La Escherichia coli shigatoxigénica ( STEC ) y la E. coli verotoxigénica ( VTEC ) son cepas de la bacteria Escherichia coli que producen toxina Shiga (o verotoxina). [a] Solo una minoría de las cepas causan enfermedades en humanos. [2] [ verificación fallida ] Las que lo hacen se conocen colectivamente como E. coli enterohemorrágica ( EHEC ) y son las principales causas de enfermedades transmitidas por los alimentos . Cuando infectan el intestino grueso de los humanos, a menudo causan gastroenteritis , enterocolitis y diarrea sanguinolenta (de ahí el nombre "enterohemorrágica") y, a veces, causan una complicación grave llamada síndrome hemolítico-urémico (SHU). [3] [4] El ganado es un reservorio natural importante para EHEC porque los rumiantes adultos colonizados son asintomáticos . Esto se debe a que carecen de expresión vascular del receptor diana de las toxinas Shiga. [5] El grupo y sus subgrupos se conocen por varios nombres. Se distinguen de otras cepas de E. coli patógenas intestinales, incluidas la E. coli enterotoxigénica (ETEC), la E. coli enteropatógena (EPEC), la E. coli enteroinvasiva (EIEC), la E. coli enteroagregativa (EAEC) y la E. coli difusamente adherente (DAEC). [6]
La más conocida de estas cepas es la O157:H7 , pero las cepas que no son O157 causan aproximadamente 36 000 [ cita requerida ] enfermedades, 1000 hospitalizaciones y 30 muertes en los Estados Unidos cada año. [7] Los especialistas en seguridad alimentaria reconocen las "seis grandes" cepas: O26; O45; O103; O111; O121 ; y O145. [7] Un brote en Alemania en 2011 fue causado por otra STEC, la O104:H4 . Esta cepa tiene propiedades enteroagregativas y enterohemorrágicas. Tanto la cepa O145 como la O104 pueden causar el síndrome hemolítico-urémico (SHU); se ha demostrado que la primera cepa representa entre el 2 % y el 51 % de los casos conocidos de SHU; se estima que el 56 % de dichos casos son causados por la O145 y el 14 % por otras cepas de EHEC. [ cita requerida ]
Las ECEH que inducen diarrea sanguinolenta provocan síndrome urémico hemolítico en el 10% de los casos. Las manifestaciones clínicas del síndrome urémico hemolítico posdiarreico incluyen insuficiencia renal aguda , anemia hemolítica microangiopática y trombocitopenia . La verocitotoxina (toxina similar a la de Shiga) puede dañar directamente las células renales y endoteliales. La trombocitopenia se produce cuando las plaquetas se consumen por coagulación. La anemia hemolítica resulta de la deposición intravascular de fibrina , el aumento de la fragilidad de los glóbulos rojos y la fragmentación. [6]
Los antibióticos tienen un valor cuestionable y no han demostrado tener un beneficio clínico claro. Se ha demostrado que los antibióticos que interfieren con la síntesis de ADN, como las fluoroquinolonas , inducen al bacteriófago portador de Stx y causan un aumento de la producción de toxinas. [8] Los intentos de bloquear la producción de toxinas con antibacterianos que se dirigen a la síntesis de proteínas ribosómicas son conceptualmente más atractivos. El intercambio de plasma ofrece un tratamiento controvertido pero posiblemente útil. El uso de agentes antimotilidad (medicamentos que suprimen la diarrea al ralentizar el tránsito intestinal) en niños menores de 10 años o en pacientes de edad avanzada debe evitarse, ya que aumentan el riesgo de SHU con infecciones por EHEC. [6]
La presentación clínica varía desde una diarrea leve y sin complicaciones hasta una colitis hemorrágica con dolor abdominal intenso. El serotipo O157:H7 puede desencadenar una dosis infecciosa con 100 células bacterianas o menos; otra cepa como 104:H4 también ha causado un brote en Alemania en 2011. Las infecciones son más comunes en los meses más cálidos y en niños menores de cinco años y generalmente se adquieren a partir de carne cruda y leche y jugo no pasteurizados . Inicialmente, los pacientes desarrollan una diarrea no sanguinolenta después de que la bacteria se adhiere al epitelio del íleon terminal , el ciego y el colon . La producción posterior de toxinas media la diarrea sanguinolenta. En los niños, una complicación puede ser el síndrome hemolítico urémico que luego usa citotoxinas para atacar las células del intestino, de modo que las bacterias pueden filtrarse a la sangre y causar daño endotelial en lugares como el riñón al unirse a la globotriaosilceramida (Gb3). [ cita requerida ]
Los nombres del grupo y sus subgrupos incluyen los siguientes. [9] Hay cierta polisemia involucrada. La sinonimia invariable se indica por tener el mismo color. Más allá de eso, también hay una sinonimia más amplia pero variable. Los primeros dos (púrpura) en su sentido más estricto generalmente se tratan como hiperónimos de los otros (rojo y azul), aunque en un uso menos preciso , el rojo y el azul a menudo se han tratado como sinónimos del púrpura. Al menos una referencia sostiene que "EHEC" es mutuamente excluyente de "VTEC" y "STEC", [3] pero esto no coincide con el uso común, ya que muchas más publicaciones agrupan a todos los últimos con los primeros.
La visión actual basada en la microbiología sobre la "toxina similar a Shiga" (SLT) o "verotoxina" es que todas deberían denominarse (versiones de) toxina Shiga , ya que la diferencia es insignificante. Siguiendo este punto de vista, todas las "VTEC" (azul) deberían llamarse "STEC" (rojo). [1] [10] : 2–3 Históricamente, a veces se usaba un nombre diferente porque las toxinas no son exactamente las mismas que la que se encuentra en Shigella dysenteriae , hasta el último residuo de aminoácido, aunque según esta lógica cada "STEC" sería una "VTEC". También se puede trazar la línea para usar "STEC" para cepas productoras de Stx1 y "VTEC" para cepas productoras de Stx2 , ya que Stx1 está más cerca de la toxina Shiga. En la práctica, la elección de palabras y categorías no es tan importante como la comprensión de la relevancia clínica.
La infectividad o virulencia de una cepa de EHEC depende de varios factores, entre ellos la presencia de fucosa en el medio, la detección de este azúcar y la activación de la isla de patogenicidad de EHEC . [ cita requerida ]
La EHEC se vuelve patógena a través de la expresión del locus de borramiento de enterocitos (LEE) codificado en su isla de patogenicidad. Sin embargo, cuando la EHEC no se encuentra en un huésped, esta expresión es un desperdicio de energía y recursos, por lo que solo se activa si se detectan algunas moléculas en el entorno. [ cita requerida ]
Cuando QseC o QseE se unen a una de sus moléculas de señalización interactuantes, se autofosforilan y transfieren su fosfato al regulador de respuesta. QseC detecta adrenalina , noradrenalina y una endonucleasa I-SceIII, codificada por un intrón móvil del grupo I dentro del gen mitocondrial COX1 (AI3); mientras que QseE detecta adrenalina, noradrenalina, SO4 y PO4. Estas señales son una indicación clara para las bacterias de que ya no están libres en el medio ambiente, sino en el intestino. [ cita requerida ]
Como resultado, QseC fosforila a QseB (que activa los flagelos), KpdE (que activa el LEE) y QseF. QseE fosforila a QseF. Los productos QseBC y QseEF reprimen la expresión de FusK y FusR. FusK y FusR son los dos componentes de un sistema para reprimir la transcripción de los genes LEE. FusK es una quinasa sensora que es capaz de detectar muchos azúcares, entre ellos la fucosa. Cuando la fucosa está presente en el medio, FusK fosforila a FusR, lo que reprime la expresión de LEE. [ cita requerida ]
Así, cuando EHEC entra en el intestino, se produce una competición entre las señales procedentes de QseC y QseF y la señal procedente de FusK. Las dos primeras quieren activar la virulencia, pero Fusk lo impide porque la capa mucosa, que es una fuente de fucosa, aísla a los enterocitos de las bacterias haciendo inútil la síntesis de los factores de virulencia. Sin embargo, cuando la concentración de fucosa disminuye porque las células bacterianas encuentran una zona desprotegida del epitelio, entonces la expresión de los genes LEE no será reprimida por FusR y KpdE los activará fuertemente. En resumen, el efecto combinado de QseC/QseF y FusKR proporciona un sistema de ajuste fino de la expresión de LEE que ahorra energía y permite que los mecanismos de virulencia se expresen solo cuando las posibilidades de éxito son mayores. [ cita requerida ]
Las toxinas Shiga son un factor de virulencia importante de EHEC. Las toxinas interactúan con el epitelio intestinal y pueden causar complicaciones sistemáticas en humanos como HUS y disfunción cerebral si ingresan a la circulación. [11] En EHEC, las toxinas Shiga están codificadas por bacteriófagos lisogénicos. Las toxinas se unen al receptor de glucolípidos de la superficie celular Gb3, que hace que la célula absorba la toxina a través de endocitosis . Las toxinas Shiga se dirigen al ARN ribosómico , que inhibe la síntesis de proteínas y causa apoptosis . [12] La razón por la que EHEC es asintomática en el ganado es porque el ganado no tiene expresión vascular de Gb3 a diferencia de los humanos. Por lo tanto, las toxinas Shiga no pueden pasar a través del epitelio intestinal a la circulación. [5]
Este complejo, formado por dos componentes (FusK y FusR) tiene la función en EHEC de detectar la presencia de fucosa en el ambiente y regular la activación de los genes LEE. [ cita requerida ]
La fucosa aumenta la activación del sistema FusKR, que inhibe el gen z0461, que controla el metabolismo de la fucosa. Este es un mecanismo que resulta útil para evitar la competencia por la fucosa con otras cepas de E. coli que suelen ser más eficientes en el uso de la fucosa como fuente de carbono. Las altas concentraciones de fucosa en el medio también aumentan la represión de los genes LEE.
Con niveles bajos de fucosa en el ambiente, el sistema FusKR se encuentra inactivo, lo que significa que el gen z0461 se transcribe, aumentando así el metabolismo de la fucosa. Además, una baja concentración de fucosa es un indicio de epitelio desprotegido, por lo que la represión de los genes ler desaparecerá y la expresión de los genes LEE permitirá atacar a las células adyacentes. [ cita requerida ]