Las Enterobacterias (Parte I)

"La explicación más sencilla es probablemente la explicación más correcta"

(Guillermo de Ockham)

LAS ENTEROBACTERIAS (Parte I)

Hoy comenzamos a desandar el fascinante camino para conocer o redescubrir, a una de las familias más tradicionales en lo que hace a la complejidad de sus cuadros mórbidos, en el ancho mundo de las ETA(s).

Se podrá observar que volveremos sobre temas ya vistos, pero, al ser ésta una nueva publicación, lo mismo es irremediable.

Iremos actualizando esta problemática familia a los efectos que todos actualicemos nuestro bagaje intelectual.

Allá vamos…………....me acompañan?

La familia de las Enterobacterias, es una de las de mayor importancia médica dentro de los bacilos Gram negativos no exigentes. Comparten algunas características tales como poseer en su pared externa un lipopolisacárido (LPS), que les otorga características patogénicas particulares, tóxicas, la llamada endotoxina de las bacterias Gram negativas. La bacteriología actual, es un ente cambiante, lo que ayer se llamaba de una forma, hoy recibe otro nombre. Esta dinámica responde a un mejor entendimiento de las especies bacterianas y a un auge en la manera de identificar las especies, subespecies y biogrupos.  Los bacteriólogos cuentan con nuevas y mejores armas en la identificación clara de las especies bacterianas más importantes en la práctica hospitalaria y privada. Sin duda alguna, esto se ve reflejado de manera muy especial, en las infecciones intrahospitalarias, donde las posibilidades de identificación de un organismo determinado se han incrementado de forma importante, tal es el caso de la técnica de electroforesis en campos pulsados. En otro orden de cosas muchas enterobacterias son ubicuas, encontrándose muy difundidas entre los animales y la naturaleza, pudiendo causar enfermedad en el hombre y los animales como es el caso de Salmonella; otras aunque bien adaptadas al medio ambiente son patógenas humanos exclusivos por ejemplo Vibrio cholerae y por último otras se encuentran bien adaptados a su huésped, como por ejemplo, Shigella. 

Merecerá sin duda un párrafo especial Escherichia coli en el marco del Síndrome Urémico Hemolítico que más tarde describiremos.  Algunos de estos bacilos Gram negativos poseen atributos de virulencia bien definidos, comportándose como patógenos primarios, Yersinia pestis, Salmonella typhi, responsables de la Peste y la Fiebre Tifoidea respectivamente. Otros tales como Acinetobacter y Pseudomonas producen infecciones oportunistas. Las Enterobacterias con frecuencia residen en el colon del hombre sin causar enfermedad. También colonizan normalmente otros nichos ambientales con los que pueden entrar en contacto los pacientes hospitalizados. Debido a su ubicuidad dentro y fuera del cuerpo a menudo causan infecciones oportunistas en pacientes debilitados. 

Como grupo las enterobacterias son las responsables de una tercera parte de los aislamientos en las bacteriemias, de dos tercios de los aislados en gastroenteritis, y de tres cuartas partes de los aislamientos en infecciones del tracto urinario. Uno de estos organismos, Escherichia coli, es también la causa más frecuente de infección urinaria y de gastroenteritis bacteriana en individuos sanos. Estos organismos pertenecen a la familia Enterobacteriaceae que consta de varios géneros expuestos en las siguientes tablas:

Clasificación por géneros de las Enterobacterias

Escherichia

 Shigella

 Klebsiella

 Enterobacter

 Hafnia

 Serratia

 Proteus

 Morganella

 Providencia

 Salmonella

Yersinia

 Edwardsiella

 Citrobacter

 Erwinia

Clasificación de Bacteroides no considerados

como Enterobacterias clásicas

Pseudomona

 Kluyvera

Cedecea

Moellerella

Rahnella

Algunos de éstos como Shigella, Salmonella o Yersinia, tienen una serie de peculiaridades clínicas por lo que serán discutidos en otra sección. Desde el punto de vista microbiológico las enterobacterias se caracterizan porque no forman esporas, son capaces de crecer tanto en aerobiosis como en anaerobiosis (es decir, son anaerobios facultativos), fermentan la glucosa, no producen oxidasa, y tienen una movilidad variable (dependiendo de la presencia o no de flagelos). Las enterobacterias poseen una membrana interna (citoplasmática), una cubierta de peptidoglicano que la rodea, y una compleja membrana externa (pared celular) que comprende la cápsula y que contiene lipopolisacáridos y porinas (canales para la penetración de antibióticos y nutrientes). Es de destacar que algunos de ellos como Escherichia coli forman parte de la flora normal del tubo digestivo y permanecen en él sin causar enfermedad siempre y cuando no se modifiquen las condiciones de su hábitat. Haremos especial énfasis en aquellos géneros y especies que se encuentran más frecuentemente relacionados con la patología humana y animal, en el marco de las ETA (s) (Enfermedades transmitidas por los alimentos). Se utilizan como un indicador de calidad microbiológica para alimentos que hayan recibido tratamientos determinados para hacerlos inocuos. Su presencia en un número significativo, indicará un fallo y consecuentemente un riesgo para el consumidor. Esta singular familia comprende un número muy variado de géneros y especies bacterianos cuyo hábitat natural es el tubo digestivo del hombre y los animales. No todos los bacilos Gram negativos que tienen este hábitat forman parte de la familia Enterobacteriaceae. Se los encuentra también en el suelo, agua, frutas, vegetales y otras plantas. La familia está definida por un conjunto de características fenotípicas (bioquímicas, fisiológicas e inmunológicas) a las que se han agregado posteriormente otros elementos establecidos por técnicas de hibridización de ácidos nucleicos que miden distancias evolutivas y han definido mejor la interrelación de todos los microorganismos integrantes de la familia. 

Son bacilos Gram negativos rectos, con un diámetro de 0.3 a 1.5 micras. Si son móviles, presentan flagelos perítricos. No forman esporos. Desarrollan en presencia o en ausencia de oxígeno (aerobios-anaerobios facultativos). Desarrollan rápidamente en medios simples, no siendo exigentes desde el punto de vista nutricional. Algunos desarrollan en glucosa o lactosa como única fuente de carbono, mientras otros requieren el agregado de vitaminas y/o minerales en el medio de cultivo. Son quimioorganótrofos, poseen metabolismo fermentativo y respiratorio. Son catalasa positivos y oxidasa negativos; reducen los nitratos a nitritos. En los medios de cultivo forman colonias lisas, convexas y circulares de bordes definidos. Algunas especies desarrollan colonias más mucoides que otras (por ejemplo, Klebsiella). Los bacilos Gram negativos que integran esta Familia pueden identificarse por medio de la expresión fenotípica de algunos caracteres genéticos y los métodos utilizados tienen como principio:

a. La investigación de la fermentación de azúcares o alcoholes en un medio peptonado con el agregado de un indicador de pH para detectar la producción de metabolitos ácidos.

b. La investigación de la utilización de un substrato como única fuente de C.

c. La investigación de producción de ciertas enzimas sobre substratos generadores de color.

d. La investigación de la producción de un metabolito, producto final característico de una vía metabólica.

e. La investigación de la aptitud de desarrollar en presencia de un inhibidor.

Los microorganismos pertenecientes a la Familia Enterobacteriaceae poseen una estructura antigénica compleja. Los antígenos O, o antígenos somáticos, son la parte más externa del LPS y están formados por unidades polisacarídicas repetidas. Algunos contienen un único azúcar. Son termoestables y alcohol estables detectándose por aglutinación simple. La naturaleza de los grupos terminales y el orden en que estos azúcares están dispuestos en las unidades repetitivas determina la especificidad de los numerosos antígenos O. Un mismo microorganismo puede poseer varios antígenos O. Cada género está asociado a grupos antigénicos específicos, por ejemplo la mayoría de los serotipos de Shigella comparten uno o más antígenos O con E. coli (Shigella y E. coli pertenecen al mismo género). Por otra parte E. coli puede tener reacciones cruzadas con especies de los géneros Klebsiella y Salmonella. 

En E. coli algunos antígenos somáticos están asociados con fenotipos virulentos específicos, por ejemplo E. coli O:111 y O:119 son frecuentemente agentes etiológicos de diarrea aguda en los niños pequeños. Los antígenos K son externos a los antígenos O. Algunos constituyen una verdadera cápsula visible al microscopio como sucede con Klebsiella, mientras que en E. coli por ejemplo su estructura no es visible al microscopio óptico y se los denomina antígenos de envoltura por comportarse como si envolviera la bacteria volviendo inaglutinable el antígeno O de la pared. Son de naturaleza polisacarídica. Otros antígenos de envoltura pero de naturaleza proteica se presentan como fimbrias. Los antígenos H, flagelares, son de naturaleza proteica. Esta proteína que constituye los flagelos es llamada flagelina. Este antígeno es termolábil y destruido por el alcohol. El contenido de aminoácidos y el orden en que estos se encuentran en las flagelinas determina la especificidad de los diversos antígenos. Como ya fue mencionado los flagelos bacterianos están compuestos de un solo tipo de proteína. En Salmonella existe variación de fase. Como resultado de ello, la proteína flagelar puede ser de dos tipos por medio de un mecanismo de regulación genética (inversión sitio específico), que involucra:

a. Dos genes que codifican las dos proteínas, pero solo uno se expresa en cada momento;

b. Un gen represor de uno de estos genes y

c. La inversión de un segmento de DNA que modifica la dirección de la transcripción.

Se ha asociado a cepas de Enterobacteriaceae con: abscesos, neumonías, meningitis, septicemia, infecciones de heridas, infecciones urinarias e intestinales. Son el componente mayor de la flora normal intestinal, pero son relativamente poco frecuentes en otros sitios del organismo. Algunas especies son importantes como causa de infecciones nosocomiales. Por otra parte salvo Shigella que raramente causa infecciones fuera del tracto gastrointestinal muchas especies de Enterobacteriaceae causan frecuentemente infecciones extraintestinales. Escherichia coli junto a otras especies de incidencia excepcional, forma el género Escherichia. Constituye la especie dominante de la flora aerobia del tubo digestivo, más de 10 serotipos coexisten normalmente en el mismo individuo. Son estas mismas bacterias integrantes de la flora normal las que pueden causar en diversas circunstancias infecciones urinarias, septicemias, meningitis etc. 

El poseer determinadas características antigénicas, como el antígeno de envoltura K1, muy parecido por su composición en ácido siálico al antígeno capsular de Neisseria meningitidis del grupo B, daría a este germen potencialidades invasivas. 80% de E. coli aisladas de meningitis del recién nacido poseen este antígeno K1. Por otra parte el poseer plásmidos que portan genes que codifican para la producción de diferentes adhesinas, enzimas o enterotoxinas otorga a E. coli características patogénicas particulares y la capacidad en una u otra circunstancia dependiendo de la o las proteínas producidas de dar infecciones urinarias o gastrointestinales. Desde el punto de vista antigénico en E. coli se han descrito más de 150 serotipos O. Poseen antígenos de envoltura polisacáridos K, que como es habitual en el mundo bacteriano permiten a la bacteria resistir más fácilmente la fagocitosis que las bacterias no capsuladas. Asimismo se describen más de 56 antígenos H. De lo dicho se desprende que una tipificación antigénica completa es resorte de laboratorios especializados y no forma parte del trabajo corriente de los laboratorios. 

Pueden ser móviles; las que lo son será por flagelación perítrica. Pueden presentar fimbrias, pudiendo adherirse así a las mucosas; éstas pueden ser sexuales (intercambian información genética). Puede producir una toxina, la Bacteriocina, que es liberada al medio externo e inhibe el crecimiento de bacterias de otras especies. Son activas fermentadoras de la glucosa, aunque también lo pueden ser de otros azúcares, como la lactosa; esta familia las clasificaremos según su capacidad de fermentar la lactosa ó no:

 a. Coliformes: capaces de fermentarla.

 b. No coliformes: no la fermentan.

Existen infinidad de medios de cultivo y pruebas bioquímicas para su identificación y clasificación; ejemplo: Agar McConkey, Agar de hierro Kligler, Catalasa y, Oxidasa, entre otros (la prueba de la oxidasa es importante a nivel taxonómico, ya que mide la presencia del citocromo c en la cadena de transporte de electrones). Además de las pruebas vistas en prácticas, existe una batería de pruebas, llamada: Batería IMViC, usada para la clasificación de enterobacterias. Los pasos de la batería son los siguientes:

I: Prueba del Indol; aquí se determina si una bacteria es capaz de transformar el triptófano en indol, y para que lo pueda realizar, tiene que tener el complejo enzimático Triptofanasa. La E.Coli posee esta enzima.

M: Prueba del Rojo de Metilo; es para ver si realiza la fermentación ácido-mixta; en ésta se pasa de glucosa—pirúvico—ácidos (láctico, succínico, etanol, fórmico, acético). La relación ácidos: neutros es de 4:1. Debido a la existencia de la enzima Hidrogenoliasa fórmica, el fórmico pasa a CO2 e H2, teniendo que la relación de CO2:H2 es de 1:1.

V: Determina si la bacteria lleva a cabo la fermentación Butanodiólica ó Butilendiólica. La V procede del investigador: Voges – Proskauer. El producto mayoritario de esta fermentación es el 2,3-Butanodiol (neutro); como productos minoritarios también están el etanol y algún ácido. La relación ácidos: neutros es de 1:6, y la relación de CO2:H2 es de 5:1, ya que en el paso de pirúvico a 2,3-butanodiol se produce CO2. La fermentación ácido-mixta y la butanodiólica son incompatibles. Existen 4 tipos de fermentaciones, típicas de enterobacterias:

 a. Ácido-mixta: Con producción de gas y Sin producción de gas.

 b. Butanodiólica: Con producción de gas y Sin producción de gas.

iC: Prueba del Citrato. Esta prueba posee importancia taxonómica, ya que muestra si la bacteria es capaz de utilizar el citrato como fuente principal de C. Para que la enterobacteria pueda usar el citrato, tiene que poseer en su membrana una permeasa que permita la entrada del citrato. Para realizarla, sembramos la bacteria en un medio que tenga sólo como fuente de C el citrato.

 

En algunas situaciones una persona puede infectarse con alguna de estas bacterias enteropatógenas y no sufrir ninguna enfermedad, es decir en este caso se trata de una infección asintomática, en la cual el patógeno se multiplica a nivel intestinal y es excretado junto con las deposiciones, pero el sujeto no tiene síntomas. Este fenómeno es importante desde el punto de vista epidemiológico porque la excreción asintomática pasa inadvertida y este sujeto disemina el patógeno al ambiente y eventualmente lo puede transmitir ya sea a través de manos contaminadas o contaminación de alimentos, a otros sujetos susceptibles que pueden presentar enfermedad. Otra condición biológica interesante de señalar es la portación por períodos más o menos largos de un patógeno bacteriano entérico. En este caso, después de una infección intestinal generalmente asintomática, no se logra la erradicación del patógeno a nivel intestinal y aunque se superan los síntomas, continua la excreción por periodos que pueden durar semanas, meses o años. Los portadores junto con los pacientes asintomáticos explican la mantención de estos patógenos dentro de una comunidad. 

Un concepto importante de subrayar es que fuera del tracto gastrointestinal, enterobacterias comensales del intestino pueden producir infecciones. Un buen ejemplo de ello es la participación de E. coli como principal causa de Infección Urinaria, una patología infecciosa muy frecuente principalmente en mujeres en la etapa activa de la vida. En este caso cepas de E. coli del intestino, colonizan el periné, la uretra y son capaces a ascender hasta la vejiga donde se multiplican activamente y provocan una respuesta inflamatoria. En otro tipo de pacientes como son los niños recién nacidos y los ancianos, quienes no tienen sus mecanismos de defensa muy eficientes, E. coli y otras enterobacterias comensales del intestino como Klebsiella, pueden pasar a la sangre y provocar focos de infección a distancia como meningitis. Por último, un concepto también importante de enfatizar es el hecho que algunas especies dentro de esta Familia tienen como hospedero exclusivo al hombre, como es el caso de Salmonella typhi y Shigella. En cambio otras tienen un amplio reservorio animal y se transmiten en forma natural de los animales al hombre, es decir son zoonóticas, entre ellas tenemos varios tipos de Salmonella, E. coli enterohemorrágico y Yersinia enterocolítica. En el caso de patógenos zoonóticos, para un efectivo control de estas infecciones es necesario un enfoque multidisciplinario. 

El lipopolisacárido de la pared celular comprende una zona más interna denominada core, que contiene la molécula del lípido A de la que depende la actividad biológica de la endotoxina, responsable de la producción del shock endotóxico característico de estas bacterias. En la parte más externa se encuentra el lipopolisacárido que constituye el antígeno O, que está constituido por una serie de cadenas laterales repetidas de polisacáridos unidos al core. El antígeno O tiene una gran homología entre todas las enterobacterias. Estos antígenos O se encuentran en las cepas «lisas» y les confiere una morfología que permite distinguirlas de las «rugosas» (términos que se refieren al aspecto de las colonias). Junto con otros factores, la presencia de antígeno O media la resistencia bacteriana al efecto bactericida del suero normal. Los aislados resistentes a la acción bactericida del suero son capaces de sobrevivir más tiempo en sangre y por tanto de causar infecciones hematógenas, diseminadas y más severas. Existen tres tipos de antígenos de superficie que sirven para serotipar e identificar a las enterobacterias: a) el ya mencionado antígeno somático o antígeno O, b) el antígeno flagelar o antígeno H, y c) el antígeno capsular o antígeno K. En ciertas especies como en E. coli, la presencia de un determinado antígeno O, H y K determina la patogenicidad de una cepa. 

Así, ciertos antígenos O actúan como factores de adhesión/colonización necesarios para la producción de infección urinaria, otros actúan como factores de colonización y como toxinas que causan gastroenteritis, y otros participan en el desarrollo del síndrome hemolítico urémico. Los antígenos H, que son proteínas encontradas en los flagelos de estas bacterias están también ligados a la producción del síndrome hemolítico urémico (por ejemplo, serogrupo O157:H7) y podrían ser responsables de la capacidad de progresión de las enterobacterias a través de las vías urinarias. Por último, los antígenos K son polisacáridos ácidos situados en la superficie celular. Algunos de ellos como el antígeno capsular K1 de E. coli se asocian con el desarrollo de meningitis neonatal, bacteriemia e infección urinaria. Otros factores de virulencia lo constituyen las fimbrias o pili, que son prolongaciones filamentosas que permiten la adherencia de las bacterias a receptores específicos de las células mucosas y epiteliales de las vías respiratorias, digestivas y genitourinarias. Tal unión o adherencia es extraordinariamente selectiva. Así, las fimbrias o pili del tipo I, que son muy comunes y se hallan en multitud de cepas de E. coli, Klebsiella spp. y Salmonella spp., se unen específicamente a receptores que contienen manosa. Otro factor de virulencia que contienen las enterobacterias son los plásmidos, fragmentos de ADN extracromosómico transmisibles de bacteria a bacteria, no siempre de la misma especie, que permiten transmitir la resistencia a antibióticos (plásmidos R) o la producción de toxinas.

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ARISTOTELES

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