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IntroduccinLa bsqueda de frmulas eficaces para combatir las
enfer-medades infecciosas ha conducido al establecimiento de
dosclases de medidas preventivas: las de ndole higinico/sani-tario
y las que se refieren al diseo de vacunas.
En cuanto a las primeras, stas permiten disminuir lafrecuencia
de diversos padecimientos y agrupan accionesconjuntas, tales como
las de cocer adecuadamente los alime-nos, hervir el agua y la leche
antes de ingerirlas, lavarse lasmanos despus de ir al bao y antes
de comer o de prepararalimentos, emplear preservativos durante el
acto sexual,evitar el hacinamiento, no acudir a lugares cerrados
muycongregados, mantener limpios los sistemas de abasteci-miento
acufero, etctera.
Sin embargo, dependiendo de la situacin socio-econ-mica de la
poblacin, las medidas anteriores suelen serinsuficientes,
impracticables y hasta desconocidas; por talmotivo, el desarrollo
de vacunas eficaces de fcil aplicacincontina representando una meta
prioritaria en el campo dela salud pblica.
Cabe recordar que si bien las vacunas empezaron aaparecer desde
la primera mitad del siglo XX, la carencia delsustento cientfico
necesario para su diseo motiv que lasaportaciones de la gran mayora
de ellas1 resultaran nulas omuy limitadas; de hecho, la nica que
alcanz la efectividaddeseada fue la ampliamente conocida como
triple (ya queprotege a la poblacin contra el ttanos, la tosferina
y la difteria).
Es decir que, realmente, en esa poca slo se conocanlos
fundamentos primarios ----an vigentes---- de la produccinvacunal;
tales bases se resumen en las siguientes aseveracio-nes (Griffiths,
1991):
Por lo general, cuando un agente infeccioso se establecepor vez
primera en el organismo del hospedero, transcu-rren hasta dos
semanas para que los anticuerpos dirigidosen su contra alcancen
concentraciones protectoras.
En contraste, un segundo contacto con el mismo agresor
llega a generar respuestas inmunolgicas considerablesen tan slo
uno o dos das.
Por lo tanto, el papel concreto de una vacuna, es el desustituir
la primera exposicin.
Evidentemente, en los aos recientes se han logradodefinir los
requerimientos mnimos para que las vacunascumplan estrictamente su
finalidad en los seres humanos:deben inducir una respuesta inmune
basta y especfica, seraccesibles desde el punto de vista econmico,
administrarse,almacenarse y trasladarse con cierta facilidad, as
comoresultar muy seguras, en el sentido de no originar
efectostxicos ni signos de las enfermedades contra las cuales
sedesea conferir proteccin.
Ante tal panorama, el estudio de los factores bacterianosde
virulencia ha adquirido una importancia capital. Por citartres
ejemplos (Deitsch, 1997; Griffiths, 1991; Keisari, 1997):
El descubrimiento de que la adherencia representa unode los
pasos determinantes en el proceso infectivo haconducido a
investigar si las adhesinas de los agentescausales pueden
significarse como eficaces componen-tes vacunales; en consecuencia,
tales organelos ----purifica-dos---- estn siendo probados como
inmungenos paraprevenir el clera y la tosferina.
El hallazgo de que la cpsula bacteriana posee propieda-des
antifagocitarias ha estimulado la preparacin de va-cunas
experimentales, integradas por polisacridos cap-sulares de
Streptococcus pneumoniae (agente etiolgico de laneumona
neumocccica) y de Haemophilus influenzae(principal causante de la
meningitis infantil), para tratarde establecer si los anticuerpos
inducidos facilitan laerradicacin de dichos microorganismos
capsulados porparte de los macrfagos y neutrfilos.
Las observaciones de que algunas especies tales comoNeisseria
gonorrhoeae pueden modificar rpidamente susantgenos de superficie,
ha prevenido a los diseadoresde vacunas sobre la necesidad de
elegir correctamente losinmungenos bacterianos; la desafortunada
seleccin dealgn componente microbiano que sufriera variaciones
invivo, dejara sin utilidad a los anticuerpos inducidos por
laestructura original.
En resumen, el conocimiento de las estrategias implica-das en la
patogenicidad bacteriana resulta indispensable
PROFESORES AL DA
Principales factores bacterianos quepromueven la colonizacin e
invasin de los tejidos humanosRal Garza Velasco,* Jssica valos
Gonzlez,* Sara M. Ugalde Matehuala* y Marisol Lpez Lpez**
* Departamento de Biologa, Facultad de Qumica, UNAM.**
Departamento de Sistemas Biolgicos, Divisin de CienciasBiolgicas y
de la Salud, UAM-Xochimilco.
1 Incluidas las elaboradas contra neumona, meningitis,
clera,fiebre tifoidea, diarrea infantil, gonorrea, sfilis y sepsis
bacteriana.
274 Educacin Qumica 11[2]
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para definir con fundamento las acciones y los
mecanismosasociados al combate de numerosos padecimientos
ocasio-nados por microorganismos. El presente trabajo
describealgunos de los principales factores de virulencia que
promue-ven la invasin y/o colonizacin bacterianas de los
tejidoshumanos.
Principales factores asociados a la invasividad y colonizacin
bacterianasDe acuerdo con numerosos autores, las dos propiedades
queconfieren patogenicidad a las bacterias son la toxigenicidady la
invasividad; en cuanto a la primera de ellas, aqulla sedefine como
la capacidad para producir toxinas2 y, por suparte, la invasividad
se refiere a la facultad para penetrar,establecerse, reproducirse y
diseminarse en los tejidos delhospedero (Heithoff; 1997; Quinn;
1997; Smith, 1998).
Cabe aclarar que el trmino invasividad tambin esutilizado
especficamente en alusin a la capacidad de ciertasbacterias para
reproducirse intracelularmente y desplazarsedel citoplasma de una
clula al de las otras. Para quienes sloaceptan lo anterior, el
crecimiento de microorganismos vi-rulentos sobre/fuera de las
clulas del hospedero requiere deotras denominaciones, tales como la
de colonizacin ----aun-que sta no permite descartar al proceso
benfico que supo-ne el establecimiento de la flora habitual en los
tejidos delhospedero----, o bien, la de invasin extracelular
(Todar, 1998).
En todo caso, es indudable que numerosas bacteriaspatgenas que
slo se reproducen extracelularmente tam-bin invaden los tejidos y,
como ocurre en el caso de lasintracelulares, producen factores de
virulencia que les per-miten adherirse a las clulas y tejidos
implicados, reprodu-cirse en su tejido blanco y neutralizar los
mecanismos dedefensa del hospedero (Heithoff; 1997; Quinn; 1997;
Smith,1998).
As las cosas, tanto los invasores extracelulares como
losintracelulares comparten las propiedades y mecanismos quese
describen a continuacin, exceptuando a los relacionadoscon la
residencia intracelular.
AdhesinasDe acuerdo con el diagrama 1, una vez que una
bacteriacontacta con su tejido blanco, intentar adherirse a
lasuperficie de las clulas implicadas; la eventual concrecin
de tal objetivo resulta particularmente importante en regio-nes
anatmicas tales como la boca, el intestino delgado y eltracto
urinario, ya que las mucosas implicadas son lavadaspor diversos
fluidos que arrastran con cierta facilidad a losmicroorganismos
libres. Sin embargo, an en zonas rela-tivamente estancadas, tales
como el colon y el tracto vaginal,el movimiento Browniano puede
separar de la superficietisular a las bacterias que no logran
fijarse con firmeza a lasclulas del hospedero. A este respecto, es
oportuno tomar encuenta que la mayora de los patgenos se puede unir
demanera ms o menos estable a los tejidos humanos (Dalton,1998;
Heithoff; 1997; Quinn; 1997; Smith, 1998, Todar,1998).
Pili o fimbriasEl mecanismo ms conocido de adherencia bacteriana
invo-lucra la formacin de enlaces mediados por protenas
fibrilaresdenominadas pili o fimbrias, indistintamente; un pilus
seconstituye bsicamente por una secuencia ordenada de su-bunidades
proteicas de pilina que forman una estructuracilndrica.
Los pili son largos, flexibles y se extienden hacia elexterior
de la superficie bacteriana para interactuar con laclula hospedera;
aunque frecuentemente se encuentrandistribuidos en todo el permetro
microbiano, algunas espe-cies slo los presentan en una o ms zonas
especficas(Dalton, 1998; Hacker, 1997).
La punta de los pili median la adherencia bacterianaunindose a
ciertas molculas ubicadas sobre la superficiede las clulas de los
tejidos; por lo general, estos recepto-res de las adhesinas
fimbriales corresponden a carbohidratos,glicoprotenas o
glicolpidos, cuya funcin primaria consisteen mantener unidas a las
clulas de los tejidos, aunquetambin se acepta que fungen como
receptores hormonalesy/o que representan seales asociadas a los
mecanismos detransduccin de dichas clulas.
La unin de los pili a su clula blanco es tan especfica,que los
receptores presentes en los tejidos del hospederodeterminan el tipo
de bacterias que colonizan la zona impli-cada. En algunos casos, la
unin especfica entre el carbo-hidrato superficial de la clula
hospedera y el extremo distaldel pilus depende de otras protenas
localizadas precisamen-te en la punta de la fibrilla; no obstante,
numerosas reaccio-nes de adhesin se basan en la participacin
directa de lapilina (Deitsch, 1997; Finlay, 1997; Hacker,
1997).
La secrecin, el ensamble y el anclaje de cada pilusbacteriano
representan procesos complejos que requieren dela presencia de
numerosas protenas auxiliares. En el primerode los tres pasos
mencionados, ocurre la secrecin de pilinay de otras molculas
proteicas, a travs de la membranainterna y en direccin hacia el
espacio periplsmico; lgica-
PROFESORES AL DA
2 La toxigenicidad bacteriana es responsable de diversos
padecimien-tos y, excepto en el caso de las intoxicaciones ----cuyo
origen tiene quever con el hecho de que los microorganismos liberan
sus toxinas enlos alimentos u otros ingeribles----, depende de que
el agente toxignicose adhiera previamente a los tejidos del
individuo afectado; dada sugran extensin, las temticas asociadas a
la toxigenicidad no seabordan en el presente trabajo.
Abril de 2000 275
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mente, la secrecin de las protenas fimbriales requiere
deltransporte activo de dichas molculas, desde el citoplasma(a
travs de las membranas externa e interna) hasta lasuperficie
celular o el medio extracelular (Hacker, 1997;Henderson, 1998).
Cabe sealar que, a la fecha, slo se han detectadocuatro sistemas
de secrecin proteica en las bacterias Gramnegativas, conocidos como
I, II, III y IV, todos los cualesemplean energa proveniente de la
hidrlisis del ATP; sinembargo, nicamente el de tipo III se
relaciona con eltraslado de factores de patogenicidad bacteriana
(Dalton,1998; Henderson, 1998; Mecsas, 1996).
El sistema de secrecin tipo III corresponde a un
sistemaespecializado en la exportacin de factores proteicos
devirulencia hacia las clulas hospederas, el cual se disparahasta
que el patgeno entra en contacto con su tejido blan-co. Se
constituye por aproximadamente 20 protenas situadasen las membranas
externa e interna, aunque otras molculasproteicas conocidas como
carabineras o chaperonastambin desempean papeles crticos: se unen
al productoen el citoplasma, a fin de estabilizarlo, de evitar su
plega-miento y de impedir su asociacin a otras protenas, a fin
deque aqul pueda ser trasladado a su destino. Es oportunodestacar
que los genes que codifican para la sntesis de lasprotenas que
promueven la exportacin residen en el cro-mosoma o en plsmidos
bacterianos, formando parte de loque recientemente se ha denominado
islas de patogenici-dad 3 (Dalton, 1998; Henderson, 1998).
Ensamble y anclaje fimbrial. Tal como se mencioncon
anterioridad, una vez que se han elaborado las protenasfimbriales,
stas son protegidas por las carabineras o cha-
peronas, las cuales adems las transportan hacia la mem-brana
externa. En este sitio, la protena C regula el ensam-ble: la porcin
adherente es desplazada hacia el exterior ylas subunidades de
pilina se van incorporando a su otroextremo (el interior),
empujando la punta adherente hastaque la fibrilla adquiere la
longitud adecuada; finalmente, otraprotena periplsmica seala el
final del proceso y, al pare-cer, origina el anclaje del extremo
posterior a la pared celular(Heithoff, 1997; Henderson, 1998).
La produccin de fimbrias es continua y permanente,no slo para
sustituir las fibrillas que se van perdiendodurante el
desplazamiento de la bacteria o despus de queha sucedido la
adherencia sino, adicionalmente, para evadirla accin neutralizante
de los anticuerpos anti-pili; en esteltimo sentido, se ha
comprobado que varias especies soncapaces de elaborar
subsecuentemente otras clases de fim-brias, qumicamente diferentes
a las originales (fenmenoconocido como variacin antignica), para
provocar laobsolescencia de los anticuerpos bloqueadores
inducidospor las que fueron sintetizadas con anterioridad
(Deitsch,1997).
Es importante subrayar que algunos autores proponenque el
verdadero papel de las adhesinas podra ser el deestabilizar el
contacto bacteriano con sus clulas blanco,en tanto se forman
enlaces ms estables entre otras sustanciasde superficie de uno y el
otro protagonistas (Edwards, 1998;Lipsitch, 1997).
Los Pili P como modelos fimbriales. Algunos pat-genos llegan a
elaborar ms de una docena de adhesinasdiferentes, tomando en cuenta
a las producidas por la mismaclona en diferentes lapsos y a las
elaboradas por diversascepas de la misma especie; sin embargo, un
considerablenmero de tales estructuras presenta propiedades
comunes(Edwards, 1998, Lee, 1996).
Una de las caractersticas compartidas por los diferentestipos de
pili reside en la maquinaria molecular que se
PROFESORES AL DA
3 El trmino islas de patogenicidad ha emergido recientemente
ycorresponde al conjunto de genes cromosmicos, plasmdicos,
traspo-snicos, etctera, que codifican para la sntesis de factores
de virulenciabacteriana.
Diagrama 1. El proceso infectivo (Finlay, 1997; Lipsitch,
1997).
foco infeccioso va detransmisin
contacto bacteriano conel hospedero susceptible
va de entrada penetracin bacterianaal hospedero susceptible
a) va de accesob) quimiotaxis
contacto yestablecimiento en otros
tejidos del hospedero
va dediseminacin
establecimiento yreproduccin bacterianos
en el tejido blancoprimario
adhesinascontacto bacteriano con el tejido blanco
primario
276 Educacin Qumica 11[2]
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encarga de la biognesis, el ensamble y el anclaje de cadapilus
sobre la superficie bacteriana. A este respecto, losanlisis de la
denominada familia de pili P (pili asociados apielonefritis)
----presente en cepas de Escherichia coli y enmuchos otros gneros
Gram negativos----, han conducidohacia el mayor entendimiento de
los procesos implicados.
En este sentido, el opern4 pap controla la elaboracinde los pili
P, codificando para la sntesis de las protenas Pap,cuyas funciones
son las siguientes (Edwards, 1998, Lee,1996):
Pap D funge como la chaperona encargada de transportardiversas
subunidades del pilus, desde la membrana cito-plsmica hasta la
membrana externa de la bacteria.
Pap C recibe las molculas trasladadas por Pap D y lasacomoda en
la membrana externa.
Pap A, la subunidad ms grande del pilus, es anclada a lamembrana
externa por Pap H.
Pap E y la porcin que funge como adhesina: Pap G,forman parte de
la punta del filamento fimbrial.
Pap F y Pap K se encuentran involucradas en la sntesisde la
punta de la fibra.
Si bien los diferentes pili bacterianos cuentan con
receptoresdistintos en sus respectivos tejidos blanco, varios
aspectos delopern pap aplican para numerosos sistemas fimbriales,
einclusive, las protenas implicadas llegan a ser intercambia-bles.
Por ejemplo, una gran familia de por lo menos trecechaperonas
periplsmicas muy similares a Pap D median elensamble de los pili
K88, K99 (ambos pertenecientes aE. coli) y del producido por
Haemophilus influenzae, entremuchos otros.
Adhesinas no fimbrialesAlgunas bacterias presentan protenas
superficiales cuyaestructura y proceso de ensamble difieren de los
observadosen los pili, aunque tambin funcionan eficazmente
comodeterminantes de adherencia; dichas sustancias reciben
ge-nricamente el nombre de adhesinas no fimbriales y suparticipacin
suele ser independiente de la ausencia o pre-sencia de pili, si
bien en algunas cepas suele ser posterior ala de stos; adems, buena
parte de ellas reconocen comosus receptores a ciertas protenas
superficiales en los tejidosblanco, en lugar de unirse a
carbohidratos (Edwards, 1998;Hacker, 1997).
Dado que prcticamente todos los estudios asociados alos pili se
han realizado en bacterias Gram negativas, anpersisten diversas
dudas acerca de las estructuras de adhe-
rencia de las Gram positivas; hasta este momento, todoindica que
las principales adhesinas de este ltimo grupo sonlos cidos
lipoteicoicos (ALT) que integran la pared celular y,principalmente,
algunas protenas externas no fimbriales,tales como la F de
Streptococcus pyogenes, cuya receptora es lafibronectina presente
en los eritrocitos y en muchas otrasclulas humanas (Dunny,
1997).
Por otro lado, mencin aparte merecen las densas capasde
microorganismos que aparecen sobre las superficies co-lonizables;
en dichas biopelculas (biofilms), slo la capa msinterna se
encuentra unida a la superficie blanco, ya quelas exteriores se
fijan a las que les anteceden, a travs dematrices de polisacridos
(Smith, 1998; Todar, 1998).
Las biopelculas se han observado en micrografas elec-trnicas del
tracto intestinal, boca, pulmones y vagina, perotambin en las
obtenidas a partir de sondas, catteres yprtesis empleados en
medicina clnica. En cuanto a losperjuicios que provocan al aparecer
en estos ltimos dispo-sitivos mdicos, figuran los siguientes
(Smith, 1998; Todar,1998):
Numerosos fragmentos liberados de las pelculas puedeningresar a
riones y al torrente circulatorio de los indivi-duos implicados,
agravando notablemente los cuadrospatolgicos originales.
Sus compactas estructuras suelen impedir la accin de
losantibiticos y de los fagocitos, lo que obliga a retirarlos
materiales plsticos colonizados que se hayan inser-tado en el
organismo del enfermo.5
Finalmente, es preciso comentar que, an cuando algunospatgenos
carezcan de adhesinas o las que posean no resul-ten complementarias
de los receptores presentes en unamucosa, la eventual acumulacin de
moco ----ya sea porsntesis excesiva de ste o por la ineficacia de
los vellos ycilios---- tambin llega a promover el establecimiento y
lareproduccin bacterianos (Lipsitch, 1997).
MovilidadAlgunas mucosas humanas, tales como las del
intestinodelgado y del tracto urinario, se encuentran an ms
prote-gidas de la colonizacin bacteriana, ya que son
irrigadasconstantemente por fluidos de desplazamiento rpido. Portal
motivo, las bacterias mviles suelen contar con mayoresposibilidades
de entrar en contacto con las clulas epiteliales;de hecho, para
intentar su posterior adherencia a los tejidos,
PROFESORES AL DA
5 Dada la gran cantidad de problemas intrahospitalarios
generados porel desarrollo de biopelculas en las sondas, catteres y
prtesis, actual-mente se realizan diversas investigaciones
tendientes a encontrar otrosmateriales que inhiban la adhesin
bacteriana.4 Un opern corresponde a un conjunto de genes.
Abril de 2000 277
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los microorganismos inmviles dependen casi exclusiva-mente de
los tractos a colonizar presenten segmentos curvosy/o generen
contracciones tales como las que promueven eltraslado de los
contenidos luminales (Harshey, 1996).
Adems, la movilidad resulta determinante para el avan-ce
bacteriano a travs de la capa de mucina que recubre losepitelios de
las mucosas pero, principalmente, es necesariapara que la direccin
del desplazamiento dependa de lasseales quimiotcticas originadas en
las clulas blanco ybasadas en los gradientes de concentracin de los
carbohi-dratos y aminocidos existentes (Hacker, 1997).
De hecho, el flagelo bacteriano semeja una eficaz m-quina de
propulsin que conduce al patgeno; por lo regular,un sistema
flagelar enteramente funcional presenta doscomponentes principales:
una estructura susceptible de serobservada al microscopio, que
incluye un filamento helicoi-dal rgido, regulado desde la base por
un dispositivo rotatoriocomplejo, y un control integrado por una
red bioqumica quetransmite la informacin qumica y fsica
----proveniente delmedio externo----; las seales bioqumicas
generadas por di-cha red influyen en la direccin de la rotacin
flagelar y, porlo tanto, en la conducta migratoria de la bacteria
(Hacker,1997; Harshey, 1996).
Si bien la movilidad a travs de flagelos ha sido la msestudiada
por los investigadores, es claro que existen otrasformas de
desplazamiento bacteriano, incluida la de lasespiroquetas Treponema
pallidum, Borrelia recurrentis, etctera----que atraviesan la piel y
mucosas girando sobre su propioeje (como sacacorchos)---- y el
simple movimiento Brownianoque permite a Staphylococcus,
Streptococcus y otros gneros----supuestamente inmviles----
trasladarse dentro de los diver-sos tractos hasta lograr su
contacto con sus respectivos tejidosblanco. Asimismo, las bacterias
intracelulares no flagela-das, entre las que destaca Shigella,
adquieren la propiedad deavanzar tanto intracelular como
intercelularmente, merceda que permanecen unidas al extremo de las
fibras de actinasituadas en la superficie de las clulas infectadas
(Hacker,1997; Pollard, 1995).
Exoenzimas hidrolticasLas bacterias patgenas suelen liberar
numerosas enzimashidrolticas las cuales degradan sustancias que,
habindoseelaborado por el hospedero ----para su propio
beneficio----,terminan siendo utlizadas por el agente invasor
----para lograrsu reproduccin y/o diseminacin----; de hecho,
algunas nose clasifican como exotoxinas slo por un mero
formulismo,ya que indudablemente ocasionan dao a clulas y/o
tejidoseucariotes.
Entre las hidrolasas bacterianas que lesionan al hospe-dero
destacan las DNAsas, fosfatasas y leucocidinas, queocasionan la
muerte de los fagocitos, as como las hialuroni-
dasas, elastasas y colagenasas, las cuales destruyen la
matrizextracelular que une entre s a las clulas de una grancantidad
de tejidos y, por tal motivo, se consideran factoresde diseminacin;
adems, existen las que interfieren laaccin de los antibiticos
(b-lactamasas, acetil-transferasas yotras) y las que degradan a los
anticuerpos de la clase IgAs(Lantz, 1997; Marcotte, 1998; Smith,
1998).
IgA hidrolasasLas especies bacterianas que pretenden colonizar
las super-ficies mucosas enfrentan el riesgo de quedar
inmovilizadasen la capa de mucina, cuyo poder atrapador reside en
suconsistencia pero, principalmente, en su contenido de
anti-cuerpos de la clase IgA secretoria6 (IgAs); estas
molculasdimricas se encuentran fijas a la mucina por su fraccin
Fc,por lo que sus Fab libres fungen como elementos pegajososa los
que, previa reaccin inmunoespecfica, se fijan los micro-organismos
va sus determinantes antignicas (figura 1).
En este sentido, la estrategia bacteriana
correspondienteconsiste en producir IgA hidrolasa, que escinde a la
inmu-noglobulina ----a nivel de la bisagra----, con lo cual la
clulabacteriana implicada se puede separar de la mucina
----juntocon los fragmentos del anticuerpo que permanecen
adsorbi-dos a su superficie----, dejando a los Fc ligados al
moco.Neisseria gonorrhoeae y Haemophilus influenzae figuran entre
lasespecies que sintetizan IgA hidrolasa con mayor regularidad.
PROFESORES AL DA
6 Los anticuerpos se dividen en cinco clases: IgA, igG, IgM, IgE
e IgD,siendo las tres primeras las que participan ms
consistentemente en ladefensa del hospedero; la IgA es la que
predomina en las mucosas, ylas dos siguientes, en la sangre, en la
linfa y en los rganos internos.7 Los anticuerpos son protenas
(inmunoglobulinas) integradas por doscadenas pesadas (H) y dos
ligeras (L), unidas entre s por puentesdisulfuro.
Fc = regin cristalizable (no especfica) Puentes disulfuro
Bisagra
Fab (regiones que reaccionan especficamente con su componente
homlogo, localizado en la superficie bacteriana)
Figura 1. Esquema simplificado de un anticuerpo7 (Casadevall,
1998).
278 Educacin Qumica 11[2]
-
Es preciso mencionar que este tipo de enzimas slo exhibesu
capacidad hidroltica sobre el isotipo IgA1, pero ste es elque
predomina en casi todas las superficies mucosas (Lamm,1998;
Marcotte, 1998).
Agentes quelantes de hierroComo es sabido, el hierro representa
un elemento indispen-sable para el crecimiento bacteriano, pero sus
concen-traciones son particularmente bajas dentro del
organismohumano, en donde prcticamente casi todo se encuentraligado
a transferrina, ferritina, lactoferrina y hemina.
De acuerdo con ello, la sobrevivencia bacteriana depen-de de la
capacidad de cada especie para captar hierro libreo enlazado a
otras molculas; en este aspecto, se han detec-tado tres posibles
mecanismos: uno implica la sntesis desiderforos o protenas
extracelulares de batalla que, ade-ms de unirse al metal, cuentan
con receptores propios en laclula del microorganismo; en el
segundo, otros receptoressuperficiales de hierro fijan a este
ltimo, aunque se encuen-tre ligado a siderforos sintetizados y
liberados por otrasespecies microbianas, e inclusive, a
transferrina o a lactofe-rrina; finalmente, el tercero parece
involucrar la produccinde exotoxinas que destruyen a las clulas del
hospedero(incluidos los eritrocitos) para que stas liberen sus
reservasdel metal: varios estudios efectuados in vitro han
evidenciadoque este tipo de toxinas slo se llega a sintetizar
cuando elmicroorganismo desarrolla en medios carentes de
hierro(Ellison, 1994).
Lgicamente, una vez que el metal se fija a la clulabacteriana,
aqul debe ser desligado de la molcula a la quese haba unido; sin
embargo, an se desconocen los procesosrelacionados con dicha etapa
de elucin.
Evasin de la accin de fagocitos, anticuerpos y el
complemento
La accin anticomplementaria y antifagocitaria de la cpsula
bacterianaLas cpsulas corresponden a redes poco compactas de
pol-meros que recubren la superficie de diversas bacterias. Ensu
gran mayora, las ms estudiadas estn constituidas porpolisacridos,
aunque tambin las hay conformadas por pp-tidos, protenas o
glucoprotenas y, por lo general, su papelconsiste en proteger al
microorganismo de la respuestainflamatoria del hospedero (Hacker,
1997; Kotwal, 1997).
En cuanto a las acciones anticomplementarias de lascpsulas, es
conveniente recordar que, en el humano y enlos animales superiores,
el sistema del complemento seconstituye por varias protenas
(incluyendo a la C1, C2,,C8 y C9) que se activan en forma de
cascada hasta generaruna molcula ltica denominada complejo de
ataque a la
membrana (MAC), que promueve la destruccin de lasclulas
microbianas (Sakamoto, 1998).
La activacin de este sistema se concreta a travs de dosvas
diferentes: la alterna, que se considera inespecficadebido a que
ocurre cuando el pptido C3b previamenteunido a la membrana externa
de cualquier microorganismoreacciona secuencialmente con las
protenas sricas B, D yproperdina; en cuanto a la segunda, recibe el
nombre declsica, y se dispara como consecuencia de la
reaccinantgeno-anticuerpo (Ag-Ac). Ambas vas incluyen la sntesisde
sus respectivas C3 convertasas y, a partir de los siguientespasos,
siguen un camino comn que conduce a la formacindel MAC (diagrama
2).
Diversos estudios han mostrado que las cpsulas bacte-rianas
neutralizan la accin ltica del complemento, de lassiguientes
maneras (Sakamoto, 1998):
Limitando la va alterna, al impedir la libre difusin deC3b y de
las protenas B, D y properdina ----hacia lasuperficie
bacteriana----, indispensables todas ellas parala formacin y
estabilizacin de la C3 convertasa (C3bBb).En otras palabras, aunque
cierta cantidad de C3b y de lasprotenas mencionadas puedan alcanzar
la cubierta bac-teriana, la escasa formacin de la C3 convertasa
limitarque la cascada activadora se manifieste plenamente; eneste
aspecto, es oportuno tomar en cuenta que, a menorintegracin de
C3bBb, se producir menor cantidad deC5b y, con ello, la sntesis del
MAC sobre la superficiebacteriana resultar proporcionalmente
menor.
Captando en sus estructuras grandes cantidades de laprotena H
----dada la comprobada afinidad existente entreambas----; en este
contexto, cabe recordar que cuando Hreacciona con C3b, este pptido
es secuencialmente de-gradado por la protena srica I; tal es el
mecanismoanticomplementario (y antifagocitario) adicional de
lascpsulas ricas en cido silico.
Por otra parte, la comprensin de las propiedades
antifago-citarias de las estructuras capsulares requiere de
recordar quela fagocitosis representa uno de los principales
mecanismosde defensa con que cuenta el hospedero: los fagocitos
profe-sionales (los neutrfilos y la serie monocito-macrfago)
po-seen la capacidad para desplazarse por quimiotaxis hasta
lostejidos en los que se ubica el agente invasor, para: a)
englo-barlo (mediante la emisin de pseudpodos fagocitarios y
laprevia reaccin entre las superficies de ambos protagonis-tas); b)
encerrarlo en sus fagosomas; y c) provocar su muertea travs de las
hidrolasas, el H2O2 y los iones superxido(O2----) contenidos dentro
de los lisosomas (Keisari, 1997;Lantz, 1997).
Cabe subrayar que la fagocitosis adquiere mayor
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eficacia cuando participan las opsoninas (sustancias que
lafacilitan y promueven) y que, de stas, el organismo delhospedero
elabora al menos dos clases: el pptido C3b, cuyaaccin es
inespecfica porque reconoce a cualquier microor-ganismo, y los
anticuerpos IgG; ambas opsoninas potencianla fagocitosis, dado que
pueden unirse muy estrechamente ala superficie del invasor y,
adems, cuentan con numerososreceptores localizados en la membrana
de neutrfilos ymacrfagos (Keisari, 1997; Kotwal, 1997).
No obstante, ciertos agentes causales evitan la
fagocitosissintetizando cpsulas que impiden la reaccin entre
suscomponentes superficiales y los de los fagocitos, o
bien,elaborndolas con polisacridos muy semejantes a los gene-rados
por su hospedero; a este respecto, Streptococcus pyogenesla produce
de cido hialurnico (un carbohidrato que fungecomo elemento de unin
entre las clulas de diversos tejidoshumanos) y Neisseria
meningitidis la elabora de cido silico
(un componente comn de las glicoprotenas superficialesde las
clulas eucariotes); obviamente, ambos tipos de cp-sulas no son
inmunognicas, ya que se constituyen porsustancias reconocidas como
propias por el organismo delhospedero (Heithoff, 1997; Kotwal,
1997).
Otras estrategias para evitar al complemento y a los
fagocitosUno de los principales blancos del complemento en
lasbacterias Gram negativas es el lipopolisacrido (LPS), ya queste
acta como receptor de C3b y de C5b; en este sentido,dos tipos de
ajuste bacteriano en el LPS afectan la interaccinentre ste y los
componentes del complemento: en el prime-ro, el cido silico que
forma parte del LPS (antgeno O) limitala sntesis de la C3b
convertasa, tal como lo hacen lascpsulas bacterianas; en cuanto al
segundo, ocurre un incre-mento en la longitud de las cadenas
laterales del antgeno O,ocasionando que el MAC se forme lejos de la
membrana
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Diagrama 2. Principales eventos asociados a la activacin del
complemento (Sakamoto, 1998).
protena H protena I
C3bH degradacin
C3b en sangre va alterna unin a LPS, ALT o Pgl dela bacteria
(Bac)
Bac-C3bB
protena D
acta como C3convertasa *
Bac-C3bBb estable properdina Bac-C3bBb
escisin de C3
en C3a + C3b unin de C3b a C3bBb C4b2a
acta como C5 convertasa
Fc-C4b2a
1) C4
2) C2 C5a + C5b escisin de C5
el Fc se une a C1q,r,s
va clsicaunin de C5b a LPS o aprotenas externas de la
bacteria
unin de C6, C7, C8 y C9al C5b en la superficie
bacteriana
reaccin Ag-Ac en lasuperficie bacteriana
Formacin del MAC polimerizacin de C9
CLAVES: LPS = lipopolisacridos; ALT = cidos lipoteicoicos; Pgl =
peptidoglicano; MAC = complejo de ataque a la membrana.* La
activacin del complemento por las vas clsica y alterna es
compartida a partir de la formacin de sus respectivas C3
convertasas.
280 Educacin Qumica 11[2]
-
externa bacteriana y no pueda ejercer su accin ltica; en
talcontexto, los microorganismos que no son destruidos por elMAC
son clasificados como resistentes sricos y, entre ellos,destacan
varios gneros Gram negativos que causan infec-ciones sistmicas
(Sakamoto, 1998; Todar, 1998).
Otras estrategias bacterianas antifagocitarias estn enca-minadas
a impedir la migracin de los fagocitos hacia el sitioen donde se
encuentran las bacterias, o bien, a limitar suefectividad. En este
aspecto, se ha detectado una enzima quedegrada especficamente a
C5a, un eficaz quimioatrayentede macrfagos, la cual predomina en
cocos Gram positivostales como Streptococcus pyogenes.
Adicionalmente, algunospatgenos producen protenas txicas,
denominadas genri-camente agresinas, que afectan la accin
fagocitaria, yasea: a) provocando la muerte de los fagocitos; b)
impidiendola fusin fagosoma-lisosoma, o c) reduciendo la
intensidaddel poder oxidativo del contenido lisosomal (Keisari,
1997).
En resumen, ciertos agentes causales han desarrolladola
capacidad para sobrevivir dentro de los polimorfonuclea-res,
monocitos y macrfagos, por lo que representan un seriopeligro para
la salud humana; los recursos ms efectivos delhospedero contra las
bacterias que pueden sobrevivir dentrode los fagocitos comunes, son
las clulas T citotxicas y losmacrfagos activados.
Evasin de la accin de los anticuerposLos anticuerpos presentan
una regin constante (compartidacon otros, independientemente del
antgeno con el cualreaccionan) y una regin variable, en donde
reside su espe-cificidad. Con respecto a su origen, son producidos
y libera-dos por las clulas plasmticas las cuales, a su vez,
corres-ponden a linfocitos B maduros (Kotwal, 1997).
Cuando un agente microbiano penetra al organismo delhospedero,
se expone a entrar en contacto con macrfagoso con una parte de los
linfocitos B que es capaz de sintetizaranticuerpos dirigidos contra
alguna de sus determinantes an-tignicas. En tal contexto, el
microorganismo es inactivadoy procesado, y sus eptopos son
trasladados hasta la superfi-cie de dichas clulas 8 ----merced al
desplazamiento de lasmolculas del complejo principal de
histocompatibilidad(MHC) 9----, para ser presentados a los
linfocitos T cooperadores.
Como consecuencia de los eventos anteriores, los linfo-citos T
cooperadores se dividen y liberan linfocinas queamplan la
informacin sobre las determinantes antignicasdel agente invasor,
activando especficamente a las clonas delinfocitos B que producen
anticuerpos contra alguno de loseptopos implicados. Finalmente, una
porcin de dicha clonapermanecer como clulas de memoria que podrn
iniciarel proceso ----junto con otros macrfagos---- en episodios
futu-ros y, la restante, evolucionar a clulas plasmticas
forma-doras del anticuerpo requerido.
Es conveniente precisar que los anticuerpos de la claseIgG
pueden actuar como opsoninas, neutralizan toxinasy activan el
complemento; los IgM slo realizan esto lti-mo y, los IgA,
incrementan la adhesividad de la mucina; porello, las dos primeras
clases predominan en los tejidos, lasangre, la linfa y otros
lquidos internos, mientras la terceraslo abunda en los epitelios
mucosos y en la leche materna(Kotwal, 1997).
Por lo que toca a la parte infectante, algunas bacteriaspatgenas
son capaces de evadir la accin de los anticuerpos,a travs de
diversos mecanismos: a) la modificacin de laestructura de
importantes protenas superficiales (variacinantignica), incluidas
las que constituyen sus pili; b) la sntesisde sustancias de
envoltura que semejan a las elaboradas porel propio hospedero (como
en el caso de las cpsulas confor-madas por los cidos silico o
hialurnico); y c) el recubri-miento microbiano con protenas
producidas por el organis-mo al cual colonizan (Deitsch, 1997;
Finlay, 1997; Heithoff,1997).
En esta ltima categora, los ejemplos ms claros inclu-yen a la
fibronectina pero, sobre todo, a los anticuerpos queson adsorbidos
por su fraccin Fc a la superficie bacteriana,sobre la cual existen
receptores alternos para ellos, talescomo la protena A de
Staphylococcus aureus y la G de Strep-tococcus pyogenes;
evidentemente, dicha forma de unin entreel microorganismo y las
inmunoglobulinas resulta intil,tanto para la opsonizacin como para
la activacin delcomplemento pero, adems, dependiendo de la
concentra-cin de las segundas, impide el reconocimiento de los
ant-genos superficiales del agente patgeno por parte de
loslinfocitos B, limitando el importante papel de stos comoclulas
presentadoras de antgeno (Deitsch, 1997).
Adicionalmente, un fenmeno anlogo podra sealarsea propsito de
las molculas microbianas que fungencomo receptoras de la
transferrina, ferritina y lactoferrinadado que, cuando stas
recubren la superficie de un invasorque requiere procurarse el
aporte necesario de hierro, tam-bin lo protegen de los anticuerpos
dirigidos contra lasdeterminantes antignicas localizadas en su
membrana ex-terna (Kotwal, 1997).
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8 Por tal razn, macrfagos y linfocitos B se consideran
clulaspresentadoras de antgeno, los eptopos microbianos de
naturalezapolisacrida, lipopolisacrida o predominantemente lipdica
slo sonpresentados por los linfocitos B.9 El MHC de clase II
soporta eptopos pertenecientes a parsitosextracelulares y el MHC de
clase y realiza la misma funcin cuando setrata de patgenos capaces
de reproducirse intracelularmente; en esteltimo caso, tambin
participan linfocitos T citotxicos que destruyena las clulas
hospederas en cuyo interior se reproduce y/o replica elinvasor.
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Invasin y residencia intracelularesCiertos patgenos han
desarrollado mecanismos que lespermiten ingresar a las clulas y
reproducirse intracelular-mente, logrando con ello quedar
protegidos de la accin delos anticuerpos, del complemento, e
inclusive, de numerososantibiticos. Para lograr su internalizacin,
se adhieren nti-mamente a la clula blanco y provocan cambios
significa-tivos en el citoesqueleto de esta ltima, hasta quedar
englo-badas dentro de fagosomas ----a travs de un proceso similaral
de la fagocitosis macrofgica, en el que ocurren la polime-rizacin y
despolimerizacin de la actina hasta generarse lospseudpodos
fagocitarios. En este sentido, las protenasbacterianas que
estimulan el fenmeno suelen denominarseinvasinas o factores de
invasin (Casadevall, 1998; Kei-sari, 1997; Lee, 1996; Quinn,
1997).
Lgicamente, esta clase de ingreso a las clulas hospe-deras
tambin requiere la sntesis bacteriana de algunasexoprotenas que
destruyen la membrana del fagosoma,como consecuencia de la
consecutiva formacin de poros enella (Kotwal, 1997; Ojcius, 1996;
Pollard, 1995).
Cabe subrayar que, al liberarse de los fagosomas de losfagocitos
profesionales (neutrfilos y macrfagos), el agenteinvasor tambin
logra evadir los efectos antimicrobianos delcontenido lisosomal, el
cual se vierte en el interior de dichosfagosomas al concretarse la
fusin fagolisosomal (Keisari, 1997).
La actina presente en las clulas hospederas no sloacta a favor
de las bacterias cuando stas pretenden ingresaren las primeras; de
hecho, un extremo de dicha protenasuele quedar ligado al agente
invasor, propulsndolo dentrodel citoplasma y hacia las clulas
adyacentes del tejidoimplicado, tal como sucede en los gneros
Shigella y Listeria(Pollard, 1995).
Desafortunadamente, el estudio de la fagocitosis forza-da por
bacterias 10 resulta de alto grado de dificultad, ya quela
experimentacin slo se puede llevar a cabo en cultivosde clulas
provenientes de mamferos. No obstante, entre loshallazgos que se
han logrado, destaca el papel de las deno-minadas integrinas: stas
son protenas superficiales de lasclulas hospederas que reconocen a
las invasinas bacterianas yque, previa reaccin con ellas, estimulan
el ingreso del agenteinvasor, su eventual liberacin de los
fagosomas, e inclusive, sueficaz desplazamiento entre las clulas
del tejido afectado,incluidas las clulas M 11 y las que se ubican
ms interna-
mente ----en la submucosa y la lmina propia---- (Keisari,
1997).Por ejemplo, las integrinas 1 se encuentran enlazadas a
la fibronectina ----localizada a su vez en la superficie
lateralde las clulas epiteliales---- y fungen como receptoras de
lasinvasinas Ail y YadA de Yersinia pseudotuberculosis y Y.
entero-colitica. Una vez concretada la reaccin ligando-receptor,Ail
y YadA pueden mediar el englobamiento bacteriano demanera similar
al cierre de un zipper; esta accin co-pro-tagnica de las integrinas
1 y las invasinas de Yersinia hapodido comprobarse plenamente:
cuando se insertan losgenes que codifican para Ail y YadA en cepas
no invasivas deE. coli, se obtienen mutantes promotoras de su
propio englo-bamiento por parte de las clulas hospederas (Finlay,
1997).
Comentarios finalesEl estudio de los factores bacterianos de
virulencia tienecomo su principal objetivo la bsqueda de nuevas
herra-mientas teraputicas y preventivas contra numerosas
enfer-medades infecciosas. De hecho, hoy en da resultara
insus-tentable la idea original de elaborar aleatoriamente
vacunasconstituidas por clulas bacterianas completas e
inactiva-das;12 las siguientes son algunas razones que
fundamentanesta afirmacin:
La aplicacin de los productos vacunales pretende garan-tizar la
neutralizacin inmunolgica de los factores depatogenicidad. Por lo
tanto, es preciso tomar en cuentaque el sistema inmunolgico de los
individuos respondecontra los diversos componentes microbianos, en
funcinde las respectivas inmunogenicidades de estos ltimos yno de
la virulencia o intrascendencia de cada uno.
Los factores de patogenicidad son sintetizados por
losmicroorganismos, obedeciendo a ciertas seales fisicoqu-micas
----generadas dentro del hospedero---- que regulan laexpresin de
los genes involucrados; en tal contexto, esnecesario considerar que
los cultivos microbianos obteni-dos in vitro suelen carecer de los
inmungenos ms signi-ficativos, sobre todo cuando el crecimiento
microbianono se ha llevado a cabo en los medios apropiados y
bajolas condiciones requeridas.
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10 Por obvio, el trmino se refiere al proceso que tiene lugar en
lasclulas del organismo diferentes a los neutrfilos y a la serie
monoci-to-macrfago.11 Las clulas M se localizan en las mucosas y
actan como fagocitosnaturales que trasladan a las bacterias
englobadas hacia el tejidolinfoide, en donde los macrfagos las
reciben, inactivan y presentansus estructuras antignicas a los
linfocitos T, para dar origen a la
respuesta inmune. Lgicamente, cuando se trata de ciertos
agentesinvasores tales como Shigella y Listeria, dicho sistema
integrado porlas clulas M y los macrfagos slo funge como medio para
ladiseminacin del invasor. 12 Se dice que una bacteria ha sido
inactivada, cuando se ha provocadosu muerte a travs de algn mtodo
fsico y/o qumico (por ejemplo,exponiendo el cultivo correspondiente
a temperaturas de 62C o ala accin de agentes qumicos tales como el
formaldehdo) quehaya permitido la preservacin de la mayor parte de
sus estructurasantignicas).
282 Educacin Qumica 11[2]
-
Las vacunas constituidas por bacterias completas provo-can
efectos colaterales con mayor frecuencia, dado que lapared celular
microbiana contiene lipopolisacridos uotras sustancias txicas; tal
es la desventaja de la tradicio-nal vacuna Pertussis (empleada
contra la tosferina), por locual recientemente se ha diseado una
nueva versin,integrada por una adhesina y un toxoide asociados
alagente causal.
A diferencia de las protenas, los polisacridos no sonbuenos
inmungenos, aunque tambin suelen repre-sentar importantes factores
de patogenicidad en diversasespecies. En estos casos, es
conveniente intentar que elsistema inmune los procese como si se
tratara de estruc-turas proteicas, separndolos y unindolos
artificialmentea alguna protena que funja como acarreadora; cabe
men-cionar que esta clase de productos se conocen como vacu-nas
conjugadas y que, hasta ahora, destaca por su apa-rente xito la que
se elabor recientemente para brindarproteccin contra la meningitis
ocasionada por su prin-cipal agente etiolgico: Haemophilus
influenzae tipo b. ?
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