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Streptococcus pneumoniae

Streptococcus pneumoniae , o neumococo , es unabacteria grampositiva , esférica, alfa-hemolítica , perteneciente al género Streptococcus . [ 1 ] Las células de S. pneumoniae se ...

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Streptococcus pneumoniae , o neumococo , es unabacteria grampositiva , esférica, alfa-hemolítica , perteneciente al género Streptococcus . [ 1 ] Las células de S. pneumoniae se encuentran generalmente en pares ( diplococos ), no forman esporas y son inmóviles. [ 2 ] Como bacteria patógena humana importante , S. pneumoniae fue reconocida como una de las principales causas de neumonía a finales del siglo XIX y es objeto de numerososestudios sobre inmunidad humoral .

Streptococcus pneumoniae reside asintomáticamente en portadores sanos, colonizando típicamente el tracto respiratorio, los senos paranasales y la cavidad nasal . Sin embargo, en individuos susceptibles con sistemas inmunitarios más débiles , como los ancianos y los niños pequeños, la bacteria puede volverse patógena y propagarse a otras zonas causando enfermedades. Se transmite por contacto directo de persona a persona a través de gotitas respiratorias y por autoinoculación en personas portadoras de la bacteria en sus vías respiratorias superiores. [ 3 ] Puede ser causa de infecciones neonatales . [ 4 ]

Streptococcus pneumoniae es la principal causa de neumonía adquirida en la comunidad y meningitis en niños y ancianos, [ 5 ] y de sepsis en personas infectadas por el VIH . Este microorganismo también causa muchos tipos de infecciones neumocócicas además de la neumonía . Estas enfermedades neumocócicas invasivas incluyen bronquitis , rinitis , sinusitis aguda , otitis media , conjuntivitis , meningitis , sepsis, osteomielitis , artritis séptica , endocarditis , peritonitis , pericarditis , celulitis y absceso cerebral . [ 6 ]

Crecimiento de Streptococcus pneumoniae en agar sangre.

Streptococcus pneumoniae se puede diferenciar de los estreptococos viridans , algunos de los cuales también son alfa-hemolíticos , mediante una prueba de optoquina , ya que S. pneumoniae es sensible a la optoquina. S. pneumoniae también se puede distinguir según su sensibilidad a la lisis por bilis , la llamada "prueba de solubilidad en bilis". Las bacterias cocoides , Gram positivas y encapsuladas tienen una morfología distintiva en la tinción de Gram, diplococos en forma de lanceta . Tienen una cápsula de polisacáridos que actúa como factor de virulencia para el organismo; se conocen más de 100 serotipos diferentes [ 7 ] , y estos tipos difieren en virulencia , prevalencia y grado de resistencia a los medicamentos .

El polisacárido capsular (CPS) actúa como un mecanismo de defensa crítico contra el sistema inmunitario del huésped. Constituye la capa más externa de las cepas encapsuladas de S. pneumoniae y suele estar unido al peptidoglicano de la pared celular. [ 8 ] Consiste en una sustancia viscosa derivada de un polímero de alto peso molecular compuesto por unidades repetitivas de oligosacáridos unidas por enlaces covalentes a la pared celular. La virulencia e invasividad de las distintas cepas de S. pneumoniae varían según sus serotipos, determinados por su composición química y la cantidad de CPS que producen. Las variaciones entre las diferentes cepas de S. pneumoniae influyen significativamente en la patogénesis , determinando la supervivencia bacteriana y la probabilidad de causar enfermedad invasiva. [ 9 ] Además, el CPS inhibe la fagocitosis al impedir el acceso de los granulocitos a la pared celular. [ 10 ]

Historia

En 1881, el organismo, conocido más tarde en 1886 como neumococo [ 11 ] por su papel como causante de neumonía, fue aislado por primera vez de forma simultánea e independiente por el médico del ejército estadounidense George Sternberg [ 12 ] y el químico francés Louis Pasteur . [ 13 ]

El organismo fue denominado Diplococcus pneumoniae desde 1920 [ 14 ] debido a su apariencia característica en el esputo teñido con Gram . Fue renombrado Streptococcus pneumoniae en 1974 porque era muy similar a los estreptococos . [ 11 ] [ 15 ]

Streptococcus pneumoniae desempeñó un papel fundamental en la demostración de que el material genético está compuesto de ADN . En 1928, Frederick Griffith demostró la transformación de la vida, convirtiendo un neumococo inofensivo en una forma letal mediante la coinoculación de neumococos vivos en un ratón junto con neumococos virulentos inactivados por calor . [ 16 ] En 1944, Oswald Avery , Colin MacLeod y Maclyn McCarty demostraron que el factor transformador en el experimento de Griffith no era una proteína , como se creía ampliamente en ese momento, sino ADN. [ 17 ] El trabajo de Avery marcó el nacimiento de la era molecular de la genética . [ 18 ]

Genética

El genoma de S. pneumoniae es una estructura de ADN circular cerrada que contiene entre 2,0 y 2,1 millones de pares de bases, dependiendo de la cepa . Posee un conjunto central de 1553 genes , además de 154 genes en su viruloma , que contribuyen a la virulencia, y 176 genes que mantienen un fenotipo no invasivo . La información genética puede variar hasta un 10 % entre cepas. [ 19 ] Se sabe que el genoma neumocócico contiene un amplio y diverso repertorio de péptidos antimicrobianos, incluyendo 11 lantibióticos diferentes . [ 20 ]

Transformación

La transformación bacteriana natural implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra a través del medio circundante. La transformación es un proceso de desarrollo complejo que requiere energía y depende de la expresión de numerosos genes. En S. pneumoniae , se requieren al menos 23 genes para la transformación. Para que una bacteria se una, capte y recombine ADN exógeno en su cromosoma , debe entrar en un estado fisiológico especial llamado competencia . [ 21 ] La competencia en S. pneumoniae es inducida por agentes que dañan el ADN, como la mitomicina C , los antibióticos fluoroquinolonas ( norfloxacina , levofloxacina y moxifloxacina ) y los inhibidores de la topoisomerasa . [ 22 ] La transformación protege a S. pneumoniae contra el efecto bactericida de la mitomicina C. [ 23 ] Michod et al. [ 24 ] resumieron la evidencia de que la inducción de competencia en S. pneumoniae está asociada con una mayor resistencia al estrés oxidativo y una mayor expresión de la proteína RecA, un componente clave de la maquinaria de reparación recombinacional para eliminar el daño del ADN . Con base en estos hallazgos, sugirieron que la transformación es una adaptación para reparar el daño oxidativo del ADN. La infección por S. pneumoniae estimula a los leucocitos polimorfonucleares (granulocitos) a producir una explosión oxidativa que es potencialmente letal para las bacterias. La capacidad de S. pneumoniae para reparar el daño oxidativo del ADN en su genoma causado por esta defensa del huésped probablemente contribuye a la virulencia del patógeno. Congruente con esta premisa, Li et al. [ 25 ] informaron que, entre diferentes aislados de S. pneumoniae altamente transformables , la aptitud de colonización nasal y la virulencia (infectividad pulmonar) dependen de un sistema de competencia intacto.

Infección

Streptococcus pneumoniae forma parte de la flora normal de las vías respiratorias superiores . Al igual que muchas bacterias de la flora natural, puede volverse patógeno en las condiciones adecuadas, generalmente cuando el sistema inmunitario del huésped está suprimido . Las invasinas , como la neumolisina , una cápsula antifagocítica , diversas adhesinas y componentes inmunogénicos de la pared celular son factores de virulencia importantes . Una vez que S. pneumoniae coloniza los alvéolos pulmonares , el cuerpo responde estimulando la respuesta inflamatoria, lo que provoca que el plasma, la sangre y los glóbulos blancos llenen los alvéolos. Esta afección se denomina neumonía bacteriana. [ 26 ]

S. pneumoniae experimenta una variación de fase espontánea , cambiando entre fenotipos de colonia transparentes y opacos. El fenotipo transparente tiene una cápsula más delgada y expresa grandes cantidades de fosforilcolina (ChoP) y proteína de unión a colina A (CbpA), lo que contribuye a la capacidad de la bacteria para adherirse y colonizar en la nasofaringe. [ 27 ] El fenotipo opaco se caracteriza por una cápsula más gruesa, lo que resulta en una mayor resistencia a la eliminación por parte del huésped. [ 27 ] Expresa grandes cantidades de cápsula y proteína de superficie neumocócica A (PspA), que ayudan a la bacteria a sobrevivir en la sangre. [ 28 ] La variación de fase entre estos dos fenotipos permite a S. pneumoniae sobrevivir en diferentes sistemas del cuerpo humano.

Enfermedades y síntomas

La neumonía es la enfermedad más frecuente causada por Streptococcus pneumoniae. Se trata de una infección pulmonar caracterizada por síntomas como fiebre, escalofríos, tos, respiración rápida o dificultosa y dolor torácico. [ 29 ] En las personas mayores, quienes contraen neumonía también presentan estos síntomas menos frecuentes e inespecíficos, y además suelen presentar taquipnea unos días antes de la confirmación clínica de la infección bacteriana. La taquipnea se caracteriza por una respiración rápida y superficial, y puede afectar la capacidad de dormir, causar dolor torácico y disminuir el apetito. [ 30 ]

Aunque diversas infecciones bacterianas pueden causar meningitis, S. pneumoniae es una de las principales causas. La meningitis neumocócica se produce cuando la bacteria se propaga desde el torrente sanguíneo al sistema nervioso central, que está compuesto por el cerebro y la médula espinal. Allí, la infección se extiende y causa inflamación, lo que puede provocar discapacidades graves como daño cerebral o pérdida de audición, amputación de extremidades o la muerte. [ 31 ] Los síntomas incluyen problemas comunes como dolores de cabeza, fiebre y náuseas, pero los signos más reveladores de que una infección bacteriana puede haber llegado al cerebro son sensibilidad a la luz, convulsiones, limitación del movimiento del cuello y aparición de hematomas con facilidad en todo el cuerpo.

La osteomielitis, o infección ósea, es poco frecuente, pero se ha observado en pacientes diagnosticados con una infección por S. pneumoniae que no recibió tratamiento durante demasiado tiempo. [ 32 ]

Una respuesta excesiva a una infección que causa daño tisular provoca sepsis, la cual puede conducir a insuficiencia orgánica e incluso a la muerte. Los síntomas incluyen confusión, dificultad para respirar, aumento de la frecuencia cardíaca, dolor o malestar, sudoración excesiva, fiebre, escalofríos o sensación de frío. [ 33 ] [ 34 ]

Las enfermedades menos graves que puede causar la infección neumocócica incluyen conjuntivitis (ojo rojo), otitis media (infección del oído medio), bronquitis (inflamación de las vías respiratorias) y sinusitis (infección de los senos paranasales). [ 35 ]

Vacuna

Debido a la importancia de la enfermedad causada por S. pneumoniae , se han desarrollado varias vacunas para proteger contra la infección invasiva. La Organización Mundial de la Salud recomienda la vacunación neumocócica de rutina en la infancia; [ 36 ] está incorporada al calendario de vacunación infantil en varios países, incluidos el Reino Unido, [ 37 ] Estados Unidos, [ 38 ] Grecia [ 39 ] y Sudáfrica. [ 40 ]

Actualmente, existen dos vacunas disponibles contra S. pneumoniae: la vacuna antineumocócica polisacárida (PPV23 o PPSV23) y la vacuna antineumocócica conjugada (PCV13). La PPV23 funciona utilizando el CPS para estimular la producción de anticuerpos específicos, iniciando procesos como la activación del complemento, la opsonización y la fagocitosis para combatir las infecciones bacterianas. Provoca una respuesta inmune humoral dirigida al CPS presente en la superficie bacteriana. [ 41 ] La PPSV23 ofrece inmunidad independiente de células T y requiere revacunación 5 años después de la primera vacunación debido a su naturaleza temporal. [ 42 ] La PCV13 se desarrolló tras determinar la baja eficacia de la PPSV23 en niños y lactantes. La PCV13 provoca una respuesta dependiente de células T y proporciona inmunidad duradera al promover la interacción entre células B y T, lo que conduce a una respuesta inmune mejorada y prolongada; es más eficaz en niños pequeños. [ 42 ]

Biotecnología

Los componentes de S. pneumoniae se han aprovechado para diversas aplicaciones biotecnológicas. Mediante la ingeniería de moléculas de superficie de esta bacteria, las proteínas pueden unirse irreversiblemente utilizando la enzima sortasa [ 43 ] o la reacción SnoopTag/SnoopCatcher [ 44 ] . También se han clonado varias glicósido hidrolasas de S. pneumoniae para facilitar el análisis de la glicosilación celular [ 45 ] .

Interacción con Haemophilus influenzae

Históricamente, Haemophilus influenzae ha sido una causa importante de infección, y tanto H. influenzae como S. pneumoniae pueden encontrarse en el sistema respiratorio superior humano. Un estudio de competencia in vitro reveló que S. pneumoniae superó a H. influenzae atacándolo con peróxido de hidrógeno . [ 46 ] También hay evidencia de que S. pneumoniae utiliza peróxido de hidrógeno como factor de virulencia. [ 47 ] Sin embargo, en un estudio que añadió ambas bacterias a la cavidad nasal de un ratón en un plazo de dos semanas, solo sobrevivió H. influenzae ; un análisis posterior mostró que los neutrófilos (un tipo de fagocito) expuestos a H. influenzae muerto fueron más agresivos al atacar a S. pneumoniae . [ 48 ]

Diagnóstico

Sensibilidad a la optoquina en un cultivo de Streptococcus pneumoniae (disco blanco)
Ejemplo de algoritmo de diagnóstico para una posible infección bacteriana en casos sin objetivos específicos (agentes no bacterianos, micobacterias, etc.), con las situaciones y agentes más comunes observados en un hospital comunitario de Nueva Inglaterra. Se menciona Streptococcus pneumoniae en la tinción de Gram cerca de la esquina superior derecha, y nuevamente en el flujo de trabajo alfa-hemolítico en el cuadrante inferior izquierdo.

El diagnóstico generalmente se basa en la sospecha clínica junto con un cultivo positivo de una muestra obtenida de prácticamente cualquier parte del cuerpo. S. pneumoniae es, en general, sensible a la optoquina , aunque se ha observado resistencia a la misma. [ 49 ]

Los recientes avances en la secuenciación de nueva generación y la genómica comparativa han permitido el desarrollo de métodos moleculares robustos y fiables para la detección e identificación de S. pneumoniae . Por ejemplo, el gen Xisco se describió recientemente como un biomarcador para la detección de S. pneumoniae mediante PCR y su diferenciación de especies estrechamente relacionadas. [ 50 ]

La atromentina y la leucomelona poseen actividad antibacteriana, inhibiendo la enzima enoil-acil proteína transportadora reductasa (esencial para la biosíntesis de ácidos grasos ) en S. pneumoniae . [ 51 ]

Resistencia

Las cepas de neumococo resistentes se denominan neumococos resistentes a la penicilina ( PRP ), [ 52 ] Streptococcus pneumoniae resistente a la penicilina ( PRSP ), [ 53 ] Streptococcus pneumoniae resistente a la penicilina ( SPPR ) [ 54 ] o Streptococcus pneumoniae resistente a los medicamentos ( DRSP ). En 2015, en EE. UU., se estimaron 30 000 casos, y en el 30 % de ellos, las cepas eran resistentes a uno o más antibióticos. [ 55 ]

Más allá de la penicilina , S. pneumoniae también demuestra una alta resistencia a otras clases de antibióticos, incluidos los macrólidos (como la eritromicina ), las lincosamidas (como la clindamicina ) y las tetraciclinas , como se informó en un estudio de aislamientos chinos. [ 56 ] Sin embargo, nuevos antibióticos como la eravaciclina , la omadaciclina , el contezolid y la nemonoxacina han mostrado una considerable actividad antimicrobiana in vitro contra S. pneumoniae .

S. pneumoniaeLa mayor sensibilidad de a eravaciclina y omadaciclina en comparación con las generaciones anteriores de tetraciclinas se debe a modificaciones estructurales en estos antibióticos que mejoran la unión al objetivo y reducen el reconocimiento. La resistencia a la tetraciclina en S. pneumoniae está asociada con mutaciones en los genes tet , así como en los genes rpsJ y rpsC . [ 56 ]

Las fluoroquinolonas como la nemonoxacina son un tratamiento eficaz para la neumonía adquirida en la comunidad (NAC) y la resistencia en S. pneumoniae es relativamente baja; la resistencia puede adquirirse a través de mutaciones puntuales en los genes de resistencia gyrA , gyrB , parC , parE , patA y patB . [ 56 ]

Las oxazolidinonas , como el contezolid, muestran eficacia in vitro contra muchos cocos grampositivos. La resistencia a las oxazolidinonas en S. pneumoniae está asociada con mutaciones en el bucle central de la peptidiltransferasa del dominio V del ARNr 23S ribosómico. [ 56 ]

Véase también

Referencias

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