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APUTES DE MICROBIOLOGIA APLICADA
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Pfra. Dña. María Tortolero
TEMA 1. DESARROLLO HISTORICO DE LA MICROBIOLOGIA 3.10. Introducción.- La palabra Microbiología deriva de la unión de tres vocablos griegos: micro, bio y logos. Es la Ciencia que estudia los microorganismos, definiéndose a estos como aquellos organismos vivos que para ser vistos se necesita de la ayuda de un microscopio. El ojo humano es capaz de discernir objetos que un tamaño igual o mayor de un milímetro, por lo que se ha convenido que cualquier organismo vivo de un tamaño menor de un milímetro se considera un microorganismo (MOr).
Desarrollo histórico.- El desarrollo de la Microbiología está asociado al desarrollo de la microscopía y a los métodos de cultivo y desarrollo de MOr. Ambos métodos se pusieron de manifiesto en el s. XIX, por lo que la historia de la Microbiología comienza a partir de este momento.
La historia de la Microbiología la podemos dividir en cuatro etapas:
I.- Una primera etapa precientífica (5000 a.C hasta el siglo XVII). Es una etapa en la que la Microbiología es especulativa e intuitiva porque no existían medios para ver los microorganismos. Se sabía que existían por la observación de los cambios que producían en la materia (leche, vino, etc) pero no se podían ver. Esta etapa alcanza hasta el s. XVII con la llegada de los microscopistas. II.- La segunda etapa abarca desde que se comienza a poder ver los MOr hasta la primera mitad del s. XIX. Es una etapa de observación y descriptiva en la que se trata de colocar a los MOr en grupos taxonómicos. Los microscopios ópticos (MO) eran muy rudimentarios y sólo se podía ver la forma y el tamaño de los MOr. III.- La tercera etapa constituye la Edad de Oro de la Microbiología, y comprende desde la segunda mitad del s. XIX hasta la mitad del s. XX. En esta etapa se ponen a punto las técnicas de aislamiento y cultivos puros axénicos de MOr. Los trabajos más importantes en este sentido son los realizados por los científicos R. Koch y L. Pasteur. IV.- La cuarta etapa comprende desde la mitad del s. XX hasta nuestros días y va asociada al descubrimiento del ADN y de la aplicación de las leyes de la herencia a los MOr con la genética microbiana, es la era de la genómica proteómica.
Primera Edad de Oro de la Microbiología.- En esta edad de oro se descubren las causas de las enfermedades infecciosas, pero el conocimiento de que los MOr podían provocar enfermedades se remonta a los trabajos de Lucrecio en el año 96 a.C. (poeta latino en cuya obra recoge y vulgariza en gran medida la doctrina materialista de Epicuro, según la cual el mundo está constituido por átomos, elementos indivisibles que, por ser extremadamente tenues, escapan a nuestros sentidos y cuyo número es infinito. El hombre es mortal, y su felicidad depende de aceptar este hecho y perder el miedo a los dioses). Cicerón, contemporáneo de Lucrecio también decía que las fiebres se debían a la multiplicación de los “animalillos”.
Se ha dicho que la figura medieval más importante en relación con la Historia de la Ciencia es Roger Bacon (1214-1294), franciscano, que fue profesor en París y Oxford. Aparte de sus escritos sobre matemáticas y óptica, resulta especialmente interesante su visión de que el conocimiento natural conllevaría grandes progresos para beneficio del hombre. Tanto, en Bacon como en otros autores de su tiempo, el interés por la óptica está relacionado con el uso de cristales ópticos y con la introducción en Europa de las gafas.
Girolamo Fracastoro de Verona, fue un médico, erudito y poeta italiano que especuló sobre dos posibles vías de contagio de las enfermedades: el aire y el contagio directo. En 1530 escribió Syphilis sive morbus gallicus, cuya traducción al castellano sería "Sífilis o el mal francés". Se trata de un poema en el que un pastor español de nombre Sífilis es castigado con esta enfermedad por no respetar a los dioses.
Friedrich Gustav Jakob Henle, s. XIX, fue un médico patólogo, anatomista y zoólogo alemán, descubridor del “asa de Henle” en el riñón. Sus trabajos, junto con los de otros científicos de la época dieron lugar a que la anatomía patológica, la fisiología y la microbiología alcanzaran un nivel espectacular y la clínica ganara en calidad y se atuviera a los postulados del laboratorio.
En la siguiente tabla se muestran los descubrimientos realizados de los MOr que producen las enfermedades indicadas.
Los MOr como causa de las enfermedades infecciosas. Postulados de Koch.- Robert Koch (1.843-1.910), fue un bacteriólogo alemán galardonado con el Premio
La aplicación de los cuatro postulados dio tal impulso a la microbiología que desde que en 1.836 se consideró como cierta la Teoría Microbiana de las Enfermedades Infecciosas hasta 1.866, alrededor de 30 años, se identificaron las principales enfermedades infecciosas de origen microbiano.
Pasteur estudió también las enfermedades desde el punto de vista del enfermo, es decir, los mecanismos que el enfermo dispone para la atenuación o destrucción del patógeno. Ello conllevó al comienzo de la utilización de las vacunas.
Desde 1.909 hasta 1.990, todos los conocimientos adquiridos acerca de los patógenos se han fundamentado en los cuatro postulados de Koch. Pero mediante estos postulados no se pudo comprobar los mecanismos por los cuales el patógeno produce la enfermedad. Además, en algunos casos de enfermedades en humanos no se dispone de animales modelos para inducir la enfermedad y comprobar los resultados. Para ello se utiliza en la actualidad los conocimientos de la microbiología molecular.
Aunque los criterios que Koch desarrolló para probar una relación causal entre un microorganismo y una enfermedad determinada han sido de trascendental importancia en la microbiología médica, no siempre es posible aplicarlos en el estudio de enfermedades humanas. Por ejemplo, algunos patógenos no pueden multiplicarse en cultivo puro fuera del hospedador, otros patógenos se multiplican únicamente en el hombre, no siendo posible la experimentación animal.
La identificación, aislamiento y clonaje de genes responsables de la virulencia del patógeno han hecho posible el desarrollo de un modelo molecular de los postulados de Koch, que resuelve alguna de estas dificultades. El énfasis se centra en genes de virulencia presentes en el agente infeccioso a estudio, más que sobre el agente per se.
Los postulados moleculares pueden resumirse como siguen:
- La característica relacionada con la virulencia en estudio debería estar más asociada con las cepas patogénicas que con las no patogénicas.
- La inactivación del gen o genes asociados con la supuesta característica relacionada con la virulencia debería disminuir sustancialmente la virulencia.
- La complementación del gen mutado con el gen de la cepa salvaje debería restablecer completamente la virulencia.
- El gen debería expresarse en algún momento durante la infección y evolución de la enfermedad.
- Los anticuerpos u otros productos del sistema inmunitario dirigidos frente a los productos de dicho gen deberían proteger al huesped.
En cualquier caso, esta aproximación molecular no siempre puede ser aplicada debido a problemas tales como la ausencia de un sistema animal apropiado de experimentación. Igualmente, será problemático utilizar el enfoque molecular cuando el patógeno no está bien caracterizado genéricamente.
Segunda Edad de Oro de la Microbiología: el nacimiento de la Microbiología Celular.- Los primeros antibióticos basados en la penicilina se comenzaron a usar en el año 1.940 y fue tan grande el éxito conseguido que se pensó que las enfermedades bacterianas desaparecerían. Tal fue el éxito alcanzado que muchos
científicos abandonaron los estudios de la patogénesis bacteriana para dedicarse al estudio de la patogénesis vírica, puesto que creyeron que las bacterias desaparecerían. Pronto se comprobó que las enfermedades infecciosas bacterianas no desaparecían y que algunas incluso rebrotaban con más fuerza (tuberculosis), o aparecían enfermedades nuevas (legionelosis, o la enfermedad de Lyme, también conocida como borreliosis, que es una enfermedad infecciosa causada por la bacteria Borrelia burgdorferi, que es trasmitida por las garrapatas).
A pesar de los antibióticos, las enfermedades de tipo bacteriano siguen siendo un problema en el mundo actual, como podemos ver en la tabla.
Las muertes asociadas a enfermedades infecciosas se muestran en la siguiente tabla:
Pero la incidencia de las enfermedades infecciosas está muy relacionada con el grado de desarrollo cultural y económico de cada país, así podemos ver en el gráfico
aplicación de la microbiología celular que estudia a los MOr en sus ecosistemas, es decir, en la superficie del tejido corporal animal. Ya no se trata de hacer cultivos puros sino de estudiar la acción de las bacterias sobre las células del cuerpo, analizando qué genes del patógeno y qué genes del paciente se activan o desactivan ante una infección. Siempre que se conozcan los mecanismos usados por los patógenos para provocar la infección se podrá actuar sobre ellos interfiriendo su acción.
Con el uso de los antibióticos se están seleccionando las cepas resistentes porque las no resistentes mueren, dejando el campo libre a las resistentes. Por ello, en la actualidad se trata de atenuar sólo los efectos de los mecanismos de infección como el “quórum sensing”, o los procesos de adhesión del patógeno a la superficie celular, etc., consiguiéndose con ello no destruir al patógeno sino impedir que produzca la infección. Son sistemas que podríamos calificar de “más finos” que los antibióticos que acaban totalmente con el patógeno.
TEMA 2. ATURALEZA DE LAS ASOCIACIOES SIBIOTICAS I
La microbiota normal del cuerpo humano.- Desde que nacemos hasta que morimos desarrollamos unas relaciones extensísimas con una gran cantidad y variedad de MOr, la mayoría bacterianos. Se piensa que hay unas 10 células microbianas por cada célula humana, de manera que somos el 90% microbio. Tenemos 150 veces más genes microbianos que humanos y unos 2kg de MOr en el intestino.
Se entiende por microbiota normal al conjunto de MOr que mantienen una relación estable con el ser humano. Estos MOr viven sobre la superficie corporal externa, compuesta por la piel y la conjuntiva del ojo, y en la interna de la nariz, laringe, trato digestivo, ano, vagina y uretra.
La microbiota normal contiene tres tipos de MOr: a) los residentes, que son aquellos que se pueden aislar de nuestra superficie a lo largo de toda la vida. b) los oportunistas, que son normalmente inocuos pero que pueden producir enfermedades en determinadas condiciones (cuando se rompen o debilitan los mecanismos de defensa frente a patógenos). Las enfermedades más comunes son debidas a oportunistas. c) microbiota variable, compuesta por algunas especies microbianas que cambian sus características en función de las condiciones ambientales de su hábitat (ej: la microbiota de la boca es generalmente aerobia pero varía con la edad y cuando existen infecciones dentales aparecen MOr anaerobios; también es variable la microbiota del intestino porque el pH varía con la edad, o como ocurre con el pH de la vagina que varía en función de los estrógenos que penetran vía placenta aunque desaparece la acidez a las pocas semanas del nacimiento).
Los factores que determinan la microbiota normal son las características normales ambientales del cuerpo humano (físicas, estructurales, mecánicas y bioquímicas) y los mecanismos de adaptación microbiana a los factores físicos, a la disponibilidad de nutrientes y a las características bioquímicas y mecánicas de los epitelios.
En los tejidos internos no se suelen encontrar bacterias, pero cuando estas están presentes es que se trata de una patología infecciosa.
La microbiota transeúnte está formada por el conjunto de MOr que no establecen una relación estrecha con las células de la piel y se pueden eliminar fácilmente mediante lavado.
4.10. La microbiota normal vive en simbiosis con el hospedador, que es de mayor tamaño. El huésped o simbionte vive sobre o dentro del hospedador.
Hay varios tipos de simbiosis: a) comensalismo; b) mutualismo y c) parasitismo. Las diferencias entre ellas se basan en los beneficios o perjuicios para cada parte que aporta la asociación.
La piel está formada por muchas capas distintas por lo que es más difícil de atravesar que las mucosas puesto que estas están formadas sólo por el epitelio y el tejido conjuntivo subyacente.
Periódicamente la piel se desfolia y con ello también se eliminan los MOr que viven sobre ella, pero también hay algunos tipos de bacterias que frenan la desfoliación.
Hasta ahora hemos visto el problema de la simbiosis desde el punto de vista del hospedador en cuanto a las características que presenta la superficie para recibir al simbionte. Desde el punto de vista del huésped o simbionte existen los siguientes factores que determinan la simbiosis:
a) adaptación microbiana a las características de la piel y mucosas. b) adaptación a la disponibilidad de nutrientes. El gran problema de los MOr es la escasa disponibilidad del hierro en su hábitat normal. Para adaptarse a estas circunstancias deben poseer sistemas de captación de hierro muy eficaces. c) deben ser tolerantes a las características bioquímicas de la superficie d) deben adaptarse a las características estructurales y mecánicas de la superficie. Esta es la característica más importante porque supone que el microorganismo se adhiera o no a la superficie. La adhesión más fuerte se realiza mediante las adhesinas que reconocen específicamente receptores de la superficie. e) deben ser capaces de segregar sustancias que inhiban el crecimiento de otras bacterias.
Microbiota de la piel.- Se dice que la salud depende un 50% de la limpieza y un 50% de la suciedad de la piel. La piel es el órgano más extenso de nuestro cuerpo y representa el 15% del peso seco.
La piel es un órgano corporal cuya característica física más relevante para la microbiota es la sequedad. Es una sequedad sometida a secreciones de carácter bioquímico como el sudor o las secreciones grasas. Las bacterias se distribuyen en las zonas más húmedas o sebáceas en mayor proporción que en otras zonas.
La microbiota que vive sobre la piel se puede agrupar en cuatro clases:
a) Staphylococcus (S. aureus es el más abundante) b) Diftéridos (Propionibacterium y Corynebacterium) c) Hongos (Pytirosporum) d) Acaros (Domodex). Son muy pequeños y viven en los poros y folículos del pelo, sobre todo en la base de las pestañas, provocando la enfermedad denominada Blefaritis.
En la conjuntiva que recubre el ojo hay menor cantidad de microbiota debido a las múltiples defensas existentes (movimiento, lágrimas, etc).
En la superficie interna corporal, en la cavidad nasal o parte más externa del tracto respiratorio se encuentra el sistema mucociliar que hace de barrera impidiendo la
entrada de MOr al tracto respiratorio interno, de manera que si se constata la existencia de bacterias en esta zona es que estamos ante un caso de patología infecciosa.
La barrera mucociliar puede ser dañada por varios factores, entre ellos, los más importante son el tabaco y la enfermedad denominada fibrocistitis.
En la región nasofaríngea viven los mismos MOr que en la piel, sobre todo Staphylococcus, Difteroides y Streptococcus, pero también se encuentran Lactobacilos y Cocos Gram-, como Moraxella, que es un patógeno, y eisseria meningitidis. También se pueden encontrar los Haemophylus que son bacilos Gram-^ causantes de la meningitis tipo B.
10.10. La microbiota de la boca se encuentra en un ambiente muy favorable porque es húmedo, hay un buen aporte de nutrientes y la temperatura es la ideal para el crecimiento bacteriano. No obstante existen factores limitantes de tipo mecánico y de tipo bioquímico.
Lo más relevante de esta microbiota es su distribución, puesto que en cada zona de la región oral (dientes, tejido conjuntivo y lengua) se encuentran MOr diferentes. Abundan los Streptococcus, Staphylococcus, etc., pero como además existe comunicación con la zona nasofaríngea también se encuentra parte de la microbiota de esta zona. Los Streptococcus (cocos en cadena) son Cocos Gram+, como el S. mutans (caries), o el S. pyogenes (agente causal de las “anginas”) que puede causar también enfermedades de carácter auto inmune (fiebres reumáticas, que provocan lesiones graves en el corazón, así como la enfermedad renal denominada gromerulonefritis) porque la superficie de esta bacteria muestra moléculas similares a las de nuestras células.
En la boca también hay bacterias anaerobias que viven en los espacios de unión entre la encía y el diente o espacio periodontal (Fusobacterium, Bacteroides y el hongo Candida que aparece después de tratamientos con atibióticos por la destrucción total de los MOr bacterianos, ocasionan las aftas o llagas bucales) provocando la destrucción del calcio de los dientes por el ácido generado por las bacterias.
El tracto gastrointestinal es muy largo y desde el punto de vista de la microbiota puede ser dividido en varias zonas: a) la zona superior que abarca desde el esófago hasta el intestino delgado es bastante inhóspita para los MOr debido a la presencia de sustancias químicas segregadas de pH muy bajo, y por los movimientos peristálticos. A pesar de ello se
competía por los nutrientes y podía producir deficiencias de componentes esenciales como la vitamina C.
La posición actual de los científicos es que sin ser esencial la microbiota es beneficiosa porque produce determinados compuestos que aprovecha el organismo animal.
Pero la acción más importante de la microbiota es la de realizar el antagonismo microbiano. La microbiota suele ocupar espacios de la superficie ocultando así los receptores de las adhesinas bacterianas, lo que impide que se produzca la adhesión de otras bacterias, además producen sustancias que inhiben determinados genes de virulencia, o bien producen moco que recubre la superficie impidiendo la entrada de patógenos, etc.
Cada una de las especies microbianas que habitan en nuestra superficie establece una simbiosis comensal, pero considerando el conjunto de las especies se establece una relación de tipo mutualista en la que el principal beneficio para el ser humano es el antagonismo microbiano.
TEMA 3. ATURALEZA DE LAS ASOCIACIOES SIMBIOTICAS II
Parasitismo.- Como hemos dicho anteriormente, este tipo de asociación ocasiona daños en el hospedador. El término parasitismo se limita a la acción de protozoos, gusanos e insectos. No suele usarse el término para la acción de las bacterias.
Concepto de patógeno.- Se denomina patogenicidad a la capacidad que presenta un agente infeccioso o patógeno de producir enfermedad en un hospedador susceptible. En este caso el patógeno actúa como un parásito microbiano.
Concepto de infección.- Se define como infección a la colonización del cuerpo del hospedador por MOr. Infección no es sinónimo de enfermedad.
Reservorio. Como parte de su ciclo infectivo, todos los patógenos existen, al menos temporalmente, en uno o más ambientes naturales, llamados reservorios de la infección, a partir de los cuales son transmitidos a las personas.
Retos a los que se enfrentan los MOr patógenos.- Son los siguientes:
- Sobrevivir en los reservorios de infección. Reservorios inanimados, humanos y animales. Concepto de zoonosis.
- Acceder a un nuevo hospedador. Vías de entrada. Dosis infectiva media. Dosis letal media. Modos de transmisión: por contacto directo, por contacto indirecto (aerosoles o fómites), a través de vehículos inanimados. A través de vehículos vivos (vectores mecánicos y vectores biológicos).
- Establecerse en las superficies. Adhesión a las superficies corporales, adhesinas.
- Penetrar. Invasión de los tejidos internos. Invasión celular. Patógenos intracelulares.
- Establecerse en los tejidos internos eludiendo las defensas del hospedador. Eludir las defensas inespecíficas. Protección frente a los fagocitos (cápsulas extracelulares, proteínas superficiales) y mecanismos de supervivencia en el interior de los fagocitos. Eludir las defensas internas específicas: adaptaciones para eludir el sistema inmunológico (variación antigénica, proteasas anti IgA, resistencia sérica)
- Multiplicarse en los tejidos del hospedador y provocar los daños que conducen a la enfermedad. La patogénesis bacteriana: toxinas e hipersensibilidad. Concepto de factor de virulencia.
- Salir de un hospedador para entrar en otro. Vías de salida.
Los reservorios se pueden clasificar en tres tipos:
a) reservorio humano. Los MOr específicos que utilizan este tipo de reservorio no pueden vivir fuera del cuerpo humano, como por ejemplo Treponema pallidum, causante de la sífilis, eisseria gonorrhoeae, causante de la gonorrea, o Corynebacterium diphteriae, causante de la difteria. Los reservorios son las personas enfermas que también pueden ser portadores temporales o crónicos. b) reservorio animal. En este caso los MOr necesitan para vivir un ambiente parecido al del cuerpo humano, por eso suelen actuar como reservorios los mamíferos. Una zoonosis es cualquier enfermedad que puede transmitirse de animales a seres humanos. En la práctica el concepto amplio de zoonosis es el de toda enfermedad que se transmite entre diversas especies animales, atravesando la barrera específica. Ejemplos de zoonosis son: peste bubónica (Yersinia pestis), ántrax o carbunco (Bacillus anthracis)
Se denomina transmisión orofecal a la realizada por un patógeno que se traslada desde las heces hasta la boca, como por ejemplo bacterias del cólera o de las fiebres tifoideas. La transmisión parenteral es la que se efectúa cuando el patógeno penetra en el torrente sanguíneo o linfático, como el tétanos o la gangrena gaseosa, o mediante jeringuillas (VIH, hepatitis, etc).
La adhesión del patógeno se realiza mediante una familia de proteínas denominadas adhesinas. Un mismo patógeno puede tener distintos tipos de adhesinas que le permiten adherirse a distintas superficies. En microbiología, se llama adhesina a los múltiples factores que producen las bacterias para adherirse efectivamente a sus hospedantes. La adherencia es usualmente un paso esencial en la patogénesis (producción de enfermedades) o infecciones bacteriales, requerido para colonizar un nuevo hospedante
La invasión o penetración en los tejidos internos diferencia a la microbiota normal de los patógenos. La mayoría de los patógenos para producir una infección tienen que entrar en los tejidos internos, pero hay excepciones como ocurre con el Vibrio cholerae que se queda en la mucosa del intestino, o el virus de la difteria (Corynebacterium diphteriae) que se establece en la mucosa de la faringe. La piel no la atraviesa ningún patógeno, cuando alguno penetra lo hace a través de roturas de la piel por arañones o heridas.
La vía de entrada normal de los patógenos es a través de las mucosas. Algunos MOr son capaces de atravesar las células epiteliales pero otros penetran a través de las células M del tracto intestinal. Este tipo de penetración se denomina invasión celular.
Cuando la penetración la realiza el patógeno por el espacio existente entre células toma el nombre de parasitosis.
Se entiende por invasión celular, desde el punto de vista de los biólogos, a la entrada de patógenos en el interior de la célula. Desde el punto de vista de los clínicos, la invasión celular es la diseminación del patógeno a través del torrente sanguíneo o linfático.
Los patógenos intracelulares son los que invaden células y se quedan dentro de ellas para reproducirse. Los patógenos extracelulares son aquellos que se reproducen en el exterior de la célula, pero que también pueden ser patógenos intracelulares facultativos que salen de la célula y se reproducen en el exterior.
Para que se produzca la invasión celular, los patógenos tienen que eludir las defensas presentadas por el hospedador. Las defensas inespecíficas más importantes del hospedador están constituidas por los fagocitos. Algunos patógenos, como los intracelulares, superan esta defensa al residir dentro de la célula, sin embargo los patógenos extracelulares presentan diversos mecanismos de protección entre los que se encuentra la creación de una coraza o cápsula de polisacáridos que evita que el fagocito lo atrape, o bien la segregación de proteínas del tipo M o del tipo II, como hace . gonorrheae, que impide que sean capturados por los fagotitos.
La resistencia sérica de los patógenos consiste en la generación de compuestos contra las proteínas del complemento. Estas son un conjunto de moléculas plasmáticas
implicadas en distintas cascadas bioquímicas cuyas funciones son potenciar la respuesta inflamatoria, quimiotaxis sobre fagocitos, facilitar la fagocitosis por recubrimiento del microorganismo (a este fenómeno se le llama opsonización) con una de las proteínas del complemento (la C3b), lo que facilita la fagocitosis, y dirigir la lisis de células incluyendo la apoptosis.
Otra estrategia utilizada por los patógenos consiste en vivir dentro de los propios fagotitos y además generalmente eligen a estos fagos para diseminarse.
Las defensas específicas del sistema inmunitario no las pueden vencer aunque sí lo pueden hacer transitoriamente mediante el mecanismo de variar de forma continua las moléculas de la superficie del patógeno, lo que se denomina variación antigénica. Por otra parte, algunos patógenos tienen la capacidad de sintetizar proteasas contra las inmunoglobulinas.
Los patógenos exógenos son los que proceden del exterior y no pertenecen a la microbiota normal. Pero puede ocurrir que algunos pertenecientes a la microbiota normal salgan del hospedador y vuelvan a entrar por alguna herida o tejido, adquiriendo en este caso la consideración de patógeno exógeno.
El objetivo principal de un patógeno es multiplicarse e infectar al hospedador haciendo daño. Los patógenos generalmente producen daños en el hospedador mediante toxinas que alteran el comportamiento de las células. Algunos patógenos producen el daño sintetizando especies radicales del oxígeno (ROS en inglés), pero otros producen el daño induciendo una reacción exagerada del sistema inmune, es decir, provocando una reacción de hipersensibilidad.
Para que un patógeno pueda hacer daño tiene que sintetizar una serie de proteínas que se denominan factores de virulencia. Estos factores se pueden clasificar en: adhesinas, invasinas, impedinas y agresinas.
Una vez efectuado el daño en el hospedador parte de los patógenos tienen que salir y entrar de nuevo en otro hospedador, utilizando para ello las vías de infección que hemos visto. Para la salida utilizan las vías de salida generales (heces, saliva, heridas, etc.).
Tipos de infecciones bacterianas.- Existen varias clasificaciones en función del criterio utilizado, como se puede observar en las tablas:
- Atendiendo al tipo de patógeno: a) en función del órgano o sistema infectado; b) atendiendo a los criterios de microbiología celular (localización, invasión por
TEMA 4. ADHESIÓ DE LOS PATÓGEOS A LAS CÉLULAS DEL
HOSPEDADOR I
Etapa de preadhesión: Fuerzas de van der Walls y fuerzas electrostáticas.- Las bacterias se pueden adherir a distintas superficies como son la superficie de las células de la piel, la superficie de la mucosa, y en el caso de los patógenos además a la superficie de los tejidos internos tanto a la matriz extracelular (ECM) como a las superficies mineralizadas de las prótesis artificiales.
A pesar de la diversidad de superficies, los patógenos utilizan los mismos mecanismos para adherirse a todas ellas, pero para hacerlo a las superficies internas sólo lo pueden hacer accediendo a través de un traumatismo.
En el proceso de adhesión se pueden distinguir claramente dos etapas, una etapa de pre-adhesión y una etapa de adhesión propiamente dicha.
Cuando la bacteria se encuentra a una distancia aproximada de la superficie de unos 50 nm son las fuerzas de Van der Waals las que actúan. Si la distancia disminuye a 10-20 nm son las fuerzas electrostáticas repulsivas las que entran en funcionamiento. Son fuerzas repulsivas porque la superficie de la bacteria y la del sustrato suelen presentar cargas del mismo signo. Pero esta fuerza repulsiva es anulada por las fuerzas iónicas de las superficies. A menor distancia, entre 0,5 y 2 nm comienzan a actuar las fuerzas intermoleculares de adhesión que son: a) fuerzas hidrofóbicas; b) fuerzas de cationes y c) receptores de ligando.
Las fuerzas hidrofóbicas no parece que sean específicas de las superficies. Las fuerzas de cationes son muy importantes en determinadas superficies, como por ejemplo en la superficie de los dientes o superficie periodontal, donde los cationes Ca++^ interaccionan con la superficie de la bacteria. Los receptores de ligando reconocen las adhesinas de la bacteria, por lo que constituyen fuerzas específicas.
Matriz extracelular.- La ECM la compone una gran cantidad de proteínas y polisacáridos que son secretados localmente y que junto o en asociación con la superficie de las células forman una red organizada. Está compuesta por proteínas fibrosas, resistentes, embebidas en una sustancia fundamental gelatinosa y de naturaleza polisacarídica. Los receptores de la superficie celular se unen a la ECM y anclan el citoesqueleto a las uniones célula-matriz.
La función principal de la matriz extracelular es dar cohesión a las células pero también facilita la migración de estas, la comunicación entre ellas, etc. La ECM está compuesta por los siguientes componentes:
a) proteínas fibrilares (colágeno, elastina y laminina) b) glucosaminoglicanos y proteoglicanos c) glicoproteínas adhesivas (fibronectina y vibronectina) d) fibrinógenos y fibrina
Los colágenos constituyen una gran familia de proteínas que se caracterizan por formar α-hélices triples en las que tres cadenas polipeptídicas se enrollan estrechamente, una alrededor de la otra, en una estructura en forma de cuerda. La combinación de las cadenas α-hélices le da el carácter a cada tipo de colágeno.
Los dominios de triple hélice de los colágenos consisten en repeticiones de la secuencia de tres aminoácidos gly-x-y, donde x e y pueden ser cualquier aminoácido aunque generalmente aparece la prolina en la posición x. Se requiere una glicina (el aminoácido más pequeño) en cada tercera posición para que las cadenas polipeptídicas estén lo suficientemente agrupadas como para formar la triple hélice de colágeno.
El perlecano, que es el principal proteoglicano heparán sulfato de la lámina basal, se une tanto al colágeno tipo IV como a la proteína de adhesión laminina, que veremos a continuación.
Las bacterias que se unen al colágeno no lo hacen reconociendo una secuencia determinada, por lo que no existe especificidad. Los colágenos presentan múltiples sitios de interacción con las bacterias a lo largo de la triple hélice. S. aureus se une al cartílago mediante una adhesina que reconoce los motivos estructurales de la triple hélice. Pero no solamente se unen bacterias Gram+^ sino también Gram-^ como E. coli, que se une al colágeno tipo IV, muy abundante en la lámina basal y K. pneumoniae que se une específicamente al colágeno de tipo IV y V.
La lámina basal contiene una proteína de adhesión distinta denominada laminina. Al igual que el colágeno tipo IV, las lamininas pueden ensamblarse en forma de red y es uno de los componentes mayoritarios de las láminas basales. La función principal de las lamininas es hacer de filtro selectivo para determinadas moléculas o células (ej: macrófagos). Son de naturaleza glicoproteica trimérica formada por cadenas α, β y γ, que mediante puentes disulfuro dan lugar a una estructura asimétrica en forma de cruz.
