6.1B: PAMP bacterianos Gram-negativos

Objetivos de aprendizaje

1. Indique qué se entiende por endotoxina e indique dónde se encuentra normalmente.
2. Enumere 3 PAMPS Gram-negativos y describa brevemente cómo inician SIRS.
3. Defina la infección asociada a la atención médica y nombre 3 bacterias Gram-negativas comunes que causan HAIs.

Bacteria Destacada

1. Lee la descripción de Pseudomonas aeruginosa yempareja la bacteria con la descripción del organismo y la infección que causa.

In this section on Bacterial Pathogenesis we are looking at virulence factors that damage the host. Virulence factors that damage the host include:

1. The ability to produce Pathogen-Associated Molecular Patterns or PAMPs that bind to host cells causing them to synthesize and secrete inflammatory cytokines and chemokines;

2. The ability to produce harmful exotoxins.

3. The ability to induce autoimmune responses.

We will now look at the ability of Gram-negative bacteria to produce PAMPs that bind to host cells and cause them to synthesize and secrete inflammatory cytokines.

The Ability of PAMPs to Trigger the Production of Inflammatory Cytokines that Result in an Excessive Inflammatory Response

b. Gram-Negative PAMPs: LPS (Endotoxin), Porins in the Outer Membrane, Peptidoglycan Monomers, Mannose-Rich Glycans, and Flagellin

Para protegerse contra la infección, una de las cosas que el cuerpo debe hacer inicialmente es detectar la presencia de microorganismos. El cuerpo hace esto reconociendo moléculas únicas de microorganismos que no están asociados con células humanas. Estas moléculas únicas se denominan patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP). (Debido a que todos los microbios, no solo los microbios patógenos, poseen PAMP, los patrones moleculares asociados a patógenos a veces se denominan patrones moleculares asociados a microbios o MAMP).

Las moléculas únicas de las bacterias, como los monómeros de peptidoglicano, los ácidos teicoicos, los LPS, las porinas, el ácido micólico, los glicanos ricos en manosa y la flagelina, son PAMP que se unen a receptores de reconocimiento de patrones (PRR) en una variedad de células de defensa del cuerpo, lo que hace que sintetizar y secretar una variedad de proteínas llamadas citoquinas (def). Estas citoquinas pueden, a su vez, promover defensas inmunitarias innatas como inflamación, fiebre y fagocitosis. Esto se logra principalmente por una muerte celular programada inflamatoria llamada piroptosis que involucra complejos celulares proteicos llamados inflammasomas.

La piroptosis (def), es una muerte inflamatoria programada de células hospedadoras que está mediada por una enzima llamada caspasa 1 y puede ser desencadenada por una variedad de estímulos, incluyendo patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) de infecciones microbianas, como así como los patrones moleculares asociados al peligro (DAMP) producidos como resultado de una lesión tisular durante el cáncer, ataque cardíaco y accidente cerebrovascular. La piroptosis resulta en la producción de citocinas proinflamatorias, ruptura de la membrana plasmática celular y posterior liberación de contenidos intracelulares proinflamatorios. Desempeña un papel esencial en la inmunidad innata al promover la inflamación para controlar las infecciones microbianas. En niveles muy elevados, sin embargo, puede causar daños considerables al cuerpo e incluso la muerte. La unión de PAMP a PRR también conduce a la activación de las vías del complemento (def) y la activación de la vía de coagulación (def).

Las citocinas como el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa), la interleucina-1 (IL-1) y la interleucina-8 (IL-8) se conocen como citocinas inflamatorias (def) porque promueven la inflamación. Algunas citocinas, como la IL-8, también se conocen como quimiocinas (def). Las quimiocinas promueven una respuesta inflamatoria al permitir que los glóbulos blancos salgan de los vasos sanguíneos y entren en el tejido circundante, atrayendo quimiotácticamente estos glóbulos blancos al sitio de la infección y activando neutrófilos (def) para liberar agentes destructores para la matanza extracelular.

Como se menciona en la Unidad 1, el lipopolisacárido (LPS) en la membrana externa de la pared celular Gram-negativa (ver Figura\(\PageIndex{1}\)) también se conoce como endotoxina (def). Mientras que las porinas, los glicanos ricos en manosa, los fragmentos de peptidoglicanos y la flagelina también funcionan como PAMP, el PAMP asociado a Gram-negativo más significativo es el LPS. Las bacterias gramnegativas liberan algunas endotoxinas durante su replicación normal, pero la endotoxina se libera en cantidad tras la muerte y degradación de la bacteria. El grado de daño de la endotoxina está relacionado con el grado de liberación del LPS de la pared celular de la bacteria.

Para Más Información: La Pared Celular Gram-Negativa de la Unidad 1

1. El LPS liberado de la membrana externa de la pared celular Gram-negativa típicamente se une primero a una proteína de unión a LPS que circula en la sangre y este complejo, a su vez, se une a una molécula receptora llamada CD 14 que se encuentra en la superficie de las células de defensa tales como macrófagos (def) y células dendríticas (def) (ver Figura\(\PageIndex{2}\)) localizadas en la mayoría de los tejidos y órganos del cuerpo.

2. Se cree que la interacción de la proteína de unión a LPS con CD 14 promueve la capacidad del receptor tipo Toll (def) TLR-4 (def) para responder al LPS.

3. La interacción entre LPS y sus TLR desencadena que el macrófago libere diversos químicos reguladores de defensa llamados citoquinas, incluyendo el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-alfa), interleucina-1 (IL-1), interleucina-6 (IL-6) e interleucina-8 (IL-8), y factor activador de plaquetas (PAF) (ver Figura\(\PageIndex{2}\)). Las citocinas luego se unen a los receptores de citocinas en las células diana e inician una respuesta inflamatoria (def). También activan tanto las vías del complemento (def) como la vía de coagulación (def) (ver Figura\(\PageIndex{2}\)).

Animación en YouTube que ilustra macrófagos liberando citocinas. Núcleo Arte Médico, www. nucleusinc.com

Animación flash que ilustra receptores tipo peaje de señalización en células de defensa: LPS y TLR-4.

Versión html5 de animación para iPad que ilustra receptores tipo peaje de señalización en células de defensa: LPS y TLR-4.

Para Más Información: Patrones Moleculares Asociados a Patógenos (PAMP) de la Unidad 5

Para Más Información: Receptores de Reconocimiento de Patrones de la Unidad 5

Para Más Información: Citocinas de la Unidad 5

4. La unión de moléculas de LPS a sus TLR en las superficies de glóbulos blancos fagocíticos llamados neutrófilos (def) hace que liberen proteasas (def) y radicales de oxígeno tóxicos (def) para la matanza extracelular. Las quimiocinas (def) como la interleucina-8 (IL-8) también estimulan la destrucción extracelular. Además, LPS y citocinas estimulan la síntesis de un vasodilatador llamado óxido nítrico.

Animación flash de la muerte extracelular por neutrófilos desencadenada por la unión de LPS y quimiocinas a receptores en neutrófilos.

Versión html de animación para iPad que ilustra la muerte extracelular por neutrófilos desencadenada por la unión de LPS y quimiocinas a receptores en neutrófilos.

Debido a infecciones locales menores con pocas bacterias presentes, se liberan niveles bajos de PAMP Gram-negativos que conducen a una producción moderada de citocinas por células de defensa como monocitos (def), macrófagos (def) y dendríticas células (def) y, en general, promoviendo la defensa corporal estimulando la inflamación y la fiebre moderada, descomponiendo las reservas de energía para suministrar energía para la defensa, activando la vía del complemento (def) y la vía de coagulación (def), y generalmente estimular las respuestas inmunitarias (ver Figura\(\PageIndex{2}\)). También como resultado de estas citocinas, los glóbulos blancos fagocíticos circulantes como los neutrófilos (def) y los monocitos (def) se adhieren a las paredes de los capilares, se exprimen y entran en el tejido, proceso denominado diapedesis (def). Los glóbulos blancos fagocíticos como los neutrófilos luego matan a los microbios invasores con sus proteasas y radicales de oxígeno tóxicos. Estas defensas se cubrirán con mayor detalle en las Unidades 5 y 6.

Para Más Información: Inflamación de la Unidad 5

Para más información: las vías de complemento de la Unidad 5

Sin embargo, durante infecciones sistémicas graves con un gran número de bacterias presentes, se liberan altos niveles de PAMP Gram-negativos dando como resultado una producción excesiva de citocinas por parte de las células de defensa y esto puede dañar el cuerpo (ver Figura \(\PageIndex{3}\)). Además, los neutrófilos (def) comienzan a liberar sus proteasas y radicales de oxígeno tóxicos que matan no solo a las bacterias, sino también al tejido circundante.

Los efectos nocivos incluyen fiebre alta, hipotensión (def), destrucción de tejidos, emaciación, síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) (def), coagulación intravascular diseminada (DIC) (def) y daño al endotelio vascular. Esto puede resultar en shock (def), falla de órganos múltiples del sistema (MSOF) y, a menudo, la muerte.

Ejercicio: Preguntas de Pensar-Par-Compartir

1. Describir el mecanismo por el cual las bacterias gramnegativas inician la respuesta inflamatoria y activan la vía de coagulación y la vía del complemento.
2. Indicar cómo esto puede ser beneficioso y dañino para el organismo.

Como se vio anteriormente en esta unidad, la liberación de niveles excesivos de citocinas inflamatorias en respuesta a una infección sistémica da como resultado:

1. Una caída en el volumen sanguíneo o hipovolemia (def). Esto es causado por los siguientes eventos:

a. La muerte extracelular por neutrófilos daña las paredes capilares da como resultado que la sangre y el plasma salgan del torrente sanguíneo y entren en el tejido circundante.

b. El agotamiento de los factores de coagulación durante la coagulación intravascular diseminada (CID) puede provocar hemorragia ya que los capilares están dañados.

c. La vasodilatación prolongada da como resultado que el plasma salga del torrente sanguíneo y entre en el tejido circundante.

2. Una caída en la presión arterial o hipotensión (def). Esto es resultado de los siguientes eventos:

a. La vasodilatación prolongada provoca disminución de la resistencia vascular dentro de los vasos sanguíneos disminuye la presión arterial.

b. Altos niveles de TNF, inhiben el tono muscular liso vascular y la contractilidad miocárdica disminuyendo la capacidad del corazón para bombear sangre por todo el cuerpo.

c. Hipovolemia por daño capilar, fuga de plasma y hemorragia.

3. La incapacidad de entregar nutrientes y oxígeno a las células del cuerpo o hipoperfusión (def). Esto es resultado de los siguientes eventos:

a. La activación de la vía de coagulación de la sangre puede provocar la formación de coágulos llamados microtrombos dentro de los vasos sanguíneos de todo el cuerpo provocando la coagulación intravascular diseminada (CID) que bloquea el flujo de sangre a través de los capilares y, como se mencionó anteriormente, d epleción de factores de coagulación puede conducir a hemorragias en muchas partes del cuerpo.

b. El aumento de la permeabilidad capilar como resultado de la vasodilatación en los pulmones, así como la lesión inducida por neutrófilos en los alveolos, conduce a inflamación aguda, edema pulmonar y pérdida de intercambio de gases en los pulmones (síndrome de dificultad respiratoria aguda o SDRA). En consecuencia, la sangre no se oxigena.

c. La hipovolemia disminuye el volumen de sangre circulante y provoca hipotensión.

d. La hipotensión disminuye la presión necesaria para entregar sangre por todo el cuerpo.

6. La hipoperfusión en el hígado puede resultar en una caída en el nivel de glucosa en sangre debido a la disfunción hepática. La glucosa es necesaria para la producción de ATP durante la glucólisis y la respiración aeróbica. Una caída en los niveles de glucosa puede resultar en una disminución de la producción de ATP y una energía insuficiente para el metabolismo celular.

7. La falta de suministro de oxígeno como resultado de la hipoperfusión hace que las células cambien a fermentación para la producción de energía. Los productos finales ácidos de la fermentación conducen a acidosis y el pH incorrecto para el funcionamiento de las enzimas involucradas en el metabolismo celular. Esto puede resultar en la muerte celular irreversible.

Colectivamente, esto puede resultar en:

• Isquemia terminal (def) La isquemia es una restricción en el suministro de sangre que resulta en daño o disfunción de tejidos u órganos.
• Fallo multisistémico orgánico (MSOF) (def). Múltiples órganos comienzan a fallar como consecuencia de la hipoperfusión.
• Muerte.

Para más información: Revisión de SIRS y Choque Séptico de la Unidad 3

Mapa conceptual para sintetizar y secretar citocinas y quimiocinas inflamatorias en respuesta a PAMP

Mapa conceptual para SIRS y Shock Séptico.

La septicemia (def) es una afección en la que las bacterias ingresan a la sangre y causan daño. De acuerdo con la Hoja Informativa de Sepsis de los NIH, “Cada año, la sepsis severa golpea a unos 750,000 estadounidenses. Se estima que entre 28 y 50 por ciento de estas personas mueren -mucho más que el número de muertes en Estados Unidos por cáncer de próstata, cáncer de mama y SIDA combinados”. Los factores que contribuyen a esta alta tasa de sepsis incluyen:

1. Una población estadounidense envejecida.
2. Aumento de la longevidad de las personas con enfermedades crónicas.
3. Un incremento en el número de procedimientos médicos invasivos realizados.
4. Aumento del uso de agentes inmunosupresores y quimioterapéuticos.
5. La propagación de microorganismos resistentes a antibióticos.

Las personas que sobreviven a una sepsis grave pueden tener daño permanente en los pulmones u otros órganos. Aproximadamente 45% de los casos de septicemia se deben a bacterias Gram-positivas, 45% son resultado de bacterias Gram-negativas, y 10% se deben a hongos (principalmente la levadura Candida). Muchos de estos casos de septicemia son infecciones asociadas a la atención de la salud (HAIs) (def).

Otros ejemplos de daño por PAMP Gram-negativos son la meningitis bacteriana Gram-negativa (def) y la neumonía. Los mismos eventos inflamatorios conducen a efectos idénticos en el cerebro y la disminución del suministro de oxígeno y glucosa a las células del cerebro da como resultado daño y muerte del tejido cerebral. Cuando las bacterias Gram-negativas ingresan a los alvéolos (def) de los pulmones y son lisadas por antibióticos o defensas corporales, las PAMP bacterianas Gram-negativas se unen a receptores en las células endoteliales, el epitelio alveolar y los leucocitos causando la liberación de TNF-alfa, IL-1 y quimiocinas. Esto conduce a una mayor permeabilidad vascular que permite que fluidos serosos, glóbulos rojos y leucocitos ingresen a los espacios de aire del pulmón donde se produce el intercambio de gases. Esto impide el intercambio normal de gases y la persona se ahoga en sus propios fluidos serosos (def).

Las bacterias Gram-negativas médicamente importantes incluyen patógenos clásicos como Neisseria meningitidis (inf), Salmonella (inf), Neisseria gonorrhoeae (ver fotomicrografía) (inf), y Hemophilus influenzae tipo b (inf).

Además, muchas microbiotas intestinales Gram-negativas normales como Escherichia coli, Proteus, Klebsiella, Enterobacter, Serratia y Pseudomonas aeruginosa son responsables de una variedad de infecciones oportunistas (inf) incluyendo infecciones del tracto urinario, infecciones de heridas, neumonía y septicemia. Estas bacterias deben gran parte de su daño a los LPS.

Bacteria destacada: Pseudomonas aeruginosa Da click en este enlace, lee la descripción de Pseudomonas aeruginosa, y poder hacer coincidir la bacteria con su descripción en un examen.

Estos bacilos Gram-negativos de flora normal (junto con bacterias Gram-positivas como Staphylococcus aureus y Enterococcus faecalis) se encuentran entre las causas más comunes de infecciones asociadas a la atención de la salud (HAI) (def). Las cuatro bacterias Gram-negativas que causan ICH más comunes son Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter species y Klebsiella pneumoniae. Colectivamente, estas cuatro bacterias representaron 32% de todas las HAIs en Estados Unidos entre 1990 y 1996. Hay más de dos millones de infecciones nosocomiales por año en Estados Unidos.

Según el sitio web de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) Health care associated infection, “Tan solo en los hospitales estadounidenses, las infecciones asociadas a la atención médica representan aproximadamente 1.7 millones de infecciones y 99 mil muertes asociadas cada año. De estas infecciones:

• 32 por ciento de todas las infecciones asociadas a la atención médica son infecciones del tracto urinario
• 22 por ciento son infecciones del sitio quirúrgico
• 15 por ciento son neumonía (infecciones pulmonares)
• 14 por ciento son infecciones del torrente sanguíneo”

Artículo de Medscape sobre infecciones asociadas a organismos mencionados en este Objeto de Aprendizaje. El registro para acceder a este sitio web es gratuito. Neisseria gonorrhoeae Neisseria meningitidis Especies de Salmonella Escherichia coli Especies de Proteus Especies de Klebsiella Especies de enterobacter Especies de Serratia Pseudomonas aeruginosa

Resumen

1. Los PAMP asociados con bacterias Gram-negativas incluyen LPS (endotoxina) y porinas en la membrana externa, fragmentos de peptidoglicanos, azúcares ricos en manosa y flagelina.
2. Aproximadamente 45% de los casos de septicemia se deben a bacterias Gram-negativas.
3. Las bacterias Gram-negativas de importancia médica incluyen patógenos clásicos como Neisseria meningitidis, Salmonella, Neisseria gonorrhoeae y Hemophilus influenzae tipo b.
4. Muchas microbiotas intestinales Gram negativas normales como Escherichia coli, Proteus, Klebsiella, Enterobacter, Serratia y Pseudomonas aeruginosa son responsables de una variedad de infecciones oportunistas que incluyen infecciones del tracto urinario, infecciones de heridas, neumonía y septicemia.
5. Las cuatro bacterias Gram-negativas más comunes que causan infecciones asociadas a la atención de la salud (HAI) son Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter species y Klebsiella pneumoniae. Colectivamente, estas cuatro bacterias representaron 32% de todas las infecciones nosocomiales en Estados Unidos entre 1990 y 1996. Hay más de dos millones de HAIs al año en Estados Unidos.

Preguntas

Estudie el material en esta sección y luego escriba las respuestas a estas preguntas. No se limite a hacer clic en las respuestas y escríbelas. Esto no pondrá a prueba tu comprensión de este tutorial.

1. Indicar qué se entiende por endotoxina y dónde se encuentra normalmente. (ans)
2. Defina la infección asociada a la atención médica y nombre 3 bacterias Gram-negativas comunes que causan HAIs. (ans)
3. Acabamos de enterarnos de que durante una infección Gram-negativa grave, el LPS de la pared celular gramnegativa puede unirse a macrófagos provocando su liberación de quimiocinas y citocinas y esto es lo que entonces puede conducir a la cascada de choque a menudo letal. ¿Por qué el cuerpo humano evolucionaría un mecanismo para la unión de LPS a macrófagos si es potencialmente dañino? (ans)
4. Opción múltiple (ans)