Describen los factores de virulencia de S. pneumoniae y el Papel que Desempeñan en las Infecciones por este Microorganismo

• AUTOR : Mitchell A, Mitchell T
• TITULO ORIGINAL : Streptococcus Pneumoniae: Virulence Factors and Variation
• CITA : Clinical Microbiology and Infection 16(5):411-418, May 2010
• MICRO : Las variaciones en la expresión de los genes que codifican los factores de virulencia de S. pneumoniae podrían modificar el potencial patógeno de la bacteria. Las consecuencias de estos cambios difieren en las distintas cepas.

Introducción

En los seres humanos, Streptococcus pneumoniae provoca distintas enfermedades, como otitis media, neumonía, bacteriemia y meningitis. Esta bacteria coloniza la nasofaringe y produce factores de virulencia (FV), como el polisacárido capsular, las proteínas de superficie, las enzimas y la toxina pneumolisina (PLY). El papel que desempeñan los FV en la enfermedad se conoce parcialmente y el incremento observado en el número de secuencias del genoma sugiere que las diferentes cepas de S. pneumoniae difieren en su capacidad para producirlos. La comprensión del papel que desempeñan los FV permitirá dilucidar la patogénesis de la infección y crear estrategias para el tratamiento y el desarrollo de vacunas. Además, la forma en que los FV se distribuyen en las distintas cepas podría ayudar a identificar las asociaciones entre estos factores y los distintos tipos de enfermedad que produce el S. pneumoniae.

Esta revisión se enfocó en los distintos FV del neumococo, sobre todo la cápsula, la toxina (PLY) y las proteínas de superficie.

La cápsula y la PLY

Probablemente, el polisacárido capsular sea el factor de virulencia más importante de S. pneumoniae. Su virulencia radica en su actividad antifagocítica. Los anticuerpos dirigidos contra el neumococo se adosan a la superficie bacteriana y ligan los factores del complemento. La cápsula evita la interacción del iC3b y la porción Fc de las inmunoglobulinas de la superficie bacteriana con los receptores de la superficie de las células fagocíticas. De esta manera, permite que las bacterias permanezcan en el espacio extracelular. La cápsula también es esencial para la colonización, debido a que impide la remoción de las bacterias mediante el mucus, restringe la autolisis y reduce la exposición a los antibióticos.

La PLY es un factor de virulencia que pertenece a la familia de toxinas formadoras de poros, producidas por más de 20 especies de bacterias grampositivas (originalmente, descritas como hemolisinas). El neumococo expresa esta proteína durante la fase de crecimiento logarítmico tardío. Originalmente se creía que la PLY se liberaba sólo durante la autolisis, aunque en la actualidad es sabido que es independiente de este proceso. Esta toxina se une al colesterol de la membrana y forma poros grandes, de 30 nm de diámetro, mediante la oligomerización de alrededor de 50 monómeros de la toxina. Asimismo, en concentraciones sublíticas activa a la vía del complemento.

El papel que desempeña la PLY en la patogénesis de la infección se estudió en modelos animales, en los que se utilizaron cepas mutadas de S. pneumoniae en las que se interrumpió o eliminó el gen que codifica la toxina. En estos modelos se observó que la ausencia de la PLY redujo la virulencia del microorganismo en la vías de infección intranasal y sistémica. Asimismo, cuando se instilaron estas cepas mutantes en el pulmón de ratón se detectó un retraso en la respuesta inflamatoria y el reclutamiento celular en respuesta a la infección, y la disminución en la intensidad de esta respuesta (en comparación con la provocada por la bacteria salvaje). Una de las más afectadas fue la respuesta de los neutrófilos. También se observó el retraso y la disminución en la redistribución de los linfocitos T y B dentro de los bronquiolos inflamados y alrededor de éstos.

En concentraciones bajas, la PLY ejerce efectos sobre el sistema inmunológico, debido a que induce una respuesta proinflamatoria y la producción de especies reactivas de oxígeno y otros mediadores.

En distintos modelos animales (ratones y cobayos) se demostró que la PLY no interviene en la inflamación del encéfalo que se observa en la meningitis por S. pneumoniae. Además, se verificó que con las bacterias mutantes que carecen de la toxina, el influjo de proteínas hacia el líquido cefalorraquídeo (LCR) fue menor. Asimismo, la ausencia de PLY en animales infectados hizo que el daño coclear y la pérdida de audición también sean leves.

En el conejo, la toxina desempeña un papel importante en el daño cerebral que acompaña la meningitis neumocócica. Además, los niveles de PLY, liberados hacia el LCR, se midieron y se detectó que se encuentran alrededor de los 20 ng/ml. Este valor es similar al observado en los pacientes con meningitis por S. pneumoniae, cuyos valores varían entre 1-180 ng/ml. La cantidad de toxina liberada en el LCR depende del tipo de antibiótico que se indica para el tratamiento: por ejemplo, cuando se emplea ceftriaxona en el modelo animal de conejo, la cantidad de PLY liberada es mayor que la que se observa cuando se utiliza rifampicina. Esto confirma la importancia que tiene la lisis bacteriana en la liberación de la toxina y apunta a las consecuencias que tiene la elección del tratamiento.

Los efectos principales de la PLY incluyen la actividad lítica y la activación del complemento. Estas acciones contribuyen de manera variable según el tipo de infección.

En resumen, la PLY ejerce distintos efectos en la infección por S. pneumoniae. Aparentemente no influye en la inflamación que se asocia con la meningitis, aunque participa en la pérdida de audición que se asocia con esta enfermedad. También interviene en la patogenia de la bacteriemia y de la neumonía. Los efectos de la PLY, como la activación del complemento y la actividad lítica, varían según el tipo de infección.

Las proteínas de superficie

El análisis del genoma de S. pneumoniae demostró la presencia de 17 proteínas ancladas del tipo LPXTG, aunque este número puede variar en las distintas cepas. En general, el motivo LPXTG se encuentra cerca de la porción C-terminal de la proteína, aunque en algunas proteínas del S. pneumoniae se encuentra cerca de la porción N-terminal. La secuencia N-terminal probablemente provea el mecanismo que determina la localización de la proteasa en la superficie. La porción C-terminal es una secuencia de reconocimiento para las enzimas que identifican el LPXTG y lo anclan a la superficie celular. Distintos tipos de estas proteínas de superficie contribuyen con la virulencia; entre éstas se encuentran la hialuronidasa, la neuraminidasa y la serina proteasa PrtA.

La hialorunidasa degrada el ácido hialurónico presente en el tejido conectivo de los mamíferos y de la matriz extracelular. Esto podría facilitar la diseminación bacteriana y la colonización. Esta enzima también podría potenciar la inflamación pulmonar que acompaña la neumonía por S. pneumoniae mediante interacciones complejas con citoquinas y quemoquinas proinflamatorias.

La neuraminidasa cliva el ácido N-acetilneuramínico de los glicolípidos, las lipoproteínas y los oligosacáridos presentes en las superficies celulares y los fluidos corporales. Esto puede provocar daño directo en el huésped o puede desenmascarar los sitios de unión del microorganismo. En el oído medio, la pérdida de ácido siálico inducida por la neuraminidasa acompaña el avance del S. pneumoniae mediante la trompa de Eustaquio. Asimismo, esta bacteria posee genes que codifican distintas enzimas con actividad neuraminidasa; por ejemplo, la neuraminidasa A. En el modelo animal de la chinchilla, la neuraminidasa A contribuye con la colonización y la evolución a otitis media, aunque no interviene en la pérdida de audición que puede quedar como secuela de la meningitis.

El efecto que desempeña la PrtA se desconoce; sin embargo, la expresión del gen de esta proteína es regulada por el factor de transcripción que controla la expresión de otros factores de virulencia.

En el año 2006 se identificó la presencia de pili en la superficie de S. pneumoniae. El pilis interviene en la virulencia, es el mediador del anclaje de la bacteria en las células y también estimula la síntesis de citoquinas proinflamatorias. Además, se identificó otra clase de pilis que interviene en la adherencia del neumococo en las células epiteliales. Aunque no todas las cepas de S. pneumoniae poseen pili, algunas expresan los dos tipos.

Entre las lipoproteínas presentes en el S. pneumoniae se encuentra la PsaA, que forma parte de un complejo transportador de manganeso. En este complejo, la PsaA actúa como proteína fijadora de sustrato. Las mutaciones en el gen que codifica esta lipoproteína disminuyen la adhesión a las células, la virulencia e incrementan la sensibilidad al estrés oxidativo. Las lipoproteínas que contribuyen con la virulencia son SIrA, PpmA, Pia y Piu.

Las proteínas fijadoras de colina están ancladas a la superficie celular. El número de este tipo de proteínas depende de cada cepa. Distintas proteínas fijadoras de colina se asocian con la virulencia; por ejemplo, se identificaron cuatro enzimas hidrolíticas de la pared celular (LytA, LytB, LytC, CbpE). La LytA contribuye con la virulencia debido a que promueve la liberación de productos de degradación de la pared celular altamente inflamatorios y de la PLY desde el citoplasma. Asimismo, LytB, LytC y CbpE intervienen en la colonización de la nasofaringe.

Un FV importante es la proteína A de la superficie del neumococo. Esta proteína interfiere con el sistema del complemento y liga la lactoferrina, que forma parte de la inmunidad innata. La proteína neumocócica C de superficie es un FV multifuncional, que actúa como una adhesina mediante la unión con el receptor polimérico de inmunoglobulina y liga el factor H regulador del complemento.

Otras proteínas de superficie son el factor neumocócico de virulencia y adherencia tipo A, que liga la fibronectina y es el mediador de la unión con las células endoteliales. La gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa y la enolasa son proteínas fijadoras de plasminógeno. La unión con este último facilita la migración del neumococo mediante la membrana basal. La familia de proteínas con tríadas de histidina abarca cuatro de ellas: PhtA, PhtB, PhtD, PhtE. Estas proteínas ligan los iones de cinc y reducen la unión del complemento con S. pneumoniae debido a que reclutan el factor H regulador del complemento.

El gen y las variaciones del genoma

Existen indicios que sugieren que los genes que codifican los FV varían en las distintas cepas de S. pneumoniae. Asimismo, esta bacteria es capaz de sufrir transformaciones e incorporar el ADN de especies relacionadas. Por ejemplo, la variación genética que lleva a la resistencia a la penicilina se debe a la adquisición de fragmentos de genes (que codifican las proteínas fijadoras de penicilina) a partir de S. mitis. Este cambio reduce la afinidad de estas proteínas por el antibiótico. La compresión de la diversidad genética es importante para entender la virulencia de las diferentes cepas de esta bacteria.

El genoma de S. pneumoniae comprende entre 2-2.2 millones de pares de bases y contiene alrededor 2 000 genes, según la cepa. La heterogeneidad genética puede abarcar desde polimorfismos simples hasta la presencia o ausencia de grandes islotes genéticos que codifican los FV.

Los genes individuales también pueden variar a nivel secuencial. Por ejemplo, el FV PspC se presenta en una variedad importante de formas alélicas. El análisis de la secuencia del PspC en 43 cepas demostró que la secuencia de la proteína derivada tiene la misma organización de dominio, pero cada una tiene una secuencia que se puede dividir en subgrupos. La mayoría de los alelos de la PspC contiene un motivo fijador de la colina de la pared celular C-terminal, aunque 17 de las variantes alélicas poseen un motivo LPTXG. La forma en que el PspC contribuye en la virulencia varía entre las distintas cepas. Un alelo que se identificó recientemente, el PspC 4.4, define la forma en que la proteína PspC evita el complemento del huésped mediante la fijación de la proteína fijadora inhibitoria C4.

La PLY es el principal FV de S. pneumoniae. El gen del PLY también se presenta en una variedad de formas alélicas. Los cambios en la secuencia de estos alelos pueden llevar a la producción de una toxina sin actividad hemolítica. En Europa, la prevalencia de cepas que producen este tipo de toxina (serotipo I, secuencia tipo 306) es cada vez mayor.

Las diferencias en la expresión de los genes podrían modificar el potencial patógeno de la bacteria. Por ejemplo, S. pneumoniae posee 13 sistemas de transducción de señales de 2 componentes que regulan la expresión genética. Las mutaciones en uno de estos sistemas pueden atenuar la cepa TIGR4, alterar la expresión del FV PsaA y modificar la resistencia al estrés oxidativo. La PsaA es una adhesina y forma parte de un complejo transportador de manganeso. El cambio en la expresión de este FV puede reducir la disponibilidad de manganeso y, de esta manera, afectar la resistencia al estrés oxidativo, aunque estas variaciones en la expresión PsaA no se observaron en otras dos cepas.

Todos estos ejemplos demuestran que las variaciones genéticas en distintos niveles pueden modificar, en el neumococo, la capacidad de producir enfermedad. Una de las cepas características del S. pneumoniae, la TIGR4, contiene alrededor de 2 400 genes, y esta diversidad en el genoma le otorga alta capacidad de adaptación. Probablemente, esta capacidad sea el resultado de presiones evolutivas, como los cambios en el entorno de la bacteria en los distintos estadios de la enfermedad. Esta capacidad de adaptación también contribuye con la resistencia a los antibióticos.

Un tercio del genoma del S. pneumoniae está compuesto por genes que codifican proteínas, cuya función se desconoce. Tampoco se conoce el papel que desempeñan estos genes en relación con la virulencia. Por este motivo, es importante continuar con el análisis de la secuencia del genoma del S. pneumoniae, para establecer y comparar las diferencias que se observan en las distintas cepas, ya que esto es necesario para la comprensión de la virulencia de esta bacteria.

Especialidad: Bibliografía - Infectología