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Micobacteria

Mycobacterium es un género de más de 190 especies en el filo Actinomycetota , al que se le ha asignado su propia familia, Mycobacteriaceae . Este género incluye patógenos que se sabe que causan enfermedades graves en los mamíferos, incluida la tuberculosis ( M. tuberculosis ) y la lepra ( M. leprae ) en humanos. Elprefijo griego myco- significa 'hongo', en alusión alas superficies de las colonias de este género similares a moho . [3] Dado que este género tiene paredes celulares con una capa externa cerosa rica en lípidos que contiene altas concentraciones de ácido micólico, [4] se utiliza la tinción ácido-alcohol resistente para enfatizar su resistencia a los ácidos, en comparación con otros tipos de células. [5]

Las especies de micobacterias son generalmente aeróbicas, inmóviles y capaces de crecer con un mínimo de nutrientes. El género se divide en función de la producción de pigmentos y la tasa de crecimiento de cada especie. [6] Si bien la mayoría de las especies de Mycobacterium no son patógenas, la pared celular compleja característica del género contribuye a la evasión de las defensas del huésped. [7]

Microbiología

Morfología

Modelo de la envoltura celular de Mycobacterium spp. con estructuras proteicas en 3D

Las micobacterias son aeróbicas con formas de varilla de 0,2-0,6 μm de ancho y 1,0-10 μm de largo . Generalmente no son móviles , excepto la especie Mycobacterium marinum , que ha demostrado ser móvil dentro de los macrófagos . [8] Las micobacterias poseen cápsulas y la mayoría no forma endosporas . Se ha demostrado que M. marinum y quizás M. bovis esporulan ; [9] sin embargo, esto ha sido cuestionado por investigaciones posteriores. [10] La característica distintiva de todas las especies de Mycobacterium es una pared celular gruesa, hidrófoba y rica en ácido micólico hecha de peptidoglicano y arabinogalactano , con estos componentes únicos que ofrecen objetivos para nuevos medicamentos contra la tuberculosis. [11]

Fisiología

Muchas especies de Mycobacterium crecen fácilmente con nutrientes mínimos, utilizando amoníaco y/o aminoácidos como fuentes de nitrógeno y glicerol como fuente de carbono en presencia de sales minerales. Las temperaturas para un crecimiento óptimo varían entre las especies y las condiciones del medio, y van desde los 25 a los 45 °C. [6]

La mayoría de las especies de Mycobacterium , incluidas la mayoría de las especies clínicamente relevantes, se pueden cultivar en agar sangre . [12] Sin embargo, algunas especies crecen muy lentamente debido a ciclos reproductivos extremadamente largos, como M. leprae que requiere 12 días por ciclo de división en comparación con los 20 minutos de algunas cepas de E. coli . [13]

Ecología

Si bien Mycobacterium tuberculosis y M. leprae son patógenos, la mayoría de las micobacterias no causan enfermedades a menos que entren en las lesiones cutáneas de personas con disfunción pulmonar o inmunológica, a pesar de estar ampliamente distribuidas en entornos acuáticos y terrestres. A través de la formación de biopelículas , la resistencia de la pared celular al cloro y la asociación con amebas , las micobacterias pueden sobrevivir a una variedad de factores estresantes ambientales. El medio de agar utilizado para la mayoría de las pruebas de agua no favorece el crecimiento de las micobacterias, lo que permite que pasen desapercibidas en los sistemas municipales y hospitalarios. [14]

Genómica

Se han secuenciado completamente cientos de genomas de Mycobacterium . [15]

Los tamaños del genoma de las micobacterias varían desde los relativamente pequeños (por ejemplo, en M. leprae ) hasta los bastante grandes, como el de M. vulneris, que codifica 6.653 proteínas, más grandes que las ~6000 proteínas de la levadura eucariota . [16]

Patogenicidad

Micobacteria tuberculosiscomplejo

Mycobacterium tuberculosis puede permanecer latente en huéspedes humanos durante décadas después de una infección inicial, lo que le permite seguir infectando a otros. Se ha estimado que un tercio de la población mundial tiene tuberculosis (TB) latente. [22] M. tuberculosis tiene muchos factores de virulencia , que pueden dividirse entre el metabolismo de lípidos y ácidos grasos, proteínas de la envoltura celular,inhibidores de macrófagos , proteínas quinasas , proteasas , proteínas transportadoras de metales y reguladores de la expresión génica. [23] Varios linajes como M. t. var. bovis (TB bovina) se consideraron especies separadas en el complejo M. tuberculosis hasta que finalmente se fusionaron en la especie principal en 2018. [24]

Lepra

El desarrollo de la lepra es causado por la infección con Mycobacterium leprae o Mycobacterium lepromatosis , dos bacterias estrechamente relacionadas. Se informan aproximadamente 200.000 nuevos casos de infección cada año, y el 80% de los nuevos casos se informan en Brasil, India e Indonesia. [25] La infección por M. leprae se localiza dentro de los macrófagos de la piel y las células de Schwann que se encuentran en el tejido nervioso periférico.

No tuberculosisMicobacterias

Proteínas ortólogas encontradas en cada especie (según identificadores OMA ). Las proteínas únicas de cada especie se localizan en la sección externa de cada especie.

Las micobacterias no tuberculosas (MNT), que excluyen M. tuberculosis , M. leprae y M. lepromatosis, pueden infectar a huéspedes mamíferos. Estas bacterias se conocen como "micobacterias atípicas". Aunque la transmisión de persona a persona es rara, se ha observado la transmisión de M. abscessus entre pacientes con fibrosis quística . [26] Las cuatro enfermedades principales observadas en humanos son la enfermedad pulmonar crónica, la enfermedad diseminada en pacientes inmunodeprimidos, las infecciones de la piel y los tejidos blandos y la linfadenitis superficial. Entre el 80 y el 90 % de las infecciones por MNT registradas se manifiestan como enfermedades pulmonares. [27]

M. abscessus es la micobacteria de crecimiento rápido (MGR) más virulenta, así como la principal causa de infecciones pulmonares basadas en MGR. Aunque tradicionalmente se la ha considerado un patógeno oportunista como otras MNT, el análisis de diversos factores de virulencia (FV) ha cambiado esta visión a la de un verdadero patógeno. Esto se debe a la presencia de FV micobacterianos conocidos y otros FV no micobacterianos encontrados en otros patógenos procariotas. [27]

Factores de virulencia

Las micobacterias tienen paredes celulares con peptidoglicano , arabinogalactano y ácido micólico ; una micomembrana externa cerosa de ácido micólico; y una cápsula más externa de glucanos y proteínas secretadas para la virulencia. Constantemente remodela estas capas para sobrevivir en ambientes estresantes y evitar las defensas inmunes del huésped. Esta estructura de pared celular da como resultado superficies de colonias que se asemejan a hongos, lo que lleva al uso del prefijo griego myco- en el género . [28] Esta estructura única hace que las penicilinas sean ineficaces, requiriendo en su lugar un tratamiento antibiótico con múltiples fármacos: isoniazida para inhibir la síntesis de ácido micólico, rifampicina para interferir con la transcripción, etambutol para obstaculizar la síntesis de arabinogalactano y pirazinamida para impedir la síntesis de coenzima A. [7]

Historia

Históricamente, las micobacterias se han categorizado a través de pruebas fenotípicas , como la clasificación de Runyon para analizar la tasa de crecimiento y la producción de pigmentos carotenoides amarillos/anaranjados . El grupo I contiene fotocromógenos (producción de pigmentos inducida por la luz), el grupo II comprende escotocromógenos (producción de pigmentos constitutivos) y los no cromógenos de los grupos III y IV tienen un pigmento amarillo pálido/canela, independientemente de la exposición a la luz. Las especies del grupo IV son micobacterias de "crecimiento rápido" en comparación con las especies del grupo III de "crecimiento lento" porque las muestras se convierten en colonias visibles en menos de siete días. [6]

Debido a que el Código Internacional de Nomenclatura de Procariotas (ICNP) actualmente reconoce 195 especies de Mycobacterium , los sistemas de clasificación e identificación ahora se basan en la secuenciación de ADN y la filogenética computacional . Los principales grupos causantes de enfermedades son el complejo M. tuberculosis ( tuberculosis ), el complejo M. avium ( infección por mycobacterium avium-intracellulare ), M. leprae y M. lepromatosis ( lepra ) y M. abscessus ( infección pulmonar crónica ). [3]

El microbiólogo Enrico Tortoli ha construido un árbol filogenético de las especies clave del género basándose en la secuenciación genética anterior de Rogall et al. (1990), junto con nuevos árboles filogenéticos basados ​​en la secuenciación de Tortoli de 2017 de 148 especies de Mycobacterium : [38]

Propuesta de división del género

Gupta et al. propusieron dividir Mycobacterium en cinco géneros, basándose en un análisis de 150 especies de este género. Debido a la controversia sobre la complicación de los diagnósticos clínicos y el tratamiento, todas las especies renombradas conservaron su identidad original en el género Mycobacterium como sinónimo taxonómico válido: [40] [41]

Diagnóstico

Los dos métodos más comunes para visualizar estos bacilos acidorresistentes como rojo brillante contra un fondo azul son la tinción de Ziehl-Neelsen y la tinción de Kinyoun modificada . La tinción de Fite se utiliza para colorear las células de M. leprae de rosa contra un fondo azul. La tinción fluorescente de auramina O modificada rápida tiene una unión específica con las micobacterias de crecimiento lento para la tinción amarilla contra un fondo oscuro. Los métodos más nuevos incluyen la tinción de plata Gomori-Metenamina y la tinción de Schiff con ácido perioídico para colorear las células del complejo Mycobacterium avium (MAC) de negro y rosa, respectivamente. [5]

Si bien algunas micobacterias pueden tardar hasta ocho semanas en generar colonias visibles a partir de una muestra cultivada, la mayoría de las especies clínicamente relevantes crecerán dentro de las primeras cuatro semanas, lo que permite a los médicos considerar causas alternativas si las lecturas negativas continúan después del primer mes. [42] Los medios de crecimiento incluyen el medio de Löwenstein-Jensen y el tubo indicador de crecimiento de micobacterias (MGIT).

Micobacteriófagos

Las micobacterias pueden ser infectadas por micobacteriófagos , una clase de virus con alta especificidad para sus objetivos. Al secuestrar la maquinaria celular de las micobacterias para producir fagos adicionales, dichos virus pueden usarse en la terapia con fagos para huéspedes eucariotas, ya que morirían junto con las micobacterias. Dado que solo algunos micobacteriófagos son capaces de penetrar la membrana de M. tuberculosis , el ADN viral puede administrarse a través de liposomas artificiales porque las bacterias absorben, transcriben y traducen el ADN extraño en proteínas. [43]

Micósidos

Los micosidos son glicolípidos aislados de especies de Mycobacterium . El micosido A se encuentra en cepas fotocromogénicas, el micosido B en cepas bovinas y el micosido C en cepas aviares. [44] Diferentes formas del micosido C tienen un éxito variable como receptor para inactivar micobacteriófagos . [45] El reemplazo del gen que codifica la sintasa del ácido micocerósico en M. bovis previene la formación de micosidos. [46]

Notas

  1. ^ De izquierda a derecha en la imagen de tubos inclinados de medio Löwenstein-Jensen:
    - Control negativo
    - M. tuberculosis : Colonias de apariencia seca
    - Complejo Mycobacterium avium : Colonias de apariencia húmeda
    - M. gordonae : Colonias amarillentas

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