mecanismos de patogenicidad microbiana

MI – 08 (Tomás Pumarola Suñe)
(03.10.14)
Ander Odriozola García
MECANISMOS DE PATOGENICIDAD MICROBIANA
MODELOS DE RELACIÓN
Fundamentalmente hay dos tipos de microorganismos:


Saprófitos: De vida libre en la naturaleza.
Simbiontes o parásitos: Habita en estado de simbiosis en otro ser vivo.
A veces se usa saprófito para referirse a un organismo que no es patógeno, pero eso es incorrecto.
Dentro de la asignatura hay una parte que se llama parasitología y el profesor ha hecho hincapié en aclarar que
no tiene nada que ver con estos conceptos y que de hecho la gran mayoría de los organismos que daremos
tienen una relación del tipo simbionte o parásito.
SIMBIOSIS
Dentro de los estados de simbiosis hay 3 subtipos:



Comensalismo: Un microorganismo vive en estado de
simbiosis con un organismo sin proporcionarle beneficio
ni perjuicio.
Mutualismo: Ambos organismos reciben beneficio
(microbiota intestinal).
Parasitismo: El microorganismo obtiene un beneficio y
perjudica al organismo (hospedador).
En estos tres estados la adscripción a uno u otro no siempre es
clara y puede ser temporal.
Microbiota (Flora bacteriana)
Como se ha visto antes la microbiota es un claro ejemplo de mutualismo puro que se basa en microorganismos
que se localizan en la piel o en las mucosas y que aportan diferentes beneficios (nos aportan nutrientes como la
vitamina K, dificulta colonización de los agentes patógenos…).
Hay diferentes tipos de microbiota:



Residente: La microbiota permanente, que siempre tendremos.
Transeúnte: Es temporal, cambia si por ejemplo cambiamos nuestra alimentación pero volverá a su
estado original en cuanto retornemos a nuestra alimentación habitual.
Estado de portador: Cuando tenemos un microorganismo que puede ser causa de patología pero que
nosotros no la padecemos, y que, sin embargo, se puede transmitir (puede ser organismo de
transmisión).
Poder patógeno y virulencia
El poder patógeno es la capacidad que tiene un microorganismo para producir una enfermedad, por lo tanto es
cualitativo (puede producir o no). La virulencia, en cambio, es el grado de este poder patógeno y por tanto
cuantitativo.
La enfermedad infecciosa se puede definir como el desequilibrio entre el número
de microorganismos y su virulencia por un lado y la resistencia del hospedador
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por el otro. Es decir, la enfermedad infecciosa se producirá cuando se rompa este equilibrio o bien porque
aumenta el número de microorganismos patógenos o su virulencia; o porque disminuye la resistencia del
hospedador.
Mediante esta definición de enfermedad podemos clasificar dos grandes grupos de microorganismos que
causan patología:


Patógenos: Siempre son causa de enfermedad (tuberculosis, gripe, Ébola…).
Oportunistas: No tienen poder patógeno pero pueden ser causa de enfermedad, por ejemplo, ante
la disminución de la resistencia del hospedador.
Microorganismos patógenos
Características generales:




Son independientes de la resistencia del hospedador.
Son exógenos.
El poder patógeno depende de sus propias habilidades, lo que denominamos factores de
patogenicidad.
Tienen un cuadro clínico específico, esto es debido a que la lesión es causada por sus propios
factores de patogenicidad.
Microorganismos oportunistas
Características generales:
 Dependen siempre de la resistencia del hospedador.
 Suelen ser endógenos pero también los hay exógenos.
 No tienen factores de patogenicidad, lo único que hacen es reproducirse indiscriminadamente y
eso es lo que acaba causando la lesión.
 El cuadro clínico no es específico, son muy similares porque no tienen factores de patogenicidad
que interfieran o inhiban determinados procesos, lo único que hacen es producir un crecimiento
indiscriminado y un fenómeno inflamatorio que es lo que acaba causando destrucción tisular.
PROCESO INFECCIOSO
El proceso infeccioso tiene una serie de etapas:





Entrada
Penetración e invasión.
Evasión de defensas.
Factores de patogenicidad: No es una fase, es un concepto. Todo aquello que facilite al
microorganismo la entrada, a invadir, a evadir o a lesionar. No confundir con el factor lesional.
Lesión
ENTRADA
Hay 3 formas de entrada básicas:


Inoculación: Introducción directa de microorganismos a los tejidos. Por heridas, pinchazos,
vectores, iatrogenia (producida por el acto médico, como cirugías).
Colonización: Proceso más sofisticado. Llegar a la puerta de entrada (por lo general las mucosas) y
establecerse, adhiriéndose (para evitar ser expulsado por la tos, peristaltismo…), evadiendo las
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defensas locales y multiplicándose para llegar a la dosis infecciosa mínima (DIM) (número de
individuos que se necesita para causar infección).
Vía endógena: Como hemos visto antes en los microorganismos oportunistas.
Colonización. Evasión de defensas
Hay muchas y se dividen en dos tipos:


Específicas: Las más importantes son las IgA (son inmunoglobulinas que secreta la propia mucosa
específicas para un determinado microorganismo.) Hay microorganismos que sintetizan proteasas
IgA, que no son causa de lesión pero les permite evadir las defensas e iniciar la infección y por
tanto es un factor de patogenicidad.
Inespecíficas:
- La capa de moco de las mucosas.
- La síntesis de mucinasas.
- La microbiota es una barrera muy importante. La mucosa está completamente cubierta de
esta microbiota.
- La fagocitosis es un mecanismo muy potente, por eso los inhibidores de la fagocitosis
(como las cápsulas de algunas bacterias) son factores de patogenicidad muy importantes.
Hay algunos microorganismos que incluso pueden reproducirse dentro del macrófago
distribuyendo la infección por todo el organismo (caballo de Troya).
- Leucocidinas.
- Hierro: Es un elemento que muchos microorganismos necesitan para su metabolismo. Hay
microorganismos que sintetizan sideróforos que son grandes captadores de hierro.
- Elementos físicos: Un factor muy importante es el de la adherencia, pues en cuanto un
microorganismo llega a un epitelio, hay una serie de mecanismos físicos (tos,
peristaltismo…) que intentan eliminar este microorganismo.
Colonización. Adherencia


Las bacterias gramnegativas tienen un mecanismo de adherencia muy específica utilizando las fimbrias,
que son unas estructuras de superficie que pueden ser por codificación del propio cromosoma o por
elementos genéticos externos (como en el caso de los plásmidos) y que se adhieren a la superficie celular.
Por regla general a carbohidratos del glicocálix de la membrana citoplasmática.
Las bacterias grampositivas suelen tener cápsulas o pseudocápsulas a las que llamamos glicocálix que
también son factores de adherencia.
Hay un factor muy importante dentro de la adherencia microbiana que es la adherencia a material inerte y crea
un biofilm, una capa de sustancias de secreción bacteriana que lo recubre y lo protege de los agentes externos.
Esto es muy importante en el ámbito hospitalario porque puede suceder esta adherencia a material
hospitalario como por ejemplo a un catéter o a una sonda urinaria y ser causa de infección. Los antibióticos en
este caso no funcionan porque estos no pueden difundir por un material inerte.
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Aquí podemos ver un estreptococo (grampositivo) que tiene
unas proyecciones de superficie que se adhieren a la superficie
de la faringe, causando la amigdalitis.
Aquí podemos ver un gonococo
(gramnegativo) que se adhiere sobre la
mucosa uretral causando la gonorrea.
Esto de aquí es un micoplasma que es una bacteria que no tiene
pared celular junto a los cilios del aparato respiratorio y vemos
que mimetiza el epitelio ciliar de la mucosa respiratoria.
Aquí vemos un ejemplo de adherencia a material inerte.
Colonias de bacterias que se unen al esmalte del diente. Éste es
el origen del sarro. A medida que vamos hacia capas más
profundas encontramos bacterias que crecen en ausencia de
oxígeno (anaerobias) y estas bacterias que suelen ser gram
positivas son las causantes de la caries dental.
A la izquierda vemos un linfocito rodeado por virus del SIDA cuyo
mecanismo de adherencia es muy específico. Así como las bacterias gram
negativas pueden usar las fimbrias para adherirse a la superficie de
cualquier célula, un virus solamente podrá infectar aquellas células para
las cuales tenga receptores específicos (tropismo celular de los virus).
A la derecha vemos la Tenia, un parásito, los cuales tienen diferentes
mecanismos de adherencia, pero éste es posiblemente el más
espectacular. Podemos ver la boca de la Tenia y los dientes que utiliza
para morder la pared intestinal y adherirse a ella.
Como hemos visto el fenómeno de adherencia es extraordinariamente importante y necesario para poder
iniciar el proceso de infección. Muchas veces inhibiendo esta adherencia podemos inhibir el proceso infeccioso.
Por ejemplo, en el caso de los virus donde la adherencia es muy específica gran parte de las vacunas se basan
en evitar este fenómeno.
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Colonización. Periodo de incubación
Todo el fenómeno de colonización se denomina periodo de incubación. Antes de que comiencen los primeros
síntomas de la enfermedad ha habido un proceso de colonización y de invasión del organismo. Éste periodo de
incubación es importante, primero porque a nivel epidemiológico y a nivel de control de la transmisión de la
enfermedad es muy útil para saber si una persona es transmisora o no. Las cuarentenas están basadas en los
periodos de incubación y pueden ser desde un día hasta 2 meses.
Por otra parte, es muy importante porque la capacidad de transmisión de un virus suele ser mayor en los
últimos momentos de la colonización que una vez ha comenzado la enfermedad porque toda la sintomatología
de la enfermedad vendrá determinada por una respuesta inmunitaria potentísima contra el microorganismo,
por tanto, el microorganismo deja de transmitirse tan fácilmente.
Ejemplo: Una persona en periodo de incubación de gripe genera 1,8 casos de gripe de media (es lo que
denominamos índice de reproducción), una persona con sarampión genera 12 casos.
Aun así esto no es así en todos los microorganismos. Por ejemplo, el virus causante del SARS (fue causa de
epidemia en Hong Kong en 2003) no se transmite durante el periodo de incubación. Por este motivo fue muy
fácil aislar los transmisores y se pudo contener muy bien el brote. En el caso del SIDA en el que una persona
puede estar 5 años sin sintomatología pero que sin embargo puede transmitir la enfermedad sin que la
persona sepa que tiene el virus, estos 5 años no se tratan del periodo de incubación, son a causa de que el
mecanismo con el cual actúa el SIDA es celular y no somático y por eso no empiezan a hacerse visibles los
síntomas hasta que la comunidad celular está destruida. El Ébola es una enfermedad con un periodo de
incubación muy corto y con una sintomatología muy agresiva y por eso siempre se ha conseguido contener. El
problema con el actual brote de Ébola es que se ha encontrado con una serie de condicionantes sociológicos y
socioculturales muy fuertes que están dificultando la contención.
PENETRACIÓN/INVASIÓN
Una vez que el microorganismo ha colonizado la puerta de entrada del organismo y ha llegado a la dosis
infecciosa mínima (DIM), lo que hace es buscar la lesión o invadir. Según la capacidad de invasión podemos
definir 3 tipos de microorganismos (obviamente no siempre se podrá adscribir tan fácilmente cada
microorganismo a uno de los 3 grupos):



Los que no tienen capacidad de invasión (A): Lo que harán
muchas veces es sintetizar sustancias de excreción que serán
las causantes de la lesión (toxinas). Pueden actuar a nivel local
o sistémico. También pueden empezar a multiplicarse y a
causa del fenómeno inflamatorio provocar la lesión.
Los que invaden por contigüidad (B): Invadirán la mucosa y
destruirán las células epiteliales.
Los de invasión interna (C): Atraviesa la mucosa, llega a la
submucosa, la cual destruirá o no, y a partir de aquí se
encuentra con todas las vías de diseminación del organismo: la nerviosa (intraaxonal, solo los virus o las
toxinas de las bacterias, pueden llegar hasta el sistema nervioso central), vía linfática, vía hemática y los
tejidos.
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En esta foto podemos ver que hay
microorganismos que la invasión la hacen en
el interior de células (caballo de Troya) lo
que amplifica mucho la infección.
EVASIÓN DE DEFENSAS
Una vez que ha ocurrido la invasión lo que tiene que hacer el organismo es volver a evadir las defensas, que lo
veremos por encima porque ya lo hemos explicado en la colonización:


Inespecíficas:
 La respuesta inflamatoria.
 Fagocitosis.
 Sistemas del complemento.
 Tejidos (enzimas).
 IgA.
Específicas:
 Respuesta inmunitaria humoral.
 Respuesta inmunitaria celular.
 Deriva antigénica.
 Inmunosupresión
Iremos viendo, a medida que veamos cada microorganismo, cuales son los factores de patogenicidad que
utiliza cada uno para evadir estos mecanismos.
LESIÓN
La lesión puede ser causada por dos motivos:






Por la invasión: El microorganismo va destruyendo tejidos.
Por toxinas: Lo veremos más adelante. Es causada por las bacterias.
Por mecanismo inmunopatológico: Inducen una respuesta anómala de nuestro sistema
inmunitario haciendo que sea éste el que cause la lesión.
Por lisis celular: Destruyen la célula.
Disfunción celular: Alteran la función de la célula.
Oncogénico: La inmortalizan y hacen que se multiplique de forma anómala.
Los tres últimos motivos son muy típicos de los virus.
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Toxinas
Hay dos tipos:

Endotoxinas:
Forman parte de la estructura de las bacterias gramnegativas. Todas las gramnegativas tienen endotoxinas
y ninguna de las grampositivas tiene endotoxinas. Forma parte de la pared celular. Esta endotoxina se
denomina lipopolisacárido (LPS) y es el causante de un efecto tóxico, pero al formar parte de la estructura
de esta bacteria esta endotoxina solo se pone de manifiesto cuando la bacteria se lisa. Mientras está viva
no hay factor endotóxico. Por tanto, lo que induce la respuesta endotóxica de las bacterias gramnegativas
es la propia respuesta inflamatoria, los antibióticos (solo los que destruyen las bacterias). Al destruir la
estructura de estas bacterias la respuesta endotóxica hace que aumente la respuesta inflamatoria haciendo
que ésta a su vez mate más bacterias creando este círculo vicioso. Estas endotoxinas son sintetizadas por el
cromosoma bacteriano, es poco antigénica, tiene baja actividad, no tiene actividad enzimática, es pirógena
y es inespecífica (todas se basan en una potenciación de la inflamación, de la permeabilidad vascular y de la
coagulación, lo que puede llevar al shock endotóxico, situación que es muy grave).

Exotoxinas:
Son totalmente diferentes a las endotoxinas. Son sustancias tóxicas que secretan las bacterias al exterior y
que tiene actividad enzimática que interfiere en procesos celulares. Es muy específica porque siempre
interferirá en el mismo proceso celular. Por ejemplo, el cólera está causado por una enzima que inhibe la
mucosa intestinal. La ventaja que tienen las toxinas, para nosotros, es que son muy antigénicas, inducen
una muy buena respuesta inmunitaria y como son inactivadas por el calor, podemos coger estas toxinas
inactivas, es decir el toxoide, que mantiene su poder inmunógeno pero no tiene poder patógeno y así se
pueden hacer vacunas. Las toxinas se denominan de una forma u otra dependiendo de dónde actúan, así
por ejemplo, si actúa sobre el sistema digestivo diremos que son enterotoxinas, o neurotoxinas si actúan
sobre el sistema nervioso.
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RESUMEN DE CONCEPTOS
Modelos de relación:


Saprófitos
Simbiontes:
o Comensalismo
o Mutualismo: Microbiota
o Parasitismo:
 Poder patógeno vs virulencia  Microorganismos patógenos vs oportunistas
Proceso infeccioso:




Entrada:
o Inoculación
o Colonización:
 Evasión de defensas
 Adherencia:
 Gram positivas
 Gram negativas
 Periodo de incubación
o Vía endógena
Penetración/invasión:
o No capacidad invasión
o Invasión por contigüidad
o Invasión interna
Evasión de defensas:
o Específicas
o Inespecíficas
Lesión
o Endotoxinas: (LPS)
o Exotoxinas
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