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CLASIFICACIÓN CLINICA DE LAS BACTERIAS*.

Desde el punto de vista clínico realizaremos una clasificación que combina la clasificación de acuerdo a la pared celular, la forma, el tipo de respiración, la capacidad de formar esporas y caracteristicas metabólicas – enzimáticas (capacidad de fermentar glucosa, lactosa y presencia de enzimas catalasas y hemolíticas).

Co= Cocos      B= Bacilos         A=Aerobio          An= Anaerobio               Ca + = Catalasa postitivo       Ca - = Catalasa negativo   E= Esporulado    No E= No esporulado

F Glu= Fermentador de glucosa    No F Glu = No fermentador de glucosa            SAM= Sín Ac. Micólico     CAM: Con ac. Micólico          Eb= Enterobacteria   No Eb: No enterobacteria.

F Lact = Fermentadora de lactosa           No F Lat = No fementadora de lactosa

Cocos gram + aerobios catalasa positivos

1).- Stafilococos

1.a).- Stafilococos coagulasa +: S. aureus.

1.b).- Stafilococos coagulasa - : S. Epidermides, S. Saprophytus, hominis, haemoliticum, lugdunensis.

2).- Micrococcus: M. luteus (amarillo) y M. roseus (rojo).

3).- Somatococcus.

La Catalasa es una enzima producida por los peroxisomas de estos cocos que reduce el peróxido de oxígeno (H202) a agua mediante la siguiente reacción:

 H202 + H202Enzima catalasa peroxisomal bacteriano     2 H20 + 02.

De esta manera el coco catalasa positivo evita que en el estallido respiratorio del neutrófilo se formen radicales hidroxilo .0H (mediante la reacción no enzimatica de Haber-Weiss) el cual causa la peroxidación de los acidos grasos bacterianos y también impide que el peróxido de hidrógeno reaccione con haluros intracelulares, en reacción catalizada por la mieloperoxidasa, formándose los ácidos hipocloroso, hipoiodoso e hipobromoso entre otros, los cuales causan la oxidación de aminas, de aminoácidos, hemoproteinas, grupos tioles y tioesteres de las bacterias.  De esta forma la bacteria catalasa positiva evita la acción del neutrófilo sobre ella en el estallido respiratorio. VER GRAFICO 116 CUADERNO HELM2.

En el laboratorio es una prueba muy sensilla que dura segundos y consiste en agregarle agua oxigenada a la UFC de los cocos gram positivos aislados y si se forman burbujas quiere decir que tiene la enzima catalaza porque está generando oxígeno y entonces es un catalasa positivo o sea es un estafilococo y si no forma burbujas es catalasa negativa o sea es un estreptocococo.

Cocos gram + aerobios catalasa negativa:

1).-  Streptococos:

1.a) – Strep. α hemolítico (hemólisis parcial): S. pneumoniae, grupo viridans (S. mutans, S. sanguis, S. mitis, S. salivarius, S. anginosus antes milleri), S.  thermophilus y S. constellatus.

1.b)- Strep. Β Hemolítico (clasificación de Rebecca Lancefield en grupos A, B, C, D, E y G):

1.b.i) Strep. B hemolítico grupo A: S. Pyogenes.

1.b.ii) Strep. B hemolítico grupo B: S. Agalactiae.

1.b.iii) Strep. B hemolítico grupo C: S. Equi, S. Zooepidermicus.

1.b.iv) Strep. B hemolítico grupo D: S. Equinus

1.c).- Strep. ϒ hemolítico (no hemolítico): S. Gallolyticus (antes bovis).

2).- Aerococcus.

3).- Gemella.

4).- Lactococcus.

5).- Pediococcus.

6).- Leuconostoc.

7).- Stomatococcus.

8).- Enterococcus: Faecalis, Faecium, Gallinarum, Rafffinosus, Casselifalvus.

Cocos gram + anaerobios:

1).- Peptoestretococcus: P. Anaerobius, P. Magnus, P. Micros.

2).- Peptococcus.

3).- Micromonas,

4).- Anaerococcus.

5).- Finegordia.

6).- Schleiferella

Bacilo gram + aerobio esporulados

1).- Bacillus Anthracis.

2).- Bacillus Cereus.

3).- Paenibacillus.

4).- Brevibacillus.

5).- Virgibacillus.

6).- Aneurinibacillus.

Bacilo gram + aerobio no esporulados

1).- Listeria monocytogenes

2).- Corynebacterium (catalasa +): C. Difteria, C. Ulcerans, C. PseudoTBC, C. parvun (llamado también propionebacterium acnes), C. aquaticum, C. bovis, C. caspium, C. equi, C. glutamicum, C. haemolyticum, C. pseudodiptheriticum (también llamada C. hofmannii), C. pyogenes, C. urealyticum (corynebacteria del grupo D2), C. renale, C. tenuis (Trichomycosis palmellina, Trichomycosis axillaris), C. Jeikeium, C. xerosis, C. Striatum y C. Amycolatum (los 2 últimos son flora normal de piel, raro patógeno).

3).- Actinomicetos NO BAAR (1).

2.a).-  Streptomyces: S. Somalies, S. Paraguayanses, S. Anulatus.

2.b).- Actinomadura: A. Madurae, A. Pelleteri. A. Latina.

2.c).- Dermatophilus: D. Congolensis.

2.d).- Nocardiopsis: Dassonvillei, N. Synnemataforinas.

2.e).- Actinomicetos termófilos.

(1) Actinomicetos son un grupo muy grande de bacterias que tienen en común que son gram +, no son esporulados y que poseen filamentos con ramificaciones (hifas) similares a los hongos. De estos existen aerobios, anaerobios facultativos y anaerobios. De los aerobios los hay que poseen ácido micólico en su pared celular y por tanto son BAAR o paracilamente BAAR y también los hay sin ác. Micólico y por tanto son NO BAAR.

Bacilo gram + anaerobio esporulados

1).- Clostridium: C. Perfringens, C. Botulinum, C. Tetani, C. Difficile, C. Novyi, C. Rammosum.

Bacilo gram + anaerobio NO esporulados

1).  Actinomicetos anaerobios o Actinomyces: A. Israelii, A. Bovis, A. Naeslundi, A. Odontolyticus, A. Viscosus y A. Arachnia propionica.

2).- Lactobacillus.

3).- Propionibacterium: P. Acnes, P. Granulosum, P. Avidum, P. Propionicum.

4).- Bifidobacterium: B. Dansium.

5).- Eubacterium: E. Aerofaciens, E. Lentum.

6).- Mobiluncus: M. Curtisii, M. Mullieris

Cocos gram – aerobios:

1).- Veillonella: V. Parvula.

2).- Megasphaera.

3).- Acidaminococcus.

Cocos gram – anaerobios.

1).-  Neisseria: N. Meningitidis, N. Gonorrheae, N. Catarrhalis.

2).- Moraxella: M. catarrhalis, M. lacunata, M. bovis, M. nonliquefaciens, M. osloensis, M. phenylpyruvica.

Bacilos gram – aerobios fermentadores de glucosa de la familia enterobacteriaea (2) (oxidasa negativos).

1).- Enterobacteriaea fermentadoras de lactosa:

1.a).-  Escherichia: E. Coli, E. Alberti, E. alvei.

1.b).- Klebsiella (excepto K. Rhinoscleromatis): K. pneumoniae, K. Oxytoca, K. granulomatis

1.c).- Enterobacter: E. aerogenes, E. cloacae, E. aglomerans, E. georgoviae, E. sakazakii.

1.d).- Citrobacter: C. freundi, C. amalonaticus, C. diversus.

2).- Enterobacteriaea NO fermentadoras de lactosa:

2.a).- Salmonella: S. thypi, S. thypimurium, S. parathyphi, S. choleraesuis, S. enteritidis.

2.b).- Shigella: S. dysenterii, sonney, boydei, flexneri.

2.c).- Serratia: S. marcencens.

2.d).- Yersinia: Y. pestis, Y. enterocolítica, Y. seudoTBC.

2.e).- Proteus: P. mirabilis, P. vulgaris.

2.f).- Providencia: P. rettgeri, P. stuartii.

2.g).- Morganella: M. morganii.

2.h).- Edwarsiella: E. tarda.

2.i).- Erwinia

2.j).-  Plesiomona: P. Shigelloides.

2.k).-  Hafnia: H. alves.

(2) Las bacterias de la familia enterobacteriaea se caracteriazan porque: a) Todas son gram negativas unas aerobias y otras anaerobias facultativas b) Todas colonizan habitualmente el tubo digestivo del hombre y otros animales, unas formando parte de la flora normal, otras cuando colonizan causan infección  y son los patógenos manifiestos como p.e. salmonella, Shigella, Yersinia, c) Cuando colonizan sitios del cuerpo que normalmente son estereriles siempre causan infecciones, bacterias estas que pueden ser de la flora normal del mismo paciente y se llaman patógenos oportunistas como p.e. E. Coli, Klebsiella Neumoniae, Proteus Mirabilis, o de otros pacientes (enferemedades nosocomiales como p.e. E coli), d) Agunas su hábitat normal no es el tubo digestivo sino el medio ambiente como el agua, el suelo, vegetación, etcétera. e) Todas son fermentadoras de glucosa, f) todas son catalasa positiva (salvo la shigella dysenteriae tipo I) y g) todas son oxidasas negativas.

Las enterobacteriaea que causan enfermedades (patógenos manifiestos y oportunistas) son aproximadamente 20 especies.

Bacilos gram – aerobios fermentadores de glucosa no enterobacteriaea (oxidasas negativos).

1.)- Vibrio: V. Cholerae, V. fluvialis, V. mimicus, V. damsella, V. parahaemolyticus, V. furnisii, V. hollisae, V. vulnificus, V. alginulyticus,.

2).- Aeromonas: A. hydrophila, A. caviae, A. veronii, A. sobria, A. jandaei, A. trota, A. schubertii, A. encheleia, A. allosacharophila, A. popoffii.          

3).- Haemophilus: H. influenzae, H. parainfluenzae, H. ducrrey, H. aegyptius, H. avium, H. felis, H. haemolyticus, H. parasuis, H. pittmaniae.    

4).- Bartonella: B. henselae tipo I y II, B. quintana, B. carridgeiae, B. koehlerae, B. wessii.

5).- Streptobacilos: S. moniliformes.

6).- Pasteurella: P. multocida, P. haemolytica, P. aerogenes, P. dagmatis, P. neumotrópica, P. stomatis, P. bettyae, P. anatis, P. caballi, P. canis, P. avius, P. gallicida, P. gallinarum, P. granulomatis, P. langaaensis, P. lymphangitidis, P. mairii, P. skyensis, P. testudinis, P. trehalosi, P. ureae, P. volantium

7).- Legionella: L. pneumophyla,

8).- Francisella: F. tularensis, F. philomiragia, F. hispaniensis, F. noatunensis, F. piscicida

Bacilos gram – aerobios NO fermentadores de glucosa  (3).

1).- Pseudomona: P. aeruginosa, P. putida, P. fluorescens, P. stutzeri, P. acidovorans, P. denitrificans, P. marginalis.

2).- Acinetobacter: A. baumanii, A. alcoaceticus, A. iwoffi.

3).- Burkholderia: B. cepacia, B. pseudomallei, B. mallei.

4).- Stenotrophomona: S. maltophilia,

5).- Alcaligenes: A. faecalis, 

6).- Bordetella: B. pertussis, B. parapertussis, B. homesii, B. trematum, 

7).- Brucella: B. abortus, B. melitensis, B. suis y B. canis.

8).- Campylobacter: C. jejuni, C. coli.

9).- Helicobacter: H. pylori, H. bilis, y otras 30 especies.

10).- Eikenella: E. corrodens.

11).- Cardiobacterium: C. hominis,

12).- Kingella: K. kingae.

13).- Achromobacter: A. xylosoxidans

14).- Acidovorax.

15).- Agrobacterium.

16).- Chryseomonas.

17).- Empedobacter.

18).- Flavimonas.

19).- Flavobacterium.

20).- Roseomonas.

21).- Shewanella.

22).- Weeksella.

(3) A pesar de ser aerobios no utilizan glucosa como fuente de energía o utilizan otros carbohidratos por via diferente a la fermentación.

Bacilos gram – anaerobios:

1).  Bacteroides: B. Frágilis, B. Thetaiotaomicron.

2).- Porphyromonas: P. Asaccharolytica, P. Endodontalis, P. Gingivalis, P. Oralis.

3).- Prevotella: P. Melaninogenica, P. Bivia, P. Corporis, P. Disiens, P. Intermedia.

4).- Fusobacterium: F. Nucleatum, F. Necrophorum, F. Varium, F. Mortiferum.

5).- Leptotrichia: L. Buccalis.

6).- Bilophia: B. Whadsworthia.       

Bacterias sin pared celular:

1).- Mycoplasma y ureaplasma:

1.a).- Mycoplasma: M. pneumoniae, M. penetrans, M. genitalum, M. fermentans, M. hominis, M. salivarium.

1.b).- Ureaplasma: U. urealyticum, U. parvum.

2).- Chlamydiaceae:

2.a).- Chlamydia: C. trachomatis, C. psittaci.

2.b).- Chlamydophila: C. pneumoniae.

Micobacterias:

1).- Micobacterias del complejo tuberculoso (agente etilogico de la TBC).

1.a).- M. tuberculosis (bacilo de Koch).

1.b).- M. bovis.

1.c).- M. bovis BCG.

1.d).- M. africanum.

1.e).- M. microti.

1.f).- M. canetti

1.g).- M. caprae.

2).- Micobacteria Leprae.

3).- Micobacterias del complejo avium intracelular.

3.a).- M. avium.

3.b).- M. intracelular.

4).- Micobacterias del complejo no tuberculoso (MOTT del iglés Mycobacteria other than tuberculosis). Son 12 especies.

Espiroquetas:

Las espiroquetas son un grupo grande y heterogéneo de bacilos gramnegativos, largos delgados, enrollados en forma de hélice o espirales, móviles, los cuales en su pared celular poseen una membrana externa y con abundante peptidoglicano. Otra característica es que poseen endoflagelos, los cuales son similares a  flagelos pero situados en el espacio  periplasmico. Unas son parásitas estrictas y otras pueden vivir libres (como la spirochaeta que vive en ambientes acuáticos, fangos y lodos). Unas son anaerobias y otras son anaerobias facultativas.

Existen tres generos de espiroquetas: treponema, leptospira y borrelia.

1).- Treponema: T. pallidum, T. carateum (únicas patógenas), T. denticola, T. skolidontum, T. socranskii, T. pectinovorum, T. vicentii,

2).- Leptospira: L. icterohaemorrhagiae (patógena), L. pomona, L. canícola.

3).- Borrelia: B. recurrentis, B. burgdorferi (patógena), B. Hispánica.

Rickettsiae

Bacterias pleomorfica intracelulares obligados, por cuanto no pueden sobrevivir fuera del reservorio (animales domesticos y el hombre)  o del vector (pulgas, piojos y garrapatas), que se considera gram negativa (porque tiene membrana externa en la pared celular con LPS) pero es difícil de teñir con método de gram. Se trasmite por la picadura o por las heces del vector, para luego ingresar al torrente sanguíneo, donde se adhiere a las células endoteliales, las cuales la fagocitan, luego por enzimas bacterianas fosfolipasa D y hemolisina C, rompe la membrana lisosomal y escapa al citosol, donde se da la multiplicación bacteriana, luego difunde a las células vecinas y a la circulación general donde repite el ciclo. Activan factores de transcripción como el NF-kB (inhibiendo la apoptosis de la célula e induciendo la síntesis proteica) lo cual lleva a un estado de procoagulación endovascular.

1).- R. rikettsii.

2).- R. thypi.

3).- R. felis.

4).- R. prowazekii.

5).- R. tstutsugamushi.

6).- R. australis.

7).- R. akari.

8).- R. eslovaca.

9).- R. coroni.

10).- R. sibirica.

Coxiella burnetii.

Similar a la rikettsia pero se diferencia en que puede vivir fuera de la célula del husped o del vector.

Gardenella vaginalis:

Posee una pared celula con características de gram positiva, pero es inusualmente delgada y por eso tieñe gram variable, siendo un bacilo inmóvil no encapsulado, anaerobio facultativo, catalasa positivo y oxidasa negativo, que posee una citotoxina que daña las membranas de las células epiteliales.

Actinomicetos parcialmente BAAR (1):

1).- Nocardia: N. Brasiliensis, N. Seudobrasilensis, N. Otitis Caviarum N. Farcinica. N. Nova, N. transvalencis, N. brevicatena, N. africana, N. veterana, N. paucivorans, N. carnea, N. Abscessus, N. Asteroides.

2).- Rhodococcus: R. Equi. R. Erythropolis, R. Rhodnii, R. Rhodochrous,

3).- Gordonia: G. Aichiensis, G: Bronchialis, G. Polyisoprenivorans, G. Rubripertincta, G. Sputi, G. Terrae.

4).- Tsukamurella: T. Paurometabola, T. Pulmonaris, T. ichonensis, Tyrosinosovens, T. Stranjordae.

 

OTRAS CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS*.

Las bacterias también se pueden clasificar de otras formas así:

1. Por su forma y agrupamiento,

2. Por su respiración,

3. Por su pared celular,

4.  Por su capacidad de formar esporas,

5. Por características metabólicas y enzimáticas.

 

Clasificación de las bacterias por su forma y agrupamiento.

Se clasifican así:

a).-  Los cocos: que son de formas esféricas y de acuerdo a como se agrupan se denominan:

a.1).- Diplococos: en pares.

a.2).- Tétradas: en grupos de cuatro.

a.3).- Sarcinas: en forma de cubos.

a.4).- Estreptococos: en forma de cadenas.

a.5).- Estafilococos: en forma de racimos.

b).-  Los bacilos: con una figura de pequeños bastones.

b.1).- Diplobacilos: en pares.

b.2).- Estreptobacilos: en forma de cadenas.  

b.3).- Empalizadas o  Letras chinas.

c).-  Los espirilos: en forma de tirabuzón, con eje helicoidal.

d).- Los vibrios: ligeramente curvados y generalmente de gran movilidad.

Clasificación de las bacterias por su respiración.

Se clasifican así:

a).- Aerobias estrictas:   aquellas que requieren del oxígeno como último aceptor de electrones para la cadena trasportadora de electrones y la fosforilación oxidativa.

b).- Anaerobias estrictas: que utilizan sales inorgánicas en lugar del oxígeno para transferir electrones, como por ejemplo azufre.

c).- Aerobias y anaerobias facultativas: que pueden respirar en presencia y ausencia de oxígeno, ya que cuentan con sistemas enzimáticos que pueden activarse en cualquiera.

d).- Microaerofilicas: que requieren de menor concentración de oxígeno en el medio para realizar  mejor la respiración, con concentraciones ideales del 12%, recordemos que la atmosfera posee una concentración de oxígeno del 21%.

Clasificación de las bacterias por su pared celular.

Se clasificación en cuatro grupos: a) Las que no tienen pared, b) La que son BAAR por poseer ácido micólico en la pared, c) las gram positivas y d) las gram negativas.

Primer grupo: Las que NO tienen pared: Mycoplasmas, Ureaplasmas y  Chlamydia.

Los mycoplasmas son la forma más pequeña de vida conocida y por eso pueden atravesar filtros que pueden retener bacterias (por eso en un principio se confundieron con virus, pero se diferencian en que poseen ADN y ARN y crecen en medios acelulares), cuya característica más importante es que carecen de pared celular y solo poseen membrana celular con esteroles (que no están presentes en otras bacterias ni en los virus). Existen más de 120 especies de mycoplasmas y 7 de ureaplasmas.  Unos mycoplasmas son fermentadores de carbohidratos y otros de aminoácidos (arginina).

Los Ureaplasma hidrolizan la urea (como su nombre lo indica) como fuente de energía.

La chlamydaceae no posee pared celular cuando está en fase de replicación (cuerpo reticular), pero cuando está en fase vegetativa (cuerpo elemental) o sea cuando son infecciosas, si tiene pared y es similar a la de las gram negativas. Es una bacteria inmóvil, intracelular obligada.

Todas las bacterias sin pared celular son anaerobias facultativas, excepto el M. pneumoniae que es aerobia estricta.

Segundo grupo: Micobacterias o BAAR:

Son bacterias que se caracterizan porque su pared celular posee gran cantidad de ácido micólico, el cual es  un ácidos grasos que tienen más de 60 carbonos, los cuales están pegados a las moléculas de arabinogalactano. Por tanto su pared celular tienen una estructura similar a la de las gram positivas (por eso algunos textos los consideran gram +), pero tienen aún una mayor cantidad de lípidos que éstas (cerca del 60% del peso de la pared celular, en particular ácido micólico como ya se dijo), por eso son hidrofóbicas y las hace resistentes a muchos desinfectantes, además tiene como proteoglicano N-gluconil-murámico en lugar de N-acetil-murámico. Estas dos características las hace difícil de teñir, pero una vez teñidos se resisten a la decoloración con alcohol acidificado por eso se les llama Bacilos Acido Alcohol Resistentes (BAAR). Son bacterias aerobias, no esporuladas, inmóviles, que crecen muy lentamente comparado con otras bacterias. Son aerobias estrictas (algunas) porque el metabolismo es muy alto y requieren mucha energía para reproducirse; sin embargo puede ser anaerobia pero no se reproduce sino que queda en un estado como de latencia como sucede en el granuloma tuberculoso. Hay más de 100 especies. Estas incluyen las micobacterias del complejo tuberculoso, la del leprae, las del complejo avium intracelular y las del complejo no tuberculoso.

Algunos textos consideran que las Rickettsia y las espiroquetas (Treponema, leptospiras y borrella) son micobacterias que se asimilan a las gram -, pero básicamente lo dicen porque también tienen ácido miólico y son BAAR.

Tercer grupo: Gram positivas (tiñen de azul)

Su característica principal es que poseen una gran capa de peptidoglicanos (por eso tiñe de azul porque capta el color del gram y luego no se quita con el alcohol ya que este no puede atravesar la gruesa capa de peptidoglicano).

Cuarto grupo: Gram negativas (tiñen de rojo-rosado)

Se caracteriza porque la pared celular es más delgada porque solo posee una capa de peptidoglicano, posee membrana externa (similar a la membrana plasmática pero de localización externa) que contiene lipopolisacáridos, posee espacio perimembrana y algunos poseen cápsula o glicocalix.

Arqueobacterias y cianobacterias.

Con fines académicos y de cultura general realizaremos una pequeña descripción de estos dos tipos de bacterias que no tienen importancia clínica.

Las arqueobacterias, pertenecen al dominio Archaea, los cuales son microorganismos muy parecidos a las bacterias, con iguales formas de cocos, bacilos y espirilos, pero de menor tamaño (¿?) y que se diferencia en:

  • No poseen peptidoglicano en su pared celular.
  • Los lípidos de su membrana posee enlaces éter en lugar de ester y corresponden a cadenas de grupos isopreno (no colesterol ni ácidos grasos) unidos por enlaces éter a moléculas de glicerol, formando monocapas no bicapas lipídicas.
  • El hábitat normal son ambientes extremos tales como depósitos profundos de petróleo caliente, fumarolas de los volcanes y marinos, lagos salinos (mar muerto), fuentes termales; por esta razón también las llaman “extremófilas”, y se consideran fueron los primeros habitantes de la tierra cuando las condiciones eran extremas, por esa razón su nombre el cual proviene del griego “arkhaios” que quiere decir “antiguo”.
  • Se clasifican en metanogénicas (que producen metano y se consideran son la fuente de este gas en la naturaleza y también viven en el TGI de los rumiantes produciendo el mismo gas), halófilas extremas (que viven en hábitats salubres extremos) y termófilas extremas (que viven a temperaturas muy altas).
  • Todas son anaerobias estrictas, usando Hidrógeno como fuente de energía y CO2 como fuente de carbono para el crecimiento.
  • No se conocen patologías en los humanos cuya etiología sean estas bacterias.

Las cianobacterias, son otros microorganismos similares a las bacterias, porque son procariotas y poseen pared celular similar, que se diferencian de las bacterias en los siguientes:

  • Desarrollan fotosíntesis, o sea que llevan a cabo el ciclo de Calvin, como las plantas, por eso antiguamente eran consideradas algas y se les llamaba “algas verde-azuladas” y ahora se les llama también oxifotobacterias. Se consideran que fueron los primeros organismos que produjeron oxígeno en la tierra.
  • No pueden ser consideradas plantas porque no poseen núcleo y por eso se consideran procariotas (células sin núcleo).
  • Se diferencia su membrana celular de la de las bacterias en que poseen ácidos grasos poliinsaturados (como las membranas celulares eucariotas) en lugar de saturados o monoinsaturados como las procariotas.
  • Son más grandes que las bacterias.
  • Pueden ser pluricelulares con comunicación entre ellas y algún grado de especialización.
  • Viven en aguas estancadas y en el humus de la tierra como descomponedores de materia orgánica.
  • Algunas pueden tener valor nutricional (por su contenido de carotenos y antioxidantes) como la spirulina.
  • Algunas pueden tener importancia clínica al sintetizar toxinas venenosas para el ser humano que causan intoxicaciones.

 

MECANISMOS DE PATOGENICIDAD Y VIRULENCIA DE LAS BACTERIAS*.

Patogenicidad:

Es la capacidad de producir enfermedad por la capacidad de superar las defensas del huésped. Las bacterias producen la patogenicidad de 4 formas:

a).- Por competición al usar los nutrientes de la célula huésped.

La mayoría de las bacterias requieren hierro para el crecimiento y para su buen funcionamiento (por ejemplo de los citocromos de la cadena respiratoria bacteriana y de la eucariota también) y debido a que el hierro libre en el ser humano es muy escaso, las bacterias deben desarrollar un mecanismo para competir por el hierro y para ello sintetizan una proteína fijadora de hierro denominada sideróforo, la cual secretan y esta proteína posee una afinidad mayor por el hierro que las proteínas transportadoras de hierro humanas (lactoferrina, sideroferina y transferrina) y que la hemoglobina, y de este  modo lo atrapan para luego ser captado el complejo sideróforo- Fe por la bacteria. Otras bacterias como p.e. la N. meningitidis posee en su superficie celular bacteriana receptores para la transferrina y lactoferrina y de esta manera capta estas proteínas, junto con el hierro que trasportan. Algunas bacterias liberan toxinas que causan la muerte de la célula con el fin de lograr liberar el hierro para captarlo.

b).- Por causar daño directo por la invasión.

Algunas bacterias utilizan la célula eucariota huésped como sitio para su reproducción y por tanto utilizan de ésta elementos como nutrientes y también la usan como sitio de depósito de desechos. Una vez se han multiplicado por aumento de tamaño causan la rotura de célula para su liberación y luego invadir otras  células, este es el caso de la salmonella, la E. Coli y la N. gonorreae.

c).- Por citotoxinas.

Las citotoxinas pueden causar daño incluso en sitios lejanos del sitio inicial de la invasión, (VER ADELANTE).

c).- Por inducir reacciones de hipersensibilidad.

Virulencia:

Es el grado o magnitud de la patogenicidad. La virulencia depende de características de la bacteria tales como:

a).- Poseer cápsula.

Las hace más virulentas.

b).- Componentes de la pared celular.

Como por ejemplo la presencia de la proteína M en el S. pyogenes (faringoamigdalitis – impétigo) la cual es resiste al calor y los ácidos media la fijación de la bacteria a las células epiteliales del huésped e impide su fagocitosis. La N. gonorreae posee una proteína denominada Opa la cual actúa similar a la proteína M e impide la fagocitosis. Las BAAR poseen el ácido micólico que les da resistencia a la fagocitosis por eso se reproducen dentro del macrófago.

c). - Exoenzimas:

Entre estas enzimas que sintetizan y secretan tenemos:

  • Coagulasas que induce la conversión del fibrinógeno en fibrina como el S. aureus.
  • Estreptoquinasa producida por el S. pyogenes (faringoamigdalitis – impétigo) o la estafilocinasa producida por el S. aureus (forúnculos, mastitis, osteomielitis, AS), que por el contrario degradan la fibrina.
  • Hialuronidasas producida por el S. pyogenes y el C. perfringes (gangrena gaseosa).
  • Colagenasas: producidas por el C. perfringes.
  • Ig-proteasas: hidrolizan la Ig A como el N. gonorreae y N. meningitidis.

MECANISMO DE ACCION DE LAS TOXINAS BACTERIANAS O CITOTOXINAS.

El mecanismo de la patogenicidad de muchas bacterias es debido a moléculas que sintetizan, las cuales dañan o destruyen las células del hospedero, moléculas estas que se les denomina genéricamente toxinas. Las toxinas se dividen en dos grandes grupos: Exotocinas y Endotoxinas, dependiendo si son sintetizadas para ser excretadas caso en el cual se denominan exotoxinas o si son sintetizadas para hacer parte de su estructura bacteriana pero que al entrar en contacto con el hospedero desencadenan patogenicidad caso en el cual se les denomina endotoxinas. Las unas y las otras se les denomina en forma genérica citotoxinas, porque destruyen o alteran gravemente la célula huésped eucariota y la capacidad de producirlas por una bacteria se denomina toxigenicidad.

En el siguiente cuadro realizamos una comparación de las características que diferencian las toxinas de tipo exotoxinas de la tipo endotoxinas.

Mecanismo de acción de las exotoxinas.

Las citotoxinas de tipo exotoxinas son llamadas también toxinas difusibles, son todas de tipo peptídicas (proteínas), por tanto son codificadas por el DNA bacteriano sea de tipo plasmídico (ADN que poseen las bacterias en su citoplasma pero que no hace parte del ADN de la bacteria, es circular) o bacteriófago (ADN proveniente de un virus que se incorpora al ADN bacteriano y de esta forma se expresa), como en el caso de la toxina del Corinebacterium Difteriae causante de la Difteria y el Streptococcus Pyogenes causante de la Escarlatina. Esta síntesis se sucede en el citoplasma bacteriano (porque las bacterias no poseen núcleo) y luego son secretadas para llevar a cabo la citotoxicidad incluso en células distantes de donde se sintetizaron, transporte que se lleva a cabo por la sangre (toxemia) o por la linfa. Estas exotoxinas o toxinas difusibles son inactivadas por anticuerpos específicos para cada toxina y por eso se puede realizar inmunoprevención con vacunas denominadas toxoides.  

Las citotoxinas de tipo exotoxinas son sintetizadas por las bacterias gram negativas y gram positivas, con el fin de atacar el sistema de defensa y de respuestas inmunes del huésped, para poder llevar a cabo su ciclo de vida. Sin embargo muchas enfermedades causadas por exotoxinas se debe a la contaminación con la citotoxina y no a la infección por la bacteria que la producen, por ejemplo el botulismo se debe a la contaminación con la toxina y no ha infección con el C. botulidium; igual la intoxicación alimentaria estafilocócica se debe a la ingesta de la toxina y no a la infección por el estafilococo.

Existen varias formas de clasificar las exotoxinas, de las cuales describiremos dos formas, la primera forma que describiremos es de acuerdo a su mecanismo de acción y la segunda de acuerdo al tipo de células o tejidos que afecta en el huésped.

De acuerdo al mecanismo de acción, éstas proteínas – toxinas de tipo toxinas difusibles, tienen como mecanismo de acción patogénico llevar a cabo una actividad enzimática bien sea de tipo Glucosil-trasferasa, ADP-Ribosil trasferasa (ADPRTs),  proteasas, actividad mimética GAPs, actividad hidrolasa-nucleasa-fosfodiestereasa (genotoxicas), Citolisinas colesterol dependiente (CDC) o deaminasa entre otras.

Las exotoxinas o toxinas difusibles que realizan éstas actividades catalíticas pueden utilizar como sustrato (proteínas blanco) a varias proteínas de gran importancia celular como las proteínas G ATPasa de bajo peso molecular o llamadas Proteínas G pequeñas o Proteínas G monoméricas, específicamente proteínas G ATPasa monoméricas de la familia Rho. Recordemos que esta familia Rho se subdivide en 3 subfamilias: La familia de isoforma Rho (RhoA, RhoB y RhoC), la subfamilia Rac1 y la subfamilia Cdc42. La proteínas G de bajo peso molecular tipo Rho , son proteínas que hacen parte de vías de señalización celular, preponderantemente en la regulación del citoesqueleto celular, modulando la formación de fibras actina/miosina y la formación de contactos locales  entre células mediante la uniones firmes apicales y uniones adherentes que son las que regulan la permeabilidad paracelular (subtipo RhoA), también están implicadas en la formación de las lamelipodias, protuberancias de actina necesarias para el movimiento-migración celular (subtipo Rac1) y en la formación de prolongaciones de actina hacia el exterior celular llamados filopodias (subtipo Cdc42). Esta regulación del citoesqueleto es esencial para mantener integro el epitelio y el endotelio celular controlando la permeabilidad celular, pero también es fundamental en el ciclo celular (formación del huso acromático y la citogénesis), la morfogénesis, la migración celular, la secreción, la fagocitosis, activación de la trascripción genética de citocinas moduladoras de la inflamación y la respuesta inmune  y la apoptosis. Además las Rho también participan en la activación del complemento al realizar la señalización del complemento C3a. Cuando una citotoxina de tipo exotoxina (proteína-enzimática bacteriana) lleva a cabo su actividad patogénica sobre la proteína blanco (Rho en este caso), pueden alterar cualquiera de las etapas de su mecanismo de acción (VER GRAFICO 222 CUADERNO NEGRO) inactivándola irreversible o reversiblemente o bien activándolas al mimetizar la función de moléculas GEF o GAP.

Pero además de las proteínas G monoméricas de tipo Rho, las citotoxina de tipo exotoxina también pueden tener como blanco otras proteínas como la proteínas G monomérica Ras, la actina, el factor de elongación 2 de las células eucariotas (eFE) e incluso otras moléculas como el ADN (por lo que a este grupo se les denomina genotoxinas) o estructuras como la membrana celular de las células diana (a este último grupo se les denomina citolisinas dependientes de colesterol).

A continuación realizaremos una breve descripción de las principales toxinas bacterianas y su mecanismo de acción.

Citotoxina de tipo exotoxina con mecanismo de acción de Glucosiltransferasa.

Cuando la toxina tiene actividad glucosil-trasferasa para llevar a cabo su actividad patogénica une una molécula de glucosa al grupo hidroxilo de un residuo de Treonina de la Rho, lo cual impide que a la Rho se una el GTP y además se impide que se interactúe con las GEF y GAP, porque este grupo hidroxilo es el mismo que permite la unión del GTP y la interacción Rho-GEF-GAP. Las citotoxinas de tipo exotoxina con esta actividad son las sintetizadas por bacterias Clostridium Difficile (TcdA y TcdB), Clostridium  Sordellii (TcsL y TcsH) y Clostridium Novyi (Tcnα). Todas estas citotoxinas de tipo exotoxina tienen como diana la familia de proteínas G Rho (isoformas Rho, Rac1 y Cdc42) excepto la citotoxina TcsL que posee como diana la familia de proteína G Ras y no la Rho. Las Ras intervienen en vías de señalización celular que regulan la expresión genética (proliferación, diferenciación, supervivencia – apoptosis) y por eso cuando se alteran se relacionan con el cáncer.

La inactivación de la Rho trae como consecuencia que las célula sufra cambios morfológicos, se separe de la matriz extracelular, se altere la barrera epitelial, se altere la secreción, la fagocitosis y la apoptosis, entre otras funciones celulares, lo cual lleva a que en muchos casos la célula no sobreviva. Estas citotoxinas de tipo exotoxina (TcdA y TcdB) a nivel del intestino grueso desencadenan una fuerte reacción inflamatoria con infiltración de neutrófilos, la activación de los macrófagos y la liberación de mediadores inflamatorios como leucotrienos, prostaglandinas y factor nuclear  KB (NF-KB).

Citotoxina de tipo exotoxina con mecanismo de acción ADP-Ribosil transferasa (ADPRTs).

Estas citotoxinas de tipo exotoxina llevan a cabo su actividad patogénica uniéndose al NAD+ y luego hidrolizándolo, transfiriendo el ADP-Ribosa liberado del NAD+ por su hidrólisis al sustrato diana, lo cual desregula la actividad celular llevando en la mayoría de los casos a la muerte celular.  (VER GRAFICO 155 CUADERNO HELM 2).

Dependiendo del sustrato diana al cual transfiere el ADP-Ribosa liberado por la hidrólisis del NAD+ tenemos cuatro subgrupos de bacterias con actividad ADP-ribosil transferasa así:

Familia AB5: En este grupo tenemos la toxina producida por el Vibrio cólera (CT), la Bordetella Pertussis - tos ferina- (PT) y la temo-lábil de E. Coli (LT) las cuales tienen como blanco la proteína G de bajo peso molecular de la familia Rho (subtipos RhoB y RhoC). Se denominan AB5 porque la estructura polipeptídica de estas proteínas poseen una subunidad A (que es la que tiene actividad enzimática) y 5 subunidades B (pentámero por medio del cual se fijan al receptor celular y para el ingreso a la célula). Estas toxinas tienen como característica que su virulencia está relacionada en que las Rho son ADP-ribosiladas cuando se encuentran en su forma activa y llevan a que se active la adenilciclasa con aumento de los niveles de AMPc, llevando a que se alteren canales iónicos que llevan a la salida de electrolitos y agua de la célula.

Familia que ADP-ribosilan la diftamida. A este grupo de toxinas pertenecen las sintetizadas por las bacterias Corynebacterium Diphtheriae (DT) y la Pseudomona Aeruginosa (PAETA), cuyo mecanismo de acción consiste en que la toxina trasfiere el ADP-Ribosil a un residuo de histidina modificado por la adición de un grupo diftamida presente exclusivamente en el factor de elongación 2 de las células eucariotas (eFE2), lo cual hace que la célula pierda la capacidad de síntesis de proteínas causando irremediablemente la muerte celular.

Familia que ADP-ribosilan la actina. En este grupo están la toxina del Clostridium Botolinum C2bot, la del Clostridium Perfringes o toxina lota (causante de la gangrena gaseosa), la toxina del Clostridium Spiriforme –toxina S- y la toxina del Bacilo Cereus tipo VIP2. El mecanismo de acción de estas toxinas consiste en ADP-ribosilar el residuo Arginina 177 de la actina impidiendo la polimerización de la actina y la causando la degradación de la actina del citoesqueleto causando la muerte celular.

Familia de exoenzimas C3. En este grupo tenemos la toxina del Clostridium Botolinum C3bot, del Clostridium Limosum  C3lim, Clostridium Cereus tipo C3cer y la del Staphylococcus Aureus C3Stau. El mecanismo de acción de estas citotoxinas de tipo exotoxina consiste en ADP-Ribosilar el residuo Arginina 41 de las tres isoformas de la Rho (RhoA, RhoB y RhoC) lo cual impide que las Rho se activen alterando la señalización celular de las que hacen parte y del citoesqueleto, lo cual llevan a la muerte celular.

 Citotoxina de tipo exotoxina con mecanismo de acción Proteasa.

En este grupo solamente encontramos la Yersinia Enterocolítica cuya toxina se denomina YopT, la cual tiene como mecanismo de acción causar la hidrólisis de los subgrupos RhoA, Rac1 y Cdc42 de las proteína G monomérica Rho, causando lógicamente la alteración de la señalización celular donde participan en particular alterando el citoesqueleto celular. Las células en las que la Yersinia Enterocolítica lleva a cabo su actividad anti Rho son los macrófagos.

Citotoxina de tipo exotoxina con mecanismo de acción actividad GAP. En este grupo tenemos las bacterias Salmonella entérica serotipo Thypimurium  productora de la citotoxina ExoS, la Pseudomona Aeruginosa productora de la toxina ExoT y la Yersinia spp productora de la toxina YopE. El mecanismo de acción de estas citotoxinas de tipo exotoxina consiste en mimetizar las proteínas aceleradora de la actividad GTPasa (GAP por las siglas de GPTasa Accelerator Protein), a manera de agonistas, y por tanto causan la hidrólisis del GTP unido a la proteína Rho activa, lo cual lógicamente la inactiva, lo cual lleva a la desorganización del citoesqueleto con muerte celular. Esta Salmonella entérica Thypimurium es menos patógena que la salmonella Thypi, la cual es el agente etiológico de la fiebre tifoidéa.

La citotoxina de tipo exotoxina ExoS (Salmonella entérica Thypimurium) y ExoT (Pseudomona Aeruginosa) además de tener actividad GAP también poseen actividad ADP-Ribosiltransferasa (como se había explicado para la Pseudomona Aeruginosa). La actividad de estos dos mecanismos de acción de estas toxinas es coordinada por cuanto la actividad GAP va dirigida a interrumpir la formación de las lamelipodias (protuberancias formadas por mallas de actina indispensables para la migración celular, principalmente en los macrófagos) y la actividad ADP-ribosil Transferasa va dirigida a alterar la adherencia y morfología celular.

Citotoxina de tipo exotoxina con mecanismo de acción “genotoxina” o CDT.

Las toxinas con actividad genotóxico llamadas  también Toxinas Citoletal Distendidas (CDT por la sigla en inglés de Cytolethal Distinding Toxin),  son proteínas-toxinas bacterianas que bloquean el ciclo celular al impedir la transición de la etapa G2 de la interface a la Mitosis. Entre las bacterias que sintetizan estas genotoxinas tenemos la Salmonella entérica Typhi, E. Coli, Shigella Dysenteriae, Campylobacter spp., Haemophilus Ducreyi, Helicobacter hepáticus y el Actinobacillus actinomycetemcomitans.

Estas genotoxinas citoletal distendidas (CDT) están conformadas por tres subunidades denominas CdtA, CdtB y CdtC. La subunidad CdtB es la que tiene actividad catalíticas la cual es hidrolasa de tipo fosfodiesterasa (nucleasas) y las otras dos subunidades son útiles para transportar a la subunidad catalítica hasta el núcleo de la célula, para que desarrolle su actividad fosfodiesterasa sobre el ADN (lo cual causa su ruptura) llevando a que la célula no pueda dividirse irreversiblemente llevándola a que entre en apoptosis o si logra dividirse lo hace en forma anormal relacionándose con la génesis de tumores malignos.

Caso especial es la bacteria Helicobacter Pylori, la cual sintetiza dos genotoxinas cuyo mecanismo de acción son diferentes pero que no están del todo claro. Una es la citotoxina vacuolante (VacA) y la otra toxina es la citotoxina asociada al antígeno A (CagA). La Citotoxina Vacuolante (VacA) tiene como efecto tóxico la detención de la célula en la etapa G1 de la interface del ciclo celular induciendo la apoptosis celular. Debido a que el C. Pylori tiene tropismo por las células de la mucosa gástrica y las células T de la mucosa gástrica causa su lesión (úlcera péptica y gastritis crónica) y lleva a inmunosupresión local en la mucosa gástrica. Por otra parte la citotoxina asociada al antígeno A (CagA) por el contrario induce la progresión de la etapa G2 de la interfase a la Mitosis y de esta forma acrecentando el riesgo de transformación maligna de las células de la mucosa gástrica.

Citotoxina de tipo exotoxina con mecanismo de acción citolisinas colesterol dependiente (CDC).

La citotoxina de tipo exotoxina CDC por la sigla en inglés de Cholesterol Dependent Cytolysins,  es una proteína cuyo mecanismo citotóxico consiste en que posee en su cadena polipeptídica abundantes Triptófanos, los cuales interactúan directamente con el colesterol presente en las membranas celulares de las células diana o sea que el colesterol actúa a manera de receptor; una vez anclada a la membrana la exotoxina CDC experimenta cambios conformacionales que permiten su internalización en la membrana celular, para luego convertirse en un poro extraordinariamente grande, el cual causa la lisis de la célula (citolisis), por eso también se les denomina proteínas formadoras de poro. Estas citotoxina de tipo exotoxina son proteínas que son conocidas como proteínas hemolíticas e inicialmente fueron llamadas hemolisinas.

Entre las bacterias que sintetizan estas citotoxinas de tipo exotoxina tenemos el Clostridium Perfringes que sintetiza la exotoxina Perfringolisina O (PFO), el Streptococcus Pyogenes que sintetiza la exotoxina Estreptolisina O (SLO), el Streptococcus Neumoniae que sintetiza la exotoxina Neumolisina (PLY), el Streptococcus Intermedius que sintetiza la exotoxina Intermedilisina (ILY), la Listeria Monocytogenesis, Bacillus y Arcanobacterium pyogenes.   

Sin embargo se ha evidenciado que algunas de estas citolisinas poseen un mecanismo de acción diferente como por ejemplo el utilizar “receptores ancla” diferentes al colesterol como es el caso de la Intermedilisina (ILY) que utiliza la proteína CD59-ligada a glucosil fosfatidil inositol en lugar del colesterol, el activar el complemento como por ejemplo la Neumolisina (PLY) que activa la vía clásica del complemento o la formación de un poro sensible a pH.

El Streptococcus Pyogenes tiene como células diana los queratinocitos y por eso son causantes de infecciones dermatológicas.

Resumen de clasificación de toxinas difusibles de acuerdo al mecanismo de acción:

Clasificación de las exotoxinas de acuerdo al tejido celular específico atacado en el huésped, siendo las principales:

Mecanismo de acción de las endotoxinas.

Las citotoxinas de tipo endotoxinas, son todas lipopolisacáridos complejos (LPS) que hacen parte estructural y funcional de la pared celular de bacterias gram negativas, las cuales son liberadas cuando la bacteria se lisa y durante el crecimiento bacteriano activo, aunque en ocasiones su actividad patogénica se desarrolla sin liberarse de la bacteria. Son muy termoestables, resistiendo temperaturas hasta de los 160°C, lo cual hace que puedan permanecer mucho más tiempo que la bacteria de la cual hacen parte. Al ser liberados los LPL de las bacterias gram negativas pueden permanecer tiempos prolongados en forma libre en el medio ambiente (suelo, agua, aire, polvo, etc.), en cavidades (nariz, garganta, etc.)

La estructura molecular del lipopolisacárido (LPS) está constituido por oligosacárido nuclear o core que está formado por una cadena de monosacáridos, al cual se une por un extremo a la parte lipídica denominada Lípido A y por el otro extremo se une al Polisacárido O el cual es otra cadena de monosacáridos. El Lípido A es el que le confiere la patogenicidad el cual está constituido por ácidos grasos, dos moléculas de glucosamina y grupos fosfatos. El Polisacárido O es el que le confiere a la bacteria la especificidad serológica.

Una característica importante de resaltar en las endotoxinas es que debido a que no tienen células diana ni proteínas blanco, todas las endotoxinas producen los mismos síntomas sin importar la bacteria que las sintetice, siendo estos: fiebre, escalofríos, debilidad, dolores generalizados, malestar general, leucocitosis, leucopenia, llegando hasta producir trastornos de la coagulación (incluso coagulación intravascular diseminada), choque y la muerte. Algunas también desencadenan abortos.

El mecanismo de acción de las endotoxinas es similar en todas, debido a que cuando son liberadas a la circulación general actúan como ligandos de un receptor que posee el macrófago para los LPS, que hace parte del clauster de diferenciación denominado CD14, y luego de ser fijado a éste receptor es fagocitado por los macrófagos y estos en respuesta liberan citocinas, las cuales tienen como fin desencadenar las respuesta inmune innata o inespecífica, pero cuando es exagerada la respuesta desencadena la aparición de los síntomas, como por ejemplo la interlucina 1 que al ser liberada desencadena la aparición de fiebre o por ejemplo al liberar el TNF este altera la permeabilidad capilar llevando a hipovolemia e hipotensión que desencadena en choque séptico. También se desencadena la liberación de radicales libres por parte de los macrófagos así como la síntesis de mediadores de la respuesta inflamatoria como son los derivados eicosanoides.

En otros casos las endotoxinas activan el factor de Hágeman desencadenándose la cascada de la coagulación por la vía extrínseca o activan el sistema del complemento.

Entre las principales endotoxinas tenemos:

  • La citotoxina termoestable de la E. Coli, causante de la diarrea del viajero.