Mycobacterium leprae (también conocido como bacilo de la lepra o bacilo de Hansen ) es una [a] de las dos especies de bacterias que causan la enfermedad de Hansen (lepra), [1] una enfermedad infecciosa crónica pero curable que daña los nervios periféricos y afecta la piel, los ojos, la nariz y los músculos. [2]
Es una bacteria acidorresistente , Gram-positiva , con forma de bastón y un parásito intracelular obligado , lo que significa que, a diferencia de su pariente Mycobacterium tuberculosis , no se puede cultivar en medios de laboratorio libres de células. [3] Esto probablemente se deba a la eliminación y descomposición de genes que ha experimentado el genoma de la especie a través de la evolución reductiva, lo que ha provocado que la bacteria dependa en gran medida de su huésped para obtener nutrientes e intermediarios metabólicos . [4] Tiene un rango de huéspedes estrecho y, aparte de los humanos, los únicos otros huéspedes naturales son el armadillo de nueve bandas y las ardillas rojas . [5] Las bacterias infectan principalmente macrófagos y células de Schwann , y generalmente se encuentran congregadas como una empalizada . [6] [7]
Mycobacterium leprae era sensible a la dapsona como tratamiento solo, pero desde la década de 1960 ha desarrollado resistencia contra este antibiótico . Actualmente, la Organización Mundial de la Salud recomienda un tratamiento con múltiples fármacos (MDT) , que incluye dapsona, rifampicina y clofazimina . La especie fue descubierta en 1873 por el médico noruego Gerhard Armauer Hansen , y fue la primera bacteria en ser identificada como causa de enfermedad en humanos. [8]
Mycobacterium leprae es una bacteria patógena intracelular, pleomórfica , no esporulada , inmóvil , acidorresistente . [3] Es un bacilo aeróbico (bacteria en forma de bastón) con lados paralelos y extremos redondeados, rodeado por la característica capa cerosa de ácido micólico exclusiva de las micobacterias . Es Gram-positiva mediante tinción de Gram , pero Mycobacterium leprae se tiñó tradicionalmente con fucsina carbol en la tinción de Ziehl-Neelsen . Debido a que los bacilos son menos acidorresistentes que Mycobacterium tuberculosis (MTB), ahora se utiliza el método de tinción de Fite-Faraco, que tiene una concentración de ácido más baja. [9] [10] En tamaño y forma, se parece mucho a MTB. Las bacterias se encuentran en las lesiones granulomatosas y son especialmente numerosas en los nódulos. Esta bacteria a menudo se presenta en grandes cantidades dentro de las lesiones de la lepra lepromatosa y generalmente se agrupa en una empalizada . [6] Mediante microscopía óptica de células huésped, Mycobacterium leprae se puede encontrar solo o en grupos denominados "globos", los bacilos pueden ser rectos o ligeramente curvados, con una longitud que varía de 1 a 8 μm y un diámetro de 0,3 μm. [11] Las bacterias crecen mejor a 27 a 30 °C, lo que hace que la piel, la mucosa nasal y los nervios periféricos sean los principales objetivos de la infección por Mycobacterium leprae . [12]
Mycobacterium leprae tiene un rango estrecho de hospedadores y, aparte de los humanos, los únicos otros hospedadores son los armadillos de nueve bandas y las ardillas rojas [5] , y los armadillos han sido implicados como una fuente de lepra zoonótica en humanos. [13] En el laboratorio, los ratones pueden infectarse y este es un modelo animal útil . [14]
Mycobacterium leprae tiene un tiempo de duplicación inusualmente largo (que varía de 12 a 14 días en comparación con los 20 minutos de Escherichia coli ), así como su incapacidad para ser cultivado en el laboratorio. [15] [16] [17] Debido a que el organismo es un parásito intracelular obligado , carece de muchos genes necesarios para la supervivencia independiente, lo que causa dificultad en el cultivo del organismo. La pared celular compleja y única que hace que los miembros del género Mycobacterium sean difíciles de destruir es también la razón de su tasa de replicación extremadamente lenta. Mycobacterium leprae prefiere temperaturas frías, condiciones microaerófilas ligeramente ácidas y prefiere el uso de lípidos como fuente de energía sobre los azúcares. Se conocen las condiciones de crecimiento necesarias para Mycobacterium leprae , pero aún queda por descubrir un medio axénico exacto para sustentar el crecimiento de Mycobacterium leprae . [18] Dado que el cultivo in vitro generalmente no es posible, se ha cultivado en almohadillas de patas de ratón, [14] y en armadillos debido a su baja temperatura corporal central. [19] [18]
La evolución reductiva que ha experimentado el genoma de Mycobacterium leprae ha deteriorado sus capacidades metabólicas en comparación con otras Mycobacterium, específicamente en sus vías catabólicas. [20]
La incapacidad de Mycobacterium leprae para crecer en medios axénicos indica su dependencia de nutrientes e intermediarios de su huésped. [21] Muchas de las vías catabólicas presentes en otras especies de Mycobacterium están comprometidas, debido a la ausencia de enzimas que juegan papeles clave en la degradación de nutrientes. [21] Mycobacterium leprae ha perdido la capacidad de utilizar fuentes comunes de carbono, como acetato y galactosa, en sus vías centrales de metabolismo energético. [4] Además, la degradación de lípidos está deteriorada, con déficits en enzimas clave de lipasa y otras proteínas involucradas en la lipólisis. [22] Las vías catabólicas de carbono funcionales continúan existiendo en la especie, como la vía glucolítica, la vía de la pentosa fosfato y el ciclo del TCA. [21] Estas deficiencias restringen ampliamente el crecimiento del microbio a un número limitado de fuentes de carbono, como intermediarios derivados del huésped. [4]
Las vías anabólicas de Mycobacterium leprae no se han visto afectadas en gran medida por su evolución reductiva. [20] La especie conserva su capacidad para la síntesis de material genético, como purinas, pirimidinas, nucleótidos y nucleósidos, así como la síntesis de todos los aminoácidos, excepto metionina y lisina. [21]
La primera secuencia del genoma de una cepa de Mycobacterium leprae se completó en 2001, revelando 1604 genes codificadores de proteínas y otros 1116 pseudogenes. [23] La secuencia del genoma de una cepa aislada originalmente en Tamil Nadu , India , y designada TN , se completó en 2013. Esta secuencia del genoma contiene 3.268.203 pares de bases (pb) y un contenido promedio de G+C de 57,8%, que es significativamente menor que M. tuberculosis , que tiene 4.441.529 pb y 65,6% de G+C. [24]
La comparación de la secuencia del genoma de Mycobacterium leprae con la de MTB revela un caso extremo de evolución reductiva . Menos de la mitad del genoma contiene genes funcionales . Se estima que se han perdido aproximadamente 2000 genes del genoma de Mycobacterium leprae . [23] La eliminación y la descomposición de genes parecen haber eliminado muchas actividades metabólicas importantes, incluida la producción de sideróforos , parte de la cadena respiratoria oxidativa y la mayoría de las cadenas respiratorias microaerófilas y anaeróbicas , y numerosos sistemas catabólicos y sus circuitos reguladores. [25] Esta evolución reductiva está vinculada en gran medida al desarrollo del organismo en una bacteria intracelular obligada. [26]
Muchos de los genes que estaban presentes en el genoma del ancestro común de Mycobacterium leprae y M. tuberculosis se han perdido en el genoma de Mycobacterium leprae . [23] [27] Debido a la dependencia de Mycobacterium leprae de un organismo huésped, se han perdido muchas de las funciones de reparación del ADN de la especie, lo que aumenta la aparición de mutaciones por deleción . [26] Debido a que los productos suministrados por estos genes eliminados suelen estar presentes en las células huésped infectadas por Mycobacterium leprae , el impacto que tienen las mutaciones en el microbio es mínimo, lo que permite la supervivencia dentro del huésped a pesar de su genoma reducido. [28] En consecuencia, Mycobacterium leprae ha sufrido una reducción drástica del tamaño del genoma con la pérdida de muchos genes. [4] Más de la mitad del genoma del patógeno ahora está formado por pseudogenes debido a que el patógeno experimenta lo que se conoce como evolución reductiva . [4] Entre los genomas publicados, Mycobacterium leprae contiene el mayor número de pseudogenes (>1000). [29] Muchos de estos pseudogenes surgieron de inserciones de codones de parada que pueden haber sido causadas por una disfunción del factor sigma (una proteína necesaria para el inicio de la transcripción en bacterias) o la inserción de secuencias repetitivas derivadas de transposones. [30] Algunos de los niveles de expresión de pseudogenes de Mycobacterium leprae se alterarán tras la infección de macrófagos, lo que sugiere que algunos pseudogenes de Mycobacterium leprae no son todos genes "degradados", sino que también podrían funcionar en la infección, la replicación intracelular y la replicación. [29] Esta reducción del genoma no es completa. [27] La reducción de tamaño de un genoma de 4,42 Mbp, como el de M. tuberculosis , a uno de 3,27 Mbp explicaría la pérdida de unas 1200 secuencias codificantes de proteínas .
Existen ocho enzimas esenciales para Mycobacterium leprae , y una de ellas es la alanina racemasa (alr). Esta enzima es importante porque se encuentra en el metabolismo de la D-alanina-D-alanina ligasa y de la alanina /aspartato. Otras enzimas esenciales incluyen la supuesta dTDP4dehidrorhamnosa 3, 5epimerasa (rm1C), que desempeña un papel importante tanto en el metabolismo de los azúcares nucleótidos como en la biosíntesis de la unidad de azúcar policétido. La biosíntesis de petidoglicano también requiere murG, murF, MurE, murY, murC y murD, las seis enzimas esenciales restantes para Mycobacterium leprae. [31] [ se necesita una mejor fuente ]
La bacteria tiene una distribución global en humanos, pero la prevalencia más alta se encuentra en África subsahariana, Asia y Sudamérica. [32] Las ocurrencias geográficas de Mycobacterium leprae incluyen: Angola, Brasil, República Centroafricana, República Democrática del Congo, Estados Federados de Micronesia, India, Kiribati, Madagascar, Nepal, República de las Islas Marshall y República Unida de Tanzania. [33]
Desde la introducción de la terapia con múltiples fármacos (TMF) en la década de 1980, la prevalencia de casos de lepra ha disminuido en un 95%. [34] Esta disminución llevó a la Organización Mundial de la Salud (OMS) a declarar eliminada la lepra como un problema de salud pública, definida como una prevalencia de menos de un paciente de lepra por cada 10.000 habitantes. [35] Además de la transmisión de Mycobacterium leprae de humanos infectados, las fuentes ambientales también podrían ser un reservorio importante. Se detectó ADN de Mycobacterium leprae en el suelo de las casas de pacientes de lepra en Bangladesh, en las madrigueras de armadillos en Surinam y en los hábitats de ardillas rojas lepromatosas en las Islas Británicas. [36] Un estudio encontró numerosos informes de casos de lepra con antecedentes de contacto con armadillos en los Estados Unidos. [34] Se ha propuesto una vía de transmisión zoonótica a partir de la exposición a armadillos, y en un estudio previo en el sureste de los Estados Unidos se demostró que pacientes humanos estaban infectados con el mismo genotipo de Mycobacterium leprae asociado con armadillos . [37] Se observaron altas tasas de infección por Mycobacterium leprae en armadillos en el estado brasileño de Pará, y los individuos que consumían frecuentemente carne de armadillo mostraron títulos significativamente más altos del antígeno específico de M. leprae, el glicolípido fenólico I (PGL-I), en comparación con los que no lo hacían o lo comían con menos frecuencia. [38] [34]
El pariente más cercano de Mycobacterium leprae es Mycobacterium lepromatosis . Estas especies divergieron hace 13,9 millones de años (95% de la densidad posterior más alta hace 8,2 millones de años – hace 21,4 millones de años ). Se calculó que el ancestro común más reciente de las cepas actuales de Mycobacterium leprae vivió hace 3607 años (95% de la densidad posterior más alta hace 2204–5525 años). La tasa de sustitución estimada fue de 7,67 x 10 −9 sustituciones por sitio por año, similar a otras bacterias. [39]
Un estudio de genomas aislados de casos medievales estimó que la tasa de mutación era de 6,13 × 10 −9 . Los autores también demostraron que el bacilo de la lepra en las Américas fue traído allí desde Europa. [40] Otro estudio sugiere que Mycobacterium leprae se originó en África Oriental y se extendió desde allí a Europa y Oriente Medio inicialmente antes de extenderse a África Occidental y las Américas en los últimos 500 años. [41]
Mediante técnicas de captura de ADN y secuenciación de alto rendimiento se obtuvieron secuencias casi completas de Mycobacterium leprae de esqueletos medievales con lesiones osteológicas sugestivas de lepra de diferentes orígenes geográficos de Europa . Se compararon secuencias antiguas con las de cepas modernas de biopsias de pacientes con lepra que representan diversos genotipos y orígenes geográficos, lo que proporcionó nuevos conocimientos para comprender su evolución y su curso a lo largo de la historia, la filogeografía del bacilo de la lepra y la desaparición de la lepra de Europa. [40]
Verena J. Schuenemann et al. demostraron una notable conservación genómica durante los últimos 1000 años y una estrecha similitud entre las cepas modernas y antiguas, lo que sugiere que la disminución repentina de la lepra en Europa no se debió a una pérdida de virulencia, sino a factores externos, como otras enfermedades infecciosas, cambios en la inmunidad del huésped o mejores condiciones sociales. [40]
El período de incubación de Mycobacterium leprae varía de 9 meses a 20 años. [42] La bacteria se replica intracelularmente dentro de los histiocitos y las células nerviosas y tiene dos formas. Una forma es "tuberculoide", que induce una respuesta mediada por células que limita su crecimiento, y tiene pocos bacilos detectables (paucibacilar). [43] A través de esta forma, Mycobacterium leprae se multiplica en el sitio de entrada, generalmente la piel, invadiendo y colonizando las células de Schwann . La bacteria luego induce linfocitos T colaboradores, células epitelioides y la infiltración de células gigantes en la piel, lo que hace que los individuos infectados presenten grandes parches aplanados con bordes rojos elevados y elevados en la piel. Estos parches tienen centros secos, pálidos y sin pelo, acompañados de una pérdida de sensibilidad en la piel. La pérdida de sensibilidad puede desarrollarse como resultado de la invasión de los nervios sensoriales periféricos. La mácula en el sitio de entrada cutáneo y la pérdida de la sensación de dolor son indicaciones clínicas clave de que un individuo tiene una forma tuberculoide de lepra. [44]
La segunda forma de lepra es la "lepromatosa", en la que los microbios proliferan dentro de los macrófagos en el sitio de entrada y tiene muchos bacilos detectables (multibacilar). [43] También crecen dentro de los tejidos epiteliales de la cara y los lóbulos de las orejas. Las células T supresoras que se inducen son numerosas, pero las células epitelioides y gigantes son raras o están ausentes. Cuando la inmunidad celular está alterada, aparecen grandes cantidades de Mycobacterium leprae en los macrófagos y los pacientes infectados desarrollan pápulas en el sitio de entrada, marcadas por un pliegue de la piel. La destrucción gradual de los nervios cutáneos conduce a lo que se conoce como " cara de león clásica ". La penetración extensa de esta bacteria puede provocar graves daños corporales; por ejemplo, la pérdida de huesos, dedos de las manos y de los pies. [44]
Los síntomas de una infección por Mycobacterium leprae , también conocida como lepra, son llagas en la piel de color pálido, bultos o protuberancias que no desaparecen después de varias semanas o meses, daño a los nervios que puede provocar complicaciones en la sensibilidad de los brazos y las piernas, así como debilidad muscular. Los síntomas suelen tardar entre 3 y 5 años desde la exposición hasta que se manifiestan en el cuerpo. Sin embargo, algunas personas no comienzan a mostrar síntomas hasta 20 años después de la exposición a la enfermedad. Este largo período de incubación hace que sea muy difícil diagnosticar correctamente cuándo una persona entró en contacto con la enfermedad. [46]
En los armadillos, Mycobacterium leprae causa una infección diseminada con cambios estructurales y patológicos similares en los tejidos y nervios. [47]
En las ardillas, según la Unidad de Patología Veterinaria de la Universidad de Edimburgo , "la enfermedad es inconfundible: hay una gran hinchazón y pérdida de pelo alrededor del hocico, los labios, los párpados, las orejas, los genitales y, a veces, los pies y las extremidades inferiores. Esta piel desnuda tiene un aspecto "brillante". La ardilla suele tener una condición corporal generalmente mala y puede tener una gran carga de parásitos como pulgas, garrapatas y ácaros". [48]
Los ácidos micólicos en las paredes celulares de las bacterias brindan resistencia a muchos antibióticos y son un factor de virulencia importante. [49] La terapia con múltiples medicamentos (TMM) fue recomendada por el Comité de Expertos de la OMS en 1984, y se convirtió en el tratamiento estándar de la lepra. La OMS ha proporcionado TMM de forma gratuita desde 1995 a los países endémicos. La TMM se utiliza para tratar la lepra porque el tratamiento de la lepra con un medicamento (monoterapia) puede resultar en resistencia a los medicamentos. La combinación de medicamentos utilizada en la TMM dependerá de la clasificación de la enfermedad. La OMS recomienda que los pacientes con lepra multibacilar usen una combinación de rifampicina, clofazimina y dapsona durante 12 meses. La OMS recomienda que los pacientes con lepra paulibacilar usen una combinación de rifampicina y dapsona durante un período de 6 meses. [50] Los antibióticos deben tomarse regularmente hasta que se complete el tratamiento porque Mycobacterium leprae puede volverse resistente a los medicamentos. [51] La eficacia del tratamiento se puede determinar con el uso de una tinción ácido-alcohol resistente de Mycobacterium leprae a partir de un frotis de piel para estimar el número de bacilos aún presentes en el paciente. [52]
El número de casos de lepra notificados anualmente es de alrededor de 250.000 casos, lo que indica que la cadena de transmisión aún no se ha roto a pesar del uso de la terapia multirresistente, que ha permitido reducir en un 90% la tasa de prevalencia de la lepra. Esto pone de manifiesto que el control de la enfermedad aún no ha alcanzado el nivel necesario, lo que exige una investigación continua para su tratamiento y control. [4]
Una medida preventiva contra el Mycobacterium leprae es evitar el contacto cercano con personas infectadas que no hayan recibido tratamiento. [53] La ceguera, la parálisis de manos y pies y la debilidad muscular son efectos del daño nervioso asociado con el M. leprae no tratado. El tratamiento no revierte el daño nervioso, por lo que es necesario un tratamiento temprano. [51] La vacuna contra el bacilo de Calmette-Guérin ofrece una cantidad variable de protección contra la lepra, además de su objetivo principal, la tuberculosis . [54]
La dapsona inhibe competitivamente la enzima dihidropteroato sintasa (DHPS), lo que resulta en una disminución de la producción de tetrahidrofolato, que es un componente esencial de la biosíntesis de ácidos nucleicos en M. leprae. La rifampicina interrumpirá la unión de la subunidad β de la ARN polimerasa dependiente de ADN, lo que desacoplará la producción de ARNm y dará como resultado la muerte celular. Los mecanismos de la clofazimina no se comprenden completamente con respecto a Mycobacterium leprae , pero la unión del fármaco parece ocurrir en secuencias de bases con guanina, lo que puede explicar por qué la clofazimina tiene una preferencia por los genomas ricos en G + C de las micobacterias sobre el ADN humano. Se ha demostrado que la unión de la clofazimina al ADN micobacteriano es débilmente bactericida contra Mycobacterium leprae en ratones, por lo que no es adecuada para la terapia con un solo fármaco para la lepra. De los tres fármacos principales, la rifampicina es más bactericida que la dapsona o la clofazimina. [55]
Es importante encontrar nuevos objetivos para los antibióticos debido a la creciente resistencia. Mycobacterium leprae tiene seis enzimas esenciales murC, murD, murE, murF, murG y murY, que son todas esenciales para la biosíntesis de peptidoglicano en M. leprae. Estas enzimas y la biosíntesis de peptidoglicano son objetivos potenciales para los antibióticos. Al apuntar a estas enzimas, que catalizan la adición de cadenas cortas de polipéptidos, se puede prevenir la síntesis de la pared celular bacteriana. [56] [ se necesita una mejor fuente ]
La resistencia a los antibióticos se observa en alrededor del 10% de los nuevos casos de lepra y en alrededor del 15% de los casos recidivantes. [57] Se cree que la resistencia a los fármacos en Mycobacterium leprae se debe a alteraciones genéticas en los objetivos de los antibióticos y a una reducción de la permeabilidad de la pared celular. [58] En comparación con la cantidad de bombas de eflujo en M. tuberculosis , Mycobacterium leprae contiene aproximadamente la mitad. Las bombas de eflujo que contribuyen a la resistencia a los fármacos y a la virulencia en M. tuberculosis se han conservado a lo largo de la evolución reductiva del genoma que experimentó Mycobacterium leprae . [58]
El médico noruego Gerhard Armauer Hansen (1841-1912) descubrió Mycobacterium leprae en 1873 y fue la primera bacteria identificada como causa de enfermedad en humanos. [8] Albert Ludwig Sigesmund Neisser confirmó que se trataba de una bacteria y discutió con Hansen sobre la prioridad del descubrimiento. [59] Los intentos de Hansen de infectar animales con la bacteria no tuvieron éxito. Cuando en 1879 inyectó, sin su consentimiento, tejido de una persona con lepra lepromatosa en el ojo de Kari Nielsdatter, de 33 años, que tenía la forma tuberculoide más leve de la infección, fue despedido de su puesto en el Hospital de Lepra de Bergen y se le prohibió ejercer la medicina. [60] El caso tuvo poco efecto en la reputación profesional de Hansen, y continuó con su investigación. [61]
