En biología , un patógeno ( griego : πάθος , pathos "sufrimiento", "pasión" y -γενής , -genēs "productor de"), en el sentido más antiguo y amplio, es cualquier organismo o agente que puede producir una enfermedad . Un patógeno también puede denominarse agente infeccioso o simplemente germen . [1]
El término patógeno empezó a utilizarse en la década de 1880. [2] [3] Normalmente, el término patógeno se utiliza para describir un microorganismo o agente infeccioso , como un virus , una bacteria , un protozoo , un prión , un viroide o un hongo . [4] [5] [6] Los animales pequeños, como los helmintos y los insectos, también pueden causar o transmitir enfermedades. Sin embargo, a estos animales se les suele denominar parásitos más que patógenos. [7] El estudio científico de los organismos microscópicos, incluidos los organismos patógenos microscópicos, se denomina microbiología , mientras que la parasitología se refiere al estudio científico de los parásitos y los organismos que los albergan.
Existen varias vías a través de las cuales los patógenos pueden invadir un huésped. Las vías principales tienen diferentes períodos de tiempo episódicos, pero el suelo tiene el potencial más prolongado o más persistente para albergar un patógeno.
Las enfermedades humanas causadas por agentes infecciosos se conocen como enfermedades patógenas. No todas las enfermedades son causadas por patógenos, como el pulmón negro por la exposición al contaminante polvo de carbón , trastornos genéticos como la anemia falciforme y enfermedades autoinmunes como el lupus .
La patogenicidad es la capacidad potencial de los patógenos para causar enfermedades, que implica una combinación de infectividad (capacidad del patógeno para infectar al huésped) y virulencia (gravedad de la enfermedad del huésped). Los postulados de Koch se utilizan para establecer relaciones causales entre patógenos microbianos y enfermedades. Mientras que la meningitis puede ser causada por una variedad de patógenos bacterianos, virales, fúngicos y parásitos, el cólera solo es causado por algunas cepas de Vibrio cholerae . Además, algunos patógenos solo pueden causar enfermedades en huéspedes con inmunodeficiencia . Estas infecciones oportunistas a menudo implican infecciones adquiridas en el hospital entre pacientes que ya luchan contra otra afección. [8]
La infectividad implica la transmisión de patógenos a través del contacto directo con fluidos corporales o gotitas en el aire de huéspedes infectados, contacto indirecto que involucra áreas/elementos contaminados o transferencia por vectores vivos como mosquitos y garrapatas . El número de reproducción básico de una infección es el número esperado de casos posteriores que probablemente cause mediante transmisión. [9]
La virulencia implica que los patógenos extraigan nutrientes del huésped para su supervivencia, evadan el sistema inmunológico del huésped produciendo toxinas microbianas y causando inmunosupresión . La virulencia óptima describe un equilibrio teorizado entre un patógeno que se propaga a huéspedes adicionales para parasitar recursos, mientras que se reduce su virulencia para mantener a los huéspedes vivos para la transmisión vertical a su descendencia. [10]
Las algas son eucariotas unicelulares que generalmente no son patógenas. Las algas verdes del género Prototheca carecen de clorofila y se sabe que causan la enfermedad prototecosis en humanos, perros, gatos y ganado, que generalmente involucra a las especies asociadas al suelo Prototheca wickerhami . [11] [12] [13]
Las bacterias son procariotas unicelulares que varían en tamaño entre 0,15 y 700 μM. [14] Si bien la gran mayoría son inofensivos o beneficiosos para sus huéspedes, como los miembros del microbioma intestinal humano que apoyan la digestión, un pequeño porcentaje son patógenos y causan enfermedades infecciosas. Los factores de virulencia bacteriana incluyen factores de adherencia para adherirse a las células huésped, factores de invasión que apoyan la entrada a las células huésped, cápsulas para prevenir la opsonización y la fagocitosis , toxinas y sideróforos para adquirir hierro. [15]
La enfermedad bacteriana tuberculosis , causada principalmente por Mycobacterium tuberculosis , tiene una de las cargas de morbilidad más altas : mató a 1,6 millones de personas en 2021, principalmente en África y el sudeste asiático. [16] La neumonía bacteriana es causada principalmente por Streptococcus pneumoniae , Staphylococcus aureus , Klebsiella pneumoniae y Haemophilus influenzae . [17] Las enfermedades transmitidas por los alimentos generalmente involucran a Campylobacter , Clostridium perfringens , Escherichia coli , Listeria monocytogenes y Salmonella . [18] Otras enfermedades infecciosas causadas por bacterias patógenas incluyen el tétanos , la fiebre tifoidea , la difteria y la lepra . [15]
Los hongos son organismos eucariotas que pueden funcionar como patógenos. Hay aproximadamente 300 hongos conocidos que son patógenos para los humanos, incluido Candida albicans , que es la causa más común de aftas , y Cryptococcus neoformans , que puede causar una forma grave de meningitis . [19] Las esporas de hongos típicas miden 4,7 μm de largo o menos. [20]
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Los priones son proteínas mal plegadas que transmiten su patrón de plegamiento anormal a otras copias de la proteína sin utilizar ácidos nucleicos . Además de obtener priones de otros, estas proteínas mal plegadas surgen de diferencias genéticas, ya sea por antecedentes familiares o por mutaciones esporádicas. [21] Las plantas absorben priones del suelo contaminado y los transportan a su tallo y hojas, transmitiendo potencialmente los priones a animales herbívoros . [22] Además, se ha demostrado que la madera, las rocas, el plástico, el vidrio, el cemento, el acero inoxidable y el aluminio se unen, retienen y liberan priones, lo que demuestra que las proteínas resisten la degradación ambiental. [23]
Los priones son más conocidos por causar enfermedades de encefalopatía espongiforme transmisible (EET), como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD), la variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (vCJD), el síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), el insomnio familiar fatal (FFI) y el kuru. Inhumanos. [24]
Si bien los priones generalmente se consideran patógenos que hacen que las fibras proteicas amiloides se acumulen en placas neurodegenerativas, Susan Lindquist dirigió una investigación que demuestra que las levaduras usan priones para transmitir rasgos evolutivamente beneficiosos. [25]
No confundir con virusoides o virus , los viroides son los patógenos infecciosos más pequeños conocidos. Los viroides son pequeños ARN circulares monocatenarios que solo causan enfermedades en las plantas, como el viroide del tubérculo fusiforme de la patata que afecta a diversos cultivos agrícolas. El ARN viroide no está protegido por una cubierta proteica y no codifica ninguna proteína, solo actúa como ribozima para catalizar otras reacciones bioquímicas. [26]
Los virus generalmente tienen entre 20 y 200 nm de diámetro. [27] Para sobrevivir y replicarse, los virus inyectan su genoma en las células huésped, insertan esos genes en el genoma del huésped y secuestran la maquinaria del huésped para producir cientos de nuevos virus hasta que la célula se abre para liberarlos para infecciones adicionales. El ciclo lítico describe este estado activo de matar rápidamente al huésped, mientras que el ciclo lisogénico describe potencialmente cientos de años de latencia mientras está integrado en el genoma del huésped. [28] Además de la taxonomía organizada por el Comité Internacional sobre Taxonomía de Virus (ICTV), la clasificación de Baltimore separa los virus en siete clases de producción de ARNm : [29]
Los protozoos son eucariotas unicelulares que se alimentan de microorganismos y tejidos orgánicos. Muchos protozoos actúan como parásitos patógenos para causar enfermedades como malaria , amebiasis , giardiasis , toxoplasmosis , criptosporidiosis , tricomoniasis , enfermedad de Chagas , leishmaniasis , tripanosomiasis africana (enfermedad del sueño), queratitis por Acanthamoeba y meningoencefalitis amebiana primaria (naegleriasis). [30]
Los gusanos parásitos (helmintos) son macroparásitos que se pueden ver a simple vista. Los gusanos viven y se alimentan en su huésped vivo, adquiriendo nutrientes y refugio en el tracto digestivo o el torrente sanguíneo de su huésped. También manipulan el sistema inmunológico del huésped secretando productos inmunomoduladores que les permiten vivir en su huésped durante años. [31] Helmintiasis es el término generalizado para las infecciones por gusanos parásitos, que generalmente involucran ascárides , tenias y platelmintos . [32]
Si bien las bacterias suelen considerarse patógenas, sirven como huéspedes de virus bacteriófagos (comúnmente conocidos como fagos). El ciclo de vida de los bacteriófagos implica que los virus inyectan su genoma en células bacterianas, insertan esos genes en el genoma bacteriano y secuestran la maquinaria de las bacterias para producir cientos de nuevos fagos hasta que la célula se abre para liberarlos para infecciones adicionales. Normalmente, los bacteriófagos sólo son capaces de infectar una especie o cepa específica. [33]
Streptococcus pyogenes utiliza una nucleasa Cas9 para escindir ADN extraño que coincida con las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas ( CRISPR ) asociadas con bacteriófagos, eliminando los genes virales para evitar infecciones. Este mecanismo ha sido modificado para la edición artificial de genes CRISPR . [34]
Las plantas pueden albergar una amplia gama de tipos de patógenos, incluidos virus, bacterias, hongos, nematodos e incluso otras plantas. [35] Los virus vegetales notables incluyen el virus de la mancha anular de la papaya , que ha causado millones de dólares en daños a los agricultores de Hawái y el Sudeste Asiático, [36] y el virus del mosaico del tabaco que hizo que el científico Martinus Beijerinck acuñara el término "virus" en 1898. [37] Los patógenos bacterianos de las plantas causan manchas en las hojas, plagas y pudrición en muchas especies de plantas . [38] Los patógenos bacterianos más comunes para las plantas son Pseudomonas syringae y Ralstonia solanacearum , que causan el oscurecimiento de las hojas y otros problemas en las patatas, los tomates y los plátanos. [38]
Los hongos son otro tipo de patógeno importante para las plantas. Pueden causar una amplia variedad de problemas, como altura más corta de las plantas, crecimientos o hoyos en los troncos de los árboles, pudrición de raíces o semillas y manchas en las hojas. [39] Los hongos vegetales comunes y graves incluyen el hongo del añublo del arroz , la enfermedad del olmo holandés , el tizón del castaño y las enfermedades del nudo negro y la pudrición parda de las cerezas, ciruelas y melocotones. Se estima que los hongos patógenos por sí solos causan hasta un 65% de reducción en el rendimiento de los cultivos. [38]
En general, las plantas tienen una amplia gama de patógenos y se ha estimado que sólo el 3% de las enfermedades causadas por patógenos vegetales pueden controlarse. [38]
Los animales a menudo se infectan con muchos patógenos iguales o similares a los humanos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos. Si bien los animales salvajes a menudo contraen enfermedades, el mayor peligro lo corren los animales de ganado. Se estima que en entornos rurales, el 90% o más de las muertes de ganado pueden atribuirse a patógenos. [40] [41] La encefalopatía espongiforme transmisible en animales (EET) que involucra priones incluye la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas), la emaciación crónica , la tembladera , la encefalopatía transmisible del visón , la encefalopatía espongiforme felina y la encefalopatía espongiforme ungulada. [24] [42] Otras enfermedades animales incluyen una variedad de trastornos de inmunodeficiencia causados por virus relacionados con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), como BIV y FIV . [43]
Los seres humanos pueden infectarse con muchos tipos de patógenos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos, causando síntomas como estornudos, tos, fiebre, vómitos e insuficiencia orgánica potencialmente letal . Si bien algunos síntomas son causados por la infección patógena, otros son causados por los esfuerzos del sistema inmunológico para matar el patógeno, como las temperaturas corporales febriles y altas destinadas a desnaturalizar las células patógenas. [4]
A pesar de muchos intentos, no se ha demostrado que ninguna terapia detenga la progresión de las enfermedades priónicas. [44]
Existe una variedad de opciones de prevención y tratamiento para algunos patógenos virales. Las vacunas son una medida preventiva común y eficaz contra una variedad de patógenos virales. [45] Las vacunas preparan el sistema inmunológico del huésped, de modo que cuando el huésped potencial se encuentra con el virus en la naturaleza, el sistema inmunológico puede defenderse contra la infección rápidamente. Las vacunas diseñadas contra virus incluyen las vacunas anuales contra la influenza y la vacuna MMR de dos dosis contra el sarampión , las paperas y la rubéola . [46] No hay vacunas disponibles contra los virus responsables del VIH/SIDA , el dengue y el chikungunya . [47]
El tratamiento de las infecciones virales a menudo implica tratar los síntomas de la infección, en lugar de proporcionar medicamentos para combatir el patógeno viral en sí. [48] [49] El tratamiento de los síntomas de una infección viral le da tiempo al sistema inmunológico del huésped para desarrollar anticuerpos contra el patógeno viral. Sin embargo, en el caso del VIH, se lleva a cabo una terapia antirretroviral de gran actividad (TARGA) para evitar que la enfermedad viral progrese hasta convertirse en SIDA a medida que se pierden células inmunitarias. [50]
Al igual que los patógenos virales, la infección por ciertos patógenos bacterianos se puede prevenir mediante vacunas. [46] Las vacunas contra patógenos bacterianos incluyen la vacuna contra el ántrax y la vacuna contra el neumococo . Muchos otros patógenos bacterianos carecen de vacunas como medida preventiva, pero la infección por estas bacterias a menudo puede tratarse o prevenirse con antibióticos . Los antibióticos comunes incluyen amoxicilina , ciprofloxacina y doxiciclina . Cada antibiótico tiene diferentes bacterias contra las que es eficaz y tiene diferentes mecanismos para matarlas. Por ejemplo, la doxiciclina inhibe la síntesis de nuevas proteínas tanto en bacterias gramnegativas como en grampositivas , lo que la convierte en un antibiótico de amplio espectro capaz de matar la mayoría de especies bacterianas. [51]
Debido al mal uso de los antibióticos, como las prescripciones terminadas prematuramente que exponen a las bacterias a una presión evolutiva en dosis subletales, algunos patógenos bacterianos han desarrollado resistencia a los antibióticos . [52] Por ejemplo, una cepa genéticamente distinta de Staphylococcus aureus llamada MRSA es resistente a los antibióticos betalactámicos comúnmente recetados . Un informe de 2013 de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) estimó que en los Estados Unidos, al menos 2 millones de personas contraen una infección bacteriana resistente a los antibióticos anualmente, y al menos 23.000 de esos pacientes mueren a causa de la infección. [53]
Debido a su carácter indispensable para combatir las bacterias, se necesitan nuevos antibióticos para la atención médica. Un objetivo de los nuevos medicamentos antimicrobianos implica la inhibición de las ADN metiltransferasas , ya que estas proteínas controlan los niveles de expresión de otros genes, como los que codifican factores de virulencia. [54] [55]
La infección por hongos patógenos se trata con medicamentos antimicóticos. El pie de atleta , la tiña inguinal y la tiña son infecciones cutáneas por hongos que se tratan con medicamentos antimicóticos tópicos como el clotrimazol . [56] Las infecciones que involucran la especie de levadura Candida albicans causan aftas orales e infecciones vaginales por hongos . Estas infecciones internas pueden tratarse con cremas antimicóticas o con medicamentos orales. Los medicamentos antimicóticos comunes para las infecciones internas incluyen la familia de medicamentos de las equinocandinas y el fluconazol . [57]
Si bien las algas comúnmente no se consideran patógenos, el género Prototheca causa enfermedades en los humanos . [58] [13] Actualmente se está investigando el tratamiento de la prototecosis y no hay coherencia en el tratamiento clínico. [13]
Muchos patógenos son capaces de interactuar sexualmente. Entre las bacterias patógenas , la interacción sexual se produce entre células de la misma especie mediante el proceso de transformación genética . La transformación implica la transferencia de ADN de una célula donante a una célula receptora y la integración del ADN del donante en el genoma del receptor mediante recombinación genética . Los patógenos bacterianos Helicobacter pylori , Haemophilus influenzae , Legionella pneumophila , Neisseria gonorrhoeae y Streptococcus pneumoniae frecuentemente sufren transformaciones para modificar su genoma para obtener rasgos adicionales y evadir las células inmunes del huésped. [59]
Los patógenos eucariotas a menudo son capaces de interactuar sexualmente mediante un proceso que involucra meiosis y fertilización . La meiosis implica el emparejamiento íntimo de cromosomas homólogos y la recombinación entre ellos. Ejemplos de patógenos eucariotas capaces de tener relaciones sexuales incluyen los parásitos protozoarios Plasmodium falciparum , Toxoplasma gondii , Trypanosoma brucei , Giardia intestinalis y los hongos Aspergillus fumigatus , Candida albicans y Cryptococcus neoformans . [59]
Los virus también pueden sufrir interacción sexual cuando dos o más genomas virales ingresan a la misma célula huésped. Este proceso implica el emparejamiento de genomas homólogos y la recombinación entre ellos mediante un proceso denominado reactivación de multiplicidad. El virus del herpes simple , el virus de la inmunodeficiencia humana y el virus vaccinia sufren esta forma de interacción sexual. [59]
Estos procesos de recombinación sexual entre genomas homólogos respaldan la reparación del daño genético causado por factores estresantes ambientales y el sistema inmunológico del huésped. [60]
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