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micobacteria

Mycobacterium es un género de más de 190 especies del filo Actinomycetota , a las que se le ha asignado su propia familia, Mycobacteriaceae . Este género incluye patógenos que se sabe que causan enfermedades graves en mamíferos, incluida la tuberculosis ( M. tuberculosis ) y la lepra ( M. leprae ) en humanos. Elprefijo griego myco- significa "hongo", en alusión a las superficies de las colonias en forma de moho de este género . [3] Dado que este género tiene paredes celulares con una capa exterior cerosa rica en lípidos que contiene altas concentraciones de ácido micólico, [4] la tinción acidorresistente se utiliza 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 nutrientes mínimos. El género se divide según 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 Mycobacterium spp. envoltura celular con estructuras proteicas tridimensionales

Las micobacterias son aeróbicas y tienen forma de bastón de 0,2 a 0,6 µm de ancho y de 1,0 a 10 µm de largo . Generalmente no son móviles , a excepción de la especie Mycobacterium marinum , que se ha demostrado que es 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 adicionales. [10] La característica distintiva de todas las especies de Mycobacterium es una pared celular gruesa, hidrofóbica y rica en ácido micólico hecha de peptidoglicano y arabinogalactano , y estos componentes únicos 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 especies y condiciones del medio, oscilando entre 25 y 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

Mientras que Mycobacterium tuberculosis y M. leprae son patógenos, la mayoría de las micobacterias no causan enfermedades a menos que entren en lesiones cutáneas de personas con disfunción pulmonar y/o inmune, a pesar de estar muy extendidas en ambientes 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 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 relativamente pequeños (por ejemplo, en M. leprae ) hasta bastante grandes, como el de M. vulneris, que codifica 6.653 proteínas, más grandes que las ~6.000 proteínas de la levadura eucariota . [dieciséis]

patogenicidad

Complejo Mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis puede permanecer latente en huéspedes humanos durante décadas después de una infección inicial, lo que le permite continuar 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 se pueden dividir en 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 consideraban 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 una infección con Mycobacterium leprae o Mycobacterium lepromatosis , dos bacterias estrechamente relacionadas. Cada año se notifican aproximadamente 200.000 nuevos casos de infección, y el 80% de los casos nuevos se notifican 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.

Micobacterias no tuberculosas

Proteínas ortólogas encontradas en cada especie (basadas en identificadores OMA ). Las proteínas únicas para cada especie están localizadas en la sección exterior de cada especie.

Las micobacterias no tuberculosas (NTM), que excluyen M. tuberculosis , M. leprae y M. lepromatosis, pueden infectar a huéspedes mamíferos. Estas bacterias se denominan "micobacterias atípicas". Aunque la transmisión de persona a persona es rara, se ha observado 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 inmunocomprometidos, 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 rápido crecimiento (RGM) más virulenta, así como la principal causa de infecciones pulmonares basadas en RGM. Aunque tradicionalmente se ha considerado un patógeno oportunista como otras MNA, el análisis de varios factores de virulencia (FV) ha cambiado esta visión a la de un verdadero patógeno. Esto se debe a la presencia de FV micobacterianas conocidas y otras FV no micobacterianas que se encuentran en otros patógenos procarióticos. [27]

Factores virulentos

Las micobacterias tienen paredes celulares con peptidoglicano , arabinogalactano y ácido micólico ; una micomembrana exterior cerosa de ácido micólico; y una cápsula más externa de glucanos y proteínas secretadas para su virulencia. Remodela constantemente 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 impedir la síntesis de arabinogalactano y pirazinamida para impedir la síntesis de coenzima A. [7]

Historia

Históricamente, las micobacterias se han clasificado mediante pruebas fenotípicas , como la clasificación de Runyon para analizar la tasa de crecimiento y la producción de pigmentos carotenoides amarillos/naranjas . El grupo I contiene fotocromógenos (producción de pigmento inducida por la luz), el grupo II comprende escotocromógenos (producción de pigmento constitutivo) y los no cromógenos de los grupos III y IV tienen un pigmento amarillo pálido/tostado, 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 crecen hasta convertirse en colonias visibles en menos de siete días. [6]

Debido a que el Código Internacional de Nomenclatura de Procariotas (CIPE) reconoce actualmente 195 especies de Mycobacterium , los sistemas de clasificación e identificación ahora se basan en la secuenciación del 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-intracelulare ), 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]

Árbol filogenético de miembros del género Mycobacterium de crecimiento lento.
Árbol filogenético de miembros del género Mycobacterium de rápido crecimiento , junto con el complejo M. terrae. [39]

División propuesta del género.

Gupta y cols. han propuesto dividir Mycobacterium en cinco géneros, basándose en un análisis de 150 especies de este género. Debido a la controversia sobre los diagnósticos y tratamientos clínicos complicados, todas las especies renombradas han conservado su identidad original en el género Mycobacterium como sinónimo taxonómico válido: [40] [41]

Diagnóstico

Los dos métodos más comunes para visualizar estos bacilos acidorresistentes en color rojo brillante sobre 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 color rosa sobre un fondo azul. La tinción fluorescente rápida de auramina O modificada tiene una unión específica a micobacterias de crecimiento lento para obtener una tinción amarilla sobre un fondo oscuro. Los métodos más nuevos incluyen la tinción con gomori-metenamina plata y la tinción con ácido perioídico de Schiff 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 desarrollar colonias visibles a partir de una muestra cultivada, la mayoría de las especies clínicamente relevantes crecerán dentro de las primeras cuatro semanas, lo que permitirá 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 infectarse por micobacteriófagos , una clase de virus con alta especificidad por sus objetivos. Al secuestrar la maquinaria celular de las micobacterias para producir fagos adicionales, estos virus pueden usarse en terapia con fagos para huéspedes eucariotas, ya que morirían junto con las micobacterias. Dado que sólo algunos micobacteriófagos son capaces de penetrar la membrana de M. tuberculosis , el ADN viral puede administrarse a través de liposomas artificiales porque las bacterias captan, transcriben y traducen ADN extraño en proteínas. [43]

Micósidos

Los micósidos son glicolípidos aislados de especies de Mycobacterium ; el cósido A se encuentra en cepas fotocromogénicas, el cósido B en cepas bovinas y el cósido C en cepas aviares. [44] Las diferentes formas de micosido C tienen diferente éxito como receptor para inactivar micobacteriófagos . [45] La sustitución del gen que codifica la ácido micocerosico sintasa 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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enlaces externos