Escherichiosis (género Escherichia, E. coli)

El principal representante del género Escherichia, E. coli, fue descubierto en 1885 por T. Escherich, de quien este género de bacterias recibe su nombre. Características clave de este género: peritricosas (o inmóviles), fermentan la lactosa con la formación de ácido y gas (o son lactosa-negativas), no crecen en un medio de inanición con citrato, la reacción de Voges-Proskauer es negativa, la prueba de RM es positiva, carecen de fenilalanina desaminasa, no crecen en un medio con KCN, y el contenido de G + C en el ADN es del 50-51 % molar.

El género Escherichia incluye al menos siete especies; la especie E. coli es de particular importancia en medicina, en particular las variantes que causan enfermedades humanas. Se dividen en dos grupos principales: las que causan enfermedades extraintestinales y las que causan enfermedades intestinales agudas (EIA). Los representantes de las primeras se dividen en tres grupos patológicos:

1. meníngea (MENEC - meningitis E. coli);
2. septicémico (SEPEC - septicemia E. coli) y
3. uropatógeno (UPEC - E. coli uropatógeno).

A su vez, las variantes de E. coli causantes de infecciones respiratorias agudas se dividieron inicialmente en las siguientes cuatro categorías: E. coli enterotoxigénica (ETEC); E. coli enteroinvasiva (EIEC); E. coli enteropatógena (EPEC) y E. coli enterohemorrágica (EHEC). Posteriormente, se identificaron dos categorías más: E. coli enteroagregativa (EAEC) y E. coli difusamente agregativa (DAEC).

Además, E. coli se utiliza en las normas internacionales como indicador del grado de contaminación fecal del agua, especialmente del agua potable, y de los productos alimenticios.

La cepa estándar de E. coli (E. coli K-12) se utiliza ampliamente en laboratorios de muchos países alrededor del mundo para estudiar la genética de las bacterias.

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Morfología

E. coli es un anaerobio facultativo que crece bien en medios nutritivos convencionales. Las colonias en agar son redondas, convexas y translúcidas. El crecimiento en caldo se presenta en forma de turbidez difusa. La temperatura óptima de crecimiento es de 37 °C, crece en un rango de 10 a 45 °C, y el pH óptimo es de 7,2 a 7,5. En todos los medios de diagnóstico diferencial, las colonias de E. coli en descomposición de lactosa se colorean con el color del indicador (en el medio Endo, carmesí oscuro con un brillo metálico).

Propiedades bioquímicas

En la mayoría de los casos, E. coli es capaz de fermentar los siguientes carbohidratos para formar ácido y gas: glucosa, lactosa, manitol, arabinosa, galactosa, a veces sacarosa y algunos otros carbohidratos; forma indol; usualmente no forma H₂S _; reduce nitratos a nitritos, no licúa la gelatina, no crece en un medio de inanición con citrato, da una reacción positiva con MR y una reacción negativa con Voges-Proskauer. Por estas señales, puede distinguirse fácilmente de los patógenos de varias enfermedades (disentería, fiebre tifoidea, salmonelosis, etc.). Sin embargo, las E. coli patógenas muy a menudo no difieren de las no patógenas ni por las propiedades culturales ni bioquímicas.

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Factores de patogenicidad de E. coli

La capacidad de E. coli de causar diversas enfermedades se debe a la presencia de los siguientes factores de patogenicidad:

Factores de adhesión y colonización. Son necesarios para la adhesión a las células tisulares y su colonización. Se han descubierto tres variantes del factor de colonización: a) CFA/I-CFA/VI (factor de colonización): presentan una estructura fimbrial; b) EAF (factor de adherencia de E. coli enteropatógena): intimina, una proteína de la membrana externa, codificada por el gen eaeA. Presente en 4 y EHEC, se detecta por la capacidad de las bacterias para unirse a las células Hep-2; c) Adhesión Henle-407: estructuras fimbriales, detectadas por la capacidad de las bacterias para unirse a las células Henle-407. Todos ellos están codificados por genes plasmídicos. Además de estos, se han descrito otros factores de colonización, que también pueden incluir lipopolisacáridos bacterianos.

Factores de invasión. Con su ayuda, por ejemplo, las EIEC y las EHEC penetran en las células epiteliales intestinales, se multiplican en ellas y provocan su destrucción. La función de los factores de invasión la desempeñan las proteínas de la membrana externa.

Exotoxinas. Se ha descubierto que la bacteria patógena E. coli contiene exotoxinas que dañan las membranas (hemolisina), inhiben la síntesis de proteínas (toxina Shiga) y activan mensajeros secundarios (toxinas de comunicación): CNF, ST, CT, CLTD y EAST.

Las hemolisinas son producidas por diversos patógenos, incluyendo E. coli. La hemolisina es una toxina porosa. Primero se une a la membrana celular diana y luego forma un poro en ella, a través del cual entran y salen pequeñas moléculas e iones, lo que provoca la muerte celular y la lisis de los eritrocitos.

La toxina Shiga (STX) se descubrió inicialmente en Shigella dysenteriae, y posteriormente se encontró una toxina similar (toxina similar a Shiga) en EHEC. Esta toxina (N-glicosidasa) bloquea la síntesis de proteínas al interactuar con el ARNr 28S, lo que provoca la muerte celular (citotoxina). Existen dos tipos de toxina similar a Shiga: STX-1 y STX-2. La STX-1 es casi idéntica a la toxina Shiga en sus propiedades antigénicas, mientras que la STX-2 difiere de la toxina Shiga en sus propiedades antigénicas y, a diferencia de la STX-1, no se neutraliza con antisuero. La síntesis de las citotoxinas STX-1 y STX-2 está controlada en E. coli por los genes de los profagos de conversión moderada 9331 (STX-1) y 933W (STX-2).

• La toxina L (toxina termolábil) es una ADP-ribosiltransferasa que, al unirse a una proteína G, provoca diarrea.
• La toxina ST (toxina termoestable), al interactuar con el receptor de la guanilato ciclasa, estimula su actividad y provoca diarrea.
• El CNF (factor necrótico citotóxico) es una proteína desamidasa que daña las proteínas RhoG. Esta toxina se encuentra en la UPEC, causante de infecciones del tracto urinario.
• La toxina CLTD es una toxina desintegrante citoletal. Su mecanismo de acción es poco conocido.
• La toxina EAST es una toxina termoestable de E. coli enteroagregativa (EAEC), probablemente similar a la toxina termoestable (ST).

Las endotoxinas son lipopolisacáridos. Determinan la especificidad antigénica de las bacterias (determinada por la repetición de la cadena lateral de azúcares) y la forma de las colonias (la pérdida de cadenas laterales provoca la transformación de colonias S en colonias R).

Por lo tanto, los factores de patogenicidad de E. coli están controlados no solo por los genes cromosómicos de la célula huésped, sino también por genes introducidos por plásmidos o fagos convertidores atemperados. Todo esto indica la posibilidad de la aparición de variantes patógenas de E. coli como resultado de la propagación de plásmidos y fagos convertidores atemperados entre ellos. A continuación se presenta una breve descripción de cuatro categorías de E. coli causantes de infecciones respiratorias agudas; no se encontró información sobre las categorías DAEC y EAEC recientemente identificadas en las fuentes disponibles.

La ETEC incluye 17 serogrupos. Los factores de adhesión y colonización de la estructura fimbrial del tipo CFA y las enterotoxinas (LT o ST, o ambas) están codificados por el mismo plásmido o plásmidos. Colonizan las vellosidades sin dañarlas. Las enterotoxinas alteran el metabolismo hidrosalino. El proceso se localiza en el intestino delgado. La dosis infecciosa es de 10⁻⁶ a 10⁻⁶ células. La enfermedad se presenta como una diarrea similar al cólera. Las epidemias se transmiten por el agua y, con menor frecuencia, por los alimentos. Afecta a niños de 1 a 3 años y a adultos.

La EIEC incluye 9 serogrupos; su patogenicidad se asocia a la capacidad de penetrar en las células epiteliales de la mucosa intestinal y multiplicarse en su interior, causando su destrucción. Estas propiedades están codificadas, además de por genes cromosómicos, por genes plasmídicos (140 MD). El plásmido codifica la síntesis de proteínas de la membrana externa, que determinan la invasión. Tanto el propio plásmido como las proteínas que codifica están relacionados con las de los patógenos de la disentería, lo que explica la similitud de la EIEC con la shigella. La dosis infecciosa es de 10 células. La localización del proceso es el íleon inferior y el intestino grueso. La enfermedad se presenta como una disentería: inicialmente diarrea acuosa, luego síndrome colínico. Afecta a niños de 1,5 a 2 años, adolescentes y adultos. Tipo de brote: alimentos, agua.

Epidemiología

E. coli representa la microflora intestinal normal de todos los mamíferos, aves, reptiles y peces. Por lo tanto, para aclarar qué variantes de E. coli causan escherichiosis y por qué, fue necesario estudiar la estructura del antígeno, desarrollar una clasificación serológica necesaria para identificar serovariantes patógenas y determinar qué factores de patogenicidad poseen, es decir, por qué son capaces de causar diversas formas de escherichiosis.

E. coli presenta 171 variantes del antígeno O (01-0171), 57 variantes del antígeno H (H1-H57) y 90 variantes de superficie (capsular) del antígeno K. Sin embargo, en realidad existen 164 grupos de antígenos O y 55 serovariantes del antígeno H, ya que algunos de los serogrupos 0:H previos se excluyeron de la especie E. coli, pero los números ordinales de los antígenos O y H se mantuvieron sin cambios. Las características antigénicas de E. coli diarreogénica incluyen los números de los antígenos O y H; por ejemplo, 055:116; 0157:H7; el antígeno O indica la pertenencia a un serogrupo específico, y el antígeno H es su serovariante. Además, un estudio más profundo de los antígenos O y H reveló los llamados antígenos factor O y H, es decir, sus subvariantes antigénicas, como H2a, H2b, H2c u O20, O20a, O20ab, etc. En total, la lista de E. coli diarreogénica incluye 43 serogrupos O y 57 serovariantes OH. Esta lista se actualiza constantemente con nuevas serovariantes.

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Síntomas

El grupo incluye 9 serogrupos de clase 1 y cuatro serogrupos de clase 2. Los serogrupos de clase 1 tienen un plásmido (60 MDa) que controla la síntesis del factor de adhesión y colonización del tipo EAF. Está representado por una proteína localizada en la membrana externa y se detecta por la capacidad de las bacterias para unirse a las células HEp-2. La proteína tiene un pm de 94 kDa. Los serogrupos de clase 2 no tienen este plásmido; su patogenicidad se debe a otros factores. Se ha encontrado que algunas cepas de ambas clases pueden sintetizar STX. 4 colonizan la membrana plasmática de los enterocitos, causando daño a la superficie epitelial con la formación de erosiones e inflamación moderada. La dosis infecciosa es de 105-10 ¹² células. El proceso se localiza en el intestino delgado. La enfermedad se caracteriza por diarrea acuosa y deshidratación grave. En su mayoría, los niños en el primer año de vida están enfermos. La vía de contagio es por contacto doméstico y, con menor frecuencia, por alimentos.

Los serogrupos EIEC y 4 son las causas más comunes de brotes nosocomiales.

Las ECEH producen las citotoxinas STX-1 y STX-2. Causan colitis hemorrágica en humanos con complicaciones graves como uremia hemolítica y púrpura trombocitopénica trombótica. Las toxinas destruyen las células endoteliales de los vasos sanguíneos pequeños. La formación de coágulos sanguíneos y la deposición de fibrina provocan alteración del flujo sanguíneo, hemorragia, isquemia y necrosis en la pared celular. El síndrome hemolítico urémico puede ser mortal. Las ECEH están representadas por muchos serotipos (-150), pero el principal papel epidemiológico lo desempeñan E. coli 0157-H7 y su mutante flagelado E. coli 0157:NM, ya que solo ellas producen STX. Estas cepas bacterianas pueden secretar solo una de las citotoxinas o ambas simultáneamente. Se cree que el reservorio natural de los serotipos de ECEH, incluida E. coli 0157:H7, son el ganado vacuno y ovino. La vía de infección más común es la alimentaria (carne, especialmente carne picada; leche). La E. coli 0157:H7 presenta una resistencia excepcional a factores adversos. Esto contribuye a su supervivencia y reproducción en diversos productos. La infección es posible a través del contacto con artículos del hogar. El inicio de la enfermedad es agudo: se presentan espasmos intestinales, seguidos de diarrea, inicialmente acuosa y posteriormente sanguinolenta. Tanto niños como adultos se enferman. Una persona enferma es contagiosa.

Diagnóstico de laboratorio

Se basa en el aislamiento de un cultivo puro del patógeno y su identificación, así como en la prueba de toxinas mediante PCR. El agente causal de la escherichiosis se identifica utilizando un conjunto de sueros OK polivalentes y un conjunto de sueros adsorbidos que contienen anticuerpos solo para ciertos antígenos. Se puede utilizar una prueba queratoconjuntival para identificar EIEC. Algunos representantes de EIEC son inmóviles y no fermentan la lactosa ni la salicina. La identificación de E. coli 0157:H7 se ve facilitada por su incapacidad para fermentar sorbitol (se utiliza medio Endo con sorbitol en lugar de lactosa). Pero es mejor utilizar sistemas de prueba PCR para identificar y diferenciar patógenos OKZ (todas las categorías). Si es necesario, se determina la sensibilidad de los patógenos aislados a los antibióticos.

Tratamiento de E. coli

Se utilizan diversos antibióticos. Las soluciones salinas orales se utilizan para restaurar el metabolismo hidrosalino alterado. Se presentan en bolsas de celofán en forma de polvos que contienen 3,5 g de NaCl, 2,5 g de NaHCO3, 1,5 g de KCl y 20,0 g de glucosa, y se disuelven en un litro de agua.