El tropismo del huésped es la especificidad de la infección de ciertos patógenos hacia huéspedes y tejidos particulares. Esto explica por qué la mayoría de los patógenos sólo son capaces de infectar a una gama limitada de organismos huéspedes.
Los investigadores pueden clasificar los organismos patógenos según la variedad de especies y tipos de células por las que exhiben tropismo del huésped. Por ejemplo, se dice que los patógenos que pueden infectar una amplia gama de huéspedes y tejidos son anfotrópicos . Los patógenos ecotrópicos , por otro lado, sólo son capaces de infectar a una gama estrecha de huéspedes y tejidos del huésped. El conocimiento de la especificidad del huésped de un patógeno permite a los profesionales de las industrias médica y de investigación modelar la patogénesis y desarrollar vacunas , medicamentos y medidas preventivas para luchar contra la infección. Actualmente, los investigadores utilizan métodos como la ingeniería celular, la ingeniería directa y la evolución asistida de patógenos adaptados al huésped y los análisis genéticos de todo el genoma para comprender mejor la gama de huéspedes de una variedad de organismos patógenos diferentes. [1]
Un patógeno muestra tropismo por un huésped específico si puede interactuar con las células huésped de una manera que favorezca el crecimiento y la infección del patógeno. Varios factores afectan la capacidad de un patógeno para infectar una célula en particular, entre ellos: la estructura de los receptores de la superficie de la célula; la disponibilidad de factores de transcripción que pueden identificar ADN o ARN patógenos; la capacidad de las células y el tejido para sustentar la replicación viral o bacteriana; y la presencia de barreras físicas o químicas dentro de las células y en todo el tejido circundante. [2]
Los patógenos frecuentemente ingresan o se adhieren a las células o tejidos del huésped antes de causar la infección. Para que se produzca esta conexión, el patógeno debe reconocer la superficie de la célula y luego unirse a ella. Los virus , por ejemplo, a menudo deben unirse a receptores específicos de la superficie celular para ingresar a una célula. Muchas membranas virales contienen proteínas de la superficie del virión que son específicas de receptores particulares de la superficie de la célula huésped. [2] Si una célula huésped expresa el receptor de superficie complementario del virus, entonces el virus puede unirse y entrar en la célula. Si una célula no expresa estos receptores, entonces el virus normalmente no puede infectarla. Por lo tanto, si el virus no puede unirse a la célula, no muestra tropismo por ese huésped.
Las bacterias infectan a los huéspedes de manera diferente que los virus. A diferencia de los virus, las bacterias pueden replicarse y dividirse por sí solas sin entrar en una célula huésped. Aun así, para crecer y dividirse, las bacterias necesitan ciertos nutrientes de su entorno. Estos nutrientes a menudo pueden ser proporcionados por los tejidos del huésped y es por eso que algunas bacterias necesitan un huésped para sobrevivir. Una vez que una bacteria reconoce los receptores de la célula huésped o un entorno rico en nutrientes, coloniza la superficie celular. [3] Las bacterias tienen varios mecanismos para colonizar los tejidos del huésped. Por ejemplo, la producción de biopelículas permite que las bacterias se adhieran a la superficie del tejido huésped y proporciona un entorno protector ideal para el crecimiento bacteriano. [4] Algunas bacterias, como las espiroquetas, son capaces de proliferar en la célula o los tejidos huésped. Esto permite que la bacteria se rodee de un entorno rico en nutrientes que la protege de las respuestas inmunitarias y otros factores estresantes.
Para que los virus se repliquen dentro de una célula huésped y para que las bacterias lleven a cabo los procesos metabólicos necesarios para crecer y dividirse, primero deben absorber los nutrientes y factores de transcripción necesarios de su entorno. [2] Incluso si un virus es capaz de unirse a una célula huésped y transferir su material genético a través de la membrana celular, es posible que la célula no contenga las polimerasas y enzimas necesarias para que se produzca la replicación viral y para que continúe la patogénesis.
Muchos patógenos también contienen importantes factores de virulencia en sus genomas. En particular, las bacterias patógenas son capaces de traducir genes de virulencia ubicados dentro de sus plásmidos en diferentes factores de virulencia para ayudar a la bacteria en la patogénesis. [3] Existen muchos tipos diferentes de factores de virulencia dentro de los patógenos, incluidos: factores de adherencia, factores de invasión, cápsulas, sideróforos , endotoxinas y exotoxinas . [5] Todos estos factores de virulencia ayudan directamente en la colonización del huésped o en el daño de las células y tejidos del huésped.
Los organismos huéspedes están equipados con una variedad de diferentes mecanismos de defensa que se utilizan para proteger al huésped de infecciones patógenas. Los humanos en particular poseen múltiples líneas de defensa que afectan la patogénesis de principio a fin. Para que un virus o una bacteria muestre tropismo por un huésped específico, primero debe tener los medios para atravesar la línea de defensa del organismo huésped. La primera línea de defensa, conocida como sistema inmunológico innato , está destinada a prevenir la entrada y el establecimiento inicial de patógenos. El sistema inmunológico innato sólo es ampliamente específico de los patógenos e incluye: barreras anatómicas, inflamación , fagocitosis e inhibidores no específicos. [6]
Una barrera anatómica es cualquier barrera física o química que ayuda a prevenir la entrada de microorganismos al cuerpo. Esto incluye la piel , el sudor, la capa mucosa , la saliva, las lágrimas, el revestimiento endotelial y la microbiota humana natural . La epidermis de la piel proporciona una barrera física contra los patógenos, pero puede verse fácilmente comprometida por picaduras de insectos, mordeduras de animales, rasguños u otros traumatismos cutáneos menores. [6] El sudor, la saliva y las lágrimas son barreras químicas que contienen enzimas, como las lisozimas , que pueden matar bacterias y virus. La capa de moco recubre la nasofaringe y sirve como una barrera física que encierra los patógenos extraños y los saca del cuerpo a través de los mocos y la flema . [6] La microbiota humana, los demás microorganismos que viven dentro y sobre el cuerpo, compiten con los organismos patógenos y desempeñan un papel importante en el control patógeno. Por último, una membrana semipermeable conocida como barrera hematoencefálica es un revestimiento de células endoteliales que separa la sangre de los tejidos y órganos. [6] Sin este revestimiento, los virus y las bacterias podrían infectar fácilmente órganos humanos vitales como el cerebro, los pulmones y la placenta.
La inflamación es una de las primeras respuestas inmunes a la infección patógena que poseen muchos organismos huéspedes. La inflamación implica una temperatura elevada que rodea el sitio de la infección, acumulación de CO 2 y ácidos orgánicos y una disminución en la tensión de oxígeno del tejido infectado en respuesta al daño celular inducido por patógenos. [6] [7] La coagulación de la sangre (coagulación) también ocurre en un área inflamada, proporcionando una barrera física contra la infección patógena. [8] Estos cambios en última instancia crean condiciones de vida desfavorables para el patógeno (es decir, cambios de pH, disminución de ATP y cambios en el metabolismo celular) e impiden una mayor replicación y crecimiento.
Una vez que una bacteria o un virus supera el sistema inmunológico innato del cuerpo, el sistema inmunológico adquirido del organismo huésped toma el control. Esta respuesta inmune es altamente específica de los patógenos y proporciona al huésped una inmunidad duradera contra futuras infecciones por ese patógeno específico. Cuando los linfocitos reconocen antígenos en la superficie de un patógeno, secretan anticuerpos que se unen al patógeno y alertan a los macrófagos y a las células asesinas naturales . [7] [9] Estas células atacan al patógeno mismo, matándolo o dejándolo inactivo. Este proceso produce además células B de memoria y células T de memoria que permiten que se produzca una inmunidad duradera.
En conclusión, si un patógeno es capaz de superar varias defensas del huésped, reconocer una célula huésped para la infección y replicarse con éxito dentro de un tejido del huésped, entonces es probable que el patógeno posea tropismo por ese huésped específico.
El tropismo del huésped viral está determinado por una combinación de susceptibilidad y permisividad: una célula huésped debe ser permisiva (permitir la replicación viral) y susceptible (poseer el complemento receptor necesario para la entrada viral) para que un virus establezca una infección. Una vez que un virus se une a una célula huésped, la célula huésped debe proporcionar los factores de transcripción necesarios para que se produzca la replicación viral. Cuando el virus puede utilizar la célula para replicar su información genética, puede propagar la infección por todo el cuerpo.
El virus de la inmunodeficiencia humana muestra tropismo del huésped por las células inmunitarias relacionadas con CD4 (p. ej., células T colaboradoras, macrófagos o células dendríticas). Estas células expresan un receptor CD4, al que el VIH puede unirse, a través de las proteínas gp120 y gp41 de su superficie. [10] El VIH también requiere un segundo correceptor junto con el complejo CD4-gp120 para ingresar a las células objetivo, ya sea CCR5 o CXCR4 . [10] Esto demuestra un ejemplo de cómo los receptores de la superficie celular pueden afectar el tropismo de un patógeno viral. Dado que los humanos son los únicos organismos que tienen células con estos receptores, el VIH solo muestra tropismo de huésped por los humanos. El virus de la inmunodeficiencia simia (VIS), un virus similar al VIH, es capaz de infectar a los primates. [11]
El virus de Epstein-Barr (VEB) es uno de los ocho herpesvirus conocidos. Muestra tropismo del huésped por las células B humanas a través del complejo CD21 -gp350/220 y se cree que es la causa de la mononucleosis infecciosa , el linfoma de Burkitt , la enfermedad de Hodgkin , el carcinoma nasofaríngeo y los linfomas . [12] El VEB ingresa al cuerpo a través de la transferencia oral de saliva y se cree que infecta a más del 90% de la población adulta del mundo. [13] El VEB también puede infectar células epiteliales, células T y células asesinas naturales a través de mecanismos diferentes al proceso mediado por el receptor CD21 en las células B. [12]
El virus Zika es un arbovirus transmitido por mosquitos del género Flavivirus que muestra tropismo por la decidua materna humana, la placenta fetal y el cordón umbilical. [14] A nivel celular, el virus Zika ataca a los macrófagos deciduales, los fibroblastos deciduales , los trofoblastos , las células de Hofbauer y las células madre mesenquimales debido a su mayor capacidad para apoyar la replicación del virión. [14] En los adultos, la infección por el virus del Zika puede provocar fiebre del Zika ; y si la infección ocurre durante el primer trimestre del embarazo, pueden ocurrir complicaciones neurológicas como microcefalia . [15]
Mycobacterium tuberculosis es una bacteria trópica humana que causa la tuberculosis , la segunda causa más común de muerte debido a un agente infeccioso. [16] Los glicoconjugados de la envoltura celularque rodean a M. tuberculosis permiten que la bacteria infecte el tejido pulmonar humano al tiempo que proporciona una resistencia intrínseca a los productos farmacéuticos. [16] M. tuberculosis ingresa a los conductos alveolares pulmonares a través de gotitas de aerosol y luego es fagocitado por macrófagos. [17] Sin embargo, dado que los macrófagos no pueden matar completamente a M. tuberculosis ,se forman granulomas dentro de los pulmones, lo que proporciona un entorno ideal para la colonización bacteriana continua. [17]
Se estima que más del 30% de la población mundial está colonizada por Staphylococcus aureus , un microorganismo capaz de provocar infecciones cutáneas, infecciones nosocomiales e intoxicaciones alimentarias debido a su tropismo por la piel y los tejidos blandos humanos. [18] Se sabe que el complejo clonal CC121 de S. aureus exhibe tropismo multihuésped tanto para humanos como para conejos. [19] Se cree que esto se debe a una mutación de un solo nucleótido que evolucionó el complejo CC121 en el complejo clonal ST121, el clon capaz de infectar conejos. [19]
Escherichia coli enteropatógena y enterohemorrágica ( EPEC y EHEC respectivamente) exhiben tropismo por las células epiteliales del intestino humano, lo que provoca intoxicación alimentaria y problemas digestivos. [20] La secreción de tipo III es el principal modo de patogénesis de estas dos formas patógenas de E. coli , que implica la adherencia de la intimina a los receptores translocados de la superficie celular de la intimina presentados en la superficie de las células epiteliales del intestino. [20] Junto con el sistema de secreción Tipo III, la temperatura también puede afectar la secreción de intimina, lo que aumenta la infectividad y el tropismo de E. coli por las células intestinales humanas. [20]
