21: Patogenicidad Bacteriana

Un microbio que es capaz de causar enfermedades es referido como patógeno, mientras que al organismo que se infecta se le llama huésped. La capacidad de causar enfermedades se conoce como patogenicidad, con patógenos que varían en su capacidad. Un patógeno oportunista es un microbio que típicamente infecta a un huésped que se ve comprometido de alguna manera, ya sea por un sistema inmunitario debilitado o por una violación de las defensas naturales del organismo, como una herida. La medición de la patogenicidad se llama virulencia, siendo los patógenos altamente virulentos más propensos a causar enfermedad en un huésped.

Es importante recordar que existen muchas variables a tener en cuenta en una interacción huésped-patógeno, que es una relación dinámica que cambia constantemente. La virulencia del patógeno es importante, pero también lo es el número de microbios que ingresaron al huésped, la ubicación de entrada, la salud general del huésped y el estado de las defensas del huésped. La exposición a un patógeno no asegura que se produzca la enfermedad, ya que un huésped podría combatir la infección antes de que se desarrollen los signos/síntomas de la enfermedad.

Interacciones huésped-patógeno.

Transmisión de patógenos

Una infección comienza con la exposición a un patógeno. El sitio natural o hogar de un patógeno se conoce como reservorio y puede ser animado (humano o animal) o inanimado (agua, suelo, comida). Un patógeno puede recogerse de su reservorio y luego propagarse de un huésped infectado a otro. Los portadores juegan un papel importante en la propagación de la enfermedad, ya que portan el patógeno pero no muestran síntomas evidentes de enfermedad. Una enfermedad que ocurre principalmente dentro de las poblaciones animales pero que se puede propagar a los humanos se llama zoonosis, mientras que una infección adquirida en el hospital se conoce como infección nosocomial.

El mecanismo por el cual un patógeno es captado por un huésped se conoce como modo de transmisión, con los principales mecanismos enumerados a continuación:

Contacto directo

El contacto directo incluye el contacto de anfitrión a anfitrión, como a través de besos o relaciones sexuales, donde una persona puede entrar en contacto con la piel o los fluidos corporales de otra persona. Una futura madre puede transmitir un patógeno a su bebé por contacto vertical durante el embarazo, o durante el acto de dar a luz.

Transmisión de gotitas

La transmisión de gotitas a menudo también se considera una forma de contacto directo. Implica la transmisión por gotitas respiratorias, donde un huésped infectado expulsa al patógeno en diminutas gotitas al toser o estornudar, que luego son inhaladas por un huésped cercano. Estas gotitas no se transmiten a través del aire a largas distancias, ni permanecen infecciosas por mucho tiempo.

Contacto indirecto

El contacto indirecto implica la transferencia del agente infeccioso a través de algún tipo de intermediario, como un objeto o persona contaminada. El patógeno podría depositarse sobre un objeto inanimado, llamado fomite, que luego es utilizado por otra persona. Esto podría incluir un juguete compartido o una superficie comúnmente tocada, como un pomo de puerta o un teclado de computadora. Alternativamente, una atención médica trabajada podría transmitir un patógeno de un paciente a otro, si no cambiaban sus guantes entre pacientes.

Transmisión aerotransportada

La transmisión en el aire se produce debido a patógenos que se encuentran en pequeñas partículas o gotitas en el ambiente, los cuales pueden permanecer infecciosos con el tiempo y la distancia. Un ejemplo podrían ser las esporas de hongos que se inhalan durante una tormenta de polvo.

Transmisión fecal-oral

La transmisión fecal-oral ocurre cuando un huésped infectado está derramando el patógeno en sus heces que contaminan los alimentos o el agua que es consumida por el siguiente huésped.

Transmisión vectorborne

La transmisión vectorial ocurre cuando un vector artrópodo, como mosquitos, moscas, garrapatas, se involucra en la transmisión. A veces el vector simplemente recoge los agentes infecciosos en sus partes externas del cuerpo y lo transporta a otro huésped, pero normalmente el vector recoge el agente infeccioso cuando muerde a un huésped infectado. El agente es recogido en la sangre, y luego se propaga al siguiente huésped cuando el vector pasa a morder a otra persona.

Transmisión de patógenos.

Factores de Virulencia

Para que una bacteria sea virulenta, debe tener capacidades que le permitan infectar a un huésped. Estas capacidades surgen de estructuras físicas que tiene la bacteria o sustancias químicas que la bacteria puede producir. Colectivamente, las características que contribuyen a la virulencia se denominan factores de virulencia. Los genes que codifican los factores de virulencia se encuentran comúnmente agrupados en el cromosoma del patógeno o ADN plasmídico, llamadas islas de patogenicidad. Estas islas de patogenicidad se pueden distinguir por un contenido de G+C que difiere del resto del genoma y la presencia de secuencias similares a la inserción que flanquean la agrupación de genes. Las islas de patogenicidad facilitan el intercambio de factores de virulencia entre bacterias debido a la transferencia horizontal de genes, lo que lleva al desarrollo de nuevos patógenos a lo largo del tiempo.

A menudo, los genes de los factores de virulencia se controlan mediante detección de quórum, para asegurar la activación génica cuando la población de patógenos está en una densidad óptima. Activar los genes demasiado pronto podría alertar al sistema inmunitario del huésped al invasor, acortando la infección bacteriana.

Adhesión y colonización

Los patógenos bacterianos deben poder agarrarse a las células o tejidos hospedadores, y resistir la eliminación por medios físicos (como estornudos) o medios mecánicos (como el movimiento de las células ciladas que recubren nuestras vías respiratorias). La adherencia puede involucrar capas de polisacáridos hechas por las bacterias, como una capa de cápsula o limo, que proporcionan adhesión a las células hospedadoras así como resistencia a la fagocitosis. La adherencia también se puede lograr mediante estructuras físicas como un pilus o flagelo.

Una vez que las células se adhieren con éxito a una superficie, aumentan en número, utilizando los recursos disponibles en el sitio. Esta colonización es importante para la supervivencia de patógenos y la invasión a otros sitios, lo que producirá mayores nutrientes y espacio para la creciente población.

Invasión

Invasión se refiere a la capacidad del patógeno para propagarse a otras localizaciones del hospedador, al invadir células o tejidos hospedadores. Por lo general, es en este punto cuando se producirá la enfermedad o los signos/síntomas obvios de la enfermedad. Si bien las estructuras físicas aún pueden desempeñar un papel en la invasión, la mayoría de los patógenos bacterianos producen una amplia gama de productos químicos, específicamente enzimas que afectan a las células y tejidos del huésped. Enzimas como la colagenasa, que permite que el patógeno se propague al descomponer el colágeno que se encuentra en el tejido conectivo. O leucocidinas, que destruyen los glóbulos blancos del huésped, disminuyendo la resistencia. Las hemolisinas lisan los glóbulos rojos del huésped, liberando hierro, un factor limitante del crecimiento de las bacterias.

Las bacterias en el torrente sanguíneo, una afección conocida como bacteriemia, pueden propagarse rápidamente a ubicaciones en todo el huésped. Esto puede resultar en una infección sistémica masiva conocida como septicemia, que puede resultar en shock séptico y muerte, ya que el huésped se ve abrumado por el patógeno bacteriano y sus productos.

Toxinas

Las toxinas son un factor de virulencia muy específico producido por algunos patógenos bacterianos, en forma de sustancias que son venenosas para el huésped. La toxigenicidad se refiere a la capacidad de un organismo para producir toxinas. Para las bacterias, hay dos categorías de toxinas, las exotoxinas y las endotoxinas.

Exotoxinas

Las exotoxinas son proteínas solubles sensibles al calor que son liberadas al ambiente circundante por un organismo vivo. Estas sustancias increíblemente potentes pueden extenderse por todo el cuerpo del huésped, causando daños distantes del sitio original de la infección. Las exotoxinas están asociadas con enfermedades específicas, con los genes de toxina a menudo transportados en plásmidos o por profagos. Hay muchas bacterias diferentes que producen exotoxinas, causando enfermedades como el botulismo, el tétanos y la difteria. Hay tres categorías de exotoxinas:

1. Tipo I: superficie activa celular: estas toxinas se unen a los receptores celulares y estimulan las respuestas celulares. Un ejemplo es el superantígeno, que estimula las células T del huésped, un componente importante del sistema inmune. Las células T estimuladas producen una cantidad excesiva de la molécula de señalización citocina, causando inflamación masiva y daño tisular.
2. Tipo II: dañinas a la membrana — estas toxinas ejercen su efecto sobre la membrana de la célula huésped, a menudo formando poros en la membrana de la célula diana. Esto puede llevar a la lisis celular a medida que el contenido citoplásmico sale corriendo y el agua se precipita, alterando el equilibrio osmótico de la célula.
3. Tipo III: intracelular: estas toxinas obtienen acceso a una célula huésped en particular y estimulan una reacción dentro de la célula diana. Un ejemplo es la toxina AB — estas toxinas están compuestas por dos subunidades, una porción A y una porción B. La subunidad B es la porción de unión de la toxina, responsable de reconocer y unirse al tipo celular correcto. La subunidad A es la porción con actividad enzimática. Una vez entregada a la célula correcta por la subunidad B, la subunidad A aplica algún mecanismo sobre la célula, lo que conduce a una disminución de la función celular y/o muerte celular. Un ejemplo es la toxina tetánica producida por la bacteria Clostridrium tetani. Una vez entregada a una neurona, la subunidad A escindirá el sinaptobreven celular, resultando en una disminución en la liberación de neurotransmisores. Esto da como resultado parálisis espástica del huésped. Cada toxina AB está asociada con una enfermedad diferente.

Toxina AB: Unión a la Célula Huésped.

Endotoxinas

Las endotoxinas son elaboradas por bacterias gram negativas, como componente de la membrana externa de su pared celular. La membrana externa contiene lipopolisacárido o LPS, siendo el componente tóxico la parte lipídica conocida como lípido A. El lípido A es estable al calor y solo se libera cuando se lisa la célula bacteriana. El efecto sobre el hospedador es el mismo, independientemente de qué bacteria hizo el lípido A: fiebre, diarrea, debilidad y coagulación sanguínea. Una liberación masiva de endotoxina en un huésped puede causar choque endotoxina, que puede ser mortal.

Palabras clave

patógeno, hospedador, patogenicidad, patógeno oportunista, virulencia, reservorio, portador, infección nosocomial, modo de transmisión, contacto directo, contacto vertical, transmisión de gotitas, contacto indirecto, fomite, transmisión aérea, transmisión fecal-oral, transmisión vectorial, factor de virulencia, isla de patogenicidad, adherencia, colonización, invasión, bacteriemia, septicemia, toxina, toxigenicidad, exotoxina, toxina tensoactiva tipo I/célula, superantígeno, célula T, citocina, tipo II/toxina dañina membrana, tipo II/toxina intracelular, toxina AB, endotoxina, lípido A, choque de endotoxina.

Preguntas de Estudio

1. ¿Cuáles son los diferentes términos asociados a la patogénesis bacteriana? ¿En qué se diferencian y a qué se refieren?
2. ¿Cuáles son los componentes que juegan un papel en la interacción huésped-patógeno?
3. ¿Qué términos están asociados con la transmisión de patógenos? ¿Cuáles son las diferentes formas en que se pueden transmitir los patógenos? ¿Qué implica para cada modo de transmisión?
4. ¿Qué son los factores de virulencia? ¿Qué papel juegan las islas de patogenicidad en la dispersión de factores de virulencia?
5. ¿Por qué la adherencia y colonización son importantes para un patógeno bacteriano? ¿En qué se diferencia la invasión?
6. ¿Qué tipos de toxinas producen los patógenos bacterianos? ¿Qué características tienen?