11.1B: Visión general de las reacciones humano-microbianas

Objetivos de aprendizaje

• Describir las relaciones entre humanos y microbios: no patógenos y patógenos

El Proyecto Microbioma Humano

El Proyecto de Microbioma Humano (HMP) es una iniciativa de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos destinada a identificar y caracterizar los microorganismos que se encuentran en asociación con humanos sanos y enfermos.

Figura: Bacterias que se encuentran comúnmente en y en humanos: Esta es una representación del cuerpo humano y las bacterias que predominan a lo largo de él.

Las células microbianas totales que se encuentran en asociación con humanos pueden exceder el número total de células que componen el cuerpo humano en un factor de diez a uno. El número total de genes asociados con el microbioma humano podría superar el número total de genes humanos en un factor de 100 a uno.

Los organismos que se espera que se encuentren en el microbioma humano generalmente pueden clasificarse como bacterias (la mayoría), arqueas, levaduras y eucariotas unicelulares, así como diversos parásitos y virus de helmintos, como los que infectan organismos microbiomas celulares.

El proyecto HMP descubrió varias “sorpresas”, entre ellas:

• Los genes que codifican proteínas bacterianas se estiman como 360 veces más abundantes que los genes humanos.
• Las actividades metabólicas microbianas, por ejemplo, la digestión de las grasas, no siempre son proporcionadas por la misma especie bacteriana.
• Los componentes del microbioma humano cambian con el tiempo, afectados por el estado de enfermedad del paciente y la medicación.

Ejemplos de interacciones no patógenas

La flora intestinal consiste en microorganismos que viven en el tracto digestivo de los animales y es el mayor reservorio de flora humana. El cuerpo humano, que consiste en unos 10 billones de células, transporta cerca de diez veces más microorganismos en los intestinos. Las actividades metabólicas que realizan estas bacterias se asemejan a las de un órgano, lo que lleva a algunas a relacionar las bacterias intestinales con un órgano “olvidado”.

Las bacterias constituyen la mayor parte de la flora en el colon y hasta el 60% de la masa seca de las heces. Entre 300 y 1000 especies diferentes viven en el intestino. Es probable que el 99% de las bacterias provengan de unas 30 o 40 especies. Los hongos y protozoos también forman parte de la flora intestinal, pero poco se sabe sobre sus actividades.

Se piensa que la relación entre la flora intestinal y los humanos no es meramente comensal, sino una relación mutualista. Aunque las personas pueden sobrevivir sin flora intestinal, los microorganismos realizan una serie de funciones útiles, como fermentar sustratos energéticos no utilizados, entrenar el sistema inmunológico, prevenir el crecimiento de bacterias dañinas y patógenas, regular el desarrollo del intestino, producir vitaminas para el huésped y producir hormonas para dirigir al huésped a almacenar grasas. En ciertas condiciones, algunas especies pueden causar enfermedades al producir infección o aumentar el riesgo de cáncer del huésped.

La microbiota cutánea está compuesta principalmente por bacterias de las cuales hay alrededor de 1000 especies sobre la piel humana de 19 filos. El número total de bacterias en un humano promedio se ha estimado en 10 ¹².

La flora cutánea suele ser no patógena y comensal o mutualista. Los beneficios de las bacterias incluyen evitar que los organismos patógenos transitorios colonicen la superficie de la piel, ya sea compitiendo por nutrientes, secretando químicos contra ellos o estimulando el sistema inmunológico de la piel. Los microbios residentes pueden causar enfermedades de la piel e ingresar al sistema sanguíneo creando enfermedades potencialmente mortales, particularmente en personas inmunodeprimidas.

Interacciones patógenas

Entre las variedades casi infinitas de microorganismos, relativamente pocas causan enfermedades en individuos por lo demás sanos. La enfermedad infecciosa es el resultado de la interacción entre esos pocos patógenos y las defensas de los huéspedes que infectan. Las enfermedades infecciosas comprenden la enfermedad clínicamente evidente resultante de la infección, y la presencia y crecimiento de agentes biológicos patógenos en un organismo hospedador individual. Los patógenos infecciosos incluyen algunos virus, bacterias, hongos, protozoos, parásitos multicelulares y proteínas aberrantes conocidas como priones. Los patógenos primarios causan enfermedad como consecuencia de su presencia o actividad dentro del hospedador normal y sano. Su virulencia intrínseca se debe a su necesidad de reproducirse y propagarse.

Figura: El plasmodio de la malaria: La malaria se transmite a personas y animales por mosquitos. Los esporozoitos palúdicos se desarrollan dentro de los oocistos y se liberan en grandes cantidades en el hemocoel de los mosquitos Anopheles stephensi. Esta micrografía electrónica de color falso muestra un esporozoito migrando a través del citoplasma del epitelio del intestino medio.

Los organismos que causan una enfermedad infecciosa en un hospedador con resistencia deprimida se clasifican como patógenos oportunistas. La enfermedad oportunista puede ser causada por microbios que normalmente están en contacto con el huésped, como bacterias patógenas u hongos en el tracto gastrointestinal. También pueden ser el resultado de microbios (por lo demás inocuos) adquiridos de otros huéspedes o del ambiente como resultado de la introducción traumática (como en las infecciones de heridas quirúrgicas). Una enfermedad oportunista requiere el deterioro de las defensas del huésped, que pueden ocurrir como resultado de defectos genéticos, exposición a medicamentos antimicrobianos o químicos inmunosupresores, exposición a radiación ionizante, o como resultado de una enfermedad infecciosa con actividad inmunosupresora.

El éxito de cualquier patógeno depende de su capacidad para eludir las respuestas inmunes del huésped. Por lo tanto, los patógenos evolucionaron varios métodos que les permiten infectar con éxito a un huésped, a la vez que evaden el sistema inmunológico. Las bacterias a menudo superan las barreras físicas al secretar enzimas que digieren la barrera. Una estrategia de evasión utilizada por varios patógenos para evitar el sistema inmune innato es esconderse dentro de las células de su huésped. Los mecanismos utilizados para evadir el sistema inmune adaptativo son más complicados. El enfoque más simple es la variación antigénica: cambios rápidos de epítopos no esenciales en la superficie del patógeno, manteniendo ocultos los epítopos esenciales.

Puntos Clave

• Aunque las personas pueden sobrevivir sin flora intestinal, los microorganismos realizan una serie de funciones útiles: fermentar sustratos energéticos no utilizados, entrenar el sistema inmunológico, prevenir el crecimiento de bacterias dañinas, regular el desarrollo del intestino y producir vitaminas y hormonas para el huésped.
• Los organismos que se espera que se encuentren en el microbioma humano generalmente pueden clasificarse como bacterias (la mayoría), arqueas, levaduras y eucariotas unicelulares, así como varios parásitos y virus de helmintos.
• La flora de la piel suele ser comensal o mutualista. Los beneficios de las bacterias incluyen evitar que los organismos patógenos transitorios colonicen la superficie de la piel. Los microbios residentes pueden causar enfermedades de la piel y crear enfermedades potencialmente mortales, particularmente en personas inmunodeprimidas.
• Entre las variedades casi infinitas de microorganismos, relativamente pocas causan enfermedades en individuos por lo demás sanos. La enfermedad infecciosa es el resultado de la interacción entre esos pocos patógenos y las defensas de los huéspedes que infectan.
• Los patógenos primarios causan enfermedades como consecuencia de su actividad en el huésped sano y su virulencia intrínseca se debe a su necesidad de reproducirse y diseminarse. Los organismos que causan una enfermedad infecciosa en un hospedador con resistencia deprimida se clasifican como oportunistas.
• El éxito de cualquier patógeno depende de su capacidad para eludir las respuestas inmunes del huésped. Por lo tanto, los patógenos evolucionaron varios métodos que les permiten infectar con éxito a un huésped, a la vez que evaden el sistema inmunológico.

Términos Clave

• Microbioma humano: El agregado de microorganismos que residen en la superficie y en capas profundas de la piel, en la saliva y mucosa oral, en la conjuntiva, y en el tracto gastrointestinal. Incluyen bacterias, hongos y arqueas. Algunos de estos organismos realizan tareas que son útiles para el huésped humano. Sin embargo, la mayoría no tiene ningún efecto beneficioso o dañino conocido.
• Patógeno primario: Estos patógenos causan enfermedades como consecuencia de su presencia o actividad dentro del hospedador normal y sano. Su virulencia intrínseca (la gravedad de la enfermedad que causan) se debe a su necesidad de reproducirse y diseminarse.
• Patógeno oportunista: Los organismos que causan una enfermedad infecciosa en un hospedador con resistencia deprimida se clasifican como patógenos oportunistas. La enfermedad oportunista puede ser causada por microbios que normalmente están en contacto con el huésped, como bacterias patógenas u hongos en el tracto gastrointestinal o el tracto respiratorio superior. También pueden ser el resultado de microbios (por lo demás inocuos) adquiridos de otros huéspedes o del ambiente como resultado de una introducción traumática. Una enfermedad oportunista requiere el deterioro de las defensas del huésped.