TROPISMO DE LAS BACTERIAS PARA UN TEJIDO

El tropismo describe el fenómeno mediante el cual bacterias patogénicas y comensales son restringidas para ciertos huéspedes, tejidos y tipos celulares. Este factor es uno de los determinantes para la iniciación de la infección bacteriana.

Hay bacterias que requieren condiciones específicas para sobrevivir que solo se encuentran dentro de los individuos, como la humedad, pH neutro, disponibilidad de nutrientes, etc. En este caso las bacterias necesitan mecanismos para detectar y anclarse a tejidos específicos que permitan su desarrollo óptimo. Estos mecanismos toman como base el tropismo.

1.ADHERENCIA

La adhesión por medio de adhesinas y de fimbrias es un fenómeno específico en el que estas moléculas de la superficie bacteriana interaccionan de forma específica con componentes de la superficie de algunos tipos de células del huésped. Esta especificidad del tipo de célula al que una bacteria es capaz de adherirse es la base molecular del tropismo de ciertas células por diferentes tejidos u órganos. 

En el caso de la flora normal, la adherencia es también a responsable de su localización especifica en el cuerpo y facilita su multiplicación por la formación de microcolonias y de biopeliculas.

Asi mismo, en el caso de las infecciones patógenas, la presencia de adhesinas facilita el establecimiento del patógeno y la colonización del tejido. Esta adhesión puedeproducirse también a materiales inertes que actúan como soporte para la colonización.

Existen dos tipos de adhesión presentes en bacterias (Imagen 1):

Imagen 1. Moléculas de adhesión presentes en bacterias.

a)      Adhesión fimbrial o específica:

La fimbria, formada por subunidades de pilina, se encuentra asociada a la pared celular de bacterias Gram positivas i en la membrana celular de las gram negativas.

Tienen la función de crear uniones específicas con las células huésped mediante las adhesinas; Estas son proteínas situadas en el extremo de la fimbria, mayoritariamente Lectinas, que reconocen específicamente receptores celulares glucídicos como los glucocálix y distintas glicoproteínas de membrana para poderse unir. (Pumarola, et al. 1995).

b)      Adhesión afimbrial:

Existen adhesinas que no están asociadas a las fimbrias, sino que se encuentran incrustadas en la pared o membrana bacteriana como glucocálix, proteínas F y M. (Pumarola, et al. 1995).

o   gram negativas: proteínas de membrana externa.

o   gram positivas: ácidos lipoteicoicos.

Existen diversos factores que favorecen la adhesión de las bacterias a las células huésped (Tabla 1).

Tabla 1. Factores que participan de la adherencia de las bacterias.

Como se ha visto, uno de los factores de adherencia son las fimbrias o pilis; en las imágenes 2 i 3 se presentan unos ejemplos.

Imagen 2. Pili tipo I.

Imagen 3. Pili tipo P.

Además, la adhesión puede prevenirse mediante inhibidores de la adherencia que son análogos de bajo peso molecular de las moléculas que reconocen los sistemas de adherencia y también con antibióticos que inhiben la producción de adhesinas.
Las bacterias de la flora normal compiten con las patógenas por los sitios de adhesión en los nichos que colonizan. (Pumarola, et al. 1995).

2.BASES MOLECULARES DEL TROPISMO BACTERIANO

2.1 Mecanismo

La adherencia es un fenómeno de interacción de superficies, en el que intervienen factores fisicoquímicos y biológicos (basada en una teoría coloidal).

Este fenómeno, en el tipo de adhesión primaria, requiere el contacto de la bacteria con la célula. Como ambas son electronegativas, se genera una fuerza de repulsión que es neutralizada por fuerzas de atracción, en donde intervienen enlaces de Van der Waals, puentes de hidrógeno, enlaces iónicos e interacciones hidrofóbicas (Imagen 4). Esto genera una fuerza electrostática que dificulta la aproximación entre ambas superficies. Debido a la presencia de moléculas hidrófobas en la superficie de las bacterias, y, especialmente en  las adhesinas, por su pequeño tamaño, no están bajo a las fuerzas de repulsión lo permiten neutralizar esta barrera y facilitar  el contacto (Pumarola, et al. 1995).

En la adhesión secundaria las adhesinas pueden presentar configuraciones complementarias de los receptores celulares gracias a las fímbrias, permitiéndoles aproximarse a distancias cortas y combinarse de forma electroespecifica formando numerosos enlaces independientes en los que pueden intervenir iones positivos (Mg⁺², Fe⁺³) que aumentaran la fortaleza de la unión (Imagen 4). A pesar de que su naturaleza no se conoce con certeza, se considera que, en la mayoría de los casos,  la adherencia también es un fenómeno específico, del tipo antígeno- anticuerpo o azúcar-lectina, pues se puede inhibir por la adicción de moléculas libres de cualquier de los dos componentes o sustancias análogas.

Imagen 4. Mecanismo de adhesión.

2.2 Especificidad

Como en la mayoría de los casos la adherencia es un proceso especifico, la distribución de los receptores en el hombre y animales explicaría los tropismos y la localización de las bacterias en la colonización y en la infección.

Se distingue una especificidad de especie cuando los receptores se encuentran en las células de una misma especie animal de modo que solo se producirán infecciones en esta especie. Dentro de una misma especie, su distribución en el organismo también pude ser variable, de manera que, cuando los receptores se encuentran en las células de un determinado tejido existiría una especificidad o tropismo tisular, como en el caso de las E. coli con fimbria P, o  una localización menos específica cuando los recetores se localizan en células de diversos tejidos e incluso en las glicoproteínas del moco de estas. Como ocurre con las fimbrias del tipo 1 o MS de la mayoría de enterobacterias (Lewin, 1996).

Este proceso específico está estrechamente relacionado con las divergencias epigenéticas entre microrganismos y el proceso de recombinación, transposición y mutación del ADN.

 Muchas bacterias poseen sistemas propios que permiten introducir cambios en su material genético, lo cual provoca una interacción específica con los receptores del tejido huésped. Por ejemplo, el sistema hds confiere especificidad de huésped por metilación de adeninas en E. coli, que presenta metilasas. Otras bacterias también poseen mecanismos equivalentes  de metilación.

3.EJEMPLOS DE TROPISMO

3.1 Adhesión de Salmonella

La Salmonella es un género bacteriano caracterizado por ser bacilos gra negativos, que provoca salmonelosis, una enfermedad de transmisión alimentaria.

Existen distintas cepas de Salmonella, y según el tipo, poseen distintos mecanismos de adhesión a tejidos. Un ejemplo sería la Salmonella typhimurium o entérica, que posee tropismo por los enterocitos, situados en el íleon, en el intestino delgado. La S. entérica tiene un sistema de secreción tipo I (T1SS). Este sistema secreta proteínas que forman una adhesina afimbrial a modo de unión llamada SiiE. Esta adhesina de 600 kDa se asemeja a las adhesinas fimbriales de tipo I, ya que reconocen glucoproteínas, específicamente monomanosas y trimanosas (Gerlach, et al. 2007).

En conclusión, una vez adherida la bacteria, utilizan este mecanismo (similar a una jeringa) mediante el cual atraviesan la membrana plasmática e introducen proteínas que provocan una respuesta de la célula huésped en la que Salmonella queda envuelta en una vacuola y es arrastrada hacia el interior por filamentos de actina como se observa en el Vídeo 1 (Saenz, 2008).

Vídeo 1: http://www.biologia.edu.ar/bacterias/ecoliep/animaciones/salpart101.mov

En casos normales se procedería a la fagocitosis del invasor, pero la bacteria tiene un sistema inyector Tipo III con el fin de inyectar proteínas en la vacuola que la rodea. Gracias a ello, la transforma y evita la fusión con lisosomas que provocarían la lisis del patógeno (Vídeo 2). Una vez terminado el proceso, la bacteria se puede reproducir y finalizar la colonización provocando gastroenteritis, fiebre y dolor muscular. (Saenz, 2008).

Vídeo 2: http://www.biologia.edu.ar/bacterias/ecoliep/animaciones/salpart201.mov

  

3.2 Adhesión de Escherichia coli patogénicas

La Escherichia coli es una de las principales especies de bacterias que viven en la parte más baja de los intestinos de los animales de sangre caliente y son necesarios para la correcta digestión de los alimentos. La mayoría no producen patología pero muchas pueden actuar como patógeno oportunista. Eso se debe a que estos microorganismos tienen un tropismo por el intestino.

Se clasifica E.coli en cepas distintas, según sus características de adhesión (Blanco et al. 2007):

-E.coli enteropatógena (ECEP) contiene fimbrias del tipo BFP, codificadas por el plásmido EAF que le permiten la unión inicial a la célula hospedadora. También contiene el locus LEE, que contiene 4 genes distintos: TIR (receptor celular, ayuda a la fijación de la intimina); EAE (proteína intimina, fijación especifica); SER (ayuda a la suspensión de la bacteria) ESP (distintas proteínas entran en la célula hospedadora, ayudan  a la invasión). (Imagen 4)

Imagen 4.  Adhesión E.coli enteropatógena.

-E.coli enterotoxigénica (ECET) usa fimbrias CFA y secreta enterotoxinas. Estas influyen en la deshidratación celular y ayudan a la aglutinación del patógeno. También sintetiza clones de los anticuerpos de la célula para evitar la fagocitación del sistema inmunitario. (Imagen 5)

Imagen 5. Adhesión E.coli enterotoxigénica.

-E.coli enteroinvasiva (ECEI) se une mediante adhesinas, tiene capacidad invasiva gracias los genes plasmídicos pInv (proteínas Ipas). El proceso consta de 5 fases: penetración en la célula hospedadora, lisis, multiplicación intracelular, movimiento y diseminación. (Imagen 6)

Imagen 6. Adhesión E.coli enteroinvasiva.

-E.coli enterohemorrágica (ECEH) adhesión por fimbria (plásmidio pO157 que contiene el locus LEE), secretan verotoxinas (VT1 i VT2) codificadas por genes cromosómicos que le confieren capacidad invasiva y factores de virulencia. (Imagen 7)

Imagen 7. Adhesión E.coli enterohemorrágica.

-E.coli enteroagregativa (ECEA) tienen la capacidad de generar biofilms (aglutinación celular) gracias a sus factores de colonización AAF I/II y adhesión codificados por un plásmido pCVD432. (Imagen 8)

Imagen 8. Adhesión E.coli enteroagregativa.

-E.coli adherencia difusa (ECAD) se une mediante una fimbria codificada por el plásmido F1845. No producen invasión interna. (Imagen 9)

Imagen 9. Adhesión E.coli adhesiva difusa.

4. REFERENCIAS

Blanco J. et al. (2007). Escherichia coli patogenos para seres humanos i animales.  Laboratorio de referencia de E.coli (USC).  Departament de microbiologia i parasitologia (2007). Disponible:

http://www.usc.es/ecoli/E.coli2.html

Figueroa Ochoa, I. M. y Verdugo Rodriguez, A. (2005). “Mecanismos moleculares de patogenicidad de Salmonella sp” en Revista Laticonoaericana de Microbiologia. Núm. 1-2. Vol. 47.

Gerlach R.G, et al. (2007). Salmonella Pathogenicity Island 4 encodes a giant non-fimbrial adhesin and the cognate type 1 secretion system. Institut für Klinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene.

Lewin, B.M. y Aguilera, A. (1996). Genes, volume 1. Barcelona: Editorial Reverté.

Molina López, J. (2011). Factores de patogenicidad bacteriana. Departamento de Microbiología y Parasitología, Facultad de Medicina, UNAM.

Pumarola, A. et al. (1995). Microbiología y parasitología médica. Barcelona:  Editorial Salvat.

Roberts, J.A. (1996). Tropism in Bacterial Infections: Urinary Tract Infections. The journal of urology. Núm. 5. Vol. 156.

Rocha Garcia, R., Lozano Zarain, P. y Martínez Laguna, Y. (2004). Mecanismos de patogenicidad e interacción. Benemétria universidad autónoma de la Puebla.

Rodríguez-Angeles, G. (2002). “Principales características y diagnóstico de los grupos patógenos de Escherichia coli” en Salud pública de México. Núm. 5. Vol. 44.