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Streptococcus pyogenes

Streptococcus pyogenes es una especie de bacteria Gram positiva y aerotolerantedel género Streptococcus . Estas bacterias son extracelulares y están compuestas por cocos (célula...

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Streptococcus pyogenes es una especie de bacteria Gram positiva y aerotolerantedel género Streptococcus . Estas bacterias son extracelulares y están compuestas por cocos (células redondas) inmóviles y no esporulantesque tienden a unirse en cadenas. Son clínicamente importantes para los humanos, ya que formanparte, aunque de forma infrecuente, de la microbiota cutánea , generalmente patógena , y pueden causar infecciones por estreptococos del grupo A. S. pyogenes es la especie predominante que alberga el antígeno del grupo A de Lancefield y a menudo se la denomina estreptococo del grupo A ( EGA ) . Por lo tanto, también se utilizael nombre de estreptococo del grupo A (beta-hemolítico) . [ 1 ]

El nombre de la especie deriva de palabras griegas que significan 'cadena' ( streptos ) de bayas ( coccus [latinizado de kokkos ]) y formador de pus ( pyo ) ( genes ), ya que varias infecciones causadas por la bacteria producen pus. El criterio principal para diferenciar entre Staphylococcus spp. y Streptococcus spp. es la prueba de la catalasa . Los estafilococos son catalasa positivos, mientras que los estreptococos son catalasa negativos. [ 2 ] S. pyogenes se puede cultivar en placas de agar sangre fresco. La prueba PYR permite diferenciar Streptococcus pyogenes de otros estreptococos beta-hemolíticos morfológicamente similares (incluido S. dysgalactiae subsp. esquismilis ), ya que S. pyogenes producirá un resultado positivo en la prueba. [ 3 ]

Se estima que cada año se producen 700 millones de infecciones por GAS en todo el mundo. Si bien la tasa de mortalidad general para estas infecciones es inferior al 0,1 %, más de 650 000 de los casos son graves e invasivos, y estos casos tienen una tasa de mortalidad del 25 %. [ 4 ] El reconocimiento y tratamiento precoces son fundamentales; un diagnóstico erróneo puede provocar sepsis y la muerte. [ 5 ] [ 6 ] S. pyogenes es clínica e históricamente significativo como causa de la escarlatina , que resulta de la exposición a la exotoxina de esta especie . [ 7 ]

Epidemiología

Cadenas de bacterias S. pyogenes (naranja) a 900 aumentos.
Tinción de Gram de Streptococcus pyogenes

A diferencia de la mayoría de los patógenos bacterianos, S. pyogenes solo infecta a los humanos. Por lo tanto, la transmisión zoonótica de un animal (o productos animales) a un humano es rara. [ 8 ]

Streptococcus pyogenes coloniza típicamente la garganta, la mucosa genital, el recto y la piel. Entre el 1 % y el 5 % de los adultos sanos presentan portación faríngea, vaginal o rectal, siendo los niños los portadores más frecuentes. La transmisión de persona a persona se produce con mayor frecuencia por inhalación de gotitas respiratorias , producidas al estornudar y toser una persona infectada. El contacto con la piel, el contacto con objetos que albergan la bacteria y el consumo de alimentos contaminados son posibles, aunque poco comunes, vías de transmisión. La faringitis estreptocócica se presenta con mayor frecuencia a finales del invierno y principios de la primavera en la mayoría de los países, ya que los espacios interiores se utilizan con mayor frecuencia y, por lo tanto, están más concurridos. Los casos de la enfermedad son menores durante el otoño. [ 9 ]

La infección materna por S. pyogenes suele ocurrir al final del embarazo, entre las 30 semanas de gestación y las cuatro semanas posparto . Las infecciones maternas representan del 2 al 4 % de todas las infecciones por S. pyogenes diagnosticadas clínicamente . [ 9 ] El riesgo de sepsis es relativamente alto en comparación con otras infecciones bacterianas adquiridas durante el embarazo, y S. pyogenes es una de las principales causas de choque séptico y muerte en mujeres embarazadas y puérperas. [ 10 ]

Bacteriología

Imagen de microscopio electrónico de barrido en falso color de Streptococcus pyogenes (naranja) durante la fagocitosis con un neutrófilo humano (azul).

Serotipificación

En 1928, Rebecca Lancefield publicó un método para la serotipificación de S. pyogenes basado en su polisacárido de la pared celular, [ 11 ] un factor de virulencia que se muestra en su superficie. [ 12 ] Se debe tener cuidado al usar la tipificación del antígeno de Lancefield para identificar S. pyogenes , ya que Streptococcus dysgalactiae y el grupo Streptococcus anginosus también pueden poseer el antígeno del grupo A. Más tarde, en 1946, Lancefield describió la clasificación serológica de los aislados de S. pyogenes basada en los componentes de sus pili de superficie (conocidos como antígeno T) [ 13 ] que las bacterias utilizan para adherirse a las células del huésped. [ 14 ] Hasta 2016, se han identificado un total de 120 proteínas M. Estas proteínas M están codificadas por 234 genes de tipo emm con más de 1200 alelos. [ 9 ]

Lisogenia

Todas las cepas de S. pyogenes son polilisogenizadas, es decir, portan uno o más bacteriófagos en sus genomas. [ 15 ] Algunos fagos pueden ser defectuosos, pero en algunos casos, los fagos activos pueden compensar los defectos de otros. [ 16 ] En general, el genoma de las cepas de S. pyogenes aisladas durante la enfermedad es >90% idéntico; se diferencian por el fago que portan. [ 17 ]

Factores de virulencia

S. pyogenes posee varios factores de virulencia que le permiten adherirse a los tejidos del huésped, evadir la respuesta inmune y propagarse penetrando las capas de tejido del huésped. [ 18 ] Una cápsula bacteriana a base de carbohidratos compuesta de ácido hialurónico rodea a la bacteria, protegiéndola de la fagocitosis por los neutrófilos . [ 2 ] Además, la cápsula y varios factores incrustados en la pared celular, incluyendo la proteína M , el ácido lipoteicoico y la proteína F (SfbI), facilitan la adhesión a diversas células del huésped. [ 19 ] La proteína M también inhibe la opsonización por la vía alternativa del complemento al unirse a los reguladores del complemento del huésped. La proteína M que se encuentra en algunos serotipos también puede prevenir la opsonización al unirse al fibrinógeno . [ 2 ] Sin embargo, la proteína M también es el punto más débil en la defensa de este patógeno, ya que los anticuerpos producidos por el sistema inmunitario contra la proteína M dirigen a las bacterias para su engullimiento por los fagocitos . Las proteínas M son únicas para cada cepa, y su identificación puede utilizarse clínicamente para confirmar la cepa causante de una infección. [ 20 ]

genoma

Se secuenciaron los genomas de diferentes cepas (el tamaño del genoma es de 1,8 a 1,9 Mbp), [ 28 ] que codifican entre 1700 y 1900 proteínas (1700 en la cepa NZ131, [ 29 ] [ 30 ] 1865 en la cepa MGAS5005 [ 31 ] [ 32 ] ). Las secuencias genómicas completas de la cepa tipo de S. pyogenes ( NCTC 8198 T = CCUG 4207 T ) están disponibles en el Banco de Datos de ADN de Japón , el Archivo Europeo de Nucleótidos y GenBank con los números de acceso LN831034 y CP028841 . [ 33 ]

Formación de biopelículas

Los biofilms son una forma para que S. pyogenes, así como otras células bacterianas, se comuniquen entre sí. En el biofilm, la expresión génica para múltiples propósitos (como la defensa contra el sistema inmunitario del huésped) se controla a través de la detección de quórum . [ 34 ] Una de las vías de formación de biofilms en GAS es la vía Rgg2/3. Regula los SHP (péptidos hidrofóbicos cortos) que son feromonas de detección de quórum, también conocidos como autoinductores. Los SHP se traducen a una forma inmadura de la feromona y deben someterse a un procesamiento, primero por una enzima metaloproteasa dentro de la célula y luego en el espacio extracelular, para alcanzar su forma madura activa. El modo de transporte fuera de la célula y el o los factores de procesamiento extracelular aún se desconocen. La feromona SHP madura puede entonces ser captada por células cercanas y la célula de la que se originó a través de una proteína transmembrana, la permeasa de oligopéptidos. [ 34 ] En el citosol, las feromonas tienen dos funciones en la vía Rgg2/3. Primero, inhiben la actividad de Rgg3, que es un regulador transcripcional que reprime la producción de SHP. Segundo, se unen a otro regulador transcripcional, Rgg2, que aumenta la producción de SHP, teniendo un efecto antagónico a Rgg3. Las SHP activan su propio activador transcripcional, lo que crea un bucle de retroalimentación positiva, que es común para la producción de péptidos de detección de quórum. Esto permite la producción rápida de feromonas en grandes cantidades. La producción de SHP aumenta la biogénesis de biopelículas. [ 34 ] Se ha sugerido que GAS alterna entre la formación y la degradación de biopelículas utilizando vías con efectos opuestos. Mientras que la vía Rgg2/3 aumenta la biopelícula, la vía RopB la interrumpe. RopB es otra proteína similar a Rgg (Rgg1) que activa directamente SpeB (exotoxina pirogénica estreptocócica B), una proteasa de cisteína que actúa como factor de virulencia. En ausencia de esta vía, se potencia la formación de biopelículas, posiblemente debido a la falta de feromonas que degradan la proteasa u otros efectos que contrarrestan la vía Rgg2/3. [ 34 ]

Patología

S. pyogenes es la causa de muchas enfermedades humanas, que van desde infecciones cutáneas superficiales leves hasta enfermedades sistémicas potencialmente mortales. [ 35 ]

Cuando la infección afecta la garganta, Streptococcus pyogenes causa faringitis , también conocida como faringitis estreptocócica. En raras ocasiones, la faringitis estreptocócica puede derivar en escarlatina . En esta enfermedad, el síntoma más característico es una erupción cutánea en la lengua con aspecto de fresa.

Las infecciones cutáneas varían desde leves hasta potencialmente mortales. Las infecciones superficiales por S. pyogenes incluyen la infección cutánea localizada no ampollosa ( impétigo ). La erisipela y la celulitis se caracterizan por la multiplicación y la propagación lateral de S. pyogenes en las capas profundas de la piel. La invasión y multiplicación de S. pyogenes en la fascia subcutánea puede provocar fascitis necrosante , una urgencia quirúrgica potencialmente mortal. [ 36 ] [ 37 ]

La colonización de la vagina por S. pyogenes puede causar varias enfermedades, según las circunstancias. La bacteria es una causa importante de fiebre puerperal en la madre [ 38 ] e infección en recién nacidos [ 39 ] . Los recién nacidos son susceptibles a algunas formas de la infección que rara vez se observan en adultos, incluida la meningitis [ 40 , 41 ] . Las toxinas producidas por S. pyogenes pueden provocar el síndrome de shock tóxico estreptocócico , una emergencia potencialmente mortal [ 2 ] .

Al igual que muchas bacterias patógenas, S. pyogenes puede colonizar el sistema respiratorio de una persona sana sin causar enfermedad, existiendo como un miembro comensal de la microbiota respiratoria. Es común encontrarla en algunas poblaciones como parte del microbioma mixto del tracto respiratorio superior. Las personas que tienen la bacteria en su cuerpo pero no presentan signos de enfermedad se conocen como portadores asintomáticos . [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] La bacteria puede comenzar a causar enfermedad cuando el sistema inmunitario del huésped se debilita, como durante una infección respiratoria viral, lo que puede conducir a una superinfección por S. pyogenes . [ 43 ] [ 44 ]

S. pyogenes también puede causar enfermedades en forma de síndromes postinfecciosos "no piógenos" (no asociados con la multiplicación bacteriana local y la formación de pus). Estas complicaciones autoinmunes ( secuelas ) se presentan en un pequeño porcentaje de infecciones e incluyen fiebre reumática y glomerulonefritis postinfecciosa aguda . Ambas afecciones aparecen varias semanas después de la infección estreptocócica inicial. Las infecciones por S. pyogenes se asocian comúnmente con la liberación de una o más toxinas bacterianas . La liberación de endotoxinas de las infecciones de garganta se ha relacionado con el desarrollo de la escarlatina, que puede conducir a la fiebre reumática. [ 7 ] La fiebre reumática se caracteriza por la inflamación de las articulaciones y/o el corazón después de un episodio de faringitis estreptocócica . La glomerulonefritis aguda, inflamación del glomérulo renal , puede presentarse después de la faringitis estreptocócica o una infección cutánea. [ 45 ]

Características de cultivo, bioquímicas y fenotípicas

S. pyogenes que muestra beta-hemólisis en agar sangre

Streptococcus pyogenes crece mejor en medios enriquecidos, especialmente en agar sangre de oveja al 5%, que satisface sus necesidades nutricionales y permite visualizar la hemólisis. Las colonias suelen tener un tamaño de entre 0,5 y 1 mm, con una amplia zona de beta-hemólisis , que consiste en la destrucción completa de los glóbulos rojos . Los cultivos clínicos de S. pyogenes se cultivan a menudo en condiciones anaeróbicas para potenciar la hemólisis, debido a la producción de estreptolisina O, una toxina termolábil.

Pruebas de laboratorio clave

  • Prueba de catalasa
    • Negativo (distingue los estreptococos de los estafilococos)
  • Sensibilidad a la bacitracina
    • Sensible
  • Prueba PYR:
    • Positivo. Diferencia el estreptococo del grupo A (GAS) de los estreptococos de los grupos B, C y G morfológicamente similares.
  • Agrupación de Lancefield
  • Hemólisis beta
    • Zona amplia. Permite diferenciar los estreptococos del grupo GAS de los estreptococos del grupo Anginosus (que a veces presentan antígenos de Lancefield A).

Sensibilidad a los antibióticos

S. pyogenes es sensible a la penicilina y no ha desarrollado resistencia a ella, [ 46 ] lo que la convierte en un antibiótico adecuado para tratar infecciones causadas por esta bacteria. El fracaso del tratamiento con penicilina se atribuye generalmente a otros microorganismos comensales locales que producen β-lactamasa o a la falta de niveles tisulares adecuados en la faringe. Ciertas cepas han desarrollado resistencia a los macrólidos , las tetraciclinas y la clindamicina . [ 47 ]

Vacuna

Existe una vacuna inactivada polivalente contra varios tipos de Streptococcus , incluyendo S. pyogenes, denominada "vacuna antipiogena polivalente BIOL". Se recomienda su administración en una serie de 5 semanas. Se realizan dos aplicaciones semanales con intervalos de 2 a 4 días. La vacuna es producida por el Instituto Biológico Argentino. [ 48 ]

Existe otra posible vacuna en desarrollo; el péptido candidato a vacuna se llama StreptInCor. [ 49 ]

Aplicaciones

Bionanotecnología

Muchas proteínas de S. pyogenes tienen propiedades únicas, que se han aprovechado en los últimos años para producir un "superpegamento" altamente específico [ 50 ] [ 51 ] y una vía para mejorar la eficacia de la terapia con anticuerpos . [ 52 ]

Edición del genoma

El sistema CRISPR de este organismo [ 53 ] que se utiliza para reconocer y destruir el ADN de los virus invasores, deteniendo así la infección, fue apropiado en 2012 para su uso como una herramienta de edición genómica que podría alterar potencialmente cualquier fragmento de ADN y posteriormente de ARN . [ 54 ]

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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  • Ferretti JJ, Stevens DL, Fischetti VA (2016). Streptococcus pyogenes: Biología básica a manifestaciones clínicas [ Internet ] . Oklahoma City, OK: Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Oklahoma. PMID 26866208 . 
  • Cepa tipo de Streptococcus pyogenes en Bac Dive - la base de datos de metadatos de diversidad bacteriana
  • Descubrimientos de enzimas CRISPR inspiradas en la naturaleza amplían enormemente la edición del genoma . Publicado en SciTechDaily el 16 de junio de 2020. Fuente: Media Lab, Instituto Tecnológico de Massachusetts.