Porphyromonas gingivalis pertenece al filo Bacteroidota y es una bacteria patógena , anaerobia , gramnegativa y con forma de bastón,inmóvil. Forma colonias negras en agar sangre .
Se encuentra en la cavidad oral, donde está implicada en la enfermedad periodontal , [1] así como en el tracto gastrointestinal superior , el tracto respiratorio y el colon . Se ha aislado de mujeres con vaginosis bacteriana . [2]
La degradación del colágeno observada en la enfermedad periodontal crónica resulta en parte de las enzimas colagenasas de esta especie . Se ha demostrado en un estudio in vitro que P. gingivalis puede invadir fibroblastos gingivales humanos y puede sobrevivir en presencia de antibióticos . [3] P. gingivalis invade células epiteliales gingivales en grandes cantidades, en cuyo caso tanto las bacterias como las células epiteliales sobreviven durante períodos prolongados de tiempo. Se pueden detectar altos niveles de anticuerpos específicos en pacientes que albergan P. gingivalis .
La infección por P. gingivalis se ha relacionado con la enfermedad de Alzheimer [4] y la artritis reumatoide . Contiene la enzima peptidil-arginina deiminasa , que participa en la citrulinación . [5] Los pacientes con artritis reumatoide tienen una mayor incidencia de enfermedad periodontal; [6] los anticuerpos contra la bacteria son significativamente más comunes en estos pacientes. [7]
P. gingivalis se divide en serotipos K según la antigenicidad capsular de los distintos tipos. [8]
El genoma de P. gingivalis fue descrito en 2003 y reveló 1.990 marcos de lectura abiertos (es decir, secuencias codificantes de proteínas), codificados por 2.343.479 pb, con un contenido promedio de G+C del 48,3%. [9] Se estima que 463 genes son esenciales . [10]
La arginina-gingipaína (Rgp) y la lisina-gingipaína (Kgp) son enzimas endopeptidasas secretadas por P. gingivalis. Estas gingipaínas cumplen muchas funciones para el organismo, contribuyendo a su supervivencia y virulencia. [11]
Se ha descubierto que las arginina-gingipaínas desempeñan un papel fundamental en la recolección de nutrientes para la supervivencia de P. gingivalis . La Rgp degrada péptidos grandes del organismo huésped para proporcionar a la bacteria una fuente abundante de nitrógeno y carbono a partir de la albúmina sérica humana. [12] P. gingivalis también puede degradar la transferrina dentro de las células huésped, lo que proporciona al organismo una fuente abundante de hierro necesaria para realizar múltiples funciones celulares. [13]
Las gingipaínas también son responsables de una serie de funciones necesarias relacionadas con la invasión y colonización del huésped. Las gingipaínas Rgp son necesarias para la adhesión y la invasión, ya que procesan proteínas precursoras de fimbrias largas. [13] Los genes de P. gingivalis que codifican RgpA, Kgp y hemaglutinina A (HagA) se expresaron fuertemente después de la incubación con T. denticola . Las proteínas que contienen el dominio de adhesión de hemaglutinina actúan para aumentar las capacidades adhesivas de P. gingivalis con otras especies bacterianas. [14] También están asociadas con la coordinación de la integridad de la biopelícula en la fase de desarrollo y maduración. [15] Las gingipaínas lis-gingipaínas (Kgp) pueden unirse a las proteínas de matriz inmovilizadas fibrinógeno y fibronectina y pueden tener un papel en la colonización del huésped. [16]
Las gingipaínas también tienen la capacidad de degradar múltiples señales de la respuesta inmune del huésped. Tienen la capacidad de escindir los anticuerpos IgG de subclase 1 y 3 [17] , así como las citocinas proinflamatorias como IL-1β, IL-2, IL-6, TNF-α e IL-8 en regiones de alta concentración de P. gingivalis , [18] lo que altera la función de la respuesta inmune del huésped. La Rgp puede inhibir la acumulación de IL-2 en las células T , lo que le permite evadir la respuesta inmune adaptativa del huésped, al modular la comunicación y la proliferación de las células T. [19]
Las gingipaínas son factores clave en los síntomas de daño tisular de la periodontitis , que resulta de la degradación de las metaloproteínas de la matriz , el colágeno y la fibronectina . [13] La degradación de estos sustratos interfiere con las interacciones entre las células del huésped y la matriz extracelular , impidiendo así la cicatrización de las heridas y causando la destrucción de los tejidos periodontales. [13] La Rgp es responsable de provocar la respuesta inflamatoria del huésped a través de la vía de transducción de p38α MAPK . Esta respuesta probablemente contribuye a la naturaleza inflamatoria de la periodontitis y está involucrada en la destrucción de tejidos y huesos. [12]
Las gingipaínas se han asociado con la enfermedad de Alzheimer (EA). Las gingipaínas se descubrieron a partir de TMA de pacientes que presentaban patología cerebral de EA. Tanto RgpB como Kgp se descubrieron a partir del hipocampo y la corteza cerebral de pacientes de EA y se encontró que estaban asociadas con la carga de tau , un marcador de la patología de EA y la ubiquitina , que se acumula en los ovillos de tau y las placas beta amiloide en el cerebro con EA. El ARNr 16S de P. gingivalis también se descubrió en la corteza cerebral y el LCR de cerebros con EA. El pretratamiento con inhibidores de gingipaína protegió la degradación de células neuronales causada por la administración de gingipaínas en un modelo murino. [4]
La cepa encapsulada de P. gingivalis es mucho más virulenta que la cepa no encapsulada en un modelo de absceso de ratón. [20] La cápsula es un polisacárido capsular y cuando está presente regula negativamente la producción de citocinas, especialmente las citocinas proinflamatorias IL-1β, IL-6, IL-8 y TNF-α , lo que indica respuestas de evasión del huésped. [18] [20] Sin embargo, otros estudios han encontrado que el polisacárido capsular provoca respuestas inmunes del huésped como la migración de neutrófilos y la expresión dependiente de la dosis y el tiempo de quimiocinas de migración celular como MCP-1, KC, MIP-2 y RANTES en macrófagos peritoneales murinos desafiados con polisacáridos capsulares. Es probable que estas condiciones contribuyan a las lesiones inflamatorias observadas en la periodontitis . [21]
Las vacunas elaboradas a partir del polisacárido capsular de P. gingivalis aparentemente reducen la pérdida ósea oral en modelos murinos. Estas vacunas han podido generar respuestas inmunitarias potentes, como un aumento de las respuestas de IgM e IgG que reconocen organismos P. gingivalis completos . [22]
Las fimbrias son apéndices que intervienen en la unión celular y contribuyen en gran medida a la virulencia, y se encuentran en muchas bacterias gramnegativas y algunas grampositivas. [ cita requerida ]
La virulencia de P. gingivalis está fuertemente asociada con las fimbrias, ya que se han caracterizado por ser factores clave en la adhesión, invasión y colonización. Las fimbrias también son responsables de la invasión de vesículas de membrana en las células huésped. [13] Se encontró que se unen a las integrinas α5β1 celulares , que median la adherencia y alteran los controles homeostáticos de las células huésped. [23] También se encontró que las fimbrias están asociadas con la modulación de la actividad adhesiva de la integrina β2 para la captación por monocitos utilizando el complejo de señalización CD14 / TLR2 / PI3K , que puede contribuir a las tácticas de evasión intracelular de P. gingivalis . [24] P. gingivalis tiene fimbrias largas, fimbrias cortas y componentes accesorios, cada uno de los cuales tiene funciones distintas. [15]
Las fimbrias largas (FimA), también conocidas como fimbrias mayores, son componentes filamentosos, peritricos y largos. [25] Desempeñan un papel en la fijación inicial y la organización de las biopelículas, ya que actúan como adhesinas que median la invasión y colonización de las células huésped, lo que contribuye a la virulencia de P. gingivalis . [15]
Las fimbrias cortas (Mfa1), también conocidas como fimbrias menores, tienen funciones distintas a las fimbrias largas y se caracterizan por ser esenciales para la autoagregación célula-célula y el reclutamiento para la formación de microcolonias . [25] Las fimbrias cortas están involucradas en la adhesión célula-célula con otros comensales dentales. Se descubrió que se coadhieren y desarrollan biopelículas junto con Streptococcus gordonii mediante la interacción con el polipéptido de superficie estreptocócico SspB. [26] Esta interacción puede ser esencial en la invasión de los túbulos dentinarios por P. gingivalis . [27]
Los componentes accesorios Fim C, D y E se asocian con la proteína principal FimA y tienen un papel en la unión con las proteínas de la matriz y la interacción con el receptor de quimiocina CXC 4. Los experimentos de pérdida de función han confirmado que los mutantes de P. gingivalis deficientes en Fim C, D o E tienen una virulencia drásticamente atenuada. [28]
P. gingivalis tiene muchas formas de evadir las respuestas inmunitarias del huésped, lo que afecta su virulencia. Lo hace mediante una combinación de proteasas gingipaína, un polisacárido capsular, la inducción de la proliferación de células huésped y la escisión de quimiocinas responsables del reclutamiento de neutrófilos. [17] [29]
La virulenta P. gingivalis modula además el reclutamiento de leucocitos mediante la proteólisis de las citocinas y quimiocinas secretadas por las células huésped. La arg-gingipaína y la lys-gingipaína son responsables de esta proteólisis. En un estudio que utilizó un modelo de ratón, se descubrió específicamente que P. gingivalis regulaba negativamente la inducción de IL-8 , lo que causaba un retraso en el reclutamiento de neutrófilos . La prevención del reclutamiento de neutrófilos puede inhibir la eliminación de la bacteria del sitio de infección, lo que permite la colonización. [29] P. gingivalis puede evadir la opsonofagocitosis de los granulocitos utilizando gingipaína K (Kgp) para escindir IgG 1 y 3. Esto modula aún más la respuesta inmunitaria al alterar la señalización. [17] Otros estudios han descubierto que P. gingivalis puede subvertir la vía del complemento a través de C5αR y C3αR, que modula la capacidad de eliminación de los leucocitos, lo que permite un crecimiento bacteriano descontrolado. [29] [30] [31] También se descubrió que P. gingivalis inhibe las respuestas proinflamatorias y antimicrobianas en monocitos humanos y macrófagos de ratón mediante la unión fimbrial a CXCR4, lo que induce la señalización de PKA e inhibe la respuesta inmunitaria mediada por TLR-2 . [32]
Una vez en las células huésped, P. gingivalis es capaz de inhibir la apoptosis modulando la vía JAK/Stat que controla las vías apoptóticas mitocondriales. [33] [15] Un fenotipo proliferativo puede ser beneficioso para la bacteria, ya que proporciona nutrientes, perjudica la señalización de las células huésped y compromete la integridad de la capa de células epiteliales, lo que permite la invasión y la colonización. [15]
P. gingivalis desempeña un papel importante en la aparición de periodontitis crónica en adultos. [34] Aunque se encuentra en baja abundancia en la cavidad oral, causa un cambio microbiano en la cavidad oral, lo que permite el crecimiento descontrolado de la comunidad microbiana comensal . Esto conduce a periodontitis a través de la alteración de la homeostasis del tejido del huésped y la respuesta inmune adaptativa. [35] Después de utilizar la microdisección por captura láser más qRT-PCR para detectar P. gingivalis en biopsias humanas, se observó la colocalización de P. gingivalis con células T CD4+. [36] Sin embargo, el mecanismo de infección de las células T por P. gingivalis sigue siendo desconocido. [ cita requerida ]
P. gingivalis se ha asociado con el aumento de la virulencia de otras bacterias comensales tanto en experimentos in vivo como in vitro . Se encontró que las vesículas de la membrana externa de P. gingivalis eran necesarias para la invasión de células epiteliales de Tannerella forsythia . [37] Se encontró que las fimbrias cortas de P. gingivalis eran necesarias para la formación de biopelículas de cocultivo con Streptococcus gordonii . [26] La pérdida ósea alveolar interproximal y horizontal en modelos de ratón se observa en coinfecciones que involucran P. gingivalis y Treponema denticola . [38] El papel de P. gingivalis en la periodontitis se estudia utilizando modelos de ratón libres de patógenos específicos de infecciones periodontales. En estos modelos, la inoculación de P. gingivalis causa una pérdida ósea significativa, que es una característica significativa de la enfermedad. Por el contrario, los ratones libres de gérmenes inoculados con una monoinfección con P. gingivalis no sufren pérdida ósea, lo que indica que P. gingivalis por sí solo no puede inducir periodontitis. [29]
Si bien P. gingivalis forma parte del ecosistema microbiótico típico de la cavidad bucal de los seres humanos, también puede volverse patógena si se le da la oportunidad suficiente. Cuando esto ocurre, la infección resultante se conoce como gingivitis o periodontitis .
Se ha teorizado que la enfermedad periodontal, que es una infección del tejido de las encías provocada principalmente por P. gingivalis , está relacionada con otras enfermedades sistémicas, como el Alzheimer , la aterosclerosis y otras enfermedades cardiovasculares . Aunque no existe un consenso científico sobre el mecanismo por el cual estos procesos patológicos están vinculados, se han encontrado pruebas de la conexión entre la enfermedad periodontal y las enfermedades cardiovasculares, incluida la aterosclerosis, tanto en estudios estadísticos de poblaciones humanas [39] como en estudios in vivo utilizando un modelo de ratón. [40]
Se cree que la periodontitis está relacionada con la enfermedad cardiovascular debido a las vías de inflamación , que las dos patologías tienen en común. La vía de inflamación de la periodontitis es tal que a medida que la infección crece, las bacterias, incluida P. gingivalis , son atacadas por los neutrófilos y las células inmunes asesinas naturales. Estas células fagocitan las bacterias, mientras que simultáneamente las moléculas de citocinas en el área conducen a un ambiente proinflamatorio. Este entorno proinflamatorio también es rico en moléculas de señalización intercelular que incluyen factor de necrosis tumoral alfa , interleucinas ( interleucina 1 , interleucina 4 , interleucina 10 ), interferones y factor de crecimiento transformante beta . Estas moléculas reclutan más enzimas y factores de transcripción, que a su vez reclutan más células inmunes, formando un ciclo de retroalimentación positiva que puede hacer que la respuesta inmune, y por lo tanto la inflamación, se vuelva crónica y sistémica. La inflamación crónica del tejido de las encías puede conducir a una pérdida de este tejido y también de tejido óseo. La inflamación aumenta la producción de RANKL , una molécula de señalización intercelular que promueve la disolución del tejido óseo, lo que conduce a una pérdida gradual de tejido óseo. También se cree que la infección por P. gingivalis conduce al estrés oxidativo. Tanto la inflamación sistémica crónica como el estrés oxidativo son factores asociados con la aparición de enfermedades cardiovasculares y son mecanismos propuestos por los cuales la enfermedad periodontal puede, si de hecho está relacionada causalmente con la enfermedad cardiovascular, acelerar el proceso de una enfermedad cardiovascular. [41]
Si bien la P. gingivalis invasiva se asocia con varias formas de enfermedad cardiovascular, incluyendo accidente cerebrovascular , enfermedad de la arteria coronaria , fibrilación auricular e insuficiencia cardíaca , la mejor evidencia de un vínculo causal directo es entre la P. gingivalis invasiva (enfermedad periodontal) y la aterosclerosis. Los modelos animales in vivo e in vitro han encontrado que las fimbrias de P. gingivalis promueven la entrada de células huésped y la formación de lesiones aterotrombóticas una vez que las bacterias ingresan al torrente sanguíneo, como a través de lesiones en la boca. Se ha demostrado que P. gingivalis acelera la vía de la enfermedad de aterosclerosis en ratones, además de encontrarse en lesiones de placa aterosclerótica humana. [42]