Patogenia de la infeccion bacteriana (Cap 9)

Patogenia de la infección bacteriana

La patogenia de la infección bacteriana comprende el comienzo del proceso infeccioso y los mecanismos que provocan la aparición de los signos y síntomas de la enfermedad. Las características de las bacterias patógenas son el potencial de ser transmisibles, su adherencia a las células del hospedador, la invasión de las células y tejidos del hospedador, su toxigenicidad y su capacidad para evadir el sistema inmunitario.

IDENTIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS QUE CAUSAN ENFERMEDADES

Algunas veces es difícil demostrar que una especie bacteriana específi ca constituye la causa de determinada enfermedad.
En 1884, Robert Koch propuso una serie de postulados que se han aplicado de manera extensa con el fi n de vincular una serie de especies de bacterias con determinadas enfermedades. Los postulados de Koch. 

 Principios para establecer las causas de las infecciones
Postulados de Koch
   1. El microorganismo se debe encontrar en todos los casos de la enfermedad en cuestión y su distribución en el organismo debe concordar con las lesiones observadas
   2. El microorganismo se debe cultivar in vitro (o fuera del cuerpo del hospedador) durante varias generaciones
   3. Cuando este tipo de cultivo puro se inocula en un animal susceptible, debe causar la enfermedad típica
  4. El microorganismo se debe aislar de nuevo a partir de las lesiones de las enfermedades producidas en forma experimental.

El análisis de la infección y la enfermedad aplicando una serie de normas como los postulados de Koch permite clasificar a las bacterias en patógenas, patógenas oportunistas o apatógenas.
Algunas especies de bacterias siempre se consideran patógenas y su presencia es anormal; dos ejemplos son Mycobacterium tuberculosis (tuberculosis) y Yersinia pestis (peste).
 Estas bacterias satisfacen fácilmente los postulados de Koch.

TRANSMISIÓN DE LA INFECCIÓN 
Las bacterias (y otros microorganismos) se adaptan al medio ambiente, incluidos los animales y los seres humanos, donde normalmente viven y subsisten. Al hacerlo, las bacterias aseguran su supervivencia y aumentan la probabilidad de transmisión.
Algunas bacterias que con frecuencia causan enfermedades en los seres humanos, existen principalmente en animales e infectan de manera incidental al ser humano.
 Por ejemplo, algunas especies de Salmonella y Campylobacter infectan a los animales y son transmitidas en productos alimenticios al ser humano. Otras bacterias generan infecciones en los seres humanos de una manera involuntaria, un error en el ciclo vital normal del microorganismo. Las especies de Clostridium se encuentran en el medio ambiente y se transmiten al ser humano a través de su ingestión (p. ej., gastroenteritis por C. perfringens y C. botulinum [botulismo]) o cuando las heridas se contaminan con tierra (p. ej., C. perfringens [gangrena gaseosa] y C. tetani [tétanos]). Muchas bacterias se transmiten de persona a persona a través de las manos. El individuo con S. aureus en las narinas se frota la nariz, recoge los estafilococos en las manos y disemina las bacterias hacia otras partes del cuerpo o a otra persona, donde genera una infección. Las vías de entrada de bacterias patógenas al cuerpo que son más frecuentes son los sitios donde las mucosas se unen con la piel: aparato respiratorio (vías respiratorias superiores e inferiores), tubo digestivo (principalmente la boca), aparato genital y urinario.

PROCESO INFECCIOSO 
Una vez dentro del cuerpo, las bacterias se deben unir o adherir a las células hospedadoras, casi siempre las epiteliales. Una vez que las bacterias han establecido un sitio primario de infección, se multiplican y diseminan directamente a través de los tejidos o por el sistema linfático hasta el torrente sanguíneo. Esta infección (bacteriemia) puede ser transitoria o persistente. La bacteriemia permite la diseminación de las bacterias en el organismo hasta llegar a los tejidos que son especialmente adecuados para su multiplicación.

GENÓMICA Y PATOGENICIDAD BACTERIANA 
Las bacterias son haploides y tienen interacciones genéticas limitadas que pueden cambiar sus cromosomas y posiblemente modifi car su adaptación y supervivencia a determinados entornos ambientales.

• Naturaleza clonal de las bacterias patógenas
  Un resultado importante de la conservación de los genes cromosómicos en las bacterias es que son clonales.

• Elementos genéticos móviles
  Un mecanismo primordial para el intercambio de información genética entre las bacterias es la transferencia de elementos genéticos móviles extracromosómicos: plásmidos o fagos.
• Islotes de patogenicidad
  Los islotes de patogenicidad (PAI, pathogenicity islands) son grandes grupos de genes relacionados con la patogenicidad que se ubican en el cromosoma bacteriano. Las principales propiedades de los PAI son las siguientes: poseen uno o más genes de virulencia; aparecen en el genoma de los miembros patógenos de una especie mas no en los miembros apatógenos; son grandes; tienen un contenido de guanina más citosina (G + C) distinto al resto del genoma bacteriano; suelen estar vinculados con genes de tRNA; a menudo se les encuentra con partes del genoma ligado a elementos genéticos móviles; con frecuencia poseen inestabilidad genética; y usualmente representan estructuras de mosaico con componentes adquiridos en distintos momentos. 

REGULACIÓN DE LOS FACTORES DE VIRULENCIA BACTERIANA
 Durante su proceso de adaptación, los microorganismos patógenos economizan sus necesidades y productos metabólicos. Han creado sistemas complejos de transducción de señales para regular los genes que son importantes para la virulencia. Algunas de las señales más frecuentes son la temperatura, la disponibilidad de hierro, la osmolalidad, la fase del desarrollo, el pH y determinados iones (p. ej., Ca2+) o nutrientes.

FACTORES DE VIRULENCIA BACTERIANA
Muchos factores determinan la virulencia bacteriana o el potencial de las bacterias para causar infecciones y enfermedades.

• Factores de adherencia
  Una vez que la bacteria penetra en el cuerpo del hospedador, se debe adherir a las células de una superfi cie hística. Si no se adhiere, es eliminada por el moco y otros líquidos que bañan las superfi cies de los tejidos. Después de la adherencia, que constituye únicamente un paso en el proceso infeccioso, se forman microcolonias y se llevan a cabo los pasos ulteriores en la patogenia de la infección.
• Invasión de las células y tejidos del hospedador
  Para muchas bacterias patógenas es indispensable invadir el epitelio del hospedador para generar una infección. Algunas bacterias (p. ej., especies de Salmonella) invaden los tejidos a través de las uniones entre las células epiteliales. Por lo general se utiliza el término “invasión” para describir el ingreso de bacterias a las células hospedadoras, lo que implica una participación activa por parte de los microorganismos y una participación pasiva de las células del hospedador.
• Toxinas
  Por lo general, las toxinas que producen las bacterias se clasifi can en dos grupos: toxinas extracelulares, a menudo llamadas exotoxinas y endotoxinas.
  
  
  • Exotoxinas: Muchas bacterias tanto grampositivas como gramnegativas producen exotoxinas que tienen gran importancia médica.
  • Exotoxinas que causan enfermedades diarreicas e intoxicación alimentaria: Con frecuencia las exotoxinas que causan enfermedades diarreicas se denominan enterotoxinas.V. cholerae ha causado enfermedad diarreica epidémica (cólera) en muchas partes del mundo.Algunas cepas de S. aureus producen enterotoxinas mientras proliferan en carnes, productos lácteos u otros alimentos.
  • Lipopolisacáridos de las bacterias gramnegativas: Los lipopolisacáridos (LPS, endotoxina) de las bacterias gramnegativas se derivan de las paredes celulares y a menudo se liberan durante la lisis bacteriana. 
  • Peptidoglucano de las bacterias grampositivas: El peptidoglucano de las bacterias grampositivas está formado por macromoléculas entrecruzadas que rodean las paredes bacterianas.El peptidoglucano liberado durante la infección comparte muchas de las actividades biológicas de los LPS, aunque el peptidoglucano es mucho menos potente que el LPS.

• Enzimas
  Numerosas especies de bacterias producen enzimas que no son tóxicas en sí, pero que participan en el proceso infeccioso.
  
  •  Enzimas que degradan tejidos: Muchas bacterias producen enzimas que degradan tejidos. Las que se han descrito mejor son las de C. perfringens, S. aureus, estreptococo del grupo A  y, en menor grado, las de bacterias anaerobias. La participación de las enzimas que degradan tejidos en la patogenia de las infecciones es evidente, pero ha sido difícil de comprobar, en especial de cada enzima individual. Ademas de lecitinasa, C. perfringens produce la enzima proteolitica colagenasa, que degrada colágena (la principal proteína del tejido conjuntivo fibroso) y fomenta la diseminación de la infección en los tejidos. S. aureus produce coagulasa, que actúa en conjunto con una serie de factores sanguíneos para coagular el plasma.Las hialuronidasas son enzimas que hidrolizan ácido hialurónico, componente de la sustancia base del tejido conjuntivo. Muchos estreptococos hemolíticos producen estreptocinasa (fibrinolisina), sustancia que activa a una enzima proteolítica del plasma.
  • Proteasas IgA1: La inmunoglobulina A constituye el anticuerpo secretor de las mucosas. Tiene dos formas principales, IgA1 e IgA2, que difi eren cerca del centro, o región bisagra de las cadenas pesadas de las moléculas.La IgA1 posee una serie de aminoácidos en la región bisagra que no existen en la IgA2. . Algunas bacterias patógenas producen enzimas, proteasas IgA1, que degradan a la IgA1 en enlaces específicos prolina-treonina o prolina-serina en la región bisagra e inactivan su función de anticuerpo. La proteasa IgA1 es un factor importante de virulencia para las bacterias patógenas N. gonorrhoeae, N. meningitidis, H. influenzae y S. pneumoniae.

• Factores antifagocíticos
  Muchas bacterias patógenas son aniquiladas rápidamente una vez que las ingieren los polimorfonucleares o los macrófagos. Otras evaden la fagocitosis o los mecanismos microbicidas leucocíticos al absorber componentes del hospedador sano en su superfi cie celular. Por ejemplo, S. aureus posee una proteína A de superficie que se fija a la porción Fc de IgG.
  Unas cuantas bacterias (p. ej., Capnocytophaga y Bordetella) producen factores solubles o toxinas que inhiben la quimiotaxis de los leucocitos y de esta manera evaden la fagocitosis por un mecanismo distinto.
• Patogenicidad intracelular
  Algunas bacterias (p. ej., M. tuberculosis, especies de Brucella y de Legionella) viven y proliferan en el ambiente hostil dentro de los polimorfonucleares, macrófagos o monocitos. Lo hacen gracias a una serie de mecanismos: algunas veces evitan la entrada de los fagolisosomas y viven dentro del citosol del fagocito.
• Heterogeneidad antigénica.
  Las estructuras de superfi cie de las bacterias (y de muchos otros microorganismos) tienen gran heterogeneidad antigénica. Frecuentemente estos antígenos se utilizan como parte de un sistema de clasifi cación serológica para las bacterias.
• Sistemas bacterianos de secreción
  Los sistemas bacterianos de secreción son importantes en la patogenia de la infección y son indispensables para la interacción entre bacterias y células eucariotas del hospedador. Las bacterias gramnegativas poseen paredes celulares con membranas citoplasmáticas y membranas externas; también existe una capa delgada de peptidoglucano. Las bacterias grampositivas tienen una membrana citoplasmática y una capa muy gruesa de peptidoglucano.
• Requerimiento de hierro
  El hierro es un nutriente esencial para la proliferación y metabolismo de casi todos los microorganismos y también es un cofactor esencial de numerosos procesos metabólicos y enzimáticos. La reserva de hierro repercute en la virulencia de muchos microorganismos patógenos. Por ejemplo, el hierro constituye un factor esencial de virulencia en Pseudomonas aeruginosa. El uso de modelos animales en la infección por Listeria monocytogenes ha demostrado que a mayor cantidad de hierro, mayor susceptibilidad a padecer la infección, mientras que la falta de hierro prolonga la supervivencia; el tratamiento con hierro complementario provoca un aumento en las infecciones mortales.
• Función de las biopelículas bacterianas 
  Una biopelícula es un conglomerado de bacterias interactivas adheridas a una superfi cie sólida o unas a otras y encerradas dentro de una matriz de exopolisacárido.. Las biopelículas forman una capa viscosa sobre las superfi cies sólidas y existen en toda la naturaleza. Una biopelícula puede estar formada por una sola especie de bacterias o por varias especies en conjunto. Algunas veces participan los hongos, incluidas las levaduras. Una vez que se forma una biopelícula, se acumulan moléculas de percepción quórum producidas por la bacteria en la biopelícula, modifi cando la actividad metabólica de la bacteria.