Streptococcus pneumoniae , o neumococo , es una bacteria Gram-positiva , esférica, miembro alfa-hemolítica del género Streptococcus . [1] Suelen encontrarse en parejas ( diplococos ), no forman esporas y no son móviles. [2] Como bacteria patógena humana importante, S. pneumoniae fue reconocida como una de las principales causas de neumonía a finales del siglo XIX y es objeto de muchos estudios de inmunidad humoral . [ cita necesaria ]
Streptococcus pneumoniae reside asintomáticamente en portadores sanos y normalmente coloniza el tracto respiratorio, los senos nasales y la cavidad nasal . Sin embargo, en personas susceptibles con sistemas inmunológicos más débiles , como los ancianos y los niños pequeños, la bacteria puede volverse patógena y propagarse a otros lugares para causar enfermedades. Se propaga por contacto directo de persona a persona a través de gotitas respiratorias y por autoinoculación en personas que portan la bacteria en sus tractos respiratorios superiores. [3] Puede ser una causa de infecciones neonatales . [4]
Streptococcus pneumoniae es la principal causa de neumonía adquirida en la comunidad y meningitis en niños y ancianos, [5] y de sepsis en personas infectadas por el VIH . El organismo también causa muchos tipos de infecciones neumocócicas además de la neumonía . Estas enfermedades neumocócicas invasivas incluyen bronquitis , rinitis , sinusitis aguda , otitis media , conjuntivitis , meningitis , sepsis, osteomielitis , artritis séptica , endocarditis , peritonitis , pericarditis , celulitis y absceso cerebral . [6]
Streptococcus pneumoniae se puede diferenciar de los estreptococos viridans , algunos de los cuales también son alfa-hemolíticos , mediante una prueba de optoquina , ya que S. pneumoniae es sensible a la optoquina. S. pneumoniae también se puede distinguir por su sensibilidad a la lisis por la bilis , la llamada "prueba de solubilidad en bilis". Las bacterias cocoides Gram positivas encapsuladas tienen una morfología distintiva en la tinción de Gram, diplococos en forma de lanceta . Poseen una cápsula de polisacárido que actúa como factor de virulencia para el organismo; Se conocen más de 100 serotipos diferentes, y estos tipos difieren en virulencia , prevalencia y grado de resistencia a los medicamentos .
El polisacárido capsular (CPS) sirve como un mecanismo de defensa crítico contra el sistema inmunológico del huésped. Constituye la capa más externa de cepas encapsuladas de S. pneumoniae y comúnmente está adherida al peptidoglicano de la pared celular. [7] Consiste en una sustancia viscosa derivada de un polímero de alto peso molecular compuesto de unidades repetidas de oligosacáridos unidas por enlaces covalentes a la pared celular. La virulencia e invasividad de diversas cepas de S. pneumoniae varían según sus serotipos, determinados por su composición química y la cantidad de CPS que producen. Las variaciones entre las diferentes cepas de S. pneumoniae influyen significativamente en la patogénesis , determinando la supervivencia bacteriana y la probabilidad de causar enfermedades invasivas. [8] Además, el CPS inhibe la fagocitosis al impedir el acceso de los granulocitos a la pared celular. [9]
En 1881, el organismo, conocido más tarde en 1886 como neumococo [10] por su papel como causante de neumonía, fue aislado por primera vez de forma simultánea e independiente por el médico del ejército estadounidense George Sternberg [11] y el químico francés Louis Pasteur . [12]
El organismo se denominó Diplococcus pneumoniae desde 1920 [13] debido a su aspecto característico en el esputo teñido con Gram . Fue rebautizado como Streptococcus pneumoniae en 1974 porque era muy similar a los estreptococos . [10] [14]
Streptococcus pneumoniae jugó un papel central al demostrar que el material genético está formado por ADN . En 1928, Frederick Griffith demostró la transformación de la vida al convertir neumococos inofensivos en una forma letal mediante la coinoculación de neumococos vivos en un ratón junto con neumococos virulentos muertos por calor. [15] En 1944, Oswald Avery , Colin MacLeod y Maclyn McCarty demostraron que el factor transformador en el experimento de Griffith no era la proteína , como se creía ampliamente en ese momento, sino el ADN. [16] El trabajo de Avery marcó el nacimiento de la era molecular de la genética . [17]
El genoma de S. pneumoniae es una estructura de ADN circular cerrada que contiene entre 2,0 y 2,1 millones de pares de bases, según la cepa . Tiene un conjunto central de 1553 genes , más 154 genes en su viruloma, que contribuyen a la virulencia y 176 genes que mantienen un fenotipo no invasivo . La información genética puede variar hasta un 10% entre cepas. [18] Se sabe que el genoma del neumococo contiene un repertorio grande y diverso de péptidos antimicrobianos, incluidos 11 lantibióticos diferentes . [19]
La transformación bacteriana natural implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra a través del medio circundante. La transformación es un proceso de desarrollo complejo que requiere energía y depende de la expresión de numerosos genes. En S. pneumoniae , se requieren al menos 23 genes para la transformación. Para que una bacteria se una, absorba y recombine ADN exógeno en su cromosoma , debe entrar en un estado fisiológico especial llamado competencia . [20] La competencia en S. pneumoniae es inducida por agentes que dañan el ADN, como la mitomicina C , los antibióticos fluoroquinolonas ( norfloxacina , levofloxacina y moxifloxacina ) y los inhibidores de la topoisomerasa . [21] La transformación protege a S. pneumoniae contra el efecto bactericida de la mitomicina C. [22] Michod et al. [23] resumieron la evidencia de que la inducción de competencia en S. pneumoniae se asocia con una mayor resistencia al estrés oxidativo y una mayor expresión de la proteína RecA, un componente clave de la maquinaria de reparación recombinacional para eliminar el daño del ADN . Sobre la base de estos hallazgos, sugirieron que la transformación es una adaptación para reparar el daño oxidativo del ADN. La infección por S. pneumoniae estimula los leucocitos polimorfonucleares (granulocitos) para producir una explosión oxidativa que es potencialmente letal para las bacterias. La capacidad de S. pneumoniae para reparar el daño oxidativo del ADN en su genoma causado por la defensa del huésped probablemente contribuya a la virulencia del patógeno. De acuerdo con esta premisa, Li et al. [24] informaron que, entre diferentes aislados de S. pneumoniae altamente transformables , la capacidad de colonización nasal y la virulencia (infectividad pulmonar) dependen de un sistema de competencia intacto.
Streptococcus pneumoniae forma parte de la flora normal del tracto respiratorio superior . Como ocurre con muchas floras naturales, puede volverse patógena en las condiciones adecuadas, normalmente cuando el sistema inmunológico del huésped está suprimido . Los principales factores de virulencia son las invasinas , como la neumolisina , una cápsula antifagocítica , diversas adhesinas y componentes inmunogénicos de la pared celular . Después de que S. pneumoniae coloniza los alvéolos de los pulmones , el cuerpo responde estimulando la respuesta inflamatoria, lo que hace que el plasma, la sangre y los glóbulos blancos llenen los alvéolos. Esta condición se llama neumonía bacteriana. [25]
S. pneumoniae sufre una variación de fase espontánea , cambiando entre fenotipos de colonias transparentes y opacas. El fenotipo transparente tiene una cápsula más delgada y expresa grandes cantidades de fosforilcolina (ChoP) y proteína A fijadora de colina (CbpA), lo que contribuye a la capacidad de la bacteria para adherirse y colonizar la nasofaringe. [26] El fenotipo opaco se caracteriza por una cápsula más gruesa, lo que resulta en una mayor resistencia a la eliminación del huésped. [26] Expresa grandes cantidades de cápsula y proteína A de superficie neumocócica (PspA) que ayudan a las bacterias a sobrevivir en la sangre. [27] La variación de fase entre estos dos fenotipos permite que S. pneumoniae sobreviva en diferentes sistemas del cuerpo humano.
La neumonía es la más común de las enfermedades de S. pneumoniae que incluye síntomas como fiebre y escalofríos, tos, respiración rápida, dificultad para respirar y dolor en el pecho. En el caso de las personas mayores, pueden incluir confusión, falta de estado de alerta y, en menor grado, los síntomas enumerados anteriormente. [ cita necesaria ]
La meningitis neumocócica es una infección del tejido que recubre el cerebro y la médula espinal. Los síntomas incluyen rigidez en el cuello, fiebre, dolor de cabeza, confusión y fotofobia . [ cita necesaria ]
La sepsis es causada por una respuesta abrumadora a una infección y provoca daño tisular, insuficiencia orgánica e incluso la muerte. Los síntomas incluyen confusión, dificultad para respirar, frecuencia cardíaca elevada, dolor o malestar, transpiración excesiva, fiebre, escalofríos o sensación de frío. [28]
Debido a la importancia de la enfermedad causada por S. pneumoniae , se han desarrollado varias vacunas para proteger contra la infección invasiva. La Organización Mundial de la Salud recomienda la vacunación neumocócica infantil de rutina; [29] está incorporada al calendario de vacunación infantil en varios países, entre ellos el Reino Unido, [30] Estados Unidos, [31] Grecia, [32] y Sudáfrica. [33]
Actualmente, hay dos vacunas disponibles para S. pneumoniae: la vacuna neumocócica de polisacáridos (PPV23) y la vacuna neumocócica conjugada (PCV13). PPV23 funciona utilizando CPS para estimular la producción de anticuerpos específicos de tipo, iniciando procesos como la activación del complemento, la opsonización y la fagocitosis para combatir infecciones bacterianas. Provoca una respuesta inmune humoral dirigida al CPS presente en la superficie bacteriana. [34] PPSV23 ofrece inmunidad independiente de las células T y requiere revacunación 5 años después de la primera vacunación debido a su naturaleza temporal. [35] La PCV13 se desarrolló al determinar su baja eficacia en niños y bebés. PCV13 provoca una respuesta dependiente de las células T y proporciona inmunidad duradera al promover la interacción entre las células B y T, lo que conduce a una respuesta inmune mejorada y prolongada. [35]
Los componentes de S. pneumoniae se han aprovechado para una variedad de aplicaciones en biotecnología. Mediante la ingeniería de moléculas de superficie de esta bacteria, las proteínas se pueden unir irreversiblemente utilizando la enzima sortasa [36] o utilizando la reacción SnoopTag/SnoopCatcher. [37] También se han clonado varias glucósidos hidrolasas de S. pneumoniae para ayudar en el análisis de la glicosilación celular . [38]
Históricamente, Haemophilus influenzae ha sido una causa importante de infección, y tanto H. influenzae como S. pneumoniae se pueden encontrar en el sistema respiratorio superior humano. Un estudio de competencia in vitro reveló que S. pneumoniae venció a H. influenzae al atacarlo con peróxido de hidrógeno . [39] También hay evidencia de que S. pneumoniae utiliza peróxido de hidrógeno como factor de virulencia. [40] Sin embargo, en un estudio que añadió ambas bacterias a la cavidad nasal de un ratón en dos semanas, solo sobrevive H. influenzae ; Un análisis más detallado mostró que los neutrófilos expuestos a H. influenzae muerta eran más agresivos al atacar a S. pneumoniae . [41]
El diagnóstico generalmente se basa en la sospecha clínica junto con un cultivo positivo de una muestra de prácticamente cualquier parte del cuerpo. S. pneumoniae es, en general, sensible a la optoquina , aunque se ha observado resistencia a la optoquina. [42]
Los avances recientes en secuenciación de próxima generación y genómica comparada han permitido el desarrollo de métodos moleculares robustos y confiables para la detección e identificación de S. pneumoniae . Por ejemplo, el gen Xisco se describió recientemente como un biomarcador para la detección basada en PCR de S. pneumoniae y la diferenciación de especies estrechamente relacionadas. [43]
La atromentina y la leucomelona poseen actividad antibacteriana, inhibiendo la enzima proteína transportadora enoil-acil reductasa , (esencial para la biosíntesis de ácidos grasos ) en S. pneumoniae . [44]
Las cepas de neumococos resistentes se denominan neumococos resistentes a la penicilina ( PRP ), [45] Streptococcus pneumoniae resistente a la penicilina ( PRSP ), [46] Streptococcus pneumoniae resistente a la penicilina ( SPPR ) [47] o Streptococcus pneumoniae resistente a los medicamentos ( DRSP ). En 2015, en Estados Unidos se estimaron 30.000 casos, y en el 30% de ellos las cepas eran resistentes a uno o más antibióticos. [48]