Corinebacteria

Corynebacterium () es un género de bacterias Gram positivas y la mayoría son aeróbicas. Son bacilos (en forma de bastón) y en algunas fases de la vida tienen, más específicamente, forma de maza, lo que inspiró el nombre del género (corineform significa "en forma de maza" ).

Están ampliamente distribuidos en la naturaleza en la microbiota de los animales (incluida la microbiota humana) y son en su mayoría inocuos, existiendo más comúnmente en relaciones comensales con sus huéspedes. Algunos, como C. glutamicum, son útiles comercial e industrialmente. Otros pueden causar enfermedades humanas, incluida, en particular, la difteria, causada por C. difteria. Al igual que con varias especies de microbiota (incluidos sus parientes en los géneros Arcanobacterium y Trueperella), generalmente no son patógenas, pero ocasionalmente pueden aprovechar de manera oportunista el acceso atípico a los tejidos (a través de heridas) o defensas debilitadas del huésped.

Taxonomía

El género Corynebacterium fue creado por Lehmann y Neumann en 1896 como un grupo taxonómico para contener los bastones bacterianos responsables de causar la difteria. El género se definió en base a características morfológicas. Con base en estudios de ARNr 16S, se han agrupado en la subdivisión de Eubacterias Gram positivas con alto contenido de G:C, con estrecha relación filogenética con Arthrobacter, Mycobacterium, Nocardia y Streptomyces.

El término proviene del griego κορύνη, korýnē 'garrote, maza, bastón, brote o brote de planta nudosa' y βακτήριον, baktḗrion 'pequeña vara&# 39;. El término "difteroides" se utiliza para representar corinebacterias que no son patógenas; por ejemplo, C. diftheriae quedaría excluida. El término difteroide proviene del griego διφθέρα, diphthérā &# 39;cuero preparado, cuero'.

Genómica

El análisis comparativo de genomas corinebacterianos ha llevado a la identificación de varios indeles de firma conservados (CSI) que son exclusivos del género. Dos ejemplos de CSI son una inserción de dos aminoácidos en una región conservada de la enzima fosforribosa difosfato: decaprenil-fosfato fosforribosiltransferasa y una inserción de tres aminoácidos en la acetato quinasa, los cuales se encuentran solo en Corynebacterium especie. Ambos indeles sirven como marcadores moleculares para especies del género Corynebacterium. Además, se han identificado 16 proteínas distintivas conservadas, que se encuentran de forma única en las especies de Corynebacterium. Tres de ellos tienen homólogos que se encuentran en el género Dietzia, que se cree que es el género más cercano a Corynebacterium. En árboles filogenéticos basados en secuencias de proteínas concatenadas o ARNr 16S, el género Corynebacterium forma un clado distinto, dentro del cual hay un subclado distinto, el grupo I. El grupo está formado por la especie C. diphtheriae, C. pseudotuberculosis, C. ulcerans, C. aurimucosum, C. glutamicum, y C. eficientes. Este grupo se distingue por varios indeles característicos conservados, como una inserción de dos aminoácidos en LepA y unas inserciones de siete u ocho aminoácidos en RpoC. Además, 21 proteínas distintivas conservadas se encuentran solo en los miembros del grupo I. Se ha propuesto otro grupo, que consta de C. jeikeium y C. urealyticum, que está respaldado por la presencia de 19 proteínas distintivas conservadas que son exclusivas de estas dos especies. Corynebateria tiene un alto contenido de G+C que oscila entre 46 y 74% molar.

Características

Las características principales del género Corynebacterium fueron descritas por Collins y Cummins, para Coryn Taylor en 1986. Son grampositivos, catalasa positivos, no formadores de esporas, no móviles, Bacterias con forma de bastón, rectas o ligeramente curvadas. Generalmente hay gránulos metacromáticos que representan regiones de fosfato almacenado. Su tamaño oscila entre 2 y 6 µm de longitud y 0,5 µm de diámetro. Las bacterias se agrupan de una manera característica, que se ha descrito como la forma de una "V", "empalizada" o "caracteres chinos". También pueden parecer elípticos. Son quimioorganotrofos aeróbicos o anaeróbicos facultativos. Son pleomórficos a lo largo de sus ciclos de vida, se presentan en varias longitudes y con frecuencia tienen engrosamientos en ambos extremos, dependiendo de las condiciones del entorno.

Algunas corinebacterias son lipofílicas (como los grupos corineformes F-1 y G de CDC, C. accolens, C. afermentans subsp. lipophilum , C. bovis, C. jeikeium, C. macginleyi, C. uropygiale y C . urealyticum), pero las corinebacterias médicamente relevantes normalmente no lo son. Las bacterias no lipofílicas pueden clasificarse como fermentativas (como C. amycolatum; C. argentoratense, miembros del grupo C. diphtheriae, C. glucuronolyticum, C. glutamicum, C. matruchotii, C. minutissimum, C. striatum i> y C. xerosis) o no fermentativos (como C. afermentans subsp. afermentans, C. auris, C. pseudodiphtheriticum y C. propinquum).

Pared celular

La pared celular es distintiva, con predominio de ácido mesodiaminopimélico en la pared de mureína y muchas repeticiones de arabinogalactano, así como ácido corinmicólico (un ácido micólico con 22 a 26 átomos de carbono), unido por enlaces disacáridos llamados L-Rhap. -(1 → 4)--D-GlcNAc-fosfato. Estos forman un complejo que se observa comúnmente en las especies de Corynebacterium: el micolil-AG-peptidoglicano (mAGP). A diferencia de la mayoría de las corinebacterias, Corynebacterium kroppenstedtii no contiene ácidos micólicos.

Cultura

Las corinebacterias crecen lentamente, incluso en medios enriquecidos. En los requerimientos nutricionales, todos necesitan biotina para crecer. Algunas cepas también necesitan tiamina y PABA. Algunas de las especies de Corynebacterium con genomas secuenciados tienen entre 2,5 y 3,0 millones de pares de bases. Las bacterias crecen en medio de Loeffler, agar sangre y agar tripticasa de soja (TSA). Forman colonias pequeñas, grisáceas, de apariencia granular, en su mayoría translúcidas, pero con centros opacos, convexos, de bordes continuos. El color tiende a ser blanco amarillento en el medio de Loeffler. En TSA, pueden formar colonias grises con centros negros y bordes dentados que se asemejan a flores (C. gravis), bordes continuos (C. mitis) o una mezcla de las dos formas (C. intermedium).

Hábitat

Corynebacterium se encuentran comúnmente en la naturaleza en el suelo, el agua, las plantas y los productos alimenticios. La especie Corynebacterium no difteroide se puede encontrar incluso en las mucosas y en la flora cutánea normal de humanos y animales. Recientemente se ha informado de hábitats inusuales, como la glándula de acicalamiento de las aves, para Corynebacterium uropygiale. Algunas especies son conocidas por sus efectos patógenos en humanos y otros animales. Quizás el más notable sea C. diphtheriae, que adquiere la capacidad de producir toxina diftérica sólo después de interactuar con un bacteriófago. Otras especies patógenas en humanos incluyen: C. amycolatum, C. striatum, C. jeikeium, C. urealyticum y C. xerosis; todos estos son importantes como patógenos en pacientes inmunodeprimidos. Las especies patógenas en otros animales incluyen C. bovis y C. renale. Se ha descubierto que este género es parte del microbioma salival humano.

Papel en la enfermedad

La infección humana más notable es la difteria, causada por C. difteria. Es una infección aguda y contagiosa caracterizada por pseudomembranas de células epiteliales muertas, glóbulos blancos, glóbulos rojos y fibrina que se forman alrededor de las amígdalas y la parte posterior de la garganta. En los países desarrollados, es una enfermedad poco común que tiende a ocurrir en personas no vacunadas, especialmente niños en edad escolar, ancianos, pacientes neutropénicos o inmunocomprometidos y aquellos con prótesis como válvulas cardíacas protésicas, derivaciones o catéteres. Es más común en países en desarrollo. Ocasionalmente puede infectar heridas, la vulva, la conjuntiva y el oído medio. Se puede transmitir dentro de un hospital. Las cepas virulentas y toxigénicas producen una exotoxina formada por dos cadenas polipeptídicas, que a su vez se produce cuando una bacteria es transformada por un gen del profago β.

Varias especies causan enfermedades en animales, más notablemente C. pseudotuberculosis, que causa la enfermedad linfadenitis caseosa, y algunas también son patógenas en humanos. Algunos atacan a huéspedes sanos, mientras que otros tienden a atacar a los inmunocomprometidos. Los efectos de la infección incluyen linfadenopatía granulomatosa, neumonitis, faringitis, infecciones de la piel y endocarditis. La endocarditis corinebacteriana se observa con mayor frecuencia en pacientes con dispositivos intravasculares. Varias especies de Corynebacterium pueden causar tricomicosis axillaris. C. striatum puede causar olor axilar. C. minutissimum causa eritrasma.

Usos industriales

Las especies no patógenas de Corynebacterium se utilizan para importantes aplicaciones industriales, como la producción de aminoácidos y nucleótidos, la bioconversión de esteroides, la degradación de hidrocarburos, el envejecimiento del queso y la producción de enzimas. Algunas especies producen metabolitos similares a los antibióticos: bacteriocinas del tipo corinecina-linocina, agentes antitumorales, etc. Una de las especies más estudiadas es C. glutamicum, cuyo nombre hace referencia a su capacidad de producir ácido glutámico en condiciones aeróbicas.

La producción de L-lisina es específica de C. glutamicum en el que las enzimas metabólicas centrales se manipulan mediante ingeniería genética para impulsar el flujo metabólico hacia la producción de NADPH a partir de la vía de las pentosas fosfato y L-4-aspartil fosfato, el paso de compromiso para la síntesis de L-lisina, lysC. , dapA, dapC y dapF. Estas enzimas se regulan positivamente en la industria mediante ingeniería genética para garantizar que se produzcan cantidades adecuadas de precursores de lisina para aumentar el flujo metabólico. Pueden ocurrir reacciones secundarias no deseadas, como la producción de treonina y asparagina, si se produce una acumulación de intermediarios, por lo que los científicos han desarrollado cepas mutantes de C. glutamicum mediante ingeniería de PCR y desactivaciones químicas para garantizar que la producción de enzimas de reacción secundaria sea limitado. Muchas manipulaciones genéticas realizadas en la industria se realizan mediante métodos tradicionales de cruce o inhibición de activadores transcripcionales.

La expresión del factor de crecimiento epidérmico humano funcionalmente activo se ha producido en C. glutamicum, demostrando así un potencial para la producción a escala industrial de proteínas humanas. Las proteínas expresadas pueden ser objeto de secreción a través de la vía secretora general o de la vía de translocación de arginina gemela.

A diferencia de las bacterias gramnegativas, las especies grampositivas Corynebacterium carecen de lipopolisacáridos que funcionan como endotoxinas antigénicas en los humanos.

Especie

Corynebacterium comprende las siguientes especies: