Causas de la tuberculosis

La familia Mycobacteriaceae, del orden Actinomycetales, comprende el género Mycobacterium. En 1975, este género contenía unas 30 especies, y para el año 2000, esta cifra ya se acercaba a las 100. La mayoría de las especies de micobacterias se clasifican como microorganismos saprofitos, ampliamente distribuidos en el medio ambiente.

El grupo de parásitos obligados es insignificante, pero su importancia práctica es considerable y está determinada por las especies que causan tuberculosis en humanos y animales. Se cree que las micobacterias patógenas para los humanos fueron las antiguas micobacterias del suelo.

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Taxonomía de las micobacterias

Todas las micobacterias se dividen en patógenas para el ser humano y oportunistas.

En microbiología clínica se utilizan varios enfoques para clasificar las micobacterias:

• por la velocidad y temperatura óptima de crecimiento, la capacidad de formar pigmento;
• para complejos clínicamente significativos.

Las especies de micobacterias que causan tuberculosis se combinan en el complejo M. tuberculosis, que incluye M. tuberculosis, M. bovis, M. bovis BCG, M. africanum, M. microti y M. canettii. Recientemente, se han añadido M. pinnipedii y M. sarrae, filogenéticamente relacionadas con M. microti y M. bovis.

Las micobacterias restantes, causantes de diversas micobacteriosis, se clasifican como micobacterias no tuberculosas. Dentro de este grupo se distinguen los siguientes complejos: M. avium, compuesto por M. avium, M. intracellulare y M. scrofulaceum; M. fortuitum, que incluye las subespecies M. fortuitum y M. chelonae; y M. terrae, que incluye M. terrae, M. triviale y M. nonchromogenicum. Los grupos más importantes son M. leprae, patógeno de la lepra, y M. ulcerans, patógeno de las lesiones ulcerosas (Buruli).

Esta clasificación reúne especies de micobacterias con la misma relevancia clínica, cuando su diferenciación más fina no es esencial. Se emplean métodos biológicos, bioquímicos y moleculares para identificar especies dentro de grupos y complejos.

La clasificación de las micobacterias no tuberculosas basada en diferencias culturales fue desarrollada por Runyon en 1959. Según ella, se distinguen cuatro grupos de micobacterias.

Grupo I - micobacterias fotocromógenas

Este grupo incluye micobacterias que no presentan pigmentación al crecer en la oscuridad, pero que adquieren una pigmentación amarilla brillante o amarillo-anaranjada tras la exposición a la luz. Las cepas potencialmente patógenas que pertenecen a este grupo son M. asiaticum, M. kansasii, M. marinum y M. simiae. Entre las micobacterias de este grupo, se encuentran las de crecimiento rápido (M. marinum) y las de crecimiento lento (M. asiaticum y M. kansasii). La temperatura óptima de crecimiento varía entre 25 ^° C para M. simiae, 32-33 ^° C para M. marinum y 37 ^° C para M. asiaticum.

La especie de mayor importancia clínica en nuestro país es M. kansasii, presente en cuerpos de agua. La cepa M. kansasii (M. luciflavum) causa enfermedades en humanos. Crece en un medio de cultivo de huevos en colonias rugosas o lisas, con una temperatura óptima de 37 ^° C. Morfológicamente, la bacteria presenta una longitud moderada. Hasta la fecha, se han descrito dos variantes de M. kansasii: naranja y blanca. Al introducirse en cobayas, M. kansasii causa infiltrados y compactación de los ganglios linfáticos regionales.

Grupo II - micobacterias escotocromógenas (del griego scotos, oscuridad)

Este grupo incluye micobacterias que forman pigmento en la oscuridad. Su tasa de crecimiento es de 30 a 60 días. Este grupo incluye M. aquae (M. gordonae) y M. scrofulaceum.

M. scrofulaceum se considera una especie potencialmente patógena. En el medio de cultivo, las bacterias de esta especie crecen como colonias lisas o rugosas de color naranja. Morfológicamente, las micobacterias tienen forma de bastón, cortas o largas. Crecen a una temperatura de 25-37 ^° C. En los niños, causan daño a los ganglios linfáticos y los pulmones.

M. aquae (M. gordonae) se clasifica como una micobacteria saprofita escotocromógena. Crece en medio de cultivo de huevos como colonias anaranjadas a una temperatura de 25-37 °C. Morfológicamente, las micobacterias tienen forma de bastón y son moderadamente largas (>5 μm). Se encuentran en cuerpos de agua.

Grupo III - micobacterias no fotocromógenas

Este grupo incluye micobacterias que no forman pigmento o presentan un color amarillo pálido que no se intensifica con la luz. Crecen durante 2-3 o 5-6 semanas. Entre ellas se incluyen: M. avium, M. intracellulare, M. xenopi, M. terrae, M. gastri, M. hattey y M. bruiiense.

M. avium (micobacteria aviar) crece en el medio de Lowenstein-Jensen como colonias pigmentadas o débilmente pigmentadas a 37 ^° C y 45 ^° C. Morfológicamente, son bacilos de longitud media. Pueden ser patógenos para los humanos y diversos animales de laboratorio y domésticos (p. ej., cerdos). Se encuentran en el agua y el suelo.

M. xenopi se aísla de un sapo. Los cultivos jóvenes crecen como colonias sin pigmentación. Posteriormente, aparece un pigmento amarillo. Morfológicamente, son bacilos filiformes largos. Crecen a una temperatura de 40-45 ^° C. Son patógenos condicionales para los humanos.

M. terrae se aisló por primera vez del rábano. Crece en medio de Lowenstein-Jensen y forma colonias sin pigmento. La temperatura óptima de crecimiento es de 37 ^° C. Morfológicamente, se presentan como bacilos saprofitos de longitud moderada.

Grupo IV - micobacterias de crecimiento rápido

Las micobacterias de este grupo se caracterizan por un crecimiento rápido (hasta 7-10 días). Crecen en colonias pigmentadas o no pigmentadas, más frecuentemente en forma R. Se observa un buen crecimiento durante 2-5 días a una temperatura de 25 ^° C. Este grupo incluye la micobacteria potencialmente patógena M. fortuitum, así como micobacterias saprofitas como M. phlei, M. smegmatis, etc. M. fortuitum presenta un crecimiento visible en el medio de cultivo de huevos entre el segundo y cuarto día en forma de "roseta". Morfológicamente, las micobacterias se presentan como bacilos cortos. En el medio de Lowenstein-Jensen, pueden absorber el verde malaquita y volverse verdes. Están ampliamente distribuidas en la naturaleza.

La clasificación de Runyon ha demostrado ser muy útil para identificar los tipos más comunes de micobacterias. Sin embargo, el descubrimiento de nuevas especies y la aparición de un número creciente de formas intermedias dificulta su clasificación en uno u otro grupo de Runyon.

M. tuberculosis es una formación evolutiva joven. Recientemente, se ha observado una tendencia a dividir M. tuberculosis en grupos o familias. Las cepas más importantes son las pertenecientes a la familia Beijing, que se distinguen por su comportamiento clonal y su capacidad para causar microbrotes de tuberculosis.

Morfología de las micobacterias

Las micobacterias son células delgadas en forma de bastón con la propiedad característica de resistencia a los ácidos y al alcohol (en una de las etapas de crecimiento), aeróbicas. Cuando se tiñen según Gram, son débilmente grampositivas. Las micobacterias son inmóviles, no forman esporas. No presentan conidios ni cápsulas. Crecen en medios nutritivos densos de forma lenta o muy lenta: a la temperatura óptima, las colonias visibles aparecen después de 2-60 días. Las colonias son de color rosa, naranja o amarillo, especialmente cuando crecen a la luz. El pigmento no se difunde. La superficie de las colonias suele ser mate (tipo S) o rugosa (tipo R). Las micobacterias a menudo crecen en forma de colonias mucosas o arrugadas. En medios líquidos, las micobacterias crecen en la superficie. La delicada película seca se espesa con el tiempo, se vuelve irregular y arrugada y adquiere un tinte amarillento. El caldo permanece transparente y se puede lograr un crecimiento difuso en presencia de detergentes. En las microcolonias de M. tuberculosis (es decir, en los primeros estadios) se forman estructuras que se asemejan a cordones, una característica que está asociada al factor cordón.

Cuando se tiñen con fucsina carbol, las Mycobacteria tuberculosis aparecen como varillas delgadas, ligeramente curvadas, de color rojo frambuesa, que contienen un número variable de gránulos.

La longitud de las micobacterias es de aproximadamente 1-10 µm y su anchura, de 0,2-0,7 µm. En ocasiones, se pueden encontrar variantes curvadas o retorcidas. Los microorganismos, ubicados individualmente, en parejas o en grupos, resaltan bien sobre el fondo azul de los demás componentes de la preparación. Las células bacterianas suelen estar dispuestas en forma de «V».

La preparación también puede revelar formas cocoides resistentes al ácido del patógeno, estructuras esféricas redondeadas o similares a micelios. En este caso, la respuesta positiva debe confirmarse mediante métodos adicionales.

La estructura de la pared celular de las micobacterias

La pared celular de las micobacterias es la más compleja en comparación con otros procariotas.

Mientras que las bacterias gramnegativas poseen dos membranas, la pared celular micobacteriana consta de varias capas, algunas de las cuales contienen azúcares y se caracterizan por una composición relativamente constante. Las capas externas presentan una composición química variable y están representadas principalmente por lípidos, la mayoría de los cuales son ácidos micólicos y sus derivados. Por lo general, estas capas no son visibles al microscopio electrónico. La estructura principal de la pared celular está formada por glicanos peptídicos reticulados, una capa electrodensa. La capa de arabinogalactano repite la capa de glicanos peptídicos, formando un estroma polisacárido de la pared celular. Presenta puntos de conexión con la capa de glicanos peptídicos y estructuras para la unión de ácidos micólicos y sus derivados.

Los ácidos micólicos se presentan en forma de sulfolípidos libres y factor cord, cuya presencia en la superficie celular se asocia con la formación característica de colonias de M. tuberculosis en forma de flagelos. La singularidad y el papel clave de los ácidos micólicos en la organización estructural y la fisiología de las micobacterias los convierten en una excelente diana para la terapia etiotrópica.

La capa de glucolípidos se denomina "micósidos" y a veces se compara con una microcápsula. Los micósidos son estructural y funcionalmente similares a los lipopolisacáridos de la membrana externa de las bacterias gramnegativas, pero carecen de su agresividad; sin embargo, son tóxicos y (al igual que el factor de crecimiento y los sulfolípidos) causan la formación de granulomas.

La membrana celular y las capas de la pared celular están permeadas por canales o poros, entre los que podemos distinguir poros pasivos de corta vida útil, que proporcionan una difusión controlada de sustancias, y canales de mayor vida útil, que proporcionan un transporte de sustancias dependiente de energía.

Otro componente de la pared celular micobacteriana es el lipoarabinomanano. Este se ancla a la membrana plasmática, penetra la pared celular y emerge a su superficie. En este sentido, es similar a los ácidos lipoteicoicos de las bacterias grampositivas o al antígeno O del lipopolisacárido de las bacterias gramnegativas. Los fragmentos terminales del lipoarabinomanano, principalmente sus radicales manosa, suprimen de forma inespecífica la activación de los linfocitos T y leucocitos en la sangre periférica. Esto provoca una alteración de la respuesta inmunitaria a las micobacterias.

Variabilidad y formas de existencia de las micobacterias

La persistencia bacteriana tiene una importancia patogénica especial. Experimentos de laboratorio realizados in vitro e in vivo han demostrado que los fármacos bactericidas isoniazida y pirazinamida eliminan las micobacterias solo en la fase de reproducción. Si las micobacterias se encuentran en la fase de baja actividad metabólica (es decir, el crecimiento bacteriano está casi completamente suspendido y las bacterias pueden denominarse "latentes"), los fármacos bactericidas no las afectan. Este estado suele denominarse latente, y los microorganismos persistentes. Los microorganismos persistentes no son sensibles a los fármacos quimioterapéuticos; es decir, se comportan como microorganismos resistentes. De hecho, pueden conservar la sensibilidad a los fármacos.

Un potente estímulo para la transición de las células micobacterianas a un estado latente son los fármacos quimioterapéuticos, así como los factores del sistema inmunitario del huésped. Las micobacterias persistentes pueden permanecer en las lesiones durante meses o incluso años. Durante la persistencia, las micobacterias pueden transformarse en formas L. En esta forma, las micobacterias presentan una actividad metabólica extremadamente baja, cuyo objetivo principal es aumentar el grosor de la pared celular y la matriz extracelular, lo que impide la difusión simple de sustancias. Además, las micobacterias acumulan material genético, lo que aumenta la probabilidad de recrear una célula con funcionamiento normal cuando se dan las condiciones favorables. La detección de formas L mediante métodos microbiológicos estándar es difícil.

Si las micobacterias latentes recuperan su actividad metabólica y comienzan a multiplicarse durante la quimioterapia, mueren rápidamente. Si se completa la quimioterapia, estas micobacterias "reactivadas" continúan multiplicándose y provocan una recaída de la enfermedad. Esto justifica los ciclos largos de quimioterapia y el uso de ciclos cortos posteriores de quimioprofilaxis profiláctica, generalmente estacionales.

Fisiología de las micobacterias

En el reino de los procariotas, las micobacterias son líderes indiscutibles en la síntesis de compuestos orgánicos complejos. Probablemente poseen el metabolismo más flexible, lo que les proporciona la variabilidad necesaria para sobrevivir tanto en el entorno externo como en el macroorganismo. Hasta la fecha, se han descrito más de 100 reacciones enzimáticas, lo que demuestra la naturaleza compleja y ramificada del metabolismo micobacteriano. Para sintetizar compuestos finales o proporcionar las funciones fisiológicas necesarias en las micobacterias, se pueden desarrollar rutas metabólicas paralelas, dependiendo de la disponibilidad del sustrato, el entorno químico y la provisión de los componentes necesarios (iones metálicos, presión parcial de oxígeno, dióxido de carbono, etc.) para los ciclos respiratorios.

Propiedades bioquímicas de las micobacterias

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Metabolismo lipídico

Los lípidos de la pared celular, que constituyen hasta el 60% de la masa seca de la célula, determinan las propiedades tintóreas, fisiológicas y ecológicas no estándar de las micobacterias.

Los lípidos específicos de las micobacterias descritos hasta la fecha se dividen en 7 grupos principales según las características estructurales:

1. Derivados de ácidos grasos de carbohidratos (principalmente trehalosa - factor cord):
2. fosfatidil mioinositol manósidos:
3. derivados de ácidos grasos de péptidos;
4. Glicósidos N-acilpeptídicos - micósidos C;
5. ésteres de ácidos grasos de ftioceroles;
6. micósidos A, B, G;
7. micolatos de glicerol.

Los lípidos de los grupos 4-6 se encuentran sólo en las micobacterias.

Entre los únicos destacan los ácidos tuberculoesteárico y tuberculopalmítico, precursores de los ácidos micólicos.

Los ácidos micólicos son un grupo de ácidos grasos de alto peso molecular con una longitud de cadena de hasta 84 átomos de carbono, cuya estructura de la cadena principal está determinada por la posición sistémica del microorganismo y las condiciones de su crecimiento. Su baja reactividad garantiza una alta resistencia química de la pared celular de las micobacterias. Los micolatos suprimen la escisión enzimática de la pared celular y las reacciones de radicales libres.

El factor Cord se clasifica como un grupo lipídico 1. Está asociado con una alta toxicidad de las micobacterias y virulencia.

Los lípidos tensioactivos, o sulfolípidos, desempeñan un papel importante en la adaptación intracelular de las micobacterias. Junto con el factor cord, forman complejos membranotrópicos citotóxicos.

El lipoarabinomanano es una mezcla heterogénea de lipopolisacáridos de alto peso molecular: polímeros ramificados de arabinosa y manosa con derivados de diacilglicerol de los ácidos palmítico y tuberculoesteárico.

Los micosidos C son glucolípidos peptídicos que forman la membrana externa de las micobacterias, la cual se observa al microscopio electrónico como una zona transparente en la periferia celular. Los micosidos son compuestos específicos de cada especie. Las propiedades antigénicas de las micobacterias dependen de su tipo.

La composición cuantitativa y cualitativa de los compuestos lipídicos de las micobacterias es dinámica y depende de la edad de las células, la composición del medio nutritivo y las características fisicoquímicas del entorno. Las células micobacterianas jóvenes comienzan a formar una pared celular sintetizando lipopolisacáridos con cadenas alifáticas relativamente cortas. En esta etapa, son bastante vulnerables y accesibles al sistema inmunitario. A medida que la pared celular crece y se forman lípidos de alto peso molecular, las micobacterias adquieren resistencia e indiferencia en sus interacciones con el sistema inmunitario.

Metabolismo de los carbohidratos

La fuente de carbono más preferida para las micobacterias es el glicerol.

Los carbohidratos más importantes son la arabinosa, la manosa y la maltosa, que constituyen más de la mitad de todos los sacáridos. Además, la trehalosa, la glucosa, la fructosa, la galactosa, la ramnosa y otros sacáridos desempeñan un papel en la actividad vital de la célula. En este caso, la síntesis ocurre a través de las vías de la hidrolasa y la aldolasa. La vía del piruvato se utiliza para sintetizar glucógeno. La arabinosa y la manosa participan en la formación de importantes compuestos estructurales. La vía de las pentosas fosfato, responsable de la oxidación de la glucosa, se utiliza para obtener energía. Esta es proporcionada por las enzimas malato, isocitrato y succinato deshidrogenasas, lo que proporciona flexibilidad al sistema respiratorio.

La vía del glioxilato, que las micobacterias utilizan para incorporar los ácidos grasos libres que se acumulan durante su crecimiento al ciclo del ácido tricarboxílico, es única. Este ciclo ha atraído la atención de los investigadores como un posible mecanismo de quimiotaxis micobacteriana durante la persistencia.

Metabolismo del nitrógeno y de los aminoácidos

La tasa de utilización de nitratos, nitritos e hidroxilaminas por las micobacterias permite identificar las especies. Las micobacterias prefieren la asparagina como fuente de nitrógeno. La síntesis de aminoácidos es un proceso dependiente de la energía y se realiza mediante un grupo de enzimas que permiten la utilización de otros aminoácidos, como el glutamato.

Actividad de la nitrito y la nitrato reductasa

Mycobacterium tuberculosis puede formar trifosfato de adenosina (ATP) mediante la transferencia de electrones a lo largo de una cadena de transportadores que terminan en NO₃ _en lugar de O₂ _. Estas reacciones reducen el NO₃ _a NH₃ _en cantidades necesarias para la síntesis de aminoácidos, bases púricas y pirimidínicas. Esto se logra mediante la acción secuencial de las nitrato y nitrito reductasas.

Actividad de catalasa y peroxidasa

La catalasa previene la acumulación de peróxido de hidrógeno, que se forma durante la oxidación aeróbica de las flavoproteínas reducidas. La actividad enzimática depende del pH del medio y de la temperatura. A una temperatura de 56 °C, la catalasa no es activa. Existen pruebas de pertenencia al complejo patógeno de las micobacterias basadas en la termolabilidad de la catalasa.

Se sabe que el 70% de las cepas de Mycobacterium tuberculosis resistentes a la isoniazida pierden su actividad catalasa y peroxidasa.

La actividad de la peroxidasa y la catalasa las realiza el mismo complejo enzimático.

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Vitaminas y coenzimas

M. tuberculosis contiene vitaminas del grupo B (riboflavina, piridoxina, cianocobalamina, tiamina), vitaminas C y K, ácido para-aminobenzoico, ácidos pantoténico y nicotínico, biotina y ácido fólico.

Metabolismo, nutrición y respiración de las micobacterias

En condiciones normales y favorables, las Mycobacterias tuberculosis son aerobias estrictas y mesófilas, es decir, crecen en presencia de oxígeno y en un rango de temperatura de 30-42 ^° C, con una temperatura óptima de 37 ^° C. En condiciones externas desfavorables o con deficiencia de oxígeno, las Mycobacterias tuberculosis se manifiestan como microaerófilas e incluso como anaerobias. En este caso, su metabolismo experimenta cambios significativos.

_{En cuanto al consumo de oxígeno y el desarrollo de sistemas oxidasos, las micobacterias son similares a los hongos verdaderos. La vitamina K9} actúa como enlace entre la NADH deshidrogenasa y el citocromo b en el sistema de transferencia del género Mycobacterium. Este sistema citocromo se asemeja al mitocondrial. Es sensible al dinitrofenol, al igual que en los organismos superiores.

El tipo de respiración descrito no es la única fuente de formación de ATP. Además del O₂ terminal, las micobacterias pueden utilizar cadenas respiratorias que transfieren electrones y terminan con nitratos (NO₃- ₎^. La reserva del sistema respiratorio de las micobacterias es el ciclo del glioxilato.

La respiración anóxica (endógena), que ocurre en una atmósfera con una concentración de oxígeno inferior al 1%, es estimulada por compuestos de azida, que reducen la oxidación del piruvato o la trehalosa.

Crecimiento y reproducción de micobacterias

Mycobacterium tuberculosis se reproduce extremadamente lentamente: el período de duplicación es de 18 a 24 horas (las bacterias normales se dividen cada 15 minutos). Por lo tanto, para obtener un crecimiento visible de colonias típicas, se requieren al menos de 4 a 6 semanas. Una de las razones de la lenta reproducción de las micobacterias se considera su marcada hidrofobicidad, que dificulta la difusión de nutrientes. Es más probable que esto tenga una determinación genética y esté asociado con una estructura más compleja de las micobacterias. Se sabe, por ejemplo, que la mayoría de las bacterias tienen múltiples copias del operón del ácido ribonucleico ribosómico (ARNr). Las micobacterias de crecimiento lento (M. tuberculosis, M. leprae) tienen una copia del operón, mientras que las de crecimiento rápido (M. smegmatis) solo tienen dos copias.

Al cultivarse en medios líquidos, las micobacterias crecen en la superficie. La delicada película seca se engrosa con el tiempo, se vuelve irregular y arrugada, y adquiere un tono amarillento, a menudo comparado con el color del marfil. El caldo permanece transparente, y el crecimiento difuso solo se logra en presencia de detergentes, como el Tween-80. En las microcolonias (es decir, en las etapas iniciales), se forman estructuras que se asemejan a haces, una característica asociada con el factor de cordón de M. tuberculosis.

Genética de las micobacterias

El género Mycobacterium es genéticamente muy diverso. A diferencia de muchas micobacterias saprofitas y no tuberculosas, Mycobacterium tuberculosis no contiene inclusiones extracromosómicas (p. ej., plásmidos). Toda la diversidad de propiedades de Mycobacterium tuberculosis está determinada por su cromosoma.

El genoma del complejo M. tuberculosis es extremadamente conservador. Sus representantes presentan una homología de ADN del 85-100%, mientras que el ADN de otras especies de micobacterias presenta una homología con M. tuberculosis de tan solo el 4-26%.

Los representantes del género Mycobacteria poseen genomas grandes en comparación con otros procariotas: 3,1-4,5 ^{x 10⁻⁴} Da. Sin embargo, los genomas de las especies patógenas son más pequeños que los de otras micobacterias (en M. tuberculosis: 2,5 x 10⁻⁴ ^Da ). El agente causal clásico de la tuberculosis humana, M. tuberculosis, posee más genes que M. africanum y M. bovis, que han perdido parte de su material genético durante la evolución.

En 1998, se publicó la secuencia de nucleótidos del cromosoma de la cepa H37Rv de M. tuberculosis. Su longitud es de 4.411.529 pares de bases. El cromosoma de la micobacteria de la tuberculosis tiene una estructura anular. Contiene aproximadamente 4.000 genes que codifican proteínas, así como 60 componentes funcionales de ARN codificantes: un operón único de ARN ribosómico, ARN 10Sa que participa en la degradación de proteínas con ARN de matriz atípico, 45 ARN de transporte (ARNt) y más de 90 lipoproteínas.

Más del 20% del genoma está ocupado por genes del metabolismo de los ácidos grasos de la pared celular, incluyendo ácidos micólicos y polipéptidos ácidos ricos en glicina (familias PE y PPE), codificados por regiones polimórficas de los genomas PGRS (secuencia repetitiva rica en GC polimórfica) y MPTR (repetición polimórfica mayor en tándem), respectivamente (el quinto y cuarto anillo del mapa cromosómico genómico). La variabilidad de estas regiones genómicas garantiza las diferencias en los antígenos y la capacidad de inhibir la respuesta inmunitaria. El genoma de Mycobacterium tuberculosis contiene una amplia gama de genes que controlan los factores de virulencia.

Mycobacterium tuberculosis sintetiza todos los componentes necesarios para el metabolismo: aminoácidos esenciales, vitaminas, enzimas y cofactores. En comparación con otros tipos de bacterias, M. tuberculosis presenta una mayor actividad de las enzimas de lipogénesis. Dos genes codifican proteínas similares a la hemoglobina que actúan como antioxidantes protectores o como trampas para el exceso de oxígeno celular. Estas características facilitan la rápida adaptación de Mycobacterium tuberculosis a cambios abruptos en las condiciones ambientales.

Una característica distintiva del genoma complejo de M. tuberculosis es un gran número de secuencias de ADN repetitivas. Así, el cromosoma de M. tuberculosis H37Rv contiene hasta 56 copias de elementos IS (secuencias de inserción), que proporcionan el polimorfismo del ADN de Mycobacterium tuberculosis. La mayoría de ellos, con la excepción del elemento IS6110, no se modifican. Los cromosomas de varias cepas de Mycobacterium tuberculosis suelen contener de 5 a 20 copias de IS6110, pero hay cepas que no tienen este elemento. Junto con los elementos IS, el genoma contiene varios tipos de repeticiones cortas de nucleótidos (PGRS y MPTR), así como repeticiones directas DR (Direct Repeat), ubicadas en la región DR y separadas por secuencias variables - espaciadores (el sexto anillo en el mapa cromosómico). Las diferencias en el número de copias y la localización en el cromosoma de estos elementos genéticos se utilizan para diferenciar las cepas de Mycobacterium tuberculosis en epidemiología molecular. Los esquemas más avanzados para la genotipificación de micobacterias se basan en la detección del polimorfismo genómico causado por el elemento IS6110, así como de la DR y sus espaciadores. Es característico que la divergencia de las especies de M. tuberculosis se produzca, por regla general, debido a recombinaciones entre copias del elemento IS6110 que flanquean genes diferentes.

Se encontraron dos profagos, phiRv1 y phiRv2, en el genoma de H37Rv. Al igual que el sitio polimórfico Dral, probablemente estén asociados con factores de patogenicidad, ya que estas regiones del genoma difieren de regiones similares de las cepas avirulentas de M. tuberculosis H37Ra y M. bom BCG. Se identificaron regiones del genoma (genes mutT y ogt) responsables del aumento de la tasa de mutación y la adaptación de Mycobacteria tuberculosis en condiciones de prensado. El descubrimiento de genes desencadenantes de la latencia de Mycobacteria tuberculosis cambió el concepto de infección tuberculosa latente.

Estudio del polimorfismo de los genes que codifican la catalasa, la peroxidasa y la subunidad A de la ADN girasa. Se identificaron tres grupos genotípicos en el complejo M. tuberculosis. El más antiguo (desde el punto de vista evolutivo) es el grupo I: M. africanum, M. bovis, M. tuberculosis y M. microti. Los grupos II y III incluyen diferentes cepas de M. tuberculosis, que se han extendido en algunas regiones geográficas. El comportamiento clonal es característico de los grupos I y II, y las cepas del grupo III rara vez causan enfermedades masivas. Las familias genéticas de M. tuberculosis, que recibieron los nombres de Haarlem, África y Filipinas, están ampliamente distribuidas en diferentes regiones del mundo.

La familia Beijing ocupa un lugar especial, identificada por primera vez en preparaciones histológicas de tejido pulmonar de pacientes de las afueras de Beijing entre 1956 y 1990. Hasta la fecha, se han encontrado cepas de esta familia en países asiáticos, Sudáfrica, el Caribe y Estados Unidos. La propagación de este genotipo en diferentes territorios está determinada por las características étnicas de la población indígena y los migrantes. Recientemente, se han obtenido datos sobre la propagación de cepas del genotipo SI/Beijing en el noroeste de la parte europea de Rusia (San Petersburgo) y en las regiones de Siberia.

Resistencia a las micobacterias

Durante la evolución, las micobacterias de la tuberculosis han desarrollado diversos mecanismos para superar o inactivar factores ambientales desfavorables. En primer lugar, se trata de una potente pared celular. En segundo lugar, se trata de amplias capacidades metabólicas. Son capaces de inactivar numerosas toxinas y sustancias celulares (diversos peróxidos, aldehídos y otros) que destruyen la membrana celular. En tercer lugar, se trata de la plasticidad morfológica, que consiste en la transformación de las micobacterias (la formación de formas L de células latentes). En cuanto a su estabilidad, después de las bacterias formadoras de esporas, ocupan un lugar destacado en el reino de los procariotas.

El patógeno permanece viable en estado seco hasta por tres años. Al calentarse, las micobacterias de la tuberculosis pueden soportar temperaturas significativamente superiores a los 80 °C. Actualmente, se cree que las micobacterias de la tuberculosis presentes en el esputo permanecen viables cuando este se hierve abiertamente durante cinco minutos.

Mycobacterium tuberculosis es resistente a ácidos orgánicos e inorgánicos, álcalis, numerosos oxidantes, así como a diversas sustancias antisépticas y deshidratantes que tienen un efecto perjudicial sobre otros microorganismos patógenos. Mycobacterium presenta resistencia a los efectos de los alcoholes y la acetona.

Se observa que los productos a base de amonio cuaternario no presentan actividad antituberculosa. En ciertas condiciones, concentraciones de radicales de cloro y oxígeno de hasta el 0,5 % tampoco tienen efectos perjudiciales sobre las micobacterias de la tuberculosis. Esto implica la imposibilidad de utilizar dichos productos para esterilizar esputo y otros materiales biológicos infectados.

Mycobacterium tuberculosis es insensible a la luz solar difusa y puede sobrevivir en el exterior durante más de un año sin perder su viabilidad. La radiación ultravioleta de onda corta tiene un efecto bactericida universal sobre todos los microorganismos. Sin embargo, en condiciones reales, cuando Mycobacterium tuberculosis se encuentra en suspensión en forma de aglomerados celulares con partículas de polvo, su resistencia a la radiación ultravioleta aumenta.

La alta tasa de supervivencia de las micobacterias de la tuberculosis contribuye a la amplia propagación de esta infección entre la población, independientemente de las condiciones climáticas. Sin embargo, este no es el único factor que contribuye a la globalización del problema: las micobacterias de la tuberculosis pueden persistir en el cuerpo humano durante mucho tiempo y reactivarse a intervalos ilimitados.

La localización de la micobacteria de la tuberculosis dentro de los macrófagos proporciona suficiente estabilidad del sustrato, considerando la longevidad de los fagocitos mononucleares y la duración de la replicación micobacteriana, así como el aislamiento de los efectores de la inmunidad humoral. Al mismo tiempo, el patógeno selecciona un biotopo inaceptable para la mayoría de los microorganismos debido a su potencial peligro. Esta simbiosis se logra mediante diversos mecanismos adaptativos de las micobacterias.

El proceso de daño y parasitismo de los macrófagos se ve así: penetración de micobacterias en el macrófago sin su activación; supresión de la formación de fagolisosomas o su transformación en una zona cómoda para las bacterias; penetración de los fagosomas en el citoplasma con inactivación de factores antimicrobianos; interferencia en la actividad vital de la célula; debilitamiento de la sensibilidad de los macrófagos a las señales activadoras de los linfocitos T; reducción de la función presentadora de antígenos de los macrófagos y el debilitamiento asociado de las reacciones de los linfocitos T citotóxicos configurados para destruir las células infectadas.

Por supuesto, las características de la pared celular desempeñan un papel importante para garantizar esto, así como las capacidades metabólicas y funcionales. En el primer contacto con las micobacterias, el sistema inmunitario del macroorganismo no puede activar la inmunidad humoral ni neutralizar y eliminar rápidamente la célula del organismo, ya que las cadenas alifáticas móviles de la pared micobacteriana impiden evaluar las estructuras superficiales del patógeno y transmitir la información relevante para la síntesis del conjunto necesario de anticuerpos.

La alta hidrofobicidad de las micobacterias garantiza contactos inespecíficos, es decir, independientes del receptor, con los macrófagos. Al formar un fagosoma alrededor de la célula micobacteriana, el macrófago la coloca en su interior. Los complejos superficiales de micosido y lipoarabinomanano pueden ser reconocidos por los receptores, pero las señales que se activan a través de ellos no activan o activan débilmente a los macrófagos. Como resultado, la fagocitosis no se acompaña de la liberación de radicales libres de oxígeno y nitrógeno. Se cree que esto es más característico de las cepas virulentas de M. tuberculosis, que, debido a las características estructurales del lipoarabinomanano, inician una fagocitosis no agresiva. Otros receptores de macrófagos, en particular el CD 14 y los receptores del componente del complemento C3 (CR1-CR3), también participan en el reconocimiento de M. tuberculosis.

Habiendo penetrado dentro del macrófago, la micobacteria incluye una serie de mecanismos que impiden la formación del fagolisosoma: la producción de amonio, que alcaliniza el ambiente dentro del fagosoma, la síntesis de sulfolípidos, que conduce a la formación de una carga negativa en la superficie del fagosoma, que impide la fusión del fagosoma y el lisosoma.

Si se forma un fagolisosoma, la micobacteria, gracias a su potente cubierta cérea, es capaz de neutralizar las reacciones de radicales libres causadas por las sustancias bactericidas de los fagocitos. El amonio alcaliniza el ambiente, bloqueando la actividad de las enzimas lisosomales, y los sulfolípidos neutralizan las proteínas catiónicas membranotrópicas. Además, las micobacterias de la tuberculosis producen enzimas altamente activas con actividad catalasa y peroxidasa, que compiten con los sistemas de peroxidasa de los macrófagos y, simultáneamente, inactivan los hidroperóxidos lisosómicos. Todo esto aumenta la resistencia de las micobacterias al estrés oxidativo.

Una adaptación adicional de las micobacterias consiste en utilizar compuestos de los macrófagos que contienen hierro para sus sistemas enzimáticos y bloquear sus funciones inmunoespecíficas. Los macrófagos son uno de los principales reservorios de hierro, cuyo exceso se acumula en forma de ferritina. El contenido de hierro en los macrófagos alveolares es 100 veces mayor que en los monocitos sanguíneos, lo que sin duda contribuye a su colonización por micobacterias de la tuberculosis.

Las micobacterias ejercen efectos tóxicos sobre los macrófagos mediante endotoxinas y factores inespecíficos. Ambos afectan principalmente al sistema respiratorio de los macrófagos: las mitocondrias. Las endotoxinas incluyen arabinolípidos micólicos, que inhiben la respiración mitocondrial. Las toxinas inespecíficas incluyen productos de la síntesis de la parte lipídica de la célula micobacteriana (ftieno y ácidos ftiónicos), que causan el desacoplamiento de la fosforilación oxidativa. El aumento de los procesos metabólicos en estas condiciones no se acompaña de una síntesis adecuada de ATP. Las células huésped comienzan a experimentar una falta de energía, lo que conduce a la inhibición de su actividad vital y, posteriormente, a la citólisis y la apoptosis.

Es posible que algunos factores de patogenicidad se formen únicamente dentro de las células infectadas, como ocurre con otras bacterias que prefieren un estilo de vida intracelular. Por ejemplo, la salmonela, que parasita dentro de los macrófagos, expresa además más de 30 genes. A pesar de la descripción completa del genoma de la micobacteria de la tuberculosis, el 30 % de los codones están relacionados con proteínas con propiedades desconocidas.

Resistencia de las micobacterias a los fármacos

Desde un punto de vista clínico, la susceptibilidad farmacológica de un microorganismo determina si la quimioterapia estándar con el fármaco indicado puede utilizarse para tratar la enfermedad causada por la cepa aislada. La resistencia predice el fracaso del tratamiento con el fármaco en estudio. En otras palabras, el uso de quimioterapia estándar que produce una concentración sistémica del fármaco que suele ser eficaz en condiciones normales no suprime la proliferación de microorganismos resistentes.

En microbiología, la definición de sensibilidad o resistencia a fármacos se basa en el enfoque poblacional, que implica diferentes grados de resistencia de un conjunto heterogéneo de células microbianas. La resistencia a fármacos se evalúa mediante características cuantitativas, como la concentración mínima inhibitoria (CMI). Por ejemplo, con una CMI de 90, el 90 % de los microorganismos muere (concentración bacteriostática). Por lo tanto, la resistencia debe entenderse como su grado en una parte de la población microbiana, lo que predetermina el fracaso del tratamiento en la mayoría de los casos. Se acepta generalmente que un 10 % de cepas resistentes en toda la población microbiana de un paciente puede tener un efecto patógeno. En tisiobacteriología, para los fármacos antituberculosos de primera línea, es del 1 % (o 20 unidades formadoras de colonias, UFC). Esta parte de la población microbiana es capaz de desplazar a la original en un mes y formar una lesión. Para los fármacos antituberculosos de segunda línea, el criterio de resistencia es un aumento del 10 % en la población microbiana.

El desarrollo de resistencia a fármacos en microorganismos se asocia con la selección en presencia de un antibiótico y con la supervivencia preferente de una porción de la población microbiana que posee mecanismos de protección contra el agente antibacteriano. Cada población contiene un pequeño número de células mutantes (generalmente 10⁻⁴ ^-10⁻⁴ ) resistentes a un fármaco específico. Durante la quimioterapia, las células microbianas sensibles mueren y ^las resistentes se multiplican. Como resultado, las células sensibles son reemplazadas por resistentes.

Las micobacterias inicialmente tienen una alta resistencia natural a muchos fármacos antibacterianos de amplio espectro, pero diferentes especies tienen diferentes espectros y grados de esta sensibilidad.

Se entiende por verdadera resistencia natural una característica permanente específica de especie de los microorganismos asociada a la ausencia de un objetivo para la acción de un antibiótico o a la inaccesibilidad del objetivo debido a la permeabilidad inicialmente baja de la pared celular, a la inactivación enzimática de la sustancia o a otros mecanismos.

La resistencia adquirida es la capacidad de cada cepa de mantenerse viable a concentraciones de antibióticos que inhiben el crecimiento de la mayor parte de la población microbiana. En todos los casos, la adquisición de resistencia está determinada genéticamente: la aparición de nueva información genética o un cambio en el nivel de expresión de los genes propios.

Actualmente se han descubierto diversos mecanismos moleculares de resistencia de Mycobacterium tuberculosis:

• inactivación de antibióticos (inactivación de enzimas), por ejemplo, por β-lactamasas;
• modificación del objetivo de acción (cambio en la configuración espacial de la proteína debido a la mutación de la región correspondiente del genoma):
• hiperproducción del objetivo, lo que conduce a un cambio en la relación agente-objetivo y a la liberación de parte de las proteínas de soporte vital de la bacteria;
• Eliminación activa del fármaco de la célula microbiana (eflujo) debido a la activación de los mecanismos de defensa contra el estrés:
• cambios en los parámetros de permeabilidad de las estructuras externas de la célula microbiana, bloqueando la capacidad del antibiótico para penetrar en la célula;
• inclusión de un "shunt metabólico" (vía metabólica de derivación).

Además del impacto directo sobre el metabolismo de las células microbianas, muchos medicamentos antibacterianos (bencilpenicilina, estreptomicina, rifampicina) y otros factores desfavorables (biocidas del sistema inmunológico) conducen a la aparición de formas alteradas de micobacterias (protoplastos, formas L) y también transfieren las células a un estado latente: la intensidad del metabolismo celular disminuye y la bacteria se vuelve insensible a la acción del antibiótico.

Todos los mecanismos generan diferentes grados de resistencia, lo que genera resistencia a distintas concentraciones de fármacos quimioterapéuticos. Por lo tanto, la aparición de resistencia en las bacterias no siempre se acompaña de una disminución de la eficacia clínica del antibiótico. Para evaluar la eficacia y el pronóstico del tratamiento, es importante conocer el grado de resistencia.

Actualmente, se ha identificado al menos un gen para cada fármaco antituberculoso de primera línea y para la mayoría de los fármacos de reserva. Mutaciones específicas en este gen conducen al desarrollo de variantes resistentes de micobacterias. Dada la amplia distribución de la resistencia a fármacos en micobacterias, es importante una alta tasa de mutación in vivo, mayor que in vitro.

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Tipos de resistencia de las micobacterias a los fármacos

Se distingue entre resistencia primaria y adquirida a los fármacos. Los microorganismos con resistencia primaria incluyen cepas aisladas de pacientes que no han recibido terapia específica o que han recibido fármacos durante un mes o menos. Si no es posible determinar el uso de fármacos antituberculosos, se utiliza el término «resistencia inicial».

La resistencia primaria a fármacos es de gran importancia clínica y epidemiológica; por lo tanto, para su correcta evaluación, es necesario no administrar quimioterapia a un paciente recién diagnosticado con tuberculosis antes del análisis microbiológico del material diagnóstico. La frecuencia de la resistencia primaria a fármacos se calcula como el cociente entre el número de pacientes recién diagnosticados con resistencia primaria y el número total de pacientes recién diagnosticados a los que se les realizó la prueba de sensibilidad a fármacos durante el año. Si se aísla una cepa resistente de un paciente durante el tratamiento antituberculoso administrado durante un mes o más, la resistencia se considera adquirida. La frecuencia de la resistencia primaria a fármacos caracteriza el estado epidemiológico de la población de patógenos de tuberculosis.

La farmacorresistencia adquirida en pacientes recién diagnosticados es consecuencia de un tratamiento fallido (selección incorrecta de fármacos, incumplimiento del régimen, reducción de la dosis, suministro irregular y mala calidad de los medicamentos). Estos factores provocan una disminución de la concentración sistémica de fármacos en sangre y de su eficacia, a la vez que activan los mecanismos de defensa de las células micobacterianas.

Para fines epidemiológicos, se calcula la frecuencia de casos tratados previamente. Para ello, se tienen en cuenta los pacientes registrados para retratamiento tras un ciclo de quimioterapia fallido o recaídas. Se calcula la relación entre el número de cultivos resistentes de Mycobacterium tuberculosis y el número total de cepas analizadas para farmacorresistencia durante el año entre los pacientes de este grupo en el momento de su registro.

En la estructura de resistencia a medicamentos de Mycobacterium tuberculosis se distinguen los siguientes:

Monorresistencia: resistencia a uno de los fármacos antituberculosos, con preservación de la sensibilidad a otros. Con terapia compleja, la monorresistencia se detecta con bastante poca frecuencia, generalmente a la estreptomicina (en el 10-15% de los casos en pacientes recién diagnosticados).

La poliresistencia es la resistencia a dos o más fármacos.

La resistencia a múltiples fármacos es la resistencia simultánea a la isoniazida y la rifampicina (independientemente de la presencia de resistencia a otros fármacos). Suele ir acompañada de resistencia a la estreptomicina, etc. Actualmente, la multirresistencia de los patógenos de la tuberculosis se ha convertido en un fenómeno epidemiológicamente peligroso. Los cálculos muestran que la detección de patógenos con multirresistencia en más del 6,6 % de los casos (entre los pacientes recién diagnosticados) requiere un cambio en la estrategia del Programa Nacional Antituberculoso. Según los datos de seguimiento de la resistencia a los fármacos, la frecuencia de multirresistencia entre los pacientes recién diagnosticados oscila entre el 4 % y el 15 %, entre las recaídas, entre el 45 % y el 55 %, y entre los casos de tratamiento fallido, hasta el 80 %.

La superresistencia es una resistencia a múltiples fármacos combinada con resistencia a las fluoroquinolonas y a uno de los fármacos inyectables (kanamicina, amikacina, capreomicina). La tuberculosis causada por cepas con superresistencia representa una amenaza directa para la vida de los pacientes, ya que otros fármacos antituberculosos de segunda línea no tienen un efecto antibacteriano pronunciado. Desde 2006, algunos países han organizado la vigilancia de la propagación de cepas de micobacterias con superresistencia. En el extranjero, esta variante MDR suele denominarse XDR.

La resistencia cruzada se produce cuando la resistencia a un fármaco conlleva resistencia a otros. En M. tuberculosis, las mutaciones asociadas con la resistencia no suelen estar interrelacionadas. El desarrollo de resistencia cruzada se debe a la similitud de la estructura química de algunos fármacos antituberculosos. La resistencia cruzada se detecta con especial frecuencia dentro de un mismo grupo de fármacos, como los aminoglucósidos. Para predecir la resistencia cruzada, es necesario combinar estudios genéticos de cultivos micobacterianos con estudios microbiológicos de resistencia.

Micobacterias no tuberculosas

Las micobacterias no tuberculosas se transmiten de persona a persona con muy poca frecuencia. La frecuencia de aislamiento de algunas de sus especies en material de pacientes es comparable a la frecuencia de aislamiento de estas especies en objetos ambientales. Las fuentes de infección pueden ser animales de granja, aves y productos no procesados. Las micobacterias se encuentran en el material de sacrificio y en la leche del ganado.

Según los laboratorios bacteriológicos, la prevalencia de micobacterias no tuberculosas en 2004-2005 fue del 0,5-6,2% entre todas las micobacterias en pacientes recién diagnosticados. Es probable que la frecuencia sea algo mayor, ya que el método de procesamiento del material diagnóstico no es óptimo para micobacterias no tuberculosas. Es posible que se encuentren micobacterias saprofitas en el material diagnóstico si no se siguen las normas de recolección o debido a las características del material (por ejemplo, M. smegmatis puede aislarse en la orina de pacientes varones).

En este sentido, es importante confirmar repetidamente el tipo de micobacterias detectado a partir del material del paciente.

Las micobacterias afectan la piel y los tejidos blandos, y también pueden causar micobacteriosis pulmonar, especialmente frecuente en estados de inmunodeficiencia. De localización pulmonar, se detecta con mayor frecuencia en hombres mayores con antecedentes de enfermedades pulmonares crónicas, incluyendo lesiones fúngicas.

De todas las micobacterias, el complejo M. avium-intracellularae es el agente causal más común de micobacteriosis pulmonar en humanos. Provoca enfermedades pulmonares, ganglios linfáticos periféricos y procesos diseminados. En el norte de Europa, aproximadamente el 60% de las micobacteriosis pulmonares son fibrocavernosas e infiltrativas, y presentan una evolución crónica debido a la alta resistencia a los fármacos antituberculosos.

M. kansasii son los agentes causales de la enfermedad pulmonar crónica similar a la tuberculosis. La quimioterapia es más efectiva debido a la mayor sensibilidad de M. kansasii a los medicamentos antibacterianos. M. xenopi y M. malmoense causan principalmente enfermedades pulmonares crónicas. Pueden contaminar los sistemas de suministro de agua caliente y fría. El hábitat de M. malmoens no está completamente establecido. M. xenopi muestra bastante buena sensibilidad a la terapia antituberculosa. M. malmoense muestra bastante alta sensibilidad a los antibióticos in vitro, pero el tratamiento conservador a menudo es ineficaz e incluso fatal. M. fortuitum y M. chelonae son reconocidos como agentes causales de enfermedades de los huesos y los tejidos blandos debido a la contaminación directa de una herida durante un traumatismo, una cirugía y una lesión penetrante. Causan hasta el 10% de las micobacteriosis pulmonares. Se presenta como una lesión bilateral destructiva crónica, a menudo fatal. Los medicamentos antituberculosos y los antibióticos de amplio espectro no son activos o tienen poca actividad contra estos tipos de micobacterias.

En las regiones del sur, las micobacteriosis de la piel y los tejidos blandos causadas por M. leprae y M. ulceranse están muy extendidas. La identificación de micobacterias no tuberculosas se lleva a cabo en los laboratorios de las principales instituciones antituberculosas del país. Esto requiere laboratorios altamente cualificados y bien equipados.