TEMA 17. RELACION HUESPED - PARASITO. FACTORES DE PATOGENICIDAD
MICROBIANA
Dr. Pedro F. Mateos
Departamento de Microbiología y Genética. Facultad de Farmacia.
Universidad de Salamanca
I.- RELACION HUESPED - PARASITO
II.- MICROBIOTA NORMAL DEL CUERPO HUMANO
III.- FACTORES DE PATOGENICIDAD MICROBIANA
1.- Puerta de entrada
2.- Tamaño del inóculo
3.- Mecanismos de invasión y establecimiento
del patógeno
Adhesión
Factores de virulencia
Enzimas extracelulares
Toxinas bacterianas
Factores antifagocíticos
I.- RELACION HUESPED - PARASITO
La mayor parte de los microorganismos que habitan en el cuerpo humano
lo hacen porque se benefician de los nutrientes y del hábitat protegido
que este cuerpo humano les provee. Pero desde el punto de vista del cuerpo
humano esta relación puede ser mutualismo, comensalismo o parasitismo,
según sea beneficiosa, neutral o perjudicial, respectivamente. Independientemente
del tipo de relación, todas comienzan con el contacto, algunos microorganismos
se establecen permanentemente colonizándolo (microbiota normal),
otros desaparecen rápidamente (transeuntes) y otros invaden los tejidos.
Este contacto con los microorganismos conduce a la infección, condición
en la cual el microorganismo patógeno elude las defensas del huésped,
penetra en los tejidos y se multiplica. Cuando los efectos acumulativos
de la infección dañan los tejidos se produce una enfermedad
infecciosa. La relación huésped - parásito comienza
con el contacto, progresa a la infección y finaliza en enfermedad.
Cuando un microorganismo potencialmente infeccioso está presente
en el cuerpo sin invadirlo todavía se le denomina contaminante, por
lo que estar contaminado no es lo mismo que estar infectado ya que no todas
las contaminaciones acaban en infección y no todas las infecciones
acaban en enfermedad. De hecho, la contaminación sin infección
y la infección sin enfermedad es la regla.
1.- Contacto con el microorganismo:
1.1.- Colonización (microbiota)
1.2.- Eliminación por las defensas del huésped, lavado o
antisepsia (transeunte)
1.3.- Contaminación
1.3.1.- Infección
1.3.1.1.- Destrucción por el sistema inmune
1.3.1.2.- Portadores
1.3.1.3.- Enfermedad
1.3.1.3.1.- Cura por acción del sistema inmune
1.3.1.3.2.- Portador
1.3.1.3.3.- Disfunción de órganos o tejidos (Morbilidad)
1.3.1.3.4.- Mortalidad
II.- MICROBIOTA NORMAL DEL CUERPO
HUMANO
El cuerpo humano debido a que mantiene relativamente estables su pH,
temperatura y un aporte constante de nutrientes, provee un hábitat
favorable para una gran cantidad de microorganismos. De hecho es tan favorable
que célula a célula en el cuerpo humano existen 10 veces más
células de microorganismos que humanas. Esta gran mezcla de microorganismos
adaptada al cuerpo humano recibe el nombre de microflora, aunque el término
más preciso es el de microbiota. Esta microbiota incluye bacterias,
hongos y protozoos.
1.- Origen de la microbiota
Antes del nacimiento un feto humano sano está libre de microorganismos.
El primer encuentro del recién nacido con los microorganismos es
en el canal del parto y especialmente en la vagina. El recién nacido
adquiere los microorganismos por contacto superficial, tragando o inhalando.
Posteriormente los adquiere a través de los objetos y personas que
le cuidan (leche artificial: coliformes, lactobacilos, enterococos; leche
materna: Bifidobacterium). Cada parte del cuerpo humano, con sus condiciones
ambientales especiales, tiene su propia mezcla de microorganismos. Por ejemplo,
la cavidad oral adquiere una población natural diferente a la de
los intestinos. En un corto período de tiempo (erupción de
los dientes e introducción de alimentos sólidos) el niño
tendrá el mismo tipo general de microbiota que una persona adulta
que viva en el mismo ambiente. La naturaleza de esta microbiota va a depender
de factores tales como la frecuencia de lavados, dieta, prácticas
higiénicas y condiciones de vida.
2.- Distribución de la microbiota normal en el cuerpo humano
Sangre, fluidos corporales y tejidos
En individuos sanos la sangre, fluidos corporales y tejidos están
libres de microorganismos.
Piel
La epidermis junto con la dermis forman una barrera frente a muchos microorganismos
debido a que son impermeables a éstos, por lo que a la piel se la
denomina la primera línea de defensa. La constante exposición
de la piel al medio ambiente implica que en ésta existan muchos microorganismos
transeuntes. Sin embargo la superficie de la piel es hostil a la supervivencia
y crecimiento de muchas bacterias debido a su sequedad, bajo pH (3-5) y
sustancias inhibitorias (lisozima que destruye el peptidoglucano). A pesar
de estos factores algunas bacterias pueden sobrevivir en la piel, crecer
y formar la microbiota normal ya que las glándulas sudoríparas
y sebáceas excretan agua, aminoácidos, urea, sales y ácidos
grasos que sirven como nutrientes a estos microorganismos. La mayor parte
de estas bacterias son especies de Staphylococcus (S. epidermidis) aunque
también existen Micrococcus y Corynebacterium. En la parte más
profunda de las glándulas sebáceas existen bacterias anaeróbicas
como Propionibacterium acnes que al ser parte de la microbiota, normalmente
no es perjudicial; sin embargo, ha sido asociado con el acné, una
enfermedad de las glándulas sebáceas de la piel. Debido a
su localización profunda, el número de estas propionibacterias
se vé muy poco afectado por el lavado o por las soluciones desinfectantes.
Ojos
La conjuntiva es lavada contínuamente por las lágrimas que
además de remover a los microorganismos contiene lisozima. Consecuentemente,
la microbiota de la conjuntiva es esporádica. Los principales microorganismos
encontrados son Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Corynebacterium,
Streptococcus pneumoniae, Neisseria spp.
Tracto respiratorio
El tracto respiratorio es un sitio difícil para la colonización
de los microorganismos ya que en el tracto respiratorio alto los
microorganismos que están en el aire que respiramos pasan a través
de las fosas nasales a la nasofaringe quedando pegados en el moco el cual
contiene lisozima; al pasar este moco a la faringe, las bacterias atrapadas
en el moco pueden ser tragadas y destruídas por el HCl del estómago.
A pesar de ésto existen numerosos microorganismos en las fosas nasales
debido a la habilidad de adherirse a las células epiteliales de las
membranas mucosas. Las bacterias más frecuentemente encontradas en
las fosas nasales son Staphylococcus epidermidis y Staphylococcus aureus;
en la nasofaringe cepas avirulentas de ßtreptococcus pneumoniae. El
tracto respiratorio bajo no posee microbiota debido a que los microorganismos
se eliminan mecánicamente por los cilios de la tráquea. Si
alguna bacteria pasa a través de la tráquea es fagocitada
por los macrófagos.
Boca
La abundante y constante presencia de alimento disuelto en la boca hacen
de ella un ambiente ideal para el crecimiento bacteriano. Sin embargo, el
contínuo flujo de saliva hace que los microorganismos se tragen
y destruyan por el HCl del estómago. Consecuentemente la mayor parte
de los microorganismos que constituyen la microbiota de la boca resisten
estos mecanismos al adherirse firmemente a las distintas superficies de
la cavidad oral. Los dientes son un área de esta adherencia bacteriana,
de hecho la placa dental es una agregación de bacterias y materia
orgánica. La caries está iniciada por Streptococcus mutans
al hidrolizar la sacarosa en glucosa y fructosa. La glucosa es polimerizada
en glucano y la fructosa metabolizada a ácido láctico. El
glucano actúa como cemento uniendo las bacterias a los dientes y
el ácido láctico actúa como abrasivo. Una vez iniciado
el ataque por Streptococcus mutans, otras bacterias como Lactobacillus y
Actinomyces contribuyen como invasores secundarios en el desarrollo de la
caries. La microflora normal de las encías consiste fundamentalmente
en bacterias Gram (+) como Streptococcus sanguis y especies de Actinomyces.
Tracto gastrointestinal
La mayor concentración de microbiota normal del cuerpo humano se
encuentra en el tracto gastrointestinal.
Estómago: aunque el estómago está recibiendo
constantemente bacterias transeuntes de la cavidad oral, un estómago
sano contiene muy pocas bacterias debido al efecto bactericida del HCl y
enzimas digestivos. Los pocos microorganismos que se encuentran son lactobacilos
y levaduras (Candida spp.).
Intestino delgado: en el duodeno sobreviven pocas bacterias debido
a la combinación del ambiente fuertemente acídico del estómago
y la acción inhibitoria de la bilis. De los microorganismos presentes,
la mayoría son cocos y bacilos Gram (+). En el yeyuno se encuentran
especies de enterococos, lactobacilos y corinebacterias. También
puede encontrarse la levadura Candida albicans. La última parte del
intestino delgado, el íleon, posee una microbiota más abundante
y parecida a la del intestino grueso. En el íleon crecen bacterias
anaerobias como Bacteroides y anaerobios facultativos como Escherichia coli.
Intestino grueso: el colon es la parte del cuerpo humano que contiene
la mayor población microbiana. Se calcula que un adulto excreta alrededor
de 30 billones de células bacterianas diariamente a través
de la defecación. Se han aislado alrededor de 300 especies bacterianas
diferentes de las heces humanas. En el intestino grueso existen 300 veces
más bacterias anaerobias (Bacteroides y Fusobacterium) que anaerobios
facultativos (Escherichia, Proteus, Klebsiella y Enterobacter); también
se encuentra la levadura Candida albicans. Una prolongada terapia con ciertos
antibióticos pueden eliminar muchos microorganismos de la microbiota
normal intestinal permitiendo el crecimiento de especies resistentes a los
antibióticos lo que puede causar transtornos gastrointestinales como
es la diarrea. La administración oral de la bacteria Gram (+) Lactobacillus
acidophilus puede aliviar estos desórdenes intestinales ya que la
ingestión de estos microorganismos reemplaza a los organismos intestinales
indeseables. Existen en el mercado muchos productos comerciales con fines
terapéuticos que contienen lactobacilos.
Tracto genitourinario
En individuos sanos los riñones, uréteres y vejiga están
libres de microorganismos por lo que la orina en la vejiga también
lo está. Sin embargo existen bacterias en la parte inferior de la
uretra tanto en hombres como mujeres (Staphylococcus epidermidis, Streptococcus
faecalis y corinebacterias) de tal manera que la orina adquiere estos microorganismos
cuando pasa de la vejiga al exterior del cuerpo humano en la parte inferior
de la uretra. El tracto genital femenino tiene una microbiota compleja.
Durante los años que existe actividad en los ovarios (pubertad -->
menopausia) la microbiota principal de la vagina son lactobacilos ácido
tolerantes (bacilos de Doderlein); éstos hidrolizan el glucógeno
producido por el epitelio vaginal en estos años debido a la acción
de los estrógenos, formando ácido láctico. Como resultado,
el pH de la vagina se mantiene entre 4,4 y 4,6. Los microorganismos capaces
de crecer a este bajo pH son los que se encuentran en la vagina (enterococos,
corinebacterias y Candida albicans). Este glucógeno no está
presente antes de la pubertad ni después de la menopausia, con lo
que las secreciones vaginales son suavemente alcalinas y contienen microorganismos
normales de la piel y colon.
3.- Efecto de la microbiota sobre el cuerpo humano
Para estudiar el efecto de la microbiota sobre el cuerpo humano se ha recurrido
a experimentos con animales libres de microorganismos o animales axénicos
(cesárea --> incubadores estériles --> alimentos estériles)
encontrándose los siguientes resultados:
1.- Los animales axénicos viven más tiempo y tienen menos
enfermedades que los controles, siempre y cuando se mantengan en un ambiente
estéril. Esto significa que la microbiota no es necesaria para la
supervivencia y puede ser incluso la fuente de agentes infecciosos.
2.- La microbiota contribuye significativamente al desarrollo del sistema
inmune.
3.- Los microorganismos son necesarios para el desarrollo normal del intestino.
4.- Los microorganismos son una fuente de vitaminas, especialmente de vitamina
K y vitaminas del complejo B.
5.- La microbiota actúa como antagonista frente a patógenos.
III.- FACTORES DE PATOGENICIDAD
MICROBIANA
Patogenicidad es un término general que se utiliza para
describir las infecciones microbianas. Las propiedades que contribuyen a
que un patógeno infecte y dañe los tejidos del huésped
se llaman factores de virulencia. La virulencia (invasión
y toxicidad microbiana) puede deberse a uno o a múltiples factores.
En algunos microorganismos las causas de la virulencia están claramente
establecidas mientras que en otros no lo están tanto. A continuación
vamos a describir los factores de patogenicidad y virulencia.
1.- Puerta de entrada
Al iniciar una infección, un microorganismo penetra en los tejidos
del cuerpo por una ruta característica, la puerta de entrada que
para la mayor parte de los microorganismos suelen ser las mismas regiones
anatómicas que contienen microflora normal: piel, tracto alimentario,
tracto respiratorio y tracto genitourinario. La mayor parte de los patógenos
se han adaptado a una puerta específica de entrada, aquella que le
provee de un hábitat adecuado para crecer y diseminarse. Esta adaptación
puede ser tan restrictiva que si ciertos patógenos penetran por la
puerta "equivocada" no serán infecciosos. Por ejemplo,
la inoculación de la mucosa nasal con el virus de la gripe invariablemente
conlleva a la gripe, pero si el virus contacta sólo con la piel no
habrá infección.
2.- Tamaño del inóculo
Otro factor crucial para el curso de la infección es la cantidad
de microorganismos presentes en el inóculo. Para la mayor parte de
ellos la infección tendrá lugar si existe un número
mínimo de células llamado dosis infecciosa (ID). Este número
se ha determinado experimentalmente para muchos microorganismos variando
desde 1 célula en la fiebre Q, 10 partículas virales en la
rabia, 1000 células en la gonorrea, 10000 células en la fiebre
tifoidea hasta 109 células en el cólera. En general, los microorganismos
con ID pequeños tienen mayor virulencia. Si el tamaño del
inóculo es más pequeño que el ID, la infección
generalmente no progresará. Si el tamaño del inóculo
es mucho mayor que el ID, el comienzo de la enfermedad puede ser más
rápido.
3.- Mecanismos de invasión y establecimiento del patógeno
Una vez que el patógeno ha contactado con el huésped a través
de las vías de entrada, el siguiente paso en la infección
requiere que el patógeno (i) se una al huésped; (ii) atraviese
el epitelio y (iii) se establezca en los tejidos.
a.- Adhesión
Es el proceso mediante el cual los microorganismos consiguen una posición
más estable en el portal de entrada, lo que les permite no ser fácilmente
eliminados y estar listos para invadir los compartimentos estériles
del cuerpo. Los mecanismos que utilizan los patógenos bacterianos
en la adhesión incluyen fimbrias o pilis, flagelos y cápsulas.
Los virus se unen a través de receptores especializados.
b.- Factores de virulencia (penetración e invasión)
Los factores que contribuyen a la penetración e invasión de
los tejidos se dividen en exoenzimas, toxinas y factores antifagocíticos.
Enzimas extracelulares: muchas bacterias y hongos patógenos
secretan exoenzimas que rompen e inflingen daños en las estructuras
epiteliales. Los siguientes enzimas disuelven las barreras defensivas del
huésped y promueven la diseminación de los microorganismos
en tejidos más profundos:
- Mucinasa: destruye la capa protectora de las membranas mucosas; la produce
Vibrio cholerae.
- Queratinasa: digiere el principal componente de la piel y pelo; la producen
los hongos dermatofitos.
- Colagenasa: digiere la principal fibra del tejido conectivo; la producen
especies de Clostridium.
- Hialuronidasa: digiere la sustancia que actúa como cemento de las
células animales compactándolas, ácido hialurónico.
Este enzima es un importante factor de virulencia en estafilococos, clostridios,
estreptococos y neumococos.
- Algunos enzimas reaccionan con los componentes de la sangre como es el
caso de la coagulasa producida por estafilococos patógenos que coagula
la sangre. Las kinasas bacterianas disuelven los coágulos favoreciendo
la invasión de los tejidos dañados.
Toxinas bacterianas: una toxina es un producto químico específico
de microorganismos, plantas y algunos animales que es venenoso para otras
formas de vida. Toxigenicidad es la capacidad de producir toxinas; esta
capacidad es una característica de muchas especies controlada genéticamente
siendo la responsable de los efectos adversos de una variedad de enfermedades
llamadas toxinosis. Toxemia es una toxinosis en la cual la toxina se distribuye
a través de la sangre desde el sitio de infección (tétano
y difteria). Intoxicación es una toxinosis causada por la ingestión
de toxinas (botulismo). Las toxinas se denominan de acuerdo a su sitio específico
de acción en:
Neurotoxinas cuando actúan en el sistema nervioso.
Enterotoxinas cuando actúan en el intestino.
Hemotoxinas cuando lisan los hematíes.
Nefrotoxinas cuando dañan los riñones.
Las toxinas también se pueden clasificar según su origen en:
Exotoxinas: toxinas secretadas por una célula bacteriana viva en
el tejido infectado.
Endotoxinas: toxinas que sólamente se liberan después de que
la célula ha sido dañada o lisada. Nunca se secretan. Las
diferencias entre exotoxinas y endotoxinas son:
CARACTERISTICA EXOTOXINAS ENDOTOXINAS
Toxicidad Fuerte Débil
Efectos sobre el cuerpo Específico de un tejido Generalizado
Composición química Polipéptidos Lipopolisacárido
Desnaturalización a 60° C Inestable Estable
Respuesta inmune Estimula antitoxinas No estimula antitoxinas
Estimulación de la fiebre NO SI
Fuente típica Algunas bacterias Gram (+) y Gram (-) Gram (-)
Factores antifagocíticos: Los fagocitos son células
que bloquean el avance de los microorganismos en los tejidos. A través
de la fagocitosis los patógenos son introducidos dentro del fagocito
donde son destruídos por potentes enzimas. Para combatir la fagocitosis
muchos microorganismos han adoptado mecanismos que evitan el proceso fagocítico
(factores antifagocíticos):
- Matar los fagocitos: especies de Streptococcus y Staphylococcus producen
leukocidinas, sustancias tóxicas para los glóbulos blancos.
- Producción de una cápsula que dificulta al fagocito la ingestión
del microorganismo. Ejemplos son Streptococcus pneumoniae, Salmonella typhi,
Yersinia pestis y Neisseria meningitidis.
- Supervivencia dentro del fagocito: algunas bacterias se han adaptado a
sobrevivir dentro del fagocito después de la ingestión. Especies
patógenas de Legionella, Listeria y Mycobacterium son capaces de
evitar su destrucción dentro del fagocito. Esta supervivencia intracelular
en los fagocitos tiene especial significancia ya que provee a los microorganismos
de un lugar donde "esconderse", crecer y distribuirse a través
del cuerpo.