en que más frecuentemente se aísla este microorganismo en Cuba, según reportan Valdés-Dapena y col. La forma mejor descrita es la colitis hemorrágica, que se caracteriza por comenzar con una diarrea acuosa y después presentarse la sangre en las heces fecales. La fiebre está casi siempre ausente y puede estar acompañada de vómitos o no. La evolución subsiste desde pocos días hasta 2 semanas. Como complicaciones de esta infección se han señalado: el abdomen agudo por colitis isquémica, la neumonía, el edema pulmonar, infarto del miocardio, convulsiones y coma. Otras complicaciones frecuentemente descritas son el síndrome urémico hemolítico y la púrpura trombocitopénica trombótica, las cuales se han relacionado con la presencia de la VT1. En trabajo realizados en nuestro medio por Rodríguez y col. no se describen estas complicaciones. Aunque desde el punto de vista de la resistencia antimicrobiana, ECEH presenta una amplia sensibilidad, el uso de antibióticos no es recomendado, pues en los casos donde se han empleado es en aquellos que con más frecuencia han presentado complicaciones, relacionándose este efecto con la desaparición de la flora intestinal y la permanencia de las 257 Microbiología y Parasitología Médicas cepas ECEH resistentes, así como mayor liberación de la citotoxina por lisis de la célula bacteriana. Diagnóstico de laboratorio Examen directo. En el examen directo de heces fecales la presencia de polimorfonucleares es escasa o no están presentes. La identificación del microorganismo se hace por métodos directos o métodos indirectos. Cultivo (método directo). Se debe hacer con heces fecales recién emitidas en los primeros 6 días de la enfermedad. El aislamiento se hace en medio Mac Conkey con sorbitol, donde se observan las colonias blancas que indican la no utilización de este sustrato. Según Valdés-Dapena, puede usarse el Mac Conkey con lactosa y hacer la selección de colonias fermentadoras de este carbohidrato e inocularse en tubos con sorbitol al 1 %, para determinar a las 24 horas el no empleo del sorbitol. Todas las cepas deben ser comprobadas por medio de estudios fisiológicos que son E. coli y posteriormente ser enfrentadas al suero clasificador O 157 para determinar el serogrupo. Otro método utilizado es el de la determinación de VT, que puede hacerse directamente a partir de filtrados de heces fecales o de colonias aisladas. Las técnicas a utilizar para este fin son: el cultivo en células Vero para observar la citotoxicidad, la hibridación del ADN cromosomal, por la reacción de la polimerasa en cadena (PCR) o por el método de inmunoensayo enzimático (ELISA). La determinación del plásmido puede llevarse a cabo por medio de la hibridación del ADN o por PCR. La enterotoxina alfa es posible detectarla por anticuerpos monoclonales o por ELISA y la beta, utilizando placas de agar-sangre de carnero lavada. La adherencia se detecta por la inoculación de ECEH en cepas HEp-2 y se observa la adherencia localizada característica. La fluorescencia puede determinarse por el uso de medios especiales, así como la presencia de actina por coloraciones fluorescentes y el uso de la microscopia electrónica. Entre los métodos indirectos se han descrito la determinación de anticuerpos utilizando sueros pareados contra los antígenos O y la determinación de antitoxina contra VT. E. coli enteroinvasiva (ECEI) Existen algunas cepas de E. coli que producen una diarrea indistinguible de la producida por Shigella. La primera descripción de este agente se realizó a partir de aislamientos realizados en Italia en 1945, los cuales fueron diagnosticados como Paracolonbactrum; posteriormente se identificó con E. coli O 124:H30. En los estudios antigénicos se ha comprobado una relación cercana en el ADN de estas cepas con Shigella y algunas cepas comparten los mismos antígenos O, como ocurre con el antígeno O de Shigella dysenteriae 3 y el antígeno somático de ECEI O 124. Los serogrupos que más frecuentemente se han relacionado con esta categoría de E. coli son los siguientes: O 28 ac N; O 29: NM; O 112 ac NM; O 115: NM; O 124: NM; O 124:H7; O 124:H30; O 135: NM; O 136:NM; O 143:NM; O 144:NM; O 152:NM y O 164:NM y O167:NM; siendo el O124 el más diagnosticado. Desde el punto de vista fisiológico, esta clase de E. coli semeja a Shigella, su imagen en el medio de agar-hierro Kligler es idéntica. No fermentan la lactosa o la fermentan tardíamente; son inmóviles y no decarboxilan la lisina. Esta clase de E. coli es una de las más difíciles de diagnosticar, pues su identificación se basa, fundamentalmente, en sus mecanismos patogénicos. Los métodos utilizados en el laboratorio para el diagnóstico de estas cepas, además de los estudios fisiológicos de las mismas, son: el serológico para la determinación de antígeno O, la prueba de Séreny en la conjuntiva del cobayo, el test de ELISA y la invasividad en células HEp-2 o células HeLa. 258 Enterobacterias Patogenia y patología La ECEI produce enfermedad por los mismos mecanismos que Shigella comprende la penetración en el epitelio celular, lisis de la vacuola endocítica, multiplicación intracelular, movimiento direccional a través del citoplasma y extensión dentro de las células del epitelio adyacentes. Cuando la infección es severa, estos eventos dan lugar a una gran reacción inflamatoria, y se producen las ulceraciones. La lesión ocurre en la mucosa colónica. Los genes necesarios están en un plásmido de 140 MDa. El plásmido relacionado con la invasividad ha sido designado como pInv. El aparato secretor tipo III codificado por los genes mxi y spa es el responsable de la secreción de múltiples proteínas que son necesarias para completar el poder patógeno de este microorganismo. La proteína IpaC se ha demostrado que es la responsable de la entrada del microorganismo en la célula eucariótica, mientras que la IpaB se relaciona con la lisis de la vacuola fagocítica y la inducción de la apoptosis en los macrófagos. El movimiento dentro del citoplasma parece estar mediado por la enucleación de la actina celular en forma de cola, la cual se extiende de uno de los polos de la bacteria y origina la propulsión de esta a través del citoplasma. El gen designado como sen, portado por un plásmido, codifica una proteína de 63 kDa, que parece estar relacionada con una enterotoxina portada por las cepas que lo poseen. Epidemiología La enfermedad por este microorganismo es poco frecuente tanto en países desarrollados como en los que están en vías de desarrollo; en Cuba, Valdés-Dapena plantea la misma situación, por lo que las características epidemiológicas de la enfermedad son poco conocidas. La transmisión por alimentos contaminados ha sido la más habitual, aunque también se ha señalado la transmisión de persona a persona. La dosis infectante que se ha determinado en voluntarios es alta. Cuadro clínico Las manifestaciones clínicas producidas por este microorganismo semejan a la shigelosis, diarreas mucopiosanguinolentas, cólicos y tenesmos. La fiebre puede estar presente y en las heces fecales se reporta la presencia de polimorfonucleares. La evolución es autolimitada, con duración de 1 o 2 días; la hospitalización muy raramente se requiere y no se ha reportado muerte debido a la infección por ECEI. Diagnóstico de laboratorio Es muy difícil hacer el diagnóstico diferencial entre estas cepas y Shigella, ya que poseen las características bioquímicas de E. coli con las características genotípicas y fenotípicas de Shigella. La característica de invasividad se estudia por la reacción de Séreny en la conjuntiva del cobayo, así como por la invasión en estudios en células HeLa. Estudios de hibridación del ADN, de la reacción de polimerasa en cadena (PCR) y ELISA se aplican para la detección de los plásmidos que le confieren la virulencia a este microorganismo. E. coli enterotoxigénica (ECET) Este microorganismo fue reconocido por vez primera como agente causal de diarreas en estudios realizados en la India y Bangladesh en 1968. Las ECET, especialmente aquellas que poseen los factores CFA/I y CFA/II, están entre los patógenos que más frecuentemente producen diarreas en los niños de los países en vías de desarrollo y son causa importante de la “diarrea del viajero”. 259 Microbiología y Parasitología Médicas Clasificación serológica Actualmente se relacionan con esta categoría de E. coli los siguientes serotipos: O 6:H16; O 8:NM; O 8:H9; O 11:H27; O 15:H11; O 20:NM; O 25:NM; O 27:H7; O 27:H20; O 63:H12; O 78:H11; O 78:12; O 85:H7; O 114:H21; O 115:H21; O 126:H9; O 128 ac:H7; O 128ac:H12; O 128ac:21; O 148:H28; O 149:H4; O 159:H4; O 159:H20; O 166:H27; O 167:H5. Patogenia La patogenia de la diarrea producida por ECET se relaciona con la colonización del intestino delgado y la elaboración de la enterotoxina secretora. Por definición, las ECET son aquellas cepas de E. coli que producen enterotoxinas termolábil (TL), termoestable (TS), o ambas. Las que poseen ambas toxinas son claramente patógenas, así como las que tienen la toxina termoestable (TS), la importancia de la TL+ no está bien definida. Las adhesinas o factores de colonización de ECET (CFAs) han sido identificados y caracterizados. Dos plásmidos son los que codifican los factores de colonización: el CFA/I y CFA/II; otros factores de adhesión han sido reportados, como son el CFA/III y el CFA/IV. Algunos serotipos poseen adhesina fimbrial llamada E 8775. El genoma que codifica para CFA/I se encuentra en el mismo plásmido que porta para la producción de TS. Típicamente, la ECET CFA/I porta, además, un segundo plásmido que codifica para TL. El genoma que codifica para CFA/II se halla en un plásmido que usualmente lleva los genes para TS y TL. Este sistema de plásmidos ocurre en los diferentes serotipos de ECET, de manera tal que algunos producen CFA/I y otros CFA/II, pero nunca ambos. Otros elaboran la adhesina E 8775 y pueden ser TS+ o TS+ y TL+. Características de las toxinas Las toxinas TL son toxinas oligoméricas íntimamente relacionadas con la toxina colérica (CT) tanto desde el punto de vista estructural como funcional; su homología con esta toxina es de un 70 a 80 % en la secuencia de sus aminoácidos. Existen dos grupos principales de esta enterotoxina, la TL/I y la TL/II, las cuales no presentan reacciones cruzadas inmunológicamente. La TL/I es expresada por cepas de E. coli que son patógenas tanto para el hombre como para los animales, mientras que la TL/II se identifica, principalmente, en cepas de origen animal; nunca ha sido asociada con enfermedad ni en hombres ni en animales. Poseen dos subunidades, la A y la B; la primera activa la adenilciclasa de los enterocitos. La subunidad B es la responsable de su unión al gangliósido de los enterocitos. La toxina TL/II tiene de un 55 a 57 % de identidad con la TL/I y la CT en la subunidad A, pero no existe esta homología con la subunidad B de esta enterotoxina. Se han descrito dos variantes antigénicas en esta toxina, la TL/IIa y la TL/IIb. La TL/II también actúa activando la adenilciclasa. Las toxinas TS son monoméricas y pequeñas; contienen grandes cantidades de cisteína residual, cuyas uniones disulfuro le dan la característica de estabilidad al calor. Existen dos clases de esta enterotoxina, la TSa y la TSb, las cuales difieren en estructura y mecanismos de acción. Los genes para su codificación se encuentran localizados, principalmente, en plásmidos. La TSa tiene dos variantes: la TSp, identificada al principio en los porcinos; y la TSh, reconocida primeramente en los humanos; en la actualidad se pueden identificar en ambas especies. El principal receptor para TSa es la enzima de membrana, llamada guanilatociclasa. Esta actividad lleva en última instancia a la estimulación de la secreción de cloruros y (o) la inhibición de la absorción de cloruro de sodio. La TSb difiere en cuanto a su homología de TSa, aunque contiene cuatro residuales de cistina que forman las uniones disulfuro. Esta toxina induce al daño histológico de las 260 Enterobacterias células epiteliales y atrofia parcial de las vellosidades. Su receptor se desconoce, aunque actualmente se plantea su posible unión a la membrana plasmática antes de ocurrir la endocitosis. Su estimulación no es sobre el ion cloro; esta toxina estimula la secreción de bicarbonato de las células intestinales. En la década de los años 70 se comprueba que su acción patógena es similar a la de V. cholerae 01, ambos colonizan el intestino delgado. La ECET lleva a cabo la colonización por medio de los factores de colonización CFA/I-IV, lo cual permite su adhesión a la mucosa del epitelio intestinal proximal y la producción de las enterotoxinas TS y TL. La subunidad A de la toxina TL activa irreversiblemente la enzima intracelular adenilatociclasa, lo cual conduce a una acumulación intracelular de adenosina monofosfato cíclico (AMPc). El aumento de AMPc causa un cambio en la función de los enterocitos, produciendo un incremento en la secreción por los enterocitos de las criptas intestinales y una disminución de la función de absorción por los enterocitos localizados en los ápices de las vellosidades intestinales. Esto da lugar a la diarrea líquida. La toxina TS activa la enzima intracelular guanilatociclasa, lo que lleva a un acúmulo intracelular de guanosina monofosfato cíclico (GMPc) y aumenta la secreción por incremento del calcio del citosol. Cuadro clínico Se caracteriza por diarreas acuosas sin la presencia de moco, sangre o pus. En pocos pacientes se observa el vómito y la fiebre. La diarrea puede evolucionar de forma autolimitada en manera leve o hacia formas coleriformes graves que llevan a la deshidratación. El cuadro clínico puede variar desde 1 a 5 días, o extenderse hasta 21 días. En el examen directo de las heces fecales no se observan polimorfonucleares. El uso de antibióticos indebidamente en esta diarrea ha dado lugar a la aparición de cepas altamente resistentes, por lo cual siempre debe tenerse presente el mantener el tratamiento basado en el equilibrio hidromineral, que es el principalmente afectado por este microorganismo. Epidemiología Es una infección propia de los países en vías de desarrollo y en aquellos lugares donde las condiciones higiénico-sanitarias son precarias. El hombre es el principal reservorio, aunque algunas cepas han sido identificadas a partir del cerdo y bovinos. Las vías de transmisión son, principalmente, el agua y los alimentos contaminados, aunque las manos también pueden ser vía de transmisión, sobre todo para los recién nacidos. Métodos diagnósticos Los métodos diagnósticos se basaron durante mucho tiempo en la detección de las toxinas TS y TL. Los métodos que se describen para TL son los siguientes: inoculación en ratones lactantes; cultivo en células Y-1 o CHO; test de Biken; método de inmunoensayo enzimático (ELISA); aglutinación reversa pasiva; coaglutinación; aglutinación en látex y hemólisis inmunopasiva radial. La toxina TS se estudió primero en el asa del conejo, pero fue remplazada por la inoculación en el ratón lactante; puede utilizarse, además, el radioinmunoensayo y ELISA. Otro método empleado es la biotipificación basada en la utilización de: rafinosa, sorbosa, ornitina y dulcitol, la cual clasifica a ECET en ocho biotipos primarios (1; 2; 3; 5; 6; 9; 13; 14). En la actualidad, los métodos de biología molecular se aplican a la determinación de TL y TS por medio de la hibridación del ADN y estudio del PCR (reacción de la polimerasa en cadena). Un método de pesquisa ha sido descrito por Burke, el cual se ha utilizado en Cuba. En él emplea la sorbosa como un indicador fisiológico de ECET, ya que el 95,5 % de estas cepas no usan este sustrato en su metabolismo. 261 Microbiología y Parasitología Médicas E. coli enteroagregativa (ECEA) En el presente se engloba dentro de esta clase de E. coli a aquellas cepas que desde el punto de vista fisiológico muestran las mismas características del género Escherichia, que no producen toxinas ni TL ni TS y que se adhieren a las células HEp-2 con un patrón autoagregativo. Patogenia Los mecanismos patogénicos de esta clase de E. coli no están bien definidos, no obstante, la lesión histopatológica que ellos producen y sus factores de virulencia son muy conocidos. Estas cepas producen un aumento del moco, el cual atrapa a la bacteria en un biofilm moco-bacteria. El papel del moco no ha sido bien definido, sin embargo, la formación de este espeso biofilm puede estar relacionado con el poder de esta bacteria para ocasionar diarrea y con su habilidad para producir colonizaciones persistentes y diarrea. Además, se han señalado efectos citotóxicos en la mucosa intestinal, y se ha demostrado acortamiento en las microvellosidades, necrosis hemorrágica y una respuesta inflamatoria moderada con edema e infiltración de la submucosa con mononucleares. Por microscopia electrónica se ha demostrado que no existe alteración de la arquitectura de las microvellosidades sin invasión del enterocito; tampoco se detecta el efecto de adhesión y borramiento (A/E). Se ha observado en algunas cepas un efecto citotóxico relacionado con genes codificados por un plásmido de 65 MDa. La adherencia en esta clase de E. coli se relaciona con una estructura fimbrial denominada fimbria I de adherencia agregativa (AAF/I) y otra estructura fimbrial llamada fimbria II (AAF/II), aunque se plantea que existen otros factores relacionados con esta característica como es una proteína de la membrana externa. La responsabilidad de la actividad citotóxica en esta bacteria está relacionada con una proteína que es miembro de la familia de las proteínas autotransportadas. Los mecanismos patogénicos pasan, entonces, por tres etapas: 1. Adherencia fimbrial. 2. Aumento de la producción de moco. 3. Actividad citotóxica. El lugar de colonización del intestino aún no ha sido claramente demostrado, aunque en estudios experimentales se ha observado tanto en el intestino delgado como en el grueso. Cuadro clínico El período de incubación puede ser tan corto como 8 horas. Se observa la infección por esta bacteria tanto en casos esporádicos como en brotes epidémicos. Los síntomas se traducen en una diarrea acuosa sin sangre, no se observa fiebre y pocos casos presentan vómitos. En algunos pacientes se ha descrito abundante sangre en las heces fecales; en estas puede detectarse la lactoferrina fecal como indicador leucocitario. Epidemiología Donde más se han estudiado estas diarreas es en los países en vías de desarrollo y se han relacionado, principalmente, con casos esporádicos con la presentación de la forma persistente de diarrea. Formas epidémicas se han descrito en guarderías infantiles y en salas de niños desnutridos, donde se han asociado con retraso en el crecimiento. El excretor asintomático es frecuente, fundamentalmente, en áreas de países en vías de desarrollo. 262 Enterobacterias Diagnóstico de laboratorio Se basa en el aislamiento de estas cepas a partir de las heces de pacientes y la demostración del patrón autoagregativo (AA) en células HEp-2. Se puede aplicar la hibridación de ADN del plásmido que portan estas cepas, el estudio por PCR y otras técnicas como son: la formación de película en cultivo en caldo de Mueller-Hinton, así como en tubos o placas de poliestireno visualizada con Giemsa. E. coli difusamente adherente (ECDA) La mayoría de los autores consideran en la actualidad a E. coli con patrones de adherencia difusa como una clase distinta de esta especie. Hasta el momento, la patogenia de este microorganismo no es bien conocida. Se ha descrito una fimbria superficial que media el fenotipo de adhesión difusa designada como F 1845 y que está mediada por genes que pueden ser cromosomales o estar portados por un plásmido. Estudios recientes han relacionado a estas cepas con la producción de diarreas, principalmente en niños de 1 a 5 años. Aún no se ha determinado su modo de transmisión; por estudios llevados a cabo en países desarrollados y el haber encontrado esta clase de E. coli en pacientes con diarrea, se ha planteado que puede que desempeñe un papel importante como causa de esta enfermedad en esos países. Las heces de los pacientes que adquieren esta infección son líquidas, sin sangre ni leucocitos. Diagnóstico de laboratorio Se hace por el patrón de adherencia difusa en las células HEp-2, también se ha diagnosticado por la hibridación de ADN, pero aún no se han desarrollado primers para llevar a cabo la reacción de PCR. Shigella Shigella spp. es el agente etiológico de la disentería bacilar (shigelosis), una de las causas más frecuentes de diarrea. Este microorganismo fue primeramente descrito por Chantemesse y Widal en 1888, a partir de las heces fecales, del intestino grueso y de los ganglios mesentéricos de un soldado que murió a causa de esta enfermedad. Pertenece al género Escherichia-Shigella, la relación del ADN de Shigella y E. coli es muy alta, desde el punto de vista de sus reacciones fisiológicas son difíciles de distinguir y serológicamente presentan un alto entrecruzamiento entre ambos grupos. Características de los cultivos Este microorganismo se presenta en los medios diferenciales y selectivos que contienen lactosa como colonias no fermentadoras de este carbohidrato, por lo cual se utiliza esta característica para la selección de colonias en los cultivos primarios. En el aislamiento de Shigella debe tenerse en cuenta que sus células son muy susceptibles a algunos inhibidores que contienen los medios selectivos y de enriquecimiento. Shigella es inmóvil y lisina negativa, no produce gas a partir de la glucosa, con la excepción de algunas cepas de S. flexneri 6, S. boydii 13 y 14, y S. dysenteriae 3. No utilizan el citrato como fuente de carbono, no fermentan el mucato y no producen hidrólisis de la urea. En el medio de agar Kligler-hierro no se observa la producción de H2S. S. dysenteriae no fermenta el manitol; no así S. flexneri, S. boydii y S. sonnei que utilizan este carbohidra- 263 Microbiología y Parasitología Médicas to en su metabolismo. No obstante, en cualquiera de los anteriores grupos se pueden identificar biotipos que fermenten el manitol. Shigella no emplea la lactosa, con excepción de S. sonnei que la puede fermentar tardíamente. La producción de indol varía dentro de los distintos grupos, aunque S. dysenteriae 1, S. flexneri 6 y S. sonnei siempre son indol negativo. Estructura antigénica Basado en el antígeno somático O, Shigella se clasifica en cuatro grupos y dentro de estos en serotipos: Shigella grupo A (S. dysenteriae) con 10 serotipo: Shigella grupo B (S. flexneri), serotipos 1 al 6, X e Y; Shigella C (S. boydii) con 15 serotipos; y Shigella grupo D (S. sonnei) con un solo serotipo y dos fases, I y II. El antígeno H no está presente en este grupo. No así el antígeno K que poseen algunos serotipos e interfieren con la clasificación de grupo; este antígeno K pertenece a la variedad B de estos antígenos. Patogenia La enfermedad está restringida a la mucosa intestinal, se localiza en la mucosa del colon y recto, y raramente ocurre la diseminación. En la actualidad se plantea que en la shigelosis hay un desbalance entre un microorganismo invasivo y los mecanismos del hospedero que regulan la inflamación, expresando varios determinantes de patogenicidad que determinan el fenotipo invasivo, el cual está dado por un plásmido de gran tamaño que portan estas células. Este plásmido codifica el aparato excretor tipo III, que lleva alrededor de 15 proteínas efectoras, codificadas por los operones mxi y spa, directamente del citoplasma bacteriano a la superficie de las células epiteliales o a su citoplasma. Estas proteínas se dividen en dos categorías: la primera categoría incluye la IpaB, TpaC e IpaD, las cuales son las responsables de iniciar los eventos de invasión a la célula del hospedero. La IpaB y la IpaD son controladoras del flujo de las proteínas por el sistema excretor cuando hay ausencia del sistema de señales. La IpaB y la IpaD forman un complejo que se inserta en la célula eucariótica dando lugar a un poro que presenta dos funciones: la polimerización de la actina vía IpaC y la inyección de varias proteínas dentro del citoplasma celular. La segunda categoría de proteínas secretadas son: IpaA e IpgD. La IpaA tiene la capacidad de unir la vinculina, después de inyectada dentro de la célula, lo que permite la maduración del foco de entrada y crea densas condensaciones de actina que semejan a la adhesión localizada. Este sistema secretor y sus proteínas son los responsables de que Shigella penetre dentro de las células y active la fagocitosis. Otras proteínas, además de las secretadas por el aparato secretor tipo III, son codificadas por el plásmido responsable de la virulencia en Shigella. Entre estas proteínas se encuentra la SepA, la cual es una proteasa serina secretada que aumenta la inflamación de los tejidos infectados; y la IcsA (VirG), que induce a la motilidad actinodependiente; esta última acción permite la dispersión célula a célula del patógeno en un proceso que engloba los componentes de unión celular. Cuando ocurre la protusión de la membrana celular y posteriormente la lisis de esta, favorece el escape de la bacteria hacia el citoplasma de nuevas células infectadas estableciéndose un efectivo sistema de colonización. Los genes que posee Shigella para determinar su virulencia son tanto de carácter plasmídico como cromosomal. Los genes cromosomales se pueden dividir en dos categorías: los que regulan la expresión de virulencia en el plásmido y los genes a considerar en la sobrevivencia bacteriana en el intestino y en los tejidos infectados, como son aquellos que codifican para el lipopolisacárido celular y los sideróforos. En la S. dysenteriae 1 la Shigatoxina está codificada por un gen cromosomal; además, también de carácter cromosomal son los elementos del sistema regulador para la expresión del fenotipo invasivo. La entrada inicial de Shigella es por el folículo asociado al epitelio (FAE), que se localiza en los nódulos linfáticos unidos a la mucosa. 264 Enterobacterias Las células M que forman parte del FAE proveen la ruta inicial a través del epitelio intestinal, las cuales, por sus características, son un punto asequible para la unión de las adhesinas bacterianas, pero este camino lleva a la bacteria a un medio agresivo, lleno de macrófagos. El que Shigella sobreviva en este medio se debe a la apoptosis de los macrófagos, inducida por IpaB, al escape de este microorganismo a los tejidos subepiteliales y a la invasión del tejido subyacente. La apoptosis de macrófagos por Shigella induce, además, a que comience la inflamación, permitiendo la presencia de grandes cantidades de polimorfonucleares. El constante influjo de polimorfonucleares destruye la integridad epitelial y hace posible la entrada de la bacteria más o menos constantemente. La infección puede extenderse a superficies más extensas por combinación de inflamación e invasión. En respuesta a la inflamación, las células epiteliales colónicas expresan un arribo de moléculas preinflamatorias, en particular quimioquinas, tales como IL-8, la cual agrava la inflamación local al atraer mayor número de polimorfonucleares; esta es una de las principales actividades de IL-8, curiosamente cuando se neutraliza la IL-8, decrece la severidad de las lesiones epiteliales, y permite a la bacteria invadir a la lámina propia. Se ha demostrado que en los estadios primarios de la infección por Shigella disminuye la transcripción de interferón gamma, lo cual puede facilitar la multiplicación temprana del microorganismo. Los polimorfonucleares en la infección por Shigella desempeñan un papel principal; al contrario de los macrófagos, estos no llegan a la apoptosis, Shigella no escapa de las vacuolas fagocíticas en estas células. Atrapados en la vacuola, a pesar de su fenotipo invasivo, Shigella va hacia la muerte por radicales de oxígeno y proteínas antibacterianas tales como la proteína bactericida estimulante de la permeabilidad (BPI). Por último CD14, un patrón de reconocimiento que participa en la activación del sistema de señales para las células fagocitarias en presencia de lipopolisacáridos, realiza una función importante en la resolución de la infección por Shigella. Cuando se neutraliza CD14, ocurre un sobrecrecimiento de este microorganismo en la mucosa. Esto sugiere que durante el proceso infeccioso los fagocitos utilizan el polisacárido bacteriano como una señal para aumentar la respuesta antibacteriana. Cuadro clínico La shigelosis o disentería bacilar tiene un período de incubación que varía desde menos de 12 horas hasta 4 días. Frecuentemente comienza con fiebre, dolor abdominal y diarreas líquidas. En estos momentos el cuadro es difícil de distinguir de la diarrea producida por cualquier otro patógeno entérico. Con posterioridad se hacen característicos los pujos, tenesmos y las heces mucopiosanguinolentas. A mayor virulencia de la cepa, más rápidamente aparece el cuadro disentérico. En individuos bien nutridos el cuadro desaparece sin tratamiento de 7 a 10 días después de haber comenzado; sin embargo, en los mal nutridos puede evolucionar a las formas persistentes por meses. Raramente se identifica este microorganismo fuera del tracto intestinal. Las complicaciones que se pueden observar son: la deshidratación; en niños muy pequeños y mal nutridos, la sepsis con coagulación intravascular diseminada; en las infecciones por S. dysenteriae 1 y algunos serotipos de S. flexneri, el síndrome urémico hemolítico y la púrpura trombocitopénica trombótica. Otras complicaciones que pueden presentarse con menos frecuencia son: el prolapso rectal, el megacolon tóxico, colitis pseudomembranosa, hepatitis colestásica, conjuntivitis, iritis, úlceras corneales, artritis, síndrome de Reiter, cistitis, miocarditis y vaginitis. Epidemiología La shigelosis es de distribución mundial, y es más común en aquellos países donde hay una precaria higiene. Existe una relación entre los grupos de Shigella identificados y el desarrollo de los países. La S. dysenteriae y S. boydii se relacionan con países con condiciones higiénicas muy malas. Las infecciones por S. sonnei son las que más frecuentemente se diagnostican en los países desarrollados, seguidas de las producidas por S. flexneri. En Cuba, según Valdés-Dapena, el serogrupo más frecuente es el sonnei fase I, seguido de S. flexneri 2. 265 Microbiología y Parasitología Médicas El hombre es tanto reservorio como hospedero natural de Shigella. La infección se contrae vía oral-fecal, siendo la forma más habitual de adquirir la enfermedad, la transmisión de persona a persona, debido a la baja dosis infectante. En los países en vías de desarrollo son frecuentes las epidemias por agua y alimentos contaminados, así como por la transmisión por las moscas. El control de la enfermedad se hace mejorando las condiciones higiénico-sanitarias; se ha planteado el uso de vacunas para la prevención de la enfermedad, algunas han resultado efectivas, pero el uso sistemático de ellas no se ha establecido. Tratamiento El tratamiento se plantea que sea la restitución del equilibrio hidromineral; el uso de antibióticos no está aconsejado en todos los casos, pues se señala que es una infección autolimitada. La resistencia a los antimicrobianos varía según los países y regiones. Diagnóstico de laboratorio Muestras. Puede hacerse el estudio microbiológico por heces fecales recién emitidas, por hisopado rectal o por raspado de mucosa por rectosigmoidoscopia. La identificación de Shigella se hace a partir de las muestras inoculadas directamente en medios diferenciales como el Mac Conkey agar y medios selectivos como el SS agar, XLD agar y Hektoen agar, así como la inoculación en medios de enriquecimientos como el medio de Silliker, pues el selenito inhibe el crecimiento de este patógeno, para su posterior siembra en los medios selectivos. La diferenciación de las colonias seleccionadas se realiza a partir de las colonias no fermentadoras de la lactosa, las cuales se identifican por sus características fisiológicas sobre los sustratos y posteriormente se hace la diferenciación serológica utilizando sueros clasificadores de los antígenos O para su clasificación en serogrupos del A al D y de los serotipos que cada uno de estos grupos engloban. Los estudios del ADN y PCR se aplican, preferiblemente, en la identificación de las toxinas. Se han descrito métodos indirectos como la hemaglutinación pasiva para la determinación de anticuerpos, principalmente el diagnóstico de epidemias producidas por S. dysenteriae 1. Salmonella Salmonella es una de las enterobacterias que es causa importante de afectación en la salud del hombre. El primer microorganismo descrito en este género fue la S. typhi por Eberth en 1880 y Gaffky en 1884. Otros serotipos han sido descritos dentro de este género, hasta llegar en la actualidad a más de 2 300. La clasificación en serotipos se llevó a cabo por vez primera por Schuetze en 1920, pero no fue hasta 1929 que White realizó el trabajo que sentó las pautas para la clasificación serológica; Kauffman, en 1941, confirmó todo el trabajo efectuado con anterioridad y sistematizó la presente clasificación serológica del género. La nomenclatura y clasificación de las bacterias que conforman este género se ha hallado en constante cambio; actualmente se considera que el género Salmonella está integrado por una sola especie, Salmonella enterica, dentro de la cual se encuentran todos los serotipos descritos. Basado en la hibridación del ADN y la electroforesis enzimática, Salmonella enterica se ha subdividido en siete grupos subespecíficos, perteneciendo la mayoría de las cepas que afectan a los humanos a la subespecie I. Los subgrupos son: Salmonella 1 (S. cholerae-suis) Salmonella 2 (S. salamae) Salmonella 3A (S. arizonae) Salmonella 3B (S. diarizonae) Salmonella 4 ( S. houtenae) 266 Enterobacterias Salmonella 5 ( S. bongori) Salmonella 6 (S. indica) Los nombres puestos entre paréntesis se refieren a la clasificación de Le Minor. Características de los cultivos En los medios de aislamiento primarios, ya sean diferenciales o selectivos, que contienen como sustrato de diferenciación la lactosa, las colonias de Salmonella se observan como no fermentadoras de este carbohidrato. La mayoría de las cepas son móviles, producen ácido y gas a partir de la glucosa, aunque algunas especies como S. typhi son anaerogénicas. Producen ácido y gas a partir del manitol, dulcitol y sorbitol. Raramente utilizan la lactosa en su metabolismo, la sacarosa, salicina o adonitol. La producción de indol es excepcional, no hidrolizan la urea ni deaminan la fenilalanina. La mayoría de los serotipos emplean el citrato como fuente de carbono, aunque algunos, como S. typhi, no lo utilizan; igualmente ocurre con la producción de H2S. Casi nunca crecen en el medio KCN. Estructura antigénica La clasificación serológica de Salmonella se basa en los antígenos somáticos (O) y los flagelares (H), que son los que dan lugar a los 2 300 serotipos descritos hasta el momento. El antígeno O está presente tanto en las cepas móviles como en las inmóviles, y son resistentes a 100 0C. Estos antígenos clasifican a Salmonella en grupos que van desde el grupo A hasta el H, seguidos de grupos denominados por números. Los serotipos más frecuentes se encuentran entre los grupos B, C1, C2, D y E, abarcando estos grupos el 95 % de las cepas aisladas. Dentro de cada grupo los antígenos O están representados por números arábigos y cada grupo tiene los antígenos propios de él, que se denominan antígenos mayores, y otros antígenos que son compartidos por otros grupos dentro del género. Por ejemplo, en el grupo C1 sus antígenos somáticos son el 6, 7; siendo el 7 el antígeno propio, pues el 6 lo comparte con el grupo C2, cuyos antígenos son el 6, 8. Los antígenos somáticos pueden tener variación S-R presentándose en los cultivos recientes las formas S (lisas) y R en las formas rugosas de los cultivos. Esta última forma puede interferir en las reacciones de aglutinación para la clasificación de la cepa. El antígeno Vi es un antígeno somático de superficie que se relaciona con la virulencia de las cepas. Está presente en S. typhi y en S. paratyphi C. Este antígeno interfiere con la aglutinación de los antígenos de grupo y puede tener variación V-W. Las formas V (presencia de antígeno Vi) se observan en los cultivos recientes y las W, en aquellos que han perdido este antígeno. El antígeno M se relaciona con la estructura más superficial del soma bacteriano, considerándose un antígeno de cubierta de Salmonella. La presencia de este antígeno le confiere una apariencia rugosa a la cepa e interfiere con la aglutinación de los antígenos O. Puede haber una variación M-N, siendo las formas N las formas no mucoides. La clasificación en serotipos hay que hacerla basándose no solamente en los antígenos O, sino en los antígenos flagelares (H). Los antígenos flagelares pueden encontrarse en dos fases: fase 1 y fase 2. Cuando las cepas presentan las dos fases se denominan bifásicas, cuando sólo tienen una fase son monofásicas. Las cepas inmóviles como S. gallinarum y S. pollorum carecen de estos antígenos. La fase 1 está representada por letras y la fase 2 por números arábigos o letras minúsculas. Existe una variación de fase de móvil a inmóvil cuando las cepas que poseen flagelos los pierden. Patogenia No obstante la clasificación actual desde el punto de vista del ADN de Salmonella, para las clasificaciones clínico-epidemiológicas es más usado el considerar el cuadro clínico que produce el serotipo infectante, de ahí que se dividan en tres clases: 267 Microbiología y Parasitología Médicas 1. Salmonelas que producen cuadros septicémicos (S. cholerae-suis). 2. Salmonelas que producen fiebres intestinales (S. typhi y S. paratyphi A, B y C.). 3. Salmonelas que producen cuadros gastroentéricos (resto de las salmonelas). Después de entrar Salmonella por la vía oral y llegar al intestino delgado distal, se adhiere y penetra en las células epiteliales. Salmonella es ingerida por las células M en las placas de Peyer y subsecuentemente se extiende por la penetración a células epiteliales absortivas columnares adyacentes. Las salmonelas no tifoídicas que son las causantes de los cuadros gastroentéricos se limitan en su infección a la mucosa intestinal y nódulos linfáticos regionales, estimulando la actividad de PMNs, aunque en las edades extremas de la vida o en pacientes con compromiso de la inmunidad Salmonella puede atravesar la barrera intestinal. Salmonella typhi, S. paratyphi A, B y C, y S. cholerae-suis son capaces de atravesar la barrera epitelial y entrar en el sistema reticuloendotelial, donde la bacteria entra y se multiplica dentro de los macrófagos fijos del hígado, bazo y ganglios linfáticos, y dentro de los macrófagos circulantes, dando lugar a una continua bacteriemia. En las fiebres intestinales, esta bacteriemia llega a la vesícula e intestino delgado nuevamente. El nuevo choque de la bacteria con los ganglios linfáticos y placas de Peyer origina hiperplasia y necrosis, y en casos muy severos provoca la hemorragia y perforación intestinal. Salmonella permanece en las vacuolas fagosomales de las células epiteliales, y no causan la destrucción masiva que se observa en la infección por Shigella. La patogenia de Salmonella está relacionada con varios locus cromosomales. Los genes implicados en la virulencia de Salmonella codifican las enzimas responsables de la biosíntesis de nutrientes que están escasos en los tejidos del hospedero, así como de los factores transcripcionales y postranscripcionales, proteínas necesarias para la reparación de los daños del ADN y de otros productos que se necesitan para la defensa de la bacteria contra los mecanismos antimicrobianos del hospedero. Hasta el momento se han identificado cinco islas y varios islotes de patogenicidad en Salmonella enterica, el mejor estudiado de todos es el SPI-1, el cual codifica los genes que capacitan a la bacteria para invadir a células no fagocíticas SPI-1, pues contiene los 31 genes que codifican los componentes del sistema III secretor (Inv/Spa), las proteínas secretadas por este sistema y los efectores de chaperoneo, los factores reguladores transcripcionales y otras proteínas de función desconocida. Este aparato es el encargado de enviar las proteínas dentro del citosol de la célula eucariótica. Además, el sistema Inv/Spa se relaciona con la apoptosis in vitro. Se plantea que este sistema no se requiere en la infección sistémica, sino que su principal función se relaciona con la entrada de la bacteria al intestino del hospedero afectado. La organización de los genes que codifican el sistema III secretor es muy similar al responsable de la invasión de la célula eucariótica y la apoptosis llevada a cabo por Shigella. Una de las principales propiedades del sistema Inv/Spa en Salmonella es su capacidad para translocar proteínas efectoras fuera del SPI-1 de la isla de patogenicidad. Salmonella es la única bacteria gramnegativa que tiene dos sistemas secretores distintos tipo III, cada uno se corresponde con diferentes estadios del proceso infeccioso. El segundo sistema secretor tipo III (Spi/Ssa) está codificado dentro de la isla de patogenicidad SPI-2 y difiere del sistema Inv/Spa en organización genética, distribución filogenética y función, ya que Spi/Ssa es imprescindible para causar enfermedad sistémica y las mutantes que carecen de él tienen atenuada su capacidad para producir esta forma de la enfermedad. Una de las proteínas secretadas por el sistema Spi/Ssa, la SpiC, inhibe la fusión de Salmonella dentro de los fagosomas a los lisosomas y, por lo tanto, permite el crecimiento dentro de los macrófagos. La isla de patogenicidad SPI-1 es ancestral a Salmonella y está presente en todas las subespecies de S. enterica, sin embargo, el SPI-2 no ha sido detectado en la mayoría de los subgrupos, lo que sugiere que fue adquirido posteriormente en la evolución de Salmonella, confiriéndole la capacidad de producir enfermedad sistémica. Otra isla de patogenicidad en Salmonella es SPI-3, la cual tiene una estructura de mosaico y codifica para las proteínas de sobrevivencia en los macrófagos y las proteínas de 268 Enterobacterias unión de la membrana. Actualmente se han descrito la isla SPI-4 y SPI-5, la primera se requiere para la sobrevivencia dentro de los macrófagos y la SPI-5 no se necesita para la enfermedad sistémica. No todas las islas de patogenicidad son grandes regiones que codifican para varios genes o funciones de alta complejidad, hay otras que son genes Salmonella específicos como los que se requieren para la formación de estructuras filamentosas en las vacuolas lisosomales de las células epiteliales infectadas. Cuadro clínico La infección por Salmonella en el hombre puede presentarse de diversas formas clínicas, las cuales incluyen tanto las formas intestinales autolimitadas como las de localización extraintestinal. Se definen como cuadros gastroentéricos los producidos por la mayoría de los serotipos de S. enterica, excepto los que a continuación se especifican: la forma septicémica (S. choleraesuis) y las fiebres intestinales, donde se incluye la fiebre tifoidea (S. typhi), S. paratyphi A, S. paratyphi B y S. paratyphi C. La mayoría de las salmonelosis son de origen animal, exceptuando la fiebre tifoidea, y las fiebres paratíficas cuyo único reservorio es el hombre. Los cuadros más comunes son los de enterocolitis no complicadas, donde después de haber ingerido agua, alimentos contaminados o por medio de manos contaminadas entra Salmonella en el hospedero susceptible y después de 8 a 48 horas de incubación aparecen los síntomas: náuseas, vómitos, cólicos, diarreas y fiebre. En los neonatos, inmunodeprimidos o pacientes con otra enfermedad de base, pueden darse cuadros graves que, incluso, lleven al paciente a la muerte. En la mayoría de los países, Salmonella es una de las principales causas de intoxicación alimentaria. Algunas cepas de Salmonella que han adquirido los factores de virulencia anteriormente relacionados, pueden pasar a la sangre y dar lugar a siembras a distancia como en el Sistema Nervioso Central, huesos, entre otros. Los pacientes infectados por serotipos de Salmonella causantes de enfermedad gastroentérica, después de curados pueden estar excretando salmonelas por semanas o meses. El síndrome de las fiebres intestinales se caracteriza por fiebre, dolor de cabeza y postración. Entre los agentes causales de estos cuadros, los más graves se relacionan con S. typhi, ya que es el más prolongado, causa mayor número de muertes y puede presentar graves complicaciones como sangramientos, hemorragias y perforaciones, así como producir siembras a distancia. Aunque cualquier serotipo de Salmonella puede producir bacteriemia, el que más frecuentemente se caracteriza por ello es S. cholerae-suis. En los casos donde se produce bacteriemia, la siembra puede ocurrir en cualquier órgano, siendo de los más frecuentes el Sistema Nervioso Central, hueso, pulmón y riñón. Tratamiento El tratamiento depende del cuadro clínico; en las manifestaciones gastroentéricas autolimitadas es sintomático, por lo que se deja el uso de antibióticos para los casos complicados, donde haya ocurrido diseminación bacteriana. No ocurre así en las formas de septicemias y fiebres intestinales, en las cuales el tratamiento con antibióticos es requerido. La resistencia a las drogas ha aumentado en Salmonella, encontrándose entre sus causas, además del uso indiscriminado de los antibióticos en los humanos, el uso de estos productos en la comida destinada a los animales. Epidemiología La fuente más frecuente de los humanos adquirir la salmonelosis (serotipos gastroentéricos), es por medio de la ingestión de alimentos y aguas contaminadas. Los 269 Microbiología y Parasitología Médicas pollos y los derivados cárnicos son la fuente más común de infección. La infección de persona a persona o de animal a persona es menos habitual, aunque en hospitales y unidades cerradas se han descrito epidemias por esta vía, principalmente entre los neonatos y personas con otras enfermedades de base que comprometen el sistema inmune. La infección por S. typhi es señal del contacto con heces humanas contaminadas por este microorganismo, ya que el hombre es su único reservorio. Cada país tiene su propio esquema de circulación de serotipos; en nuestro medio, los serotipos que más frecuentemente circulan son, en las enfermedades gastroentéricas: S. enteritidis, S. agona y S. anatum; en las infecciones extraintestinales los serotipos que priman son: S. enteritidis, S. namibia y S. infantis. El conocimiento de los serotipos circulantes es un importante marcador epidemiológico, como lo es el fagotipaje para la S. typhi. En algunos países donde prima el serotipo S. typhimurium es frecuente el uso del fagotipaje para este serotipo. El control de la salmonelosis se basa en las medidas higiénico-sanitarias, así como en el control de los alimentos tanto de los humanos como de aquellos suministrados a aves u otros animales de consumo por el hombre. En la fiebre tifoidea, el control, además de hacerse sobre las condiciones higiénicosanitarias, debe realizarse sobre el portador, que es el reservorio de la bacteria causante de la enfermedad. La vacunación para la prevención de esta enfermedad no se efectúa sistemáticamente, y sólo se recomienda en aquellas ocasiones donde hay una fuerte exposición al microorganismo, en zonas de alta endemia, o donde las condiciones higiénico-sanitarias sean inadecuadas. Diagnóstico de laboratorio Muestras útiles para el diagnóstico. En el diagnóstico microbiológico de Salmonella, la muestra que se va a estudiar depende del cuadro clínico que presente el paciente. En los cuadros gastroentéricos, la muestra útil son las heces fecales recién emitidas y enviadas de inmediato al laboratorio para su procesamiento. En los síndromes febriles donde se plantea una bacteriemia, se debe indicar un hemocultivo previo al uso del tratamiento y hacerse este en el período anterior al pico febril. En las localizaciones extraintestinales, las muestras que se van a utilizar dependen de la posible localización, pudiendo ser estas líquido cefalorraquídeo, muestras de pus, orina, entre otras. En el diagnóstico de fiebre tifoidea es muy importante la indicación adecuada en el momento preciso, pues por las características patogénicas de este microorganismo, la bacteria tiene localizaciones precisas según el estadio de la enfermedad. En la primera semana, la muestra útil es el hemocultivo; en la segunda semana puede hacerse el aislamiento en el medulocultivo o en el urocultivo; ya en la tercera semana sólo es posible su aislamiento en las heces fecales o en el estudio de la bilis. En el diagnóstico de portadores de S. typhi, las muestras utilizadas son heces fecales previo uso de sales biliares o sulfato de magnesio y bilis y orina cuando se plantee un portador renal. El suero de pacientes se puede utilizar para la aplicación de métodos indirectos que serán descritos más adelante. En las intoxicaciones alimentarias, el estudio de la muestra testigo es imprescindible para el diagnóstico de salmonelosis. Medios y métodos. Las muestras de productos patológicos que no sean heces fecales, se siembran en caldo cerebro-corazón si es sangre para hemocultivo o médula para medulocultivo, y en placas de agar-sangre si es cualquier otra muestra procedente de una localización extraintestinal, incluyendo la muestra de orina para la realización de urocultivo cualitativo. Para el diagnóstico de Salmonella en heces fecales debe utilizarse dos medios selectivos, además del enriquecimiento. Se realizan siembras directas de heces fecales y resiembras a partir de los medios de enriquecimiento. El selenito F es el medio de enriquecimiento que con mayor frecuencia se emplea, aunque también son utilizados el caldo de tetrationato y el caldo de tetrationato con verde brillante. Este último no debe usarse para la búsqueda de S. typhi, pues inhibe a este microorganismo. 270 Enterobacterias Para la siembra directa y las resiembras a partir de los enriquecimientos, se recomienda utilizar más de un medio selectivo, entre éstos se hallan: el SS agar, XLD agar, desoxicolato agar, Hektoen agar y agar verde brillante. En la siembra directa también puede emplearse el Mac Conkey agar. Siempre es recomendable usar un medio medianamente inhibidor y otro altamente inhibidor. Para el aislamiento de S. typhi se recomienda el uso del bismuto sulfito agar como medio selectivo. Todos los medios deben incubarse a 37 0C por 18 a 24 horas, a partir de los cuales se hará la selección de las colonias. En el agar-sangre no existe diferenciación entre las colonias de Salmonella y otras enterobacterias; en los medios diferenciales que contienen lactosa e indicador de Taylor (H2S), estas se muestran casi siempre como no fermentadoras de este carbohidrato; aunque debe considerarse siempre la existencia de biotipos que la fermentan, la presencia de H2S se detectará en dependencia del biotipo. Las colonias seleccionadas como posible Salmonella se sembrarán en medios diferenciales como el agar Kligler-hierro, o agar lisina hierro, y sus imágenes se estudiarán fisiológicamente utilizando los distintos sustratos, tanto por los métodos convencionales como por los métodos codificados. Posteriormente se determinará el grupo de Salmonella. El serotipaje de la cepa se realizará en los laboratorios de referencia. Están descritos métodos indirectos como la reacción de Widal para determinar anticuerpos contra las estructuras somáticas y flagelares de S. typhi. Este método no es recomendado debido a que las estructuras antigénicas de los distintos grupos y serotipos de Salmonella se comparten entre todos los miembros del género y puede dar lugar a resultados falsos positivos. La hemaglutinación pasiva Vi se utiliza para detectar portadores de S. typhi basándose en que este antígeno sólo lo tienen S. typhi y S. paratyphi C, y esta última circula escasamente; en nuestro país no se ha detectado su circulación. Títulos de más de 1:40 se dan como posible portador, por lo que se debe pasar en los casos positivos a la búsqueda de S. typhi por aislamiento. Esta prueba tiene utilidad, principalmente, en la búsqueda masiva de este microorganismo. Yersinia Dentro de la familia Enterobacteriaceae están comprendidas las 11 especies de Yersinia que han sido aisladas a partir de muestras clínicas. No existen dudas en tres de estas especies y su relación con enfermedad en el hombre. Estas especies son: Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis y Yersinia pseudotuberculosis. Las enfermedades causadas por cualquiera de estas especies se consideran infecciones zoonóticas que con frecuencia afectan a roedores, pájaros y otros animales, siendo el hombre un hospedero accidental. Y. pestis (agente causal de la peste) y Y. pseudotuberculosis (agente causal de adenitis mesentérica), son raramente identificadas y en nuestro país no hay aislamientos reportados. Por el contrario, Y. enterocolitica en las últimas dos décadas ha sido reportada como importante causa de enteritis y enfermedad diarreica. Fue descrita por vez primera en 1939 en los Estados Unidos de América, pero no fue hasta la década del 60 que se comenzó a reportar, utilizándose diversas nomenclaturas para nombrarla, entre ellas: Pasteurella pseudotuberculosis-like, Pasteurella pseudotuberculosis tipo B, Pasteurella X, Pasteurella Y y germen X. Freideiken, en 1964, propuso el nombre de Y. enterocolitica. En la actualidad se describen siete especies dentro de Y. enterocolitica, basándose en su comportamiento bioquímico atípico: Y. aldovae, Y. bercovieri, Y. frederiksenii, Y. intermedia, Y. mollaretti, Y. kristensenii, Y. rohdei y Y. ruckeri (no ha sido reportada en infecciones humanas). Características de los cultivos Desde el punto de vista de clasificación por homología del ADN, Yersinia está comprendida dentro de la familia Enterobacteriaceae; morfológicamente se caracterizan por ser 271 Microbiología y Parasitología Médicas bacilos gramnegativos, de coloración bipolar, muy pequeños, cocobacilares y pleomórficos, principalmente esta última característica se observa en Y. pestis, así como la forma de alfiler de seguridad en Y. pseudotuberculosis. En las extensiones obtenidas de lesiones y en medios de cultivo especiales, se puede apreciar en Y. pestis una gran cápsula. Yersinia crece lo mismo en agar-sangre, agar-nutriente o Mac Conkey agar; las colonias son pequeñas, puntiformes. Y. pseudotuberculosis y Y. pestis se semejan en su crecimiento, aunque Y. pseudotuberculosis se desarrolla más rápidamente que Y. pestis. Ambas especies crecen a 37 0C. Yersinia enterocolitica, a diferencia de otras enterobacterias, crece mejor a 25 0C; en medios universales se observa como colonias muy pequeñas, translúcidas y lisas. En los medios diferenciales y selectivos utilizados para el recobrado de enterobacterias, se aprecian colonias no fermentadoras de la lactosa, muy pequeñas. Los medios más efectivos para su aislamiento son el SS agar modificado y el CIN agar (cefsulodina-irgasan-novobiocina). El enriquecimiento en frío a 4 0C aumenta la posibilidad de aislamiento, utilizándose para este fin solución salina fosfatada buferada. Los subcultivos en los medios selectivos deben hacerse a partir de los enriquecimientos hasta 21 días después de su inoculación. Algunas características del género Yersinia son: En el medio de Kligler se observa la fermentación de la glucosa sin producción de gas, ni H2S. Móviles de 22 a 25 0C e inmóviles a 35 0C. No producen indol, ni decarboxilan la lisina, así como tampoco utilizan el citrato como fuente de carbono. El rojo de metilo es positivo y Y. enterocolitica emplea la sacarosa en su metabolismo. Estructura antigénica Antigénicamente todos los miembros del grupo están relacionados. Yersinia pestis (bacilo de la plaga) posee dos antígenos, uno se corresponde con la cápsula y el otro con el soma bacteriano. Ambos se encuentran presentes tanto en cepas virulentas como avirulentas, aunque se han descrito cepas donde el antígeno capsular está ausente. Se han descrito 20 serotipos en Y. pestis. Los antígenos V-W presentes en Y. pestis son, a su vez, factores de virulencia y antifagocitarios. La clasificación en serotipos de Y. enterocolitica y Y. pseudotuberculosis se basa en los antígenos O y H, lo cual da lugar a 34 serotipos de Y. enterocolitica y seis serotipos de Y. pseudotuberculosis. Yersinia enterocolitica presenta diferentes biotipos; basado en su comportamiento sobre los sustratos, se han propuesto por Niléhn y Wauters cinco biotipos, uno para la cepa tipo y cuatro para cepas atípicas, siendo dos de las cepas atípicas sacarosa negativa y dos rhamnosa positiva. Los serotipos más frecuentemente identificados en Y. enterocolitica son el 03; 08 y 09. El 08 es el más observado en América del Norte y el 03 y 09, en Europa. Patogenia La enfermedad producida por Y. enterocolitica es variada y depende de la edad y las condiciones físicas del paciente afectado. Al igual que Y. pseudotuberculosis, penetra por vía oral a través de alimentos, aguas contaminadas y llega hasta las células epiteliales columnares que revisten el lumen del intestino delgado. Después son transportados a la lámina propia donde dan lugar a una respuesta inflamatoria que puede presentarse como una gastroenteritis o una linfadenitis mesentérica. En esta zona ocurre el englobamiento por los macrófagos, donde sobreviven dentro de los fagolisosomas de estos, no así en los polimorfonucleares. Y. enterocolitica no sobrepasa la barrera intestinal, por lo cual permanece la infección a este nivel sin llegar a producir invasión del torrente circulatorio. Los determinantes de virulencia en Yersinia son compartidos por las tres especies, entre estos están: un plásmido de 70 a 75 kDa que codifica alrededor de 10 proteínas y es el responsable de la virulencia de las cepas (antígeno V), así como de las proteínas de la membrana externa de Yersinia (YOP). El factor de virulencia V actúa muy al comienzo de la infección y es el responsable de que Yersinia permanezca en el bazo e hígado. El antígeno V 272 Enterobacterias parece desempeñar un papel en la regulación de su propia expresión y en la expresión de algunas de las proteínas de la membrana externa. El gen yopA codifica para las adhesinas fimbriales P1, que participan en la colonización del intestino por esta bacteria y en la inhibición de la actividad bactericida mediada por el complemento. Las proteínas YOPE y YOPH parecen ser importantes en el bloqueo de la fagocitosis. Las proteínas YOPH se han descrito como reguladoras de la multiplicación celular. La YOPN participa en la regulación de la síntesis de YOP cuando los niveles de Ca2+ están elevados. La proteína YOPM impide la agregación plaquetaria y, por lo tanto, inhibe los mediadores de la inflamación. Yersinia enterocolitica presenta una enterotoxina termoestable que es codificada cromosómicamente. Los genes cromosómicos inv y ail tienen una importante participación en la invasión celular, estando estos últimos solamente presentes en las cepas virulentas. Cuadro clínico Yersinia enterocolitica es considerada como una de las principales causas de diarreas en América del Norte, y muy especialmente en los países de Europa Central y del norte de Europa. Se caracteriza por producir diarreas que pueden ser líquidas o mucoides con la presencia de leucocitos en las heces fecales; las diarreas se presentan después de 3 a 7 días de contacto con el microorganismo y se acompañan de fiebre alta que puede llegar hasta 40 0C. También se puede presentar con dolor abdominal; en ocasiones la fiebre y el dolor son los únicos signos que muestra la enfermedad, semejando un cuadro apendicular. En adultos y niños mayores, la enfermedad casi siempre es autolimitada, aunque en los lactantes se puede observar la bacteriemia. Entre las complicaciones que se presentan, la más frecuente es la artrirtis reactiva. Otras complicaciones observadas son: el eritema nudoso, la meningitis, la neumonía, el absceso hepático, la anemia hemolítica y la trombocitopenia. Tratamiento El tratamiento con antibioticoterapia no es necesario en los cuadros que se presentan autolimitados a las formas de diarrea. En los casos donde hay diseminación hematógena y siembra en otros órganos, se ha recomendado el uso de aminoglucósidos unidos a cefalosporinas de tercera generación, las fluoroquinolonas, la rifampicina y el trimetoprimsulfametoxazol. Sin embargo, el uso de amoxicilina y la bencilpenicilina no han arrojado buenos resultados. Epidemiología Yersinia enterocolitica se identifica, principalmente, como causa de enfermedad en los países fríos o templados, describiéndose más frecuentemente durante el invierno en Europa; en los Estados Unidos de Norteamérica se han descrito picos en los meses de verano. En nuestro país, Valdés-Dapena, en un estudio de 7 292 muestras procedentes de niños con diarrea, no obtuvo el aislamiento del microorganismo. El reservorio de Y. enterocolitica son los animales, siendo el puerco uno de los principales reservorios. La fuente de infección puede ser diversa y las infecciones y los brotes intrahospitalarios por contacto directo con personas enfermas han sido descritos, aunque las infecciones más frecuentes son las adquiridas por aguas y alimentos contaminados o por el contacto directo con animales. Yersinia enterocolitica puede ser transmitida mientras se mantengan los síntomas, así como permanecer algunos de los individuos enfermos como portadores sanos. La enfermedad se presenta a cualquier edad y sexo, pero es más frecuente en niños y adolescentes. 273 Microbiología y Parasitología Médicas Diagnóstico de laboratorio Yersinia enterocolitica es una de las enterobacterias patógenas de mayor dificultad para ser identificada por los requerimientos que son necesarios para su aislamiento. La muestra que se utilizará son heces fecales recién emitidas. La búsqueda de polimorfonucleares en heces es uno de los métodos diagnósticos que pueden sugerirnos la presencia de una bacteria invasiva como causa de diarrea y, por lo tanto, es de utilidad su uso en el diagnóstico. El cultivo de las heces fecales es el diagnóstico definitivo y confirmatorio del microorganismo. Debe de realizarse la siembra primaria en medios de enriquecimiento como los ya descritos anteriormente e incubar a bajas temperaturas hasta 21 días, así como en medios diferenciales y selectivos también señalados, los cuales permanecerán por 48 horas a temperatura de 25 0 C. Las resiembras deben de hacerse en medios selectivos como el SS modificado y el CIN agar, cuyas placas serán incubadas en las condiciones anteriormente explicadas. La selección de colonias se hace en búsqueda de colonias muy pequeñas, no fermentadoras de la lactosa, las que se inoculan en el medio de Kligler-hierro agar, presentando después de 24 horas de incubación a 37 °C igual imagen a la de Shigella. A partir de los cultivos que muestran esta imagen, se debe de estudiar su acción sobre la fenilalanina, citrato, urea, así como observar su motilidad a 37 y 25 0C. La respuesta ante los sustratos enfrentados es la siguiente: la deaminación de la urea está presente en el 90,7 % de las cepas; la fenilalanina es negativa en el 100 % de las cepas, al igual que el citrato que no es utilizado como fuente de carbono en el 100 % de las cepas. La motilidad es positiva a 25 0C y negativa a 37 0C. Con posterioridad se termina la clasificación con los estudios serológicos de aglutinación en lámina para la separación en serotipos según los antígenos O y H. Estos estudios sólo se hacen en los laboratorios de referencia, pues habitualmente los laboratorios clínicos no cuentan con los sueros clasificadores; y el estudio fisiológico de las cepas, en los diferentes carbohidratos, para la definición de los biotipos según lo antes señalado en el acápite de las características de cultivo. Se han descrito varios esquemas para la determinación de los fagotipos, pero, al igual que en los serotipos, sólo se hace en laboratorios de referencia. El serodiagnóstico puede realizarse para determinar los niveles de anticuerpo contra Y. enterocolitica aplicando estas técnicas, principalmente, en aquellos cuadros clínicos que se corresponden con el origen de ellos por la presencia de inmunocomplejos. Se cuenta con métodos comerciales para la determinación de anticuerpos por microaglutinación, así como para determinar anticuerpos fijadores del complemento. INFECCIONES EXTRAINTESTINALES En las infecciones extraintestinales ocasionadas por los distintos géneros de Enterobacteriaceae, debemos tener en cuenta las infecciones que se producen por enterobacterias que son patógenas primarias, como son: S. typhi; S. paratyphi A, B y C, y S. cholerae-suis ya descritas en Salmonella; Y. pestis y Y. pseudotuberculosis, así como las que se originan por enterobacterias consideradas parte de la flora normal del intestino, las cuales actúan como patógenas fuera de esta localización. Infecciones primarias Yersinia pestis Es el agente causal de uno de los azotes mayores de la humanidad: la peste. Las grandes epidemias ocurridas desde el año 542 d.C. han sido exterminio de grandes poblaciones, y han dado lugar a grandes pandemias, siendo la última a principios del siglo xx, la cual afectó a casi todos los continentes, incluyendo a América. Las características generales y de cultivo de este microorganismo ya han sido descritas en Yersinia. 274 Enterobacterias Patogenia Los mismos factores señalados en Y. enterocolitica son los que participan en la aparición de la enfermedad producida por Y. pestis; a los anteriores ya descritos en la especie Y. pestis, se añaden un plásmido de 70 kDa relacionado con la virulencia, uno de 110 kDa de desconocida función en la virulencia, y otro muy pequeño de 9,5 kDa que se relaciona, además, con la producción de la pesticina (que es una bacteriocina) y con la inmunidad a esta, la actividad coagulasa y la producción de un activador del plaminógeno. Estos productos codificados por plásmidos son los responsables de la diseminación fulminante de la bacteria y la coagulación vascular diseminada característica en la peste. Cuadro clínico La peste se caracteriza por presentar tres formas clínicas: la bubónica, la septicémica y la neumónica. La forma bubónica comienza con la toma de los ganglios linfáticos de la zona donde ocurrió la picadura por la pulga infectada. Los síntomas aparecen de 2 a 6 días después del contacto con el microorganismo. Los ganglios son dolorosos y pueden llegar a la supuración. El cuadro se acompaña de fiebre y es posible la diseminación a otros órganos, dando lugar a la forma septicémica. A consecuencia de la toma pulmonar puede aparecer la forma neumónica, que logra transmitirse de persona a persona por medio de microgotas y dar origen a la peste faríngea o peste neumónica primaria, la cual es una de las fuentes más peligrosas, pues ocasiona epidemias devastadoras. La peste neumónica y la septicémica casi siempre evolucionan hacia la muerte; en la actualidad, la forma bubónica puede ir hacia la curación con tratamiento adecuado. Una evolución similar alcanzan la forma septicémica y neumónica cuando se implanta tratamiento en etapas muy tempranas de la enfermedad. Los antibióticos utilizados en el tratamiento son: en la forma bubónica, la estreptomicina intramuscular; en las formas septicémicas, el cloranfenicol intravenoso. En los contactos se recomienda el uso de tetraciclina o trimetoprim-sulfametoxazol. Epidemiología El microorganismo se mantiene en la naturaleza en los reservorios animales, siendo los roedores salvajes los principales reservorios. La enfermedad se transmite a través de la picadura de las pulgas infectadas que pueden permanecer en esta condición durante días, semanas o meses, siempre que las condiciones ambientales les sean propicias. La peste sigue siendo un problema de salud en diversas áreas del mundo como son: los Estados Unidos de Norteamérica, América del Sur, África, Asia y los diversos países que conformaban la antigua Unión Soviética. El control de la enfermedad se realiza evitando las picaduras por pulgas, controlando la presencia de estas y mediante la vigilancia de los roedores y los pacientes que sufren la enfermedad. La inmunización es utilizada en personas que viven o viajan hacia zonas de alta incidencia, así como en el personal de los laboratorios que trabaja con Y. pestis. Diagnóstico de laboratorio Los productos patológicos para utilizar pueden ser: sangre, pus, esputo, líquido cefalorraquídeo y aspiraciones de ganglios. El examen directo es de alto valor diagnóstico, aplicándose la coloración de Gram, Giemsa o Wayson se puede observar la morfología típica del bacilo en forma de alfiler. Puede utilizarse la inmunofluorescencia, que da un diagnóstico rápido y específico. Los cultivos deben realizarse en los medios universales donde se obtendrán las colonias puntiformes descritas anteriormente. Los microorganismos se identificarán por métodos de coloraciones, inmunofluorescencia, reacciones bioquímicas y posteriormente se hará 275 Microbiología y Parasitología Médicas el estudio serológico de las cepas con anticuerpos específicos, así como la lisis por bacteriófago. Al hacerse inoculaciones al cobayo y el ratón, se observan lesiones características y muerte de este último. Las pruebas para determinar anticuerpos circulantes son sólo de valor retrospectivo, en pacientes donde exista la duda de la enfermedad. Yersinia pseudotuberculosis Comparte las mismas características morfológicas, de cultivo y antigénicas del género, ya descritas con anterioridad. Se conocen seis serotipos y la clasificación está basada en los antígenos O y H. Patogenia Los factores de virulencia y la adquisición de la enfermedad son muy parecidos a los producidos por Y. enterocolitica, pero las infecciones producidas por esta bacteria son mucho menos frecuentes, siendo más comunes en los países del norte de Europa. El hombre adquiere la enfermedad por ingestión de carne infectada poco cocinada, alimentos que están contaminados por excretas de animales o por el contacto directo con animales infectados. Después de 3 a 10 días de entrar el hombre en contacto con el microorganismo, se manifiesta la enfermedad, que ocurre por todos los mecanismos explicados en Y. enterocolitica, y se produce la toma de los ganglios mesentéricos. Cuadro clínico La enfermedad se manifiesta como un síndrome doloroso abdominal, con presencia de fiebre, que semeja un cuadro apendicular; raramente se produce el cuadro de enterocolitis. Epidemiología Los principales reservorios en la naturaleza son los animales, aves y mamíferos; el hombre constituye un hospedero accidental. La enfermedad puede presentarse a cualquier edad, aunque es más frecuente en adolescentes masculinos. El control de la enfermedad se hace sobre el consumo de alimentos, los cuales deben estar adecuadamente cocinados; al evitar el contacto directo con animales que puedan ser fuente de infección y manteniendo medidas higiénico-sanitarias adecuadas. No existe vacunación. En el tratamiento, los antibióticos utilizados pueden ser: ampicilina, cloranfenicol, tetraciclinas y aminoglucósidos. Diagnóstico de laboratorio La muestra útil para estudiar es el ganglio, el cual se cultiva en los medios convencionales, siguiendo los mismos métodos que los descritos para Y. enterocolitica; a partir de los aislamientos se realizan los estudios fisiológicos y serológicos para la caracterización de las cepas. El diagnóstico serológico se puede hacer detectando anticuerpos por los métodos de inmunoensayo enzimático (ELISA), aglutinación o hemaglutinación en los primeros estadios de la enfermedad, pues estos anticuerpos desaparecen de 1 a 4 meses después de establecerse esta. 276 Enterobacterias Infecciones por enterobacterias oportunistas E. coli como causa de infecciones extraintestinales Esta bacteria, principal representante de la flora bacteriana normal del intestino del hombre y los animales, es, a su vez, la enterobacteria que más frecuentemente se identifica como causa de infecciones extraintestinales, incluyendo en estas aquellas que son de origen nosocomial, las de origen comunitario, las que son producto de la translocación de la bacteria a otras zonas o las que se adquieren, como en los neonatos, al pasar el feto por el canal del parto, o las que se adquieren intraútero. Entre las infecciones más frecuentes están las infecciones del tracto urinario, donde más del 95 % de ellas son causadas por esta bacteria. Cualquier órgano o zona del cuerpo puede infectarse con E. coli. En las localizaciones de esta bacteria en zonas estériles, como son: el Sistema Nervioso Central, sangre o pulmón, entre otras, su presencia debe considerarse como causa de infección. En las zonas expuestas como el conducto auditivo, la conjuntiva y otras mucosas, al poder estar presente E. coli como parte de la flora normal, la interpretación debe hacerse basada en los resultados de cultivos cuantitativos, siendo 1+ y 2+ interpretados como colonización y más de estos, 3+ y 4+ como infección. El poder patógeno de E. coli y su virulencia para producir infección extraintestinal están dados por la presencia de los factores de virulencia presentes en cada cepa. Entre estos factores se encuentran las adhesinas o factores de colonización, siendo las fimbrias P el factor más importante de colonización entre estas estructuras. Otros factores de colonización fimbriales son las fimbrias S y las fimbrias tipo 1 (F1A), así como la fimbria 1C (F1C). Otro factor que se comporta como una adhesina son las hemaglutininas Dr. Algunas toxinas expresadas por E. coli son también factores de virulencia en infecciones extraintestinales, entre estas se encuentran la α -hemolisina y los factores necrotizantes (CNF1) y (CNF2). La cantidad de antígeno K presente en E. coli es otro elemento importante en la virulencia, siendo el K1 el que desempeña un papel más prominente, pues protege la bacteria contra la fagocitosis y el poder bactericida del complemento. Se ha detectado la presencia de la colicina V (col. V) en cepas aisladas a partir de bacteriemia, esta colicina aumenta la virulencia de cepas K1+. Otro factor de virulencia descrito en cepas de E. coli causantes de infecciones extraintestinales es la aerobactina, codificada por el mismo plásmido que codifica para la colicina V. Otros géneros de Enterobacteriaceae que pueden relacionarse con infecciones con las mismas características que las señaladas en E. coli son: Klebsiella, Enterobacter, Serratia (grupos KES) . Dentro del género Enterobacter, las especies que más frecuentemente se relacionan con infecciones comunitarias o nosocomiales son: E. aerogenes y E. cloacae. E. agglomerans (actualmente Pantoea agglomerans) se identifica con alguna frecuencia, sin embargo, E. sakazakii es infrecuente su aislamiento, pero produce infecciones mortales en los neonatos. Otras especies dentro del género, de menor importancia clínica, son: E. amnigenous, E. gergoviae y E. taylorae. Klebsiella es fácilmente reconocida en los cultivos por su característica mucoide. Klebsiella pneumoniae es la especie más comúnmente identificada a partir de muestras clínicas, abarcando alrededor del 95 % de los aislamientos. K. oxytoca es la otra especie que le sigue en frecuencia de aislamientos. Estas especies son causa habitual de infecciones nosocomiales y desempeñan un importante papel en brotes de infecciones adquiridas en unidades de cuidados intensivos neonatales. Klebsiella ozaenae y K. rhinoscleromatis producen lesiones nasales aunque son infrecuentes, siendo en los países tropicales donde más se identifican como causa de enfermedad. K. planticola, K. terrigena, K. ornithinolytica son raramente identificadas en muestras clínicas. Entre los mecanismos que tiene Klebsiella para producir infección, se encuentran los receptores de pared de la célula bacteriana que permiten la unión de la bacteria a la superficie de las células del hospedero, así como la protegen de la fagocitosis. Otro factor es la gran cápsula que presentan estas cepas, la cual las protege de la fagocitosis e interfiere con la respuesta inmune. Los antígenos capsulares K1 y K2 son los que se asocian a la virulencia 277 Microbiología y Parasitología Médicas de las cepas y las que poseen estos antígenos se encuentran en localizaciones extraintestinales. El polisacárido que conforma el antígeno O de la endotoxina de la membrana externa inhibe la acción del complemento sérico. Otro factor de virulencia es un plásmido de 180 kDa que codifica para la aerobactina y los genes para el fenotipo mucoide característicos de las cepas virulentas. Otros plásmidos codifican para los determinantes R en las cepas multirresistentes, las cuales desempeñan un importante papel en las epidemias de origen nosocomial. Serratia marcescens es causa de infección intrahospitalaria frecuente; las otras especies de Serratia, S. ficaria, S. fonticola, S. liquefaciens, S. odorifera y S. plymuthica, son raramente identificadas como causa de enfermedad. El género Citrobacter comprende tres especies: C. freundii, C. diversus y C. amalonaticus, este último poco identificado en muestras extraintestinales. Edwardsiella tarda es la única especie del género Edwardsiella reconocida como patógeno humano hasta muy recientemente; en la actualidad se reconocen otras especies como E. hoshinae, E. ictaluri y E. tarda biogrupo 1, pero estas rara vez se identifican como causa de enfermedad. Hafnia alvei es considerada la única especie del género Hafnia, desde el punto de vista bioquímico se semeja a Enterobacter y en ocasiones se halla produciendo infecciones de localización extraintestinal. El género Proteus es uno de los recién reorganizados, ya que los géneros creados hace poco, Providencia y Morganella, han sido conformados por especies que anteriormente eran incluidas dentro del género Proteus. Las especies que en la actualidad conforman este género son: P. mirabilis, P. myxofaciens, P. penneri y P. vulgaris biogrupos 2 y 3. De estas especies, P. myxofaciens nunca ha sido identificado en muestras procedentes del hombre. Los cultivos de todas las especies se caracterizan por su olor peculiar y por su forma de extenderse como sábana sobre el agar. La enzima ureasa cromosómicamente codificada, se plantea que sea un elemento importante en la patogenia de la infección por Proteus; el amonio desprendido de la acción de la enzima lesiona el epitelio urinario, además de alcalinizar la orina, lo cual favorece los depósitos de sales y la formación de cálculos. Proteus puede permanecer en estos cálculos y dar lugar así a infecciones recurrentes por esta bacteria. Otros factores de virulencia a considerar en este microorganismo son la invasividad y la producción de una bacteriocina, la proticina. Se plantea que la presencia de fimbrias es la responsable de la adherencia de Proteus al epitelio urogenital. El género Morganella incluye una sola especie, M. morganii, este microorganismo principalmente se describe como causa de sepsis urinaria. El género Providencia está constituido por las especies: P. rettgeri y P. stuartii, que son las identificadas con más frecuencia como causa de infecciones urinarias de origen nosocomial por manipulación como las cateterizaciones o por infecciones debidas a otra patología urológica de base. Otras especies dentro del género: P. alcalifaciens, P. rustigianii, son raramente descritas como causa de infección; y la especie P. heimbachae no ha sido identificada a partir de muestras clínicas. El resto de los géneros y especies que conforman la familia Enterobacteriaceae son de poca importancia como causa de enfermedad extraintestinal en el hombre. Cualquiera de las enterobacterias antes mencionadas puede dar lugar al shock endotóxico; para el diagnóstico de presencia de endotoxina se utiliza la prueba de lisado de limulus preparado a partir del Limulus polyphemus, el reactivo se torna gelatinoso cuando se pone en contacto con la endotoxina, aunque esta se encuentre solamente en pequeñas cantidades. Diagnóstico de laboratorio Las muestras utilizadas para el diagnóstico de las infecciones extraintestinales por enterobacterias dependerá de la localización de estas. Dichas muestras se inocularán en los medios universales y diferenciales establecidos para el aislamiento en muestras clínicas. Se debe utilizar el método cuantitativo en la interpretación del crecimiento bacteriano en la muestra donde hay flora mixta. 278 Enterobacterias A partir de las cepas aisladas se hará el diagnóstico por su acción sobre los distintos sustratos utilizando los métodos comercialmente establecidos o los métodos convencionales, valiéndose de las tablas clasificadoras reconocidas o los métodos codificados para su clasificación. La presencia de endotoxina se puede detectar por el método anteriormente descrito. Por la importancia que tiene la presencia de resistencia a los antibióticos por parte de las cepas, las pruebas de resistencia son imprescindibles para detectar las cepas multirresistentes principales causantes de epidemias y brotes nosocomiales. RESUMEN Enterobacteriaceae es una compleja familia, compuesta por bacilos gramnegativos, oxidasa negativa, que fermentan la glucosa en su metabolismo. Diversos son los géneros que conforman esta familia, pero los principales patógenos o potencialmente patógenos para el hombre se circunscriben a 25 especies como las más frecuentes. Por medio de su estructura antigénica, muchos de estos microorganismos pueden agruparse en serogrupos y serotipos; otros, en los cuales sus antígenos se comparten entre muchos miembros de la familia, esta clasificación no puede aplicarse por el entrecruzamiento antigénico. Las enfermedades producidas por estas bacterias pueden estar localizadas en el intestino, como ocurre con las diferentes clases de E. coli, Salmonella, Shigella y Yersinia; cada una de ellas tiene un patrón de patogenicidad propio, así como características clínicas y epidemiológicas que las definen. Otros géneros y especies de enterobacterias forman parte de la flora intestinal normal y de las superficies expuestas, pero pueden ser causa importante de enfermedad cuando actúan como oportunistas, y ocasionan enfermedades comunitarias o nosocomiales. Algunos miembros del género Salmonella como la S. typhi y S. paratyphi A, B y C, se comportan como patógenos primarios extraintestinales; lo mismo ocurre con Y. pestis y Y. pseudotuberculosis. Los mecanismos con que cuentan las enterobacterias para producir enfermedad son variados, pudiendo estar presentes la invasión, la toxigenicidad por toxinas termoestables o termolábiles, las citotoxinas, las endotoxinas, la adhesión y la diseminación hemática. En la actualidad, cada uno de los mecanismos ha sido identificado en las distintas especies, estando muchos de ellos relacionados con la información mediada por plásmidos o la cromosómica. El diagnóstico se basa en su comportamiento fisiológico, en su definición de antígenos, el estudio del ADN, la determinación de plásmidos, el estudio de las toxinas y la determinación de los patrones de resistencia. Los diagnósticos por niveles de anticuerpos están enmarcados sólo en algunas enfermedades como la yersiniosis y la búsqueda de portadores de S. typhi o S. dysenteriae. A pesar de los nuevos conceptos introducidos en esta familia y de las nuevas clasificaciones, estas importantes bacterias están constantemente sometidas a cambios en su clasificación y mecanismos de patogenicidad. BIBLIOGRAFÍA Albritton W. Yersinia. En: Behrman R, Kliegman R, Arvin A (eds.). Nelson. Tratado de Pediatría. 15ta ed. La Habana: Ed. Ciencias Médicas, 1998:1009-13. Blanco J, Blanco M, Alonso MP et al. Factores de virulencia de los Escherichia coli causantes de infecciones extraintestinales. Santiago de Compostela: Servicio de Publicaciones e Intercambio Científico, Campus Universitario, 1992. 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El término deriva del griego haemo: sangre y philos: afinidad, amor. Los microorganismos de este grupo son bacterias pleomórficas, gramnegativas, pequeñas, que requieren factores de crecimiento proporcionados por la sangre. La especie tipo, Haemophilus influenzae, causa diversas enfermedades humanas, que van desde las respiratorias crónicas hasta infecciones invasivas. El Manual de Bacteriología Sistemática de Bergey incluye el género Haemophilus en la sección denominada "Bacilos gramnegativos anaerobios facultativos". El género Haemophilus es uno de los tres de la familia Pasteurellaceae. Un microorganismo dado es asignado habitualmente a este género sobre la base de sus requerimientos de los factores X o V (o ambos), derivados de la sangre. El factor X (termoestable) es protoporfirina IX en el caso de H. influenzae o hemina, en el caso de H. aegyptius, ya que este último carece de la enzima ferroquelatasa. Este factor es necesario para la síntesis de enzimas respiratorias que contienen hierro, citocromos, citocromo-oxidasa, catalasa y peroxidasa. El factor V (termolábil) es dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD), una coenzima necesaria para las reacciones de oxidación-reducción. Se conocen 16 especies de Haemophilus y tres de ubicación incierta (incertae sedis). Las siguientes especies han sido relacionadas con enfermedad en humanos: H. influenzae, H. aegyptius, H. ducreyi, H. parainfluenzae, H. parahaemolyticus, H. paraphrohaemolyticus, H. aphrophilus, H. segnis, H. haemolyticus y H. paraphrophilus. HAEMOPHILUS INFLUENZAE Erróneamente relacionado como causa de una pandemia de influenza en 1890 debido a que fue aislado en un gran número de pacientes por Pfeiffer, este microorganismo está ampliamente distribuido en todo el mundo. Con antelación, Koch lo había descrito como causante de conjuntivitis en pacientes procedentes de Egipto, en 1883. Quizá su asociación con la influenza (de origen viral) se debió a la frecuencia de su aislamiento como invasor secundario en casos clínicos y en necropsias de pulmón de fallecidos. El serotipo b de H. influenzae habita en la nasofaringe del 1 al 5 % de la población sana en un tiempo determinado 281 Microbiología y Parasitología Médicas (en niños que asisten a guarderías puede alcanzar el 91 %), disminuyendo en adultos y niños muy pequeños. Otras especies, excepto H. aegyptius y H. ducreyi, se aíslan también del tracto respiratorio superior en personas sanas. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. En las muestras de infecciones agudas, los microorganismos son bacilos cocoides cortos (1,5 µm) que forman a veces pequeñas cadenas. En cultivo, la morfología depende tanto de la edad como del medio empleado. A las 6 u 8 horas de cultivo en medio enriquecido, predominan las formas cocobacilares y luego aparecen bastoncillos más largos y pleomórficos. En cultivos jóvenes, los microorganismos presentan una cápsula definida. En ocasiones, utilizando la coloración de Gram con decoloración insuficiente, puede llegarse a la identificación errónea de estreptococos o neumococos que forman cadenas cortas. Cultivo. En agar infusión de cerebro-corazón con sangre, se desarrollan en 24 horas colonias redondas, convexas, pequeñas (de menos de 1 mm de diámetro), con intensa iridiscencia y aspecto de rocío. En agar-chocolate, tardan de 36 a 48 horas en alcanzar diámetros de 1 mm. La sangre de ternero es la más adecuada, siguiendo en orden la de carnero, la humana, la de conejo, la de aves de corral y la de caballo. Características del crecimiento. La identificación de los miembros del grupo depende, en parte, de que se demuestre la necesidad de ciertos factores de crecimiento, llamados X y V. Los organismos que requieren el factor V no crecen bien en agar-sangre de carnero convencional. Esto se atribuye a que ese factor no difunde bien en el medio a partir de los eritrocitos y a que los glóbulos de carnero poseen una NADasa que inactiva el factor V disponible. Para utilizar este medio en aislamiento primario, es necesario proporcionar algún otro microorganismo, como, por ejemplo, estafilococo, suministrador de grandes cantidades de factor V, que es excretado al medio. Las colonias alrededor de la estría de estafilococo (o de otros microorganismos como Neisseria y Pseudomonas, que tienen esa característica) crecen mucho más grandes. A esto se le conoce como fenómeno del satelitismo (Cuadro 27.1). Variaciones. En cultivos jóvenes pueden aparecer mutantes espontáneas no encapsuladas, que dan lugar a colonias rugosas y opacas. Cuando las condiciones de cultivo no son óptimas, la frecuencia de aparición de estas variantes se incrementa. Transformaciones. Se ha demostrado que puede tener lugar una transformación mediada por ADN en la síntesis del antígeno capsular, similar a la del neumococo, en los tejidos del hospedero; es decir, que H. influenzae es capaz de transferir especificidad de tipo a otras células. La resistencia al cloranfenicol y ampicilina se encuentra bajo control de genes en plásmidos transmisibles. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Haemophilus influenzae encapsulado contiene polisacáridos capsulares (PM > 150 000) de seis tipos diferentes: a, b, c, d, e, f. El antígeno capsular del tipo b es un fosfato de polirribosa-ribitol (PRP). En el tipo a, la ribosa es remplazada por glucosa. La estructura de los cuatro tipos restantes está íntimamente relacionada. Las reacciones cruzadas entre polisacáridos de microorganismos puede contribuir a la formación de anticuerpos naturales. Existe reactividad cruzada entre H. influenzae tipo b y cepas de S. pneumoniae serotipos 6; 15a; 2a y 35; Streptococcus pyogenes, S. faecalis, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus y S. epidermidis, quizá basada en el fosfato de ribitol de sus ácidos teicoicos. La reacción cruzada con cepas de E. coli K 100 está probablemente basada en el ribitol y la ribosa de sus antígenos. Haemophilus influenzae encapsulado puede tipificarse por una prueba de hinchazón de la cápsula con antisuero específico (análoga al quellung de los neumococos). Mediante inmunofluorescencia es posible hacer una tipificación equivalente. La clasificación en serotipos capsulares debe realizarse a partir de cultivos jóvenes, ya que la estructura del 282 Haemophilus y Gardnerella vaginalis polisacárido tiende a deteriorarse en cultivos viejos. La mayoría de estos microorganismos en la flora normal de las vías respiratorias son no encapsulados. Los antígenos somáticos de H. influenzae consisten en proteínas de la membrana externa. Los lipooligosacáridos (endotoxinas) comparten muchas estructuras con las de Neisseria. Cuadro 27.1. Características morfológicas, culturales y de requerimiento de factores X y V de especies de Haemophilus* Organismo Morfología (en agar-chocolate) H. influenzae Cocobacilos o bacilos cortos, regulares H. aegyptius Bacilos largos y delgados H. haemolyticus Cocobacilos pequeños o bacilos cortos, filamentos ocasionales H. ducreyi Bacilos delgados en pares o cadenas. A veces en "banco de peces" H. parainfluenzae Bacilos cortos, pleomórficos, a veces filamentos largos H. parahaemolyticus H. paraphrohaemolyticus H. aphrophilus H. paraphrophilus H. segnis Características de las colonias Pequeñas, lisas, bordes enteros convexas, grisáceas, iridiscentes. A veces mucoides y coalescentes (cápsula) Pequeñas, lisas, convexas, grisáceas, translúcidas Similares a H. influenzae pero hemolíticas en agar-sangre Pequeñas, lisas, planas, amarillentas, de translúcidas a opacas Similares a H. influenzae, pero mayores (3 mm) Bacilos pequeños, pleomórficos, a veces filamentos largos Similares a H. parainfluenzae pero, hemolíticas en agar-sangre Bacilos cortos a medianos y filamentos cortos (en CO2 ). .. Bacilos gruesos, largos y filamentos torcidos (sin CO2) Bacilos cortos, regulares, con formas filamentosas ocasionales Similares a H. aphrophilus pero hemolíticas en agar-sangre Bacilos cortos, regulares, filamentos ocasionales Bacilos pleomórficos, con predominio de filamentos irregulares Idénticas a H. aphrophilus Requerimientos de factores X V + + + - + + + - - + - + - - + - + - + - Muy convexas, opacas, granulares, amarillentas Convexas, blanco-grisáceas, lisas o granulares * Tomado de: Mangum ME,: Haemophilus. Ob. cit. Morse SI, Anderson P. Haemophilus. Ob. cit. Mogens K. Ob. cit. PATOGENIA La colonización de la nasofaringe usualmente precede a la infección por H. influenzae tipo b (Hib). Desde este sitio, el microorganismo puede extenderse localmente (por ejemplo, al oído medio) o invadir el torrente sanguíneo y causar meningitis, epiglotitis, artritis séptica, neumonía y osteomielitis. Antes de la introducción de las vacunas, Hib causaba decenas de miles de infecciones invasivas anualmente. Los factores que influyen en la patogenicidad de H. influenzae, incluyendo su colonización, son pobremente comprendidos. Está claro que el polisacárido capsular es el mayor determinante de virulencia de Hib, pero se desconoce cómo promueve la enfermedad invasiva. Otros posibles factores incluyen los pili (una de cuyas clases permite la adhesión a células del epitelio bucal humano in vitro), un lipopolisacárido y un glicopéptido que inhiben la actividad ciliar de esas células in vitro, la producción de una proteasa y la capacidad para adquirir hierro directamente de la transferrina humana. 283 Microbiología y Parasitología Médicas DATOS CLÍNICOS Enfermedad en niños. La mayoría de las meningitis por Hib ocurren en niños entre 2 meses y 3 años de edad, más del 90 % antes de los 18 meses. De no existir programas de inmunización, se estima que 1 de cada 400 niños puede contraer enfermedad invasiva grave alrededor de los 5 años de edad. En escolares y adultos son más raros los casos. Esta relación con la edad preescolar se supone que se deba a los bajos niveles de anticuerpos en niños de 2 meses a 3 años. Otros factores como la constitución genética pueden desempeñar su papel y se presume que los anticuerpos maternos ejerzan protección hasta los 2 meses de edad. Hay un alto riesgo de infección secundaria en casos de meningitis, tanto en hermanos y padres como en otros contactos estrechos del paciente con enfermedad invasiva. La epiglotitis está frecuentemente asociada con Hib, aunque algunos casos son ocasionados por estreptococo β-hemolítico, neumococo, estafilococo y otros microorganismos. La verdadera incidencia de neumonía por H. influenzae en niños se desconoce, debido a las dificultades para un diagnóstico bacteriológico preciso. El esputo es muy difícil de obtener en niños menores de 4 años y, por otra parte, la presencia del organismo en esta muestra no necesariamente tiene relación causal con la neumonía. Se ha señalado que se puede considerar a H. influenzae como agente de una neumonía, si resulta positivo uno de los siguientes estudios: hemocultivo, respuesta de anticuerpos o presencia de antígeno en suero u orina del paciente. Algunos estudios sugieren que las reinfecciones exógenas o endógenas con H. influenzae coinciden con exacerbaciones de enfermedad pulmonar obstructiva crónica en muchos pacientes. El Hib puede asociarse a muchas otras enfermedades en niños, tales como artritis séptica, celulitis bucal o periorbital y osteomielitis. Algunas cepas no encapsuladas pueden provocar otitis media, aunque no está claro si actúan como invasores primarios o secundarios, teniendo en cuenta que son miembros de la flora respiratoria alta. La presencia de H. influenzae en el tracto genital femenino se presume esté relacionada con infecciones en el feto y el recién nacido; además, se han reportado casos de infecciones urinarias por H. influenzae y H. parainfluenzae. Enfermedad en el adulto. Algunas cepas no encapsuladas están relacionadas con sinusitis y bronquitis en adultos inmunocomprometidos. Tanto el Hib como algunas cepas no serotipables han sido asociados con enfermedad invasiva en adultos. Alrededor del 80 % de ellos presentaron factores de riesgo como alcoholismo, enfermedad pulmonar obstructiva crónica, cáncer, diabetes o trauma. En los casos de meningitis se ha encontrado con frecuencia el antecedente de trauma craneal, sinusitis crónica, otitis media o neumonía. Teniendo en cuenta que H. influenzae es un miembro común de la flora respiratoria, es difícil probar su participación en estos procesos infecciosos, a menos que se aísle en muestras apropiadas como la sangre. Haemophilus aegyptius (conocido también como bacilo de Koch-Weeks o como H. influenzae biotipo III), es el responsable de una conjuntivitis aguda y contagiosa, sobre todo en países cálidos. No precisa de factores predisponentes para su instalación, como H. influenzae. Aunque H. aegyptius y H. influenzae biotipo III tienen el mismo patrón bioquímico, se diferencian fenotípicamente, ya que H. aegyptius es más bacilar y delgado, aglutina eritrocitos, no fermenta la xilosa y es sensible a la troleandomicina (5 µg). Los aislamientos de casos de fiebre purpúrica brasileña (H. influenzae biogrupo aegyptius) son distintos de otras cepas de H. influenzae y de H. aegyptius en su perfil de proteínas de membrana externa, patrón isoenzimático (multilocus de enzimas) y en que poseen un plásmido característico de 24 MDa. Esta forma clínica presenta una alta tasa de letalidad (alrededor del 75 %) y es precedida, habitualmente, por conjuntivitis. Otra de las enfermedades producidas en adultos por este grupo de microorganismos es el "chancroide" o "chancro blando", una enfermedad transmitida por contacto sexual causada por H. ducreyi. Consiste en una úlcera de los genitales, con tumefacción e hipersensibilidad notables y linfadenopatía dolorosa que debe diferenciarse de la sífilis, el linfogranuloma venéreo y el herpes simple. Es endémico en muchas regiones tropicales y subtropicales del mundo. La endocarditis es la más común de las infecciones producidas por H. parainfluenzae, seguida de las infecciones de las vías biliares. Otras infecciones son más raras. Se han asociado también a endocarditis las especies H. aphrophilus y H. paraphrophilus. 284 Haemophilus y Gardnerella vaginalis DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Muestras. Consisten en hisopados nasofaríngeos, sangre, pus (de diversas localizaciones) y líquido cefalorraquídeo (LCR), tanto para frotis como para cultivo. Siempre que sea posible, deberán inocularse directamente los medios de cultivo, ya que estos microorganismos pierden rápidamente la viabilidad. Examen directo. El frotis de LCR para examen bacterioscópico es de gran utilidad, pues permite la observación de los cocobacilos característicos. Cuando hay abundantes microorganismos en las muestras, pueden identificarse mediante inmunofluorescencia o de manera directa con antisuero específico (para efectuar la prueba de hinchazón capsular). Se dispone en la actualidad de estuches o juegos comerciales para la detección de antígenos capsulares de H. influenzae en el LCR u otras muestras, mediante aglutinación de partículas de látex recubiertas con anticuerpos específicos, por la técnica de contrainmunoelectroforesis o mediante coaglutinación con proteína A de células de estafilococo (CoA). Cultivo. Las muestras se siembran en agar-chocolate enriquecido con algún suplemento comercial o preparado en el laboratorio. Pueden emplearse otros medios complejos como el Levinthal. Se incuban de 36 a 37 °C en atmósfera de 5 a 10 % de CO2 y a las 24 horas se observan las colonias características. Se distingue de otros bacilos gramnegativos por su necesidad de factores X y V, además de su falta de hemólisis en agar-sangre. Pruebas bioquímicas. Se emplean para la identificación de especies de H. influenzae. Estas pruebas se hacen en medio base de caldo con rojo fenol y los respectivos carbohidratos al 1 %, con suplemento de factores X y V (10 mg de cada uno por litro de medio), añadidos después de la esterilización en autoclave. Las pruebas de producción de indol, ureasa y ornitina descarboxilasa son útiles para la clasificación de cepas de H. influenzae en ocho biotipos y H. parainfluenzae en siete. La biotipificación puede ser provechosa en el estudio de la epidemiología de la enfermedad. Algunas características que pueden ser útiles en la identificación de H. ducreyi son su lento crecimiento, su requerimiento de hemina y las reacciones positivas a la oxidasa (empleando tetrametil y no dimetil-p-fenilendiamina), reducción de nitratos y fosfatasa alcalina. Como en todos los miembros del grupo, el requerimiento de hemina puede ser demostrado con la prueba de porfirina, basada en que las cepas que carecen de las enzimas designadas como A, B y C no son capaces de convertir el ácido aminolevulínico (ALA) en porfobilinógeno, porfirina y finalmente en hemina. H. influenzae es negativo a la prueba de porfirina, por tanto, no es capaz de producirla y requiere un suministro exógeno del factor X. Existen diferentes sistemas comercialmente disponibles de tiras o discos de papel impregnados en factores de crecimiento. Se utiliza una suspensión de un cultivo de 4 horas en caldo soya-tripticasa (para diluir el factor X que pueda arrastrarse del cultivo primario). Se estría una placa de agar soya-tripticasa con un hisopo impregnado en la suspensión bacteriana; se colocan luego los discos o la tira de papel impregnados en factor X, V o ambos, separados al menos 20 mm. Se incuba durante la noche a 35 °C en 5 a 10 % de CO2 y se realiza la lectura al día siguiente. Los microorganismos que requieran factores X y V crecerán sólo alrededor de la tira o disco que los contenga a ambos. En la actualidad se dispone de otros tests comerciales que incorporan los convencionales modificados y añaden reacciones cromogénicas de enzima-sustrato. Por otra parte, existen pruebas de identificación por métodos de biología molecular (sondas de ADN) que han mostrado ser muy útiles en el diagnóstico de infecciones significativas en pediatría. Susceptibilidad antimicrobiana. La mayoría de las cepas de Haemophilus son sensibles a una gama de antimicrobianos. Aproximadamente del 20 al 50 % de los aislamientos son resistentes a la ampicilina. Esta resistencia se debe, en principio, a una β -lactamasa transmitida por un plásmido. Otra causa puede ser la alteración de las proteínas de enlace o unión a la penicilina (PBP). Se debe realizar la prueba de producción de β-lactamasa a todos los aislamientos obtenidos en casos con significación clínica y los microbiólogos deben estar advertidos de que pueden aislarse cepas positivas y negativas a esta prueba en un mismo paciente, por lo cual hay que examinar cuidadosamente las colonias en busca de características morfológicas diferentes. Teniendo en cuenta la posible resistencia de origen cromosómico a la ampicilina, en ausencia de producción de β-lactamasa, deben realizarse pruebas de susceptibilidad a 285 Microbiología y Parasitología Médicas antimicrobianos a todas las cepas β-lactamasa negativa aisladas de casos clínicos. Las cefalosporinas de tercera generación (cefotaxima y ceftriaxona) han resultado útiles en el tratamiento de la enfermedad invasiva. La mayoría de las cepas son sensibles al cloranfenicol. EPIDEMIOLOGÍA Y CONTROL El único reservorio conocido para H. influenzae es el hombre. La transmisión ocurre por medio de microgotas de saliva y secreciones nasofaríngeas durante el período infectante y el sitio de entrada con mayor frecuencia es la nasofaringe. Se desconoce el período de incubación, pero probablemente sea de 2 a 4 días. El período de transmisibilidad dura todo el tiempo que estén presentes los microorganismos en la nasofaringe. La enfermedad deja de ser transmisible en el término de 24 a 48 horas de haber comenzado el tratamiento eficaz con antibióticos. La inmunidad depende de la presencia de anticuerpos bactericidas o anticapsulares (o ambos) circulantes, adquiridos por vía transplacentaria o por infección previa. Se ha demostrado que las vacunas conjugadas de proteínas con polisacárido capsular (PRP), aplicadas a partir de los 3 meses de edad, han reducido la incidencia de enfermedad invasiva en niños. En los hogares donde se ha producido un caso clínico y en las guarderías infantiles o salones de preescolares, se recomienda la quimioprofilaxis con rifampicina a los contactos íntimos del enfermo, aunque esta medida está siendo sustituida por el uso de las vacunas mencionadas. GARDNERELLA VAGINALIS Gardnerella vaginalis está asociada con la vaginosis bacteriana, una infección polimicrobiana que también involucra bacterias anaerobias. Esta infección, caracterizada por una secreción vaginal blanco-grisácea y maloliente, así como por un bajo pH, presencia de células"índice" o"guía" y poca o ninguna inflamación del epitelio, fue inicialmente denominada vaginitis inespecífica. El término vaginosis es más adecuado debido a la presencia de mínima o ninguna inflamación y a su causa polimicrobiana. Se ha sugerido su transmisión sexual, pero esto, más que una evidencia, es una observación circunstancial. Durante los últimos 30 años se han hecho varios cambios en la taxonomía de este microorganismo. En 1955, Gardner y Dukes aislaron este bacilo gramnegativo pequeño a partir de secreciones vaginales de mujeres con vaginitis inespecífica. A causa de su morfología y a su necesidad de ciertos factores de la sangre, fue denominado Haemophilus vaginalis. Estudios posteriores, sin embargo, demostraron que los factores X y V no eran absolutamente necesarios para el crecimiento, aunque lo estimulaban. Zinnermann y Turner estudiaron aislamientos de H. vaginalis de Dukes y otros investigadores en 1963. El hecho de que muchos aislamientos fueran pleomórficos y, en ocasiones, grampositivos o gramvariables, como las corinebacterias, llevó a los autores a proponer su reclasificación como Corynebacterium vaginale. En 1980, Greenwood y Pickett reportaron los resultados de estudios de hibridización del ADN y de análisis bioquímicos de la pared celular, los cuales revelaron que el microorganismo era único y, por tanto, debía ser incluido en un nuevo género. Se propuso el nombre Gardnerella vaginalis, actualmente incluida en el volumen 2, sección 15: "Bacilos grampositivos irregulares no esporulados", del Manual de Bergey. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. La coloración de Gram revela cocobacilos pequeños, pleomórficos, gramnegativos o gramvariables, algunos de los cuales tienen extremos en punta. Cultivo. Los medios deberán incubarse a 35 °C en atmósfera de un 5 a 10 % de CO2 o por el método de la jarra con vela. Características del crecimiento. En medio agar-sangre humana con Tween 80 (HBT) las colonias son β-hemolíticas, opacas, grises, convexas, de 0,3 a 0,5 mm de diámetro. En agar- vaginalis (V-agar), las colonias aparecen opacas, en cúpula, de 0,5 mm de diámetro y rodeadas por una zona difusa de β-hemólisis. 286 Haemophilus y Gardnerella vaginalis Aunque G. vaginalis se aísla virtualmente de todas las mujeres con vaginosis bacteriana, puede también ser aislada en el 40 % de mujeres sanas, de modo que un frotis del exudado vaginal unido a otros hallazgos clínicos resulta más útil en el diagnóstico que el cultivo. Cuando se desea la confirmación por cultivo, es factible emplear medios con sangre semiselectivos (con Tween 80) o medios no selectivos. Puede utilizarse también el medio agar Columbia colistina-ácido nalidíxico (CNA), aunque no es posible observarse la hemólisis. PATOGENIA, PATOLOGÍA Y DATOS CLÍNICOS Como se dijo anteriormente, G. vaginalis está presente en la flora normal de muchas mujeres, con la consiguiente dificultad para la interpretación de los resultados del cultivo. De manera que el diagnóstico de la vaginosis bacteriana sobre la base de criterios clínicos, es más práctico que el diagnóstico basado en el cultivo. De acuerdo con Amsel, la presencia de tres de los cuatro signos siguientes significa la existencia de G. vaginalis en el 98 % de los casos: pH vaginal por encima de 4,5; secreción vaginal fina, homogénea, de consistencia lechosa; olor "a pescado" cuando se añade una gota de hidróxido de potasio (KOH) al 10 % a la secreción y presencia de células "índice" o "guía". G. vaginalis y otros microorganismos pueden actuar sinérgicamente causando la vaginosis bacteriana, aunque su papel específico es incierto. Gardnerella vaginalis ha sido también asociada a sepsis materna y neonatal. De hecho, estudios recientes sugieren que este microorganismo puede ser la causa más común de bacteriemia posparto que lo que se había propuesto anteriormente. La incapacidad de ciertos medios para garantizar el crecimiento de este microorganismo puede ser la razón del bajo reporte de aislamientos. La vaginosis bacteriana ha sido también asociada a trabajo de parto prematuro y a endometritis posparto. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Muestras para examen directo y cultivo. Pueden tomarse muestras cervicales, uretrales o vaginales en mujeres infectadas y uretrales en hombres que son pareja de estas mujeres. Se emplean hisopos de algodón o de alginato de calcio duplicados, uno para preparar el frotis para coloración de Gram y el otro para introducir en un medio de transporte (Amies o Stuart). Alternativamente, puede descargarse el contenido del hisopo en solución salina, la que se inocula en el medio de cultivo y sirve, además, para preparar el frotis. G. vaginalis es factible aislarla de la sangre de mujeres con fiebre puerperal y de neonatos con sepsis. Puede emplearse también el método cuantitativo de placa vertida, con inoculación directa de la sangre en el agar, para luego contar las colonias. Se ha aislado de muestras de orina, pero su papel a ese nivel no está claro. Examen directo. Un examen directo, en fresco, de secreción vaginal en solución salina, revela la presencia de las células "guía", que son grandes células epiteliales descamadas, con numerosos microorganismos unidos o fijados a su superficie. Cuando se realiza el Gram, se observan los cocobacilos gramnegativos o gramvariables. Estos hallazgos, unidos a la ausencia de bacilos grampositivos (Lactobacillus) típicos de la flora normal de la vagina, son de importancia en pacientes con vaginosis. Los frotis de secreciones vaginales en mujeres normales presentan gran cantidad de bacilos grampositivos y escasos cocobacilos gramvariables. La coloración de Gram es la prueba diagnóstica más importante en la vaginosis bacteriana y puede ser empleada sin cultivo, siempre que esté sustentada por los hallazgos clínicos característicos. Identificación bioquímica. La observación de colonias β-hemolíticas en medio HBT, en combinación con la prueba de catalasa negativa y la presencia de bacilos cortos o cocobacilos gramnegativos o gramvariables, es un diagnóstico presuntivo de G. vaginalis. La identificación posterior y la diferenciación con otros bacilos o cocobacilos catalasa negativa, deberán incluir la hidrólisis del hipurato de sodio, la hidrólisis del almidón y la presencia de α y β-glucosidasa. Susceptibilidad antimicrobiana. El metronidazol es efectivo en el tratamiento de la vaginosis bacteriana, aunque los microorganismos son, a menudo, resistentes a esta droga 287 Microbiología y Parasitología Médicas in vitro. Debido a esta inconsistencia en los resultados, no se recomiendan las pruebas de susceptibilidad antimicrobiana. RESUMEN Se conocen 16 especies de Haemophilus y tres de ubicación incierta. La especie tipo, Haemophilus influenzae, causa diversas enfermedades humanas, desde las respiratorias crónicas hasta infecciones invasivas. El serotipo b de H. influenzae es el más importante patógeno del grupo; habita en la nasofaringe. Son bacilos cocoides cortos (1,5 µm) que forman a veces pequeñas cadenas. H. influenzae encapsulado contiene polisacáridos de seis tipos diferentes: a, b, c, d, e, f. Desde la nasofaringe, puede extenderse localmente o invadir el torrente sanguíneo y causar meningitis, epiglotitis, artritis séptica, neumonía y osteomielitis. H. aegyptius (conocido también como bacilo de Koch-Weeks o como H. influenzae biotipo III), es el responsable de una conjuntivitis aguda y contagiosa. Algunas cepas pueden causar la fiebre purpúrica brasileña (FPB). Otra de las enfermedades producidas es el "chancro blando", transmitida por contacto sexual, causada por H. ducreyi. Las muestras útiles para el diagnóstico de Haemophilus consisten en hisopados nasofaríngeos, sangre, pus y LCR, tanto para frotis como para cultivo. El examen de LCR es de gran utilidad. Las muestras se siembran en agar-chocolate enriquecido. Se dispone de métodos de diagnóstico rápido (aglutinación de látex, contrainmunoelectroforesis o coaglutinación). La biotipificación mediante pruebas bioquímicas es útil en Epidemiología. La mayoría de las cepas son sensibles al cloranfenicol, las cefalosporinas de tercera generación han resultado útiles. Una vacuna conjugada de proteínas con polisacárido capsular, aplicada a partir de los 3 meses de edad, puede evitar la enfermedad invasiva en niños. En Cuba se trabaja actualmente en la obtención de una vacuna de este tipo. Gardnerella vaginalis son cocobacilos pequeños, pleomórficos, gramnegativos o gramvariables. Aunque se aísla virtualmente de todas las mujeres con vaginosis bacteriana, puede también ser aislada en el 40 % de mujeres sanas. Un frotis del exudado vaginal unido a otros hallazgos clínicos resulta útil en el diagnóstico. Puede aislarse de la sangre de mujeres con fiebre puerperal y de neonatos con sepsis. Un examen en fresco de secreción vaginal revela la presencia de las células"guía" características unidas a cocobacilos gramnegativos o gramvariables. Estos hallazgos son de importancia diagnóstica en pacientes con vaginosis. BIBLIOGRAFÍA Behrman RE, Kliegman, RM, Arvin, AM. (eds.). Nelson. Tratado de Pediatría. 15ta ed. Vol. II, McGrawHill. Interamericana, 1997. Benenson AS. Meningitis por Haemophilus influenzae. En: El Control de las Enfermedades Transmisibles en el Hombre. 15ta ed. Informe Oficial de la Asociación Estadounidense de Salud Pública. Publicación Científica No. 538, Organización Panamericana de la Salud, 1992. Groeneveld K, Van Alphen L, Eijk P, Visschers G. et al. 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Aparecen listados en el Manual de Bacteriología Sistemática de Bergey, en la sección de cocos y bacilos gramnegativos aerobios, dentro de géneros no asignados a ninguna familia. Recientemente se ha propuesto una nueva familia, Alcaligenaceae, que incluye los géneros Bordetella y Alcaligenes. Antes, junto con Haemophilus, conformaban la familia Brucellaceae. Por razones didácticas se estudiarán en un solo capítulo, detallando las características importantes, desde el punto de vista médico, de cada género por separado. BRUCELLA Los miembros del género Brucella, de la familia Brucellaceae, son parásitos intracelulares de mamíferos. Originalmente fueron descritos por David Bruce, en 1887, en bazo e hígado de soldados ingleses fallecidos en la Isla de Malta con una enfermedad llamada fiebre ondulante o fiebre de Malta. La fuente de los microorganismos fue establecida en 1904, cuando se aisló a partir de la leche y la orina de cabras enfermas. El segundo aislamiento fue realizado en Dinamarca, por Bang, en 1887, a partir de ganado con infección abortiva (enfermedad de Bang); y el tercero se realizó en Estados Unidos, en 1914, a partir de fetos de cerdos de partos prematuros. Aunque se han descrito seis especies (B. abortus, B. melitensis, B. suis, B. canis, B. ovis y B. neotomae), recientes estudios de hibridización del ADN indican que todas son biovariantes de la misma especie B. melitensis. El hábitat más común para estos organismos es el ganado bovino (B. abortus), ovejas y cabras (B. melitensis, sólo ovejas B. ovis), ganado porcino (B. suis), perros (B. canis) y las 289 Microbiología y Parasitología Médicas ratas del desierto (B. neotomae). Aunque existe un reservorio animal para cada especie, pueden ocurrir superposiciones, por ejemplo, se ha aislado B. abortus, B. melitensis y B. suis de ganado bovino. Los microorganismos pueden existir en estos animales sin enfermedad aparente, aunque algunas especies ocasionen grandes pérdidas económicas. El hombre adquiere la infección a través de la ingestión de leche no pasteurizada o sus derivados, o mediante la manipulación de tejidos de animales infectados. Brucella es parásito obligado de los animales y el hombre, y su localización es intracelular característica. Son relativamente inactivas desde el punto de vista metabólico. En el hombre, la brucelosis se caracteriza por su fase bacteriémica aguda, seguida por una etapa crónica que puede extenderse por varios años y afectar muchos tejidos. MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Su aspecto en cultivos jóvenes varía desde cocos hasta bacilos de 0,5 x 0,3-0,9 µm de largo, con predominio de formas cocobacilares cortas. Son gramnegativos, pero a menudo se tiñen de forma irregular y son aerobios, inmóviles y no esporulados. En tejidos son usualmente intracelulares. Debido a que no retienen bien la coloración de contraste de Gram (safranina), muchas veces deberá usarse carbolfucsina en su lugar. Cultivo. Las colonias son pequeñas, convexas, lisas en 2 a 5 días de incubación. Con el tiempo se transforman de translúcidas a grises. Las colonias de B. canis son rugosas, aunque todas las especies pueden mostrar ambas formas. No producen hemólisis. Variaciones. Se conocen variantes lisas o mucoides y rugosas de las colonias de Brucella. Las primeras aparecen en cultivos jóvenes, pero en subcultivos sucesivos se van tornando rugosas, las cuales son menos virulentas y presentan una aglutinación menos específica. Puede haber variantes intermedias (I) o mucoides (M), también menos virulentas. El suero de los animales sensibles contiene una globulina y una lipoproteína que suprime el crecimiento de los tipos avirulentos (no lisos) y favorece el desarrollo de los virulentos. Las especies animales resistentes carecen de estos factores, de modo que puede ocurrir en ellos una mutación rápida hacia la virulencia. La D-alanina tiene un efecto similar in vitro. ESTRUCTURA ANTIGÉNICA No es posible distinguir entre las diferentes especies de Brucella por pruebas de aglutinación, pero sí mediante reacciones de absorción de aglutininas. El suero de animales inmunizados con una cepa lisa aglutina frente a las tres especies principales de Brucella. Se han propuesto dos determinantes comunes (A y M) en diferentes proporciones, para dar explicación a esta reacción cruzada entre las cuatro especies. El determinante de superficie A es el más importante (proporción 20/1 con el determinante M) en las especies B. abortus, B. suis y B. neotomae. En B. melitensis, es M el antígeno predominante (en proporción 20/1 con el A). B. canis y B. ovis no contienen estos antígenos. Se ha demostrado un antígeno L de superficie que se parece al antígeno Vi de Salmonella. PATOGENIA Y PATOLOGÍA Aunque cada una de las especies tiene sus huéspedes preferidos, todas son patógenas en un amplio rango para los mamíferos en infecciones experimentales (curieles, conejos, ratones, monos) y para el hombre. Las vías comunes de infección en el hombre son el aparato digestivo, las mucosas y la piel. Los microorganismos avanzan desde la puerta de entrada por los vasos linfáticos y ganglios linfáticos regionales, y llegan al conducto torácico y la sangre, que los distribuye a los órganos parenquimatosos. En tejido linfático, hígado, bazo, médula ósea y otras partes del sistema reticuloendotelial, aparecen nódulos granulomatosos que pueden evolucionar hasta convertirse en abscesos. En estas lesiones Brucella es básicamente intracelular. Puede producir, en ocasiones, osteomielitis, meningitis y colecistitis. La lesión histológica fundamental es la proliferación de células mononucleares, exudación de fibrina, necrosis con coagulación y fibrosis, así como granulomas, consistentes en 290 Cocobacilos gramnegativos pequeños células epitelioides y células gigantes, con necrosis central y fibrosis periférica. Las cuatro especies que infectan al hombre tienen diferencias en su patogenicidad. B. abortus puede producir enfermedad leve sin complicaciones supurativas, con granulomas no caseosos del sistema reticuloendotelial. B. canis produce también enfermedad leve. La infección por B. suis tiende a ser crónica, con lesiones supurativas y granulomas caseosos. La infección por B. melitensis es mucho más aguda y grave. Se señala que la sensibilidad a la endotoxina puede desempeñar una función en la patogenia, ya que las personas con brucelosis activa reaccionan de manera más notable a la endotoxina que las normales. En las infecciones con aborto en bovinos, los microorganismos se encuentran, fundamentalmente, en la porción fetal de la placenta, las membranas fetales y el líquido amniótico. Este marcado viscerotropismo depende de la presencia de eritritol, un polihidroalcohol (HOCH2-CHOH-CHOH-CH2OH) que estimula el crecimiento de B. abortus y se halla en cantidades apreciables sólo en la placenta de animales propensos al aborto séptico (vacas, carneros, cerdos, cabras y perros) y no en la placenta humana; el aborto no es parte de la infección en el hombre. Tampoco existe eritritol en los macrófagos ni en el sistema reticuloendotelial, lo que hace suponer que no es determinante para la infección por Brucella. No se han descrito exotoxinas ni cápsulas antifagocíticas entre las especies de Brucella. La evolución de la infección depende, en gran medida, de la capacidad de penetrar y multiplicarse dentro de las células de mamíferos. Los polimorfonucleares ingieren fácilmente estos microorganismos. Las cepas lisas son más resistentes a la muerte intrafagocítica que las rugosas. La estimulación habitual del metabolismo oxidativo que acompaña a la fagocitosis no ocurre en la infección por B. abortus. Parece haber una inhibición de la degranulación de los neutrófilos (fusión fagosoma-lisosoma), con liberación dentro del fagosoma de estas enzimas, incluyendo la mieloperoxidasa. Como consecuencia, se suprime la actividad antibacteriana de los polimorfonucleares. Se estima que existe producción de un factor de virulencia in vivo que incrementa la supervivencia intracelular, de modo que B. abortus obtenida de cultivos de monocitos o procedente de tejidos infectados es más virulenta que la misma cepa cultivada en medios artificiales. El daño hepático es frecuente en la brucelosis humana, en forma de hepatitis difusa con necrosis focal o en forma de pequeños granulomas crónicos no caseosos. B. suis puede causar abscesos crónicos supurativos con calcificación después de varios años en hígado y bazo. DATOS CLÍNICOS El período de incubación en humanos es largo, a menudo varias semanas o incluso meses. El comienzo es usualmente insidioso, con malestar, escalofríos, sudaciones, debilidad, mialgia, cefalea. La fiebre puede ser remitente, particularmente en B. melitensis (fiebre ondulante; son comunes los síntomas gastrointestinales y del sistema nervioso. La enfermedad aguda se asocia con adenopatía notable, esplenomegalia, hepatomegalia y espondilitis vertebral localizada. En más del 20 % de los casos se presenta bacteriemia y a veces, también, meningoencefalitis, osteomielitis, endocarditis, nefritis intersticial con lesiones focales en el glomérulo. Puede ocurrir orquiepididimitis en infecciones con B. melitensis. El diagnóstico en los estadios crónicos es sumamente difícil. No es posible aislar Brucella a partir de muestras del paciente en esta etapa, pero el título de aglutininas suele ser elevado. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO El diagnóstico es casi siempre sugerido por la combinación de una serie de consideraciones clínicas y epidemiológicas, aunque el diagnóstico definitivo se basa en el cultivo del microorganismo. Muestras. La mayoría de los aislamientos de Brucella proceden de la sangre, de manera que siempre que se sospeche la enfermedad, deben tomarse estas muestras. También son útiles las muestras de médula ósea, ganglios, hueso, hígado, bazo o líquido cefalorraquídeo para cultivo, y suero para las pruebas serológicas. Debido a que un alto porcentaje de casos son infecciones adquiridas en el laboratorio, deberán tomarse precauciones para evitar aerosoles y contacto con la piel o mucosas. Se requiere un nivel de bioseguridad grado 3 para la manipulación de esas muestras. 291 Microbiología y Parasitología Médicas Cultivo. La mayoría de los frascos comerciales con medios para hemocultivo son útiles para el cultivo de Brucella (infusión cerebro-corazón, caldo soya-tripticasa), si se ventilan continuamente y se incuban en atmósfera de 5 a 10 % de CO2 (sobre todo B. abortus) en el cultivo primario. Debido a que el medio no muestra suficiente turbidez observable a simple vista, deberán hacerse subcultivos a ciegas a los 2; 7 y 14 días, manteniendo las placas durante una semana en incubación. Pueden cultivarse fragmentos de órganos o tejidos, así como médula ósea. Aunque la mayoría de las cepas crecen bien en caldo Brucella o caldo soya-tripticasa (TSB) sin suplemento, puede añadirse sangre o suero para estimular el crecimiento. El medio de Ruiz-Castañeda (bifásico) y otros sistemas comerciales para hemocultivo resultan de gran utilidad. Características del crecimiento. Sus características nutricionales son complejas; se han cultivado algunas especies en medios químicamente definidos que contienen aminoácidos, vitaminas, sales y glucosa. Utilizan carbohidratos, pero no producen ácido ni gas en cantidades suficientes para su clasificación. Las cuatro especies que infectan al hombre elaboran catalasa y oxidasa, algunas producen sulfuro de hidrógeno, reducen los nitratos a nitritos e hidrolizan la urea. Identificación bioquímica. El género Brucella se caracteriza como microorganismos gramnegativos, inmóviles, usualmente oxidasa positiva, catalasa positiva, que oxidan la glucosa o no la utilizan, no tienen cápsula ni forman esporas. Las características entre especies se muestran en el Cuadro 28.1 Cuadro 28.1. Especies B. B. B. B. abortus melitensis suis canis Características de Brucella spp Ureasa* 1-2 horas V < 30 min < 30 min Producción H2S*** + ** - Requerimiento CO2 V - *: inóculo cargado; +: > 90 % positivo; -: < 10 % positivo; V: 10-90 % positivo. **: la mayoría de cepas; ***: detectado mediante tira de acetato de plomo. Tomado de: Clarridge JE. Ob. cit. Pruebas serológicas. La mayoría de los casos de brucelosis se diagnostican por pruebas serológicas. La concentración de anticuerpos IgM se eleva durante la primera semana de la enfermedad aguda, tiene un máximo a los 3 meses y puede persistir durante la fase crónica. Incluso con terapéutica de antibióticos apropiada, los títulos altos de IgM pueden permanecer hasta 2 años en un pequeño porcentaje de casos. La concentración de anticuerpos IgG se eleva alrededor de 3 semanas después del comienzo de la enfermedad aguda, llega a un máximo en 6 a 8 semanas y permanece alta durante la fase crónica. Los valores de IgA van en paralelo con los de IgG. Las pruebas serológicas comunes pueden fallar en el diagnóstico de B. canis. Prueba de aglutinación: se emplea una suspensión fenolizada de un cultivo de bacilos lisos, muertos por calentamiento. Habitualmente se utiliza la cepa de referencia de Brucella abortus No. 456. Los títulos por encima de 1:80 se consideran indicativos de infección reciente o pasada. Un aumento en cuatro diluciones entre el primer y el segundo sueros tomados durante el curso de la infección, es una fuerte evidencia para el diagnóstico. Puede haber reacción cruzada con Francisella tularensis, Yersinia enterocolitica y Vibrio cholerae. Los títulos permanecen elevados (1:640 hasta 1:2 560) durante la fase activa y por lo general declinan cuando el paciente mejora. A veces pueden aparecer títulos en individuos expuestos por razones ocupacionales. Los recrudecimientos o persistencias de enfermedad activa crónica se asocian con la presencia de IgG. Prueba del 2-mercaptoetanol: la adición de 2-mercaptoetanol destruye la IgM y deja indemne la IgG para las reacciones de aglutinación. En pacientes sintomáticos, la presencia de aglutininas IgG resistentes al 2-mercaptoetanol (en títulos menores de 1:100) sugiere 292 Cocobacilos gramnegativos pequeños brucelosis activa. Su ausencia es significativa en la evaluación de la posible brucelosis crónica. Anticuerpos bloqueadores: son anticuerpos IgA que interfieren con la aglutinación por IgG e IgM y hacen que una prueba serológica sea negativa en diluciones bajas (prozona), aunque en diluciones más altas resulte positiva. Estos anticuerpos aparecen durante la etapa subaguda de la infección, tienden a persistir durante años y pueden ser detectados diluyendo el suero al menos hasta 1:280 (en solución salina o albúmina al 5 %) o añadiendo inmunoglobulina antihumana (reactivo de Coombs). Ensayo inmunoenzimático (ELISA): se ha desarrollado para la detección directa de IgG e IgM individualmente. Se emplea un antígeno de proteínas de membrana externa (OM) de B. melitensis, que es capaz de detectar anticuerpos contra B. abortus, B. melitensis, B. suis y B. canis. Esta última carece de antígeno somático O, por lo que no es detectable por aglutinación. Prueba cutánea. Cuando se inyecta por vía intradérmica un extracto de Brucella, aparecen eritema, edema e induración en un plazo de 24 horas en algunos individuos infectados. La prueba cutánea no es digna de confianza para el diagnóstico y su uso está limitado a encuestas en la población. Susceptibilidad antimicrobiana. A causa de la localización intracelular de estos microorganismos y de las dificultades para su crecimiento, los métodos de medición de la susceptibilidad antimicrobiana in vitro no son útiles para predecir la respuesta clínica al tratamiento. TRATAMIENTO La dificultad para erradicar estos microorganismos se debe a su localización intracelular, que la protege tanto de las drogas antimicrobianas como de los anticuerpos. Se recomienda una terapia combinada de doxiciclina y rifampicina durante 6 semanas. Otras combinaciones incluyen tetraciclinas y un aminoglucósido o rifampicina con trimetoprim en niños menores de 7 años. EPIDEMIOLOGÍA, PROFILAXIS Y CONTROL A causa del contacto ocupacional, la brucelosis humana ocurre en hombres la mayoría de las veces. Muchas de las infecciones permanecen asintomáticas (latentes). Las proporciones de infección varían mucho según los diferentes animales en distintos países. Puede intentarse la erradicación de la brucelosis en los bovinos mediante pruebas y matanza, o inmunización activa de los novillos con la cepa No. 19 viva avirulenta, o una combinación de todas estas medidas. La inmunización activa del hombre es aún experimental. El control radica en evitar la diseminación, erradicar las infecciones en animales, pasteurización de la leche y productos lácteos, y reducción de los peligros ocupacionales. BORDETELLA En la séptima y octava ediciones del Manual de Bacteriología Determinativa de Bergey y en la primera del Manual de Bacteriología Sistemática, aparecen tres especies dentro del género Bordetella (B. pertussis, B. parapertussis y B. bronchiseptica), las cuales deben su nombre a Bordet, que junto con Gengou en 1906 aisló por primera vez Bordetella pertussis, agente de una enfermedad descrita desde el siglo XVI y denominada tos ferina. Posteriormente se identificaron B. parapertussis, que produce un padecimiento similar, pero de menor intensidad y es poco frecuente; y B. bronchiseptica, del perro, el gato y los conejos, y rara en humanos. En 1984 fue descrita una nueva especie que afecta las aves, Bordetella avium, y recientemente se ha propuesto una nueva familia para incluir el género Bordetella, separado de la familia Brucellaceae, donde se encuentra incluido en la actualidad. Bordetella pertussis es patógena humana y posiblemente para algunos primates bajo condiciones especiales; no se conoce otro reservorio. Aunque la enfermedad es ligera en adultos, tiene una alta mortalidad en niños pequeños y hasta la introducción de la vacunación en los años 30, era considerada una de las enfermedades más frecuentes en la infancia. 293 Microbiología y Parasitología Médicas MORFOLOGÍA E IDENTIFICACIÓN Microorganismos típicos. Son cocobacilos gramnegativos, cortos, muy similares a H. influenzae, de 0,5 a 2 µm de largo x 0,5 µm de ancho. Las células pueden aparecer aisladas o en pares y raras veces en cadenas cortas. Mediante coloración con azul de toluidina se demuestran gránulos metacromáticos bipolares. El microorganismo tiene cápsula. Durante el procedimiento de la coloración de Gram, la safranina debe dejarse al menos 2 minutos; de otra forma los microorganismos pueden retener muy poco colorante y resultar difíciles de ver. Puede emplearse también una coloración de contraste a base de carbolfucsina. Cultivo. Para el aislamiento primario de B. pertussis se requieren medios enriquecidos. Sus requerimientos nutricionales son simples, no utiliza azúcares, es en extremo sensible a los ácidos grasos, sobrevive pobremente sin factores protectores y no crece en los medios de cultivo habituales. El medio Bordet-Gengou estándar, con infusión de papa, glicerol y sangre de carnero es adecuado, pero generalmente inferior al medio Bordet-Gengou con meticilina o cefalexina (para inhibir los microorganismos nasofaríngeos normales), o al medio Reagan-Lowe, que contiene carbón (charcoal), sangre de caballo y cefalexina. Este último es también recomendado para transporte. B. parapertussis y B. bronchiseptica crecen en agar sangre de carnero. Los microorganismos del género Bordetella se cultivan a una temperatura de 35 a 37 °C, en ambiente húmedo, con 3 a 8 % de CO2 . Características del crecimiento. La apariencia y características de las colonias del género Bordetella están resumidas en el Cuadro 28.2. Cuando B. pertussis es aislada de especímenes clínicos, crece en 3 a 4 días en forma de colonias lisas, elevadas, convexas, pequeñas, casi transparentes y rodeadas por una estrecha e indefinida zona de hemólisis; esta última característica se relaciona con la virulencia. En los subcultivos, no requieren de los factores X ni V. Variaciones. Cuando se aísla de pacientes y se cultiva en medios enriquecidos, B. pertussis está en fase virulenta, productora de toxina. Hay dos mecanismos para que B. pertussis se desplace a formas avirulentas, no productoras de toxina y no hemolíticas. La variación fenotípica reversible ocurre cuando prolifera bajo determinadas condiciones ambientales (temperatura de 28 °C, presencia de MgSO4). La variación reversible a la otra fase es el resultado de una mutación de baja frecuencia en el locus genético que controla la expresión de los factores de virulencia. Es posible que estos factores intervengan en el proceso infeccioso, pero esta función no se ha demostrado en la clínica. Las colonias de fase I (lisas, brillantes, hemolíticas) pueden variar a la fase IV (rugosas, sin brillo, no hemolíticas). Las colonias de fases II y III son de aspecto intermedio. Esta variación se debe a la pérdida del polisacárido capsular. Cuadro 28.2. Características de Característica Crecimiento en B-G Apariencia en B-G Crecimiento en agar-sangre Inhibición por ácidos grasos y sulfuros Ureasa Nitratos Pigmento pardo soluble Exotoxina Pili Hemaglutinina filamentosa Localización Motilidad Bordetella spp. Bordetella pertussis Fase I Fase IV 3-4 días Semiperladas, enteras B. parapertussis 1-2 días 1 - 2 días Mayores que fase I, grisáceas - 1-2 días Rugosas, mayores que fase I + + + + + + - + + - + + - + Tracto respiratorio humano - Laboratorio Animales. Raro en humanos Humanos - + - +: > 90 % positivo; -: < 10 % positivo. Tomado de Clarridge JE. Ob. cit. 294 B. bronchiseptica Cocobacilos gramnegativos pequeños ESTRUCTURA ANTIGÉNICA Se ha identificado un antígeno O de naturaleza proteica que se encuentra en la pared de la bacteria; un antígeno K de la cápsula, que es un polisacárido que incluye varios serotipos, además del antígeno proteico de las fimbrias o pili. TOXINAS Y ENZIMAS Bordetella pertussis sintetiza varios factores que intervienen en la patogénesis de la enfermedad: la toxina pertussis, la hemaglutinina filamentosa, la toxina dermonecrótica, la citotoxina traqueal y una hemolisina. Es probable que los pili favorezcan la adherencia de la bacteria a células epiteliales ciliadas de las vías respiratorias superiores, conjuntamente con la hemaglutinina filamentosa. Cinco de los factores de virulencia son regulados de manera coordinada por el locus genético bvg (gen de virulencia de Bordetella), llamado también vir. La toxina pertussis favorece la linfocitosis, se cree que interviene en la adherencia a células epiteliales y tiene actividad de ribosilación de ADP, con una estructura y mecanismo de acción similares a los de la toxina del cólera. La hemaglutinina filamentosa y la toxina pertussis son proteínas secretadas al exterior de la bacteria. La toxina dermonecrótica (o letal) y la hemolisina también son reguladas por el locus bvg . La citotoxina traqueal inhibe la síntesis de ADN en las células ciliadas y no es regulada por bvg. El lipopolisacárido de la pared celular es, asimismo, importante en la causa de las lesiones en el epitelio de las vías respiratorias superiores. Teniendo en cuenta que B. pertussis se localiza exclusivamente en los cilios del epitelio respiratorio y que sus efectos sistémicos aparecen en tejidos distantes, aun después de que el microorganismo ha desaparecido, se ha propuesto que se trata de una enfermedad mediada por toxinas, entre las cuales la más importante es la toxina pertussis. Esta exotoxina, de peso molecular de alrededor de 120 000 Da, al igual que otras exotoxinas bacterianas, está compuesta por dos subunidades: la A (enzima activa), que es un polipéptido llamado S1, el cual tiene función de ADP-ribosil-transferasa; y la B (porción de unión), constituida por, al menos, tres polipéptidos diferentes, que se unen a carbohidratos específicos de la superficie de las células epiteliales ciliadas del tracto respiratorio y a glicoproteínas del suero. Luego de la unión específica mediante la subunidad B, la subunidad A penetra y cataliza la transferencia de la porción ADP-ribosa del NAD, mediante la inactivación de proteínas reguladoras unidas al GTP (Gi y Ni) de la membrana celular, cuya función normal es inhibir la adenilciclasa. De este modo se logra la estimulación de dicha enzima, con el resultado de la síntesis de monofosfato de adenosina-cíclico (AMP-c). El mecanismo es paralelo, pero en sentido opuesto al de la toxina colérica. No sólo la toxina pertussis estimula la adenilciclasa, sino que también B. pertussis secreta su propia adenilciclasa, capaz de penetrar en las células de mamíferos. Este producto reduce la actividad fagocítica de los macrófagos, ayudando de esta forma al inicio de la infección. B. pertussis produce, además, una toxina letal (antiguamente llamada factor dermonecrótico), que causa necrosis local cuando se inyecta intradérmicamente. En la patogenia de la enfermedad, se supone que cause inflamación adyacente a los sitios donde se localiza el microorganismo. Otro factor, llamado citotoxina traqueal, es tóxico para el epitelio ciliado pero su papel no está bien aclarado. PATOGENIA, PATOLOGÍA Y DATOS CLÍNICOS Bordetella pertussis sobrevive sólo durante períodos breves fuera del hospedero humano y no es transmitida por vectores. La transmisión se efectúa por vía respiratoria a partir de casos clínicos y quizá por medio de portadores. La patogénesis de la tos ferina no está totalmente esclarecida. Las investigaciones en este campo, con el objetivo de lograr vacunas más seguras, han llevado a la identificación de varios factores de virulencia. El microorganismo se adhiere a la superficie epitelial de la nasofaringe, aunque puede colonizar tráquea y bronquios con menor frecuencia; se multiplica con rapidez a este nivel (fase de colonización) e interfiere con la actividad ciliar. No invade la sangre; las bacterias liberan toxinas (fase toxémica) que actúan sobre las células superficiales. Más tarde puede haber necrosis 295 Microbiología y Parasitología Médicas subepitelial, con pérdida de cilios como resultado del mecanismo de la tos y la acción de las toxinas, así como infiltración de polimorfonucleares, con inflamación peribronquial, neumonía intersticial, atelectasia por obstrucción de los bronquios más pequeños con tapones de moco y neumotórax. Los invasores secundarios como estafilococos o H. influenzae pueden producir neumonía bacteriana. La falta de adecuada oxigenación producida por la tos y los vómitos, unida al efecto de la toxina pertussis, contribuyen probablemente a la aparición de convulsiones y encefalopatía en los lactantes con tos ferina. Durante la fase de colonización, que dura alrededor de 10 días, la fiebre y la tos van incrementando la intensidad y durante la fase toxémica, de instalación gradual, con paroxismos de tos que terminan en un "chillido" inspiratorio característico (whooping), se van presentando las complicaciones respiratorias. La severidad del cuadro en lactantes se atribuye a su incapacidad para expulsar las secreciones y para mantener una adecuada nutrición durante los paroxismos de tos. DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO Muestras. La muestra preferida es un lavado nasal con solución salina. Se usan hisopados nasofaríngeos o gotitas de tos expectoradas en una"placa de tos" o "placa tosida", sujetada frente a la boca del paciente durante un paroxismo de tos. Examen directo. La prueba de anticuerpos fluorescentes (AF) se aplica a muestras tomadas con hisopos nasofaríngeos. No obstante, pueden producirse resultados falsos positivos o falsos negativos. La sensibilidad es del 50 %. Esta prueba es muy útil para la identificación de cultivos en medio sólido. Cultivo. Las muestras se culti