Rickettsias: otras proteobacterias (I)

Se consideran en conjunto a los géneros Rickettsia, Coxiella y Bartonella, ya que están encuadradas en el orden Rickettsiales y la familia Rickettsiaceae. Las rickettsias son un grupo heterogéneo de pequeños bacilos y cocobacilos GRAM negativos (-). Se desarrollan en el interior de la célula hospedadora, son parásitos intracelulares.

Índice
  1. Caracteres generales
    1. Parasitación
    2. Metabolismo
  2. Rickettsia
  3. Coxiella
  4. Bartonella
  5. Otras proteobacterias
    1. Agrobacterium
    2. Brucella
    3. Bordetella
    4. Francisella
    5. Neisseria
    6. Legionella

Caracteres generales

Bartonella se encuentra evolutivamente cercana entre otros, de Rhizobium y Agrobacterium (relacionada con plantas), y esto ha dado a especular que las Rickettsias se originaron de bacterias que al principio eran infecciosas para plantas para ser después de animales.

Las Rickettsias tienen forma de coco o de bacilo o formas variadas (pleomórficas). Son todas proteobacterias GRAM negativas (-) e inmóviles. Coxiella y Rickettsia se consideran parásitos intracelulares estrictos; Bartonella se considera parásito intracelular pero facultativo. Crecen en eritrocitos, macrófagos y células del endotelio vascular de vertebrados, y a menudo también habitan en artrópodos que se alimentan de sangre: pulgas, garrapatas, piojos, entre otros; los cuales actúan como vectores u hospedadores primarios.

Tienen de particular el presentar una membrana permeable especial, por lo que son bastantes sensibles a la desecación. hace que su desecación sea bastante acusada y explica la necesidad de vectores de transmisión.

Hay una excepción en el caso de Coxiella, ya que podrá transmitirse a través del aire y a través de alimentos; no solo por vectores, gracias a que producen una forma de resistencia parecida a una endospora. Esto explica que además de poder sobrevivir en el aire, también resista la temperatura de pasteurización clásica (por eso hubo que elevar la temperatura) y el tratamiento con ciertos agentes antimicrobianos.

Parasitación

Entran en el hospedador mediante una fagocitosis inducida, que requiere que ambas partes (bacteria y hospedador) estén activos. Incluso ocurre en células que no son fagocíticas (células del endotelio vascular de vertebrados, por ejemplo). Cuando entran formarán un fagosoma (no rompen la membrana de la célula hospedadora).

En el caso de Rickettsia, entra por fagocitosis inducida formando un fagosoma; posteriormente degrada la membrana de ese fagosoma por medio de lipasas y es casi simultánea a la entrada por fagocitosis. Debido a esto, el fagosoma es casi indetectable, no constituye una fase intermedia. Fuera del fagosoma se dividen por fisión binaria, algunas especies se dividen en el núcleo y otras en el citoplasma. Finalmente, la célula hospedadora, dependiendo de la especie de Rickettsia, explota liberando la bacteria; en otros casos, se forman unas yemas que por contacto con la membrana permite finalmente la salida de las Rickettsias. Rompa o no la célula hospedadora, sufre daños debido al contacto tóxico de la pared celular de la Rickettsia con la pared de la célula hospedadora o por la rotura de la pared.

En el caso de Coxiella, entra por fagocitosis inducida, pero no se romperá la membrana del fagosoma, permaneciendo Coxiella en el fagosoma. Más tarde, se fusiona con el lisosoma, formando el fagolisosoma. Esta fusión es necesaria para activar el metabolismo de Coxiella, debido a que su metabolismo se acelera a pH 4,5 (pH del fagolisosoma), por lo que se multiplicará y saldrá lisando la célula.

Metabolismo

La Rickettsia respira glutamato o glutamina pero no degrada la glucosa. Esto parece proporcionarle sólo una pequeña cantidad de energía para el mantenimiento y no para el crecimiento; de ahí que sean parásitas intracelular. Tanto el glutamato como la glutamina la incorporan al ciclo TCA (en el intermediario α-cetoglutarato). Coxiella si respira glucosa, piruvato, etc. Bartonella respira ciertos ácidos orgánicos.

Tiene una cadena transportadora de electrones completa y obtienen el ATP por fosforilación oxidativa. Su capacidad biosintética es limitada, así que el resto de nutrientes los obtiene a partir de la célula hospedadora; para ello posee un sistema de intercambio de ADP endógeno por ATP exógeno (afecta a la célula hospedadora). Así, gran parte de la energía necesaria para el crecimiento se satisface por el metabolismo del propio hospedador.

El hecho de ser parásitas intracelulares las hace peculiares en cuanto al tratamiento con agentes quimioterápicos y antibióticos. Son resistentes a muchos antibióticos por desarrollarse en el interior del hospedador, pero pueden ser tratados con ciertos antibióticos como tetraciclinas o cloranfenicol. También son sensibles a las sulfamidas (Ejemplo: TMP-SMZ).

Suelen ser identificadas por pruebas serológicas.

En la siguiente tabla podemos ver las diferencias entre los 3 géneros de forma resumida.

BacteriaRickettsiaCoxiellaBartonella
Lugar de multiplicaciónCitoplasmaFagolisosomaSuperficie exterior de la célula
Parásito intracelular estricto++-
Puede cultivarse de forma axénica--+
Formación de esporas-+-
Enfermedades humanasTifus, fiebre manchada de las Montañas Rocosas, etcFiebre QFiebre de las trincheras

Ahora lo veremos todo de forma más específica.

Rickettsia

Produce distintos tipos de tifus.

R. rickettssii

Produce la denominada "fiebre manchada de las Montañas Rocosas" que afecta a una zona de Norteamérica donde se encuentra el tipo de garrapata que es el vector de transmisión. Recibió el nombre en honor a Howard Taylor Ricketts (1871-1910), quien murió de tifus.

Ésta puede crecer tanto en el citoplasma como en el núcleo y usa una garrapata como vector. Puede que se transmita de generación en generación a través de los huevos por una transmisión transovárica o por garrapata-perro-humano.

Esta fiebre se caracteriza por cefaleas, escalofríos, aumento de la fiebre y un exantema (ronchas) cutáneo rojizo que comienza en muñecas y tobillos y después se extiende al tronco. Si no se trata puede afectar al corazón, pulmones y provocar incluso la muerte. Tiene tratamiento con antibióticos.

R. prowazeckii

Provoca el tifus exantemático o tifus epidémicos. Tiene una distribución mundial porque el vector que emplea es el piojo humano. Recibe el nombre de prowazekii en honor al Stanislav von Prowazek, que murió de tifus. Hoy en día hay tratamientos con antibióticos, además de una vacuna que se aplica a individuos de alto riesgo.

R. typhi (R. mooseri)

Provoca el "tifus endémico o murino". El nombre se le dio en honor a Herman Mooser que diferenció R. typhi de R. prowazekii. Se llama murino porque lo transmiten las pulgas de las ratas, las cuales pueden picar a las ratas o al hombre. Es una infección que puede permanecer indefinidamente en las ratas. La tasa de muerte es menor (<5%).

R. tsutsugamushi

Causa la fiebre fluvial japonesa o "scrub", y tiene una distribución oriental (Asia y Oceanía). El vector de transmisión es una garrapata que afecta a ratones de campo, que actúan de reservorio.

Coxiella

Coxiella burnetii

Causa la llamada "fiebre Q". El primero en investigarla fue Frank Mcfarlene Burnet y recibió el premio nobel en 1960. Se transmite por picadura a los animales de varias especies de garrapatas y estos animales infectados pueden parecer asintomáticos.

Coxiella burnetii
Imagen colorizada digitalmente de Coxiella burnetii dentro de una vacuola; vista en el microscopio electrónico de barrido. Fuente: National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID)

En el caso del hombre se suele transmitir por el aire, por inhalación de polvo contaminado por restos que contienen a estas bacterias, las cuales suelen estar en las heces, orina y leche de animales que están contaminados.

Después de inhalar ese polvo pasa a los pulmones donde prolifera y puede provocar inicialmente unos problemas respiratorios similares a la gripe y fiebre intensa. También puede provocar una endocarditis quellega a aparecer a los años desde la infección inicial. Durante todo ese tiempo lo normal es que permanezca en el hígado produciendo hepatitis.

La fiebre Q aparece normalmente en gente que trabaja en mataderos, granjas, etc. Se previene normalmente con vacunas en personas de alto riesgo, en zonas endémicas y pausterizando la leche.

Bartonella

Son bacilos curvados, pequeños y flagelados. Parasita células endoteliales y eritrocitos. A diferencia de las otras en las que hacía falta que el parásito y el hospedador tenían que estar activos, en Bartonella el hospedador (eritrocito) es pasivo, no contribuye a la entrada de las bacterias. Al entrar dañan su membrana, entra por endocitosis, pero no incita la fagocitosis como Coxiella y Rickettsia.

Es cultivada en condiciones axénicas en medio de una moderada complejidad. Entran gracias a los flagelos que poseen.

Bartonella quintana

Produce la "fiebre de las trincheras", (fiebre de los 5 días) que tuvo un gran impacto en la primera guerra mundial. Es una de las especies que no se desarrolla en el interior sino en la superficie externa, es decir, tienen una localización epicelular. Tiene una distribución mundial ya que el conductor es el piojo humano y el reservorio el hombre.

B. henselae

Produce la "enfermedad por arañazo de gato" (EAG). El vector es la pulga del gato y el gato es el reservorio. Estas sí viven dentro del eritrocito y el animal no muestra síntomas de la enfermedad. Causa fiebre e inflamación de los ganglios, que desaparece a lo largo de meses.

Otras proteobacterias

Agrobacterium

Son alfa-proteobacterias y están relacionadas con Rhizobium y Bartonella. Son bacilos con flagelación peritrica y además son fitopatógenos de dicotiledóneas como manzana, tomate, patata, etc. Algunas especies más destacadas son:

  • A. rhizogenes. Causa raíces pilosas codificadas por un plásmido Ti.
  • A. tumefaciens. Causa tumores en forma de agallas de corona localizadas en la zona de unión entre el tallo y la raíz, es decir, en el cuello. Esta transformación se produce cuando la bacteria transfiere un fragmento del plásmido Ti (tumor inducido) al material genético de la planta. Una vez inducida la agalla (tumor) puede seguir creciendo en ausencia de la propia bacteria. La formación del tumor se clasifica en 5 etapas.

Formación del tumor

Infección, reconocimiento y adherencia

Las células de A. tumefaciens se adhieren a las heridas de la planta, ya que estas heridas producen la liberación de compuestos fenólicos que las bacterias reconocen y que a la vez permiten la adherencia de ésta a la planta, activándose el proceso de transformación y formación de estos tumores. El reconocimiento bacteria-planta se produce por receptores.

El receptor vegetal es un tipo de pectina que es un polisacárido complejo que contiene y el receptor bacteriano tiene beta-glucanos que están incrustados o formando parte del lipopolisacárido de la pared celular de la bacteria. Tras ese reconocimiento, la bacteria sintetiza microfibrillas de celulosa para ayudarse a anclarse a la planta, formando unos grandes agregados bacterianos en la pared celular que facilitan la colonización.

Procesado del fragmento T-DNA del plásmido Ti

El plásmido Ti es bastante grande (unas 200 kb) pero contiene una región más pequeña denominada región T-DNA (unas 20kb) que es la que se transfiere al cromosoma vegetal. Dentro de la región T-DNA encontramos distintos genes que intervienen en la formación del tumor:

  • Genes Onc (oncogenes): codifican enzimas que intervienen en la producción de fitohormonas, que estimulan la división celular y forman el tumor.
  • Genes Ops (opinas): son genes que llevan la información genética para sintetizar opinas, que son aminoácidos modificados poco corrientes que emplea la bacteria como fuente de carbono y nitrógeno.

Dentro del plásmido Ti encontramos también distintos genes:

  • Genes Vir (virulencia) que codifican proteínas esenciales para transmitir el fragmento T-DNA:
  • Genes de transferencia (que codifican el puente conjugativo).
  • Genes responsables de la degradación de opinas, para su posterior uso por la bacteria.
  • Genes del sistema de doble componente.

La expresión de estos genes se induce por moléculas señal sintetizadas por los tejidos vegetales heridos como lo son ciertos compuestos fenólicos.

Transferencia del fragmento T-DNA por conjugación

Los compuestos fenólicos (sintetizados por los tejidos heridos de la planta) serán detectados por la bacteria, produciéndose un incremento de síntesis del gen VirA, el cual se adhiere a la membrana de la bacteria y actúa de sensor. A continuación VirA, como es una proteín-quinasa, activa por fosforilación al producto de VirG, que actúa de efector induciendo la transcripción de otros genes Vir al fosforilarse.

VirA y VirG constituten un sistema de dos componentes: se encuentran en procariotas superiores y en eucariotas y se emplean para la transmisión de señales al exterior. VirD codifica a una endonucleasa que va a cortar en una zona justo al lado de lo que se va a transferir (T-DNA). A continuación, actúa el producto de VirE, que es una proteína de unión que se une al lado de la cadena del DNA. Una vez cortado el T-DNA se une al fragmento y lo transporta a la célula vegetal. Finalmente, VirB forma el puente entre la bacteria y la célula vegetal para que se integre el T-DNA.

Integración del T-DNA en el genoma de la planta

Se integra en sitios con repeticiones en tándem específicas, inversas o directas.

Génesis de tumores y producción de opinas

El T-DNA codifica hormonas (opinas) para la planta que inducen la división de las células de la misma, produciendo un tumor. Presentan unos enzimas que permiten la catálisis de las opinas para su uso.

Tanto la bacteria como todos los procesos que lleva a cabo, han sido muy estudiados por su capacidad como vector en biotecnología de plantas. Así se han creado plantas transgénicas resistentes a determinados herbicidas o al ataque de determinados adversarios.

Brucella

Es una alfa-proteobacteria en forma de coco o bacilo e inmóvil. Es de interés clínico y es capaz de vivir frente a la fagocitosis. Pueden sobrevivir latentes meses o incluso años dentro de los fagocitos sin verse afectados por las defensas del organismo.

Es parásita intracelular facultativa. Causa la brucelosis en mamíferos, también llamada fiebre de malta o fiebres ondulantes.

Bordetella

Es una beta-proteobacteria en forma de bacilo pequeño e inmóvil. Las cepas virulentas tienen capsula, cuya formación está asociado con la toxicidad/ patogenicidad.

La más conocida es B. pertussis que causa la tos ferina. Esta especie solo afecta al hombre, y no soporta la fagocitosis. La tos ferina causa unos accesos paroxisticos de tos acompañados de una inspiración jadeante, similar a una especie de grito.

Francisella

Francisella que es una gamma-proteobacteria que cambian de forma dependiendo de la fase de crecimiento (bacilares en fases exponenciales y filamentosas en fase estacionaria), es decir, es pleomórfica. Son pequeños. Tiene una tinción de Gram bastante débil, aunque es GRAM(-).

Las cepas virulentas presentan capsula, y pueden sobrevivir a la fagocitosis. Es exigente y requiere medios complejos enriquecidos.

La más conocida es la F. tularensis (nombre que proviene del condado de Tulare, en California, donde se produjo la primera epidemia) que causa la tularemia. En realidad es una zoonosis propia de lagomorfos y roedores, pero que puede afectar al hombre y otros animales. Además presenta diferente sintomatología dependiendo de la vía de infección. Se puede adquirir por inhalación, ingestión, picadura de vectores artrópodos o a través de heridas, pero no de humano-humano. Provoca la inflamación de los ganglios linfáticos. Puede causar pneumonía, septicemia, abcesos (inflamación), etc. Es una bacteria que resiste meses a muy bajas temperaturas, bajo suelo, en plantas, agua, etc. Se le considera una posible arma biológica junto con Bacillus anthracis y Yersinia pestis (clasificados en el Grupo A por su virulencia, su resistencia y su gran infectividad).

Neisseria

Es otra beta-proteobacteria con forma de diplococo inmóvil. Algunos son capsulados (cápsula polisacárida en cepas virulentas). A veces presentan fimbrias que las usan para colonizar las mucosas.

Son aerobias estrictas y crecen a temperatura corporal. Algunas son inocuas (no causan problemas en el hombre) incluso algunas forman parte de la microbiota del hombre, pero otras son patógenas como N. gonorrhoeae (gonococo) que causa la gonorrea o N. meningitidis (meningococo) que causa la meningitis meningocócica.

Legionella

Es una gamma-proteobacteria. Tiene forma de bacilo con tendencia a ser filamentosos, móviles gracias a la presencia de flagelos polares o subpolares. También GRAM negativos (-) pero débiles porque se tiñen mal.

También sobrevive a la fagocitosis, de hecho inhibe la etapa de fusión del fagosoma con el lisosoma (para formar el fagolisosoma). Controla el transporte del fagosoma dentro del fagocito al retículo endoplasmático (RE) (orgánulo rico en nutrientes); dentro del retículo endoplasmático se multiplica y pasa desapercibido durante mucho tiempo dentro de este RE, asegurándose su supervivencia. Todas las especies de Legionella están implicadas como causa de neumonía en el hombre.

Legionella pneumophila
Ilustración tridimensional de Legionella pneumophila basada en una imagen sacada del microscopio elctrónico de barrido. Fuente: Dan Higgins (CDC)

La especie tipo es L. pneumophila, que causa una neumonía denominada legionelosis. Es denominada así porque en 1976 muchos miembros de la legión americana murieron por una infección por esta bacteria. Tardaron en averiguar la causa de aquel brote de neumonía porque intentaban cultivar el agente en medios convencionales, pero necesita un medio rico (es nutricionalmente exigente).

Finalmente, lo identificaron al darse cuenta de que no crece en medios de cultivo habituales y que tiene mala tinción. Se aislaron a partir de cobayas infectadas con tejido procedente de pacientes infectados. Ya existen medios especiales de crecimiento para este microorganismo. Crecen en medios complejos enriquecidos, aunque tarda mucho en crecer.

Tiene tratamiento antibiótico y es un microorganismo que de forma natural se encuentra en aguas, pero no de forma libre sino que se encuentra en el interior de amebas que se pueden considerar como fagocitos naturales. Tiene facilidad para colonizar tuberías de suministro de agua caliente, sistemas de refrigeración de aires acondicionados.

En 2001 en Murcia hubo una epidemia, aunque hubo pocos fallecidos.

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