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 comenzó a usarse en la década de 1880. [2] [3] Por lo general, el término patógeno se utiliza para describir un microorganismo o agente infeccioso , como un virus, bacteria, protozoo , prión , viroide u hongo . [4] [5] [6] Los animales pequeños, como los helmintos y los insectos, también pueden causar o transmitir enfermedades. Sin embargo, a estos animales generalmente se los denomina parásitos en lugar de patógenos. [7] El estudio científico de los organismos microscópicos, incluidos los organismos patógenos microscópicos, se llama microbiología , mientras que la parasitología se refiere al estudio científico de los parásitos y los organismos que los hospedan.
Existen varias vías a través de las cuales los patógenos pueden invadir un huésped. Las principales vías tienen diferentes marcos temporales episódicos, pero el suelo tiene el potencial más prolongado o más persistente para albergar un patógeno.
Las enfermedades que afectan a los seres humanos y que son causadas por agentes infecciosos se conocen como enfermedades patógenas. No todas las enfermedades son causadas por patógenos, como el pulmón negro por exposición al polvo de carbón contaminante , trastornos genéticos como la anemia de células falciformes 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 a los huéspedes) 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 parasitarios, el cólera solo es causado por algunas cepas de Vibrio cholerae . Además, algunos patógenos solo pueden causar enfermedad en huéspedes con una inmunodeficiencia . Estas infecciones oportunistas a menudo implican infecciones adquiridas en el hospital entre pacientes que ya luchan contra otra enfermedad. [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 básico de reproducción de una infección es el número esperado de casos subsiguientes que es probable que cause a través de la transmisión. [9]
La virulencia implica que los patógenos extraen nutrientes del huésped para su supervivencia, evaden el sistema inmunológico del huésped produciendo toxinas microbianas y causando inmunosupresión . La virulencia óptima describe un equilibrio teórico entre un patógeno que se propaga a huéspedes adicionales para parasitar recursos, mientras que reduce su virulencia para mantener vivos a los huéspedes para la transmisión vertical a su descendencia. [10]
Las algas son eucariotas unicelulares que, por lo general, 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 afecta a la especie Prototheca wickerhami , asociada al suelo . [11] [12] [13]
Las bacterias son procariotas unicelulares cuyo tamaño varía entre 0,15 y 700 μM. [14] Si bien la gran mayoría son inofensivas o beneficiosas 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 unirse 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 tuberculosis , una enfermedad bacteriana causada principalmente por Mycobacterium tuberculosis , tiene una de las mayores cargas de morbilidad , matando 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 alimentos suelen implicar 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. Se conocen aproximadamente 300 hongos que son patógenos para los humanos, entre ellos Candida albicans , que es la causa más común de candidiasis , y Cryptococcus neoformans , que puede causar una forma grave de meningitis . [19] Las esporas fúngicas típicas tienen una longitud de 4,7 μm 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 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 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 (ECJ), la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob variante (ECJv), el síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), el insomnio familiar fatal (FFI) y el kuru en humanos. [24]
Aunque los priones suelen considerarse patógenos que hacen que las fibras de proteína amiloides se acumulen en placas neurodegenerativas, Susan Lindquist dirigió una investigación que muestra que la levadura utiliza priones para transmitir rasgos evolutivamente beneficiosos. [25]
Los viroides, que no deben confundirse con los virus , son los patógenos infecciosos más pequeños que se conocen. Son ARN circulares monocatenarios pequeños que solo causan enfermedades en las plantas, como el viroide del tubérculo fusiforme de la papa que afecta a varios cultivos agrícolas. El ARN viroide no está protegido por una capa proteica y no codifica ninguna proteína, solo actúa como ribozima para catalizar otras reacciones bioquímicas. [26]
Los virus tienen generalmente un diámetro de entre 20 y 200 nm. [27] Para sobrevivir y replicarse, los virus inyectan su genoma en las células huésped, insertan esos genes en el genoma huésped y secuestran la maquinaria del huésped para producir cientos de nuevos virus hasta que la célula se abre de golpe para liberarlos y provocar infecciones adicionales. El ciclo lítico describe este estado activo de rápida muerte de los huéspedes, mientras que el ciclo lisogénico describe potencialmente cientos de años de latencia mientras están integrados en el genoma huésped. [28] Junto con la taxonomía organizada por el Comité Internacional de 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 y causan enfermedades como la 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 pueden verse 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] La helmintiasis es el término generalizado para las infecciones por gusanos parásitos, que generalmente involucran lombrices intestinales , tenias y platelmintos . [32]
Aunque las bacterias suelen considerarse patógenos, actúan como hospedadores 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 fagos nuevos hasta que la célula se abre y los libera para infecciones adicionales. Por lo general, los bacteriófagos solo son capaces de infectar una especie o cepa específica. [33]
Streptococcus pyogenes utiliza una nucleasa Cas9 para cortar el ADN extraño que coincide con las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas ( CRISPR ) asociadas con los bacteriófagos, eliminando los genes virales para evitar la infección. Este mecanismo se ha modificado para la edición artificial de genes mediante 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 de plantas 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 provocó que el científico Martinus Beijerinck acuñara el término "virus" en 1898. [37] Los patógenos bacterianos de las plantas causan manchas en las hojas, tizón y podredumbre 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 patatas, tomates y plátanos. [38]
Los hongos son otro tipo importante de patógenos para las plantas. Pueden causar una amplia variedad de problemas, como una menor altura de las plantas, crecimientos o hoyos en los troncos de los árboles, podredumbre de las raíces o las semillas y manchas en las hojas. [39] Los hongos comunes y graves de las plantas incluyen el hongo del tizón del arroz , la enfermedad del olmo holandés , el tizón del castaño y las enfermedades del nudo negro y la podredumbre parda de las cerezas, las ciruelas y los duraznos. 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 solo el 3% de las enfermedades causadas por patógenos de plantas se pueden controlar. [38]
Los animales a menudo se infectan con muchos de los mismos o similares patógenos que los humanos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos. Si bien los animales salvajes a menudo contraen enfermedades, el peligro mayor es para 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 animal (EET) que involucra priones incluye la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas), la enfermedad del desgaste crónico , 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 inmunodeficiencia humana (VIH), como el BIV y el FIV . [43]
Los seres humanos pueden infectarse con muchos tipos de patógenos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos, que provocan síntomas como estornudos, tos, fiebre, vómitos y fallo orgánico potencialmente letal . Si bien algunos síntomas son causados por la infección patógena, otros son causados por los esfuerzos del sistema inmunológico para matar al patógeno, como las temperaturas corporales extremadamente altas destinadas a desnaturalizar las células patógenas. [4]
A pesar de muchos intentos, ninguna terapia ha demostrado detener la progresión de las enfermedades priónicas . [44]
Existen diversas 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 los 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 suele implicar el tratamiento de los síntomas de la infección, en lugar de administrar 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 realiza una terapia antirretroviral de gran actividad (TARGA) para evitar que la enfermedad viral progrese y se convierta en SIDA a medida que se pierden células inmunes. [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 neumocócica . Muchos otros patógenos bacterianos carecen de vacunas como medida preventiva, pero la infección por estas bacterias a menudo se puede tratar o prevenir con antibióticos . Los antibióticos comunes incluyen amoxicilina , ciprofloxacino y doxiciclina . Cada antibiótico tiene diferentes bacterias contra las que es efectivo y tiene diferentes mecanismos para matar esas bacterias. Por ejemplo, la doxiciclina inhibe la síntesis de nuevas proteínas tanto en bacterias gramnegativas como grampositivas , lo que la convierte en un antibiótico de amplio espectro capaz de matar la mayoría de las especies bacterianas. [51]
Debido al mal uso de antibióticos, como por ejemplo, las recetas 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 indispensabilidad para combatir las bacterias, se requieren nuevos antibióticos para la atención médica. Uno de los objetivos de los nuevos medicamentos antimicrobianos es inhibir las metiltransferasas del ADN , ya que estas proteínas controlan los niveles de expresión de otros genes, como los que codifican factores de virulencia. [54] [55]
Las infecciones por hongos patógenos se tratan con medicamentos antimicóticos. El pie de atleta , la tiña inguinal y la tiña son infecciones cutáneas fúngicas que se tratan con medicamentos antimicóticos tópicos como el clotrimazol . [56] Las infecciones que involucran la especie de levadura Candida albicans causan candidiasis oral e infecciones vaginales por hongos . Estas infecciones internas se pueden tratar 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 no se suele pensar que las algas sean patógenas, el género Prototheca causa enfermedades en los seres humanos . [58] [13] El tratamiento para la prototecosis está actualmente bajo investigación y no hay consistencia en el tratamiento clínico. [13]
Muchos patógenos son capaces de interactuar sexualmente. Entre las bacterias patógenas , la interacción sexual ocurre 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 donante en el genoma receptor a través de la recombinación genética . Los patógenos bacterianos Helicobacter pylori , Haemophilus influenzae , Legionella pneumophila , Neisseria gonorrhoeae y Streptococcus pneumoniae con frecuencia experimentan una transformación para modificar su genoma para obtener rasgos adicionales y evadir las células inmunes del huésped. [59]
Los patógenos eucariotas suelen ser capaces de interactuar sexualmente mediante un proceso que implica meiosis y fertilización . La meiosis implica el apareamiento íntimo de cromosomas homólogos y la recombinación entre ellos. Entre los ejemplos de patógenos eucariotas capaces de tener relaciones sexuales se 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 experimentar interacción sexual cuando dos o más genomas virales entran en la misma célula huésped. Este proceso implica el emparejamiento de genomas homólogos y la recombinación entre ellos mediante un proceso conocido como reactivación por multiplicidad. El virus del herpes simple , el virus de la inmunodeficiencia humana y el virus vaccinia experimentan esta forma de interacción sexual. [59]
Estos procesos de recombinación sexual entre genomas homólogos favorecen la reparación de daños genéticos causados por factores estresantes ambientales y sistemas inmunes del huésped. [60]
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