Corynebacterium diphtheriae

Corynebacterium diphtheriae es la bacteria patógena que causa la difteria. También se le conoce como bacilo de Klebs-Löffler, porque fue descubierto en 1884 por los bacteriólogos alemanes Edwin Klebs (1834-1912) y Friedrich Löffler (1852-1915). Las bacterias suelen ser inofensivas a menos que estén infectadas por un bacteriófago que porta un gen que genera una toxina. Esta toxina causa la enfermedad. La difteria es causada por la adhesión e infiltración de bacterias en las capas mucosas del cuerpo, afectando principalmente al tracto respiratorio y la posterior liberación de una endotoxina. La toxina tiene un efecto localizado sobre las lesiones cutáneas, así como efectos proteolíticos metastásicos en otros sistemas de órganos en infecciones graves. Originalmente una causa importante de mortalidad infantil, la difteria ha sido erradicada casi por completo gracias a la administración vigorosa de la vacuna contra la difteria en la década de 1910.

La difteria ya no se transmite con tanta frecuencia debido al desarrollo de la vacuna DTaP. Aunque siguen produciéndose brotes de difteria, esto suele ocurrir en países en desarrollo donde la mayoría de la población no está vacunada.

Clasificación

Se reconocen cuatro subespecies: C. d. mitis, C. d. intermedius, C. d. gravis y C. d. belfanti. Las cuatro subespecies difieren ligeramente en su morfología colonial y propiedades bioquímicas, como la capacidad de metabolizar ciertos nutrientes. Todos pueden ser toxigénicos (y por tanto causar difteria) o no toxigénicos.

La subtipificación de cepas implica comparar especies de bacterias y categorizarlas en subespecies. La subtipificación de cepas también ayuda a identificar el origen del brote de una determinada bacteria. Sin embargo, cuando se trata de subtipificar C. diphtheriae, no existe mucha clasificación útil o precisa debido a la falta de recursos disponibles públicamente para identificar cepas y, por tanto, encontrar el origen de los brotes.

Toxina

C. diphtheriae produce toxina diftérica que altera la función de las proteínas en el huésped al inactivar el factor de elongación EF-2. Esto causa faringitis y 'pseudomembrana' En la garganta. Las cepas toxigénicas son aquellas que han sido infectadas con un bacteriófago.

El gen de la toxina diftérica está codificado por el bacteriófago que se encuentra en las cepas toxigénicas, integrado en el cromosoma bacteriano.

El represor de la toxina diftérica está controlado principalmente por el hierro. Sirve como cofactor esencial para la activación de la unión al ADN objetivo. A Se requiere una baja concentración de hierro en el medio para la producción de toxinas. En altas concentraciones de hierro, las moléculas de hierro se unen a un aporepresor del bacteriófago beta, que porta el gen Tox. Cuando se une al hierro, el aporrepresor detiene la producción de toxinas. La prueba de toxigenicidad de Elek se utiliza para determinar si el organismo es capaz de producir la toxina diftérica.

Identificación

Para identificar C. diphtheriae, se realiza una tinción de Gram para mostrar organismos grampositivos altamente pleomórficos que a menudo parecen letras chinas. Tinciones como la tinción de Albert y la tinción de Ponder se utilizan para demostrar los gránulos metacromáticos formados en las regiones polares. Los gránulos se denominan gránulos polares, gránulos de Babes Ernst o gránulos de volutina. Se utiliza un medio de enriquecimiento, como el medio de Löffler, para cultivar preferentemente C. difteria. Después de eso, una placa diferencial conocida como agar telurito permite que todas las Corynebacteria (incluida C. diphtheriae) reduzcan el telurito a telurio metálico. La reducción del telurito está indicada colorimétricamente por colonias marrones para la mayoría de las especies de Cornyebacterium o por un halo negro alrededor del C. colonias de difteriae. El organismo produce catalasa pero no ureasa, lo que lo diferencia de Corynebacterium ulcerans. C. diphtheriae no produce pirazinamidasa que se diferencia de Corynebacterium striatum y Corynebacterium jeikeium.

Patogenicidad

Corynebacterium diphtheriae es la bacteria que causa la enfermedad llamada difteria. Los bacteriófagos introducen un gen en las células bacterianas que convierte una cepa en toxigénica. Las cepas que no están infectadas con estos virus son inofensivas. C. diphtheriae es una bacteria grampositiva, no formadora de esporas y no móvil, con forma de bastón. C. diphtheriae ha demostrado infectar exclusivamente a los humanos. Se cree que los humanos pueden ser el reservorio de este patógeno. Sin embargo, ha habido casos extremadamente raros en los que C. diphtheriae se ha encontrado en animales. Estas infecciones sólo fueron toxigénicas en dos perros y dos caballos.

La enfermedad ocurre principalmente en regiones tropicales y países en desarrollo. Las personas inmunodeprimidas, los adultos mal inmunizados y los niños no vacunados corren el mayor riesgo de contraer difteria. El modo de transmisión es el contacto de persona a persona a través de gotitas respiratorias (es decir, tos o estornudos). Con menos frecuencia, también se puede transmitir al tocar llagas abiertas o superficies contaminadas. Durante el curso típico de la enfermedad, la región del cuerpo más comúnmente afectada es el sistema respiratorio superior. Una capa espesa y gris se acumula en la región nasofaríngea, lo que dificulta la respiración y la deglución. La enfermedad sigue siendo contagiosa durante al menos dos semanas después de la desaparición de los síntomas, pero se sabe que dura hasta un mes.

Las rutas de entrada más comunes para C. difteriae son la nariz, las amígdalas y la garganta. Las personas que padecen la enfermedad pueden experimentar dolor de garganta, debilidad, fiebre e inflamación de los ganglios. Esto podría provocar síntomas aún más peligrosos, como dificultad para respirar. Si no se trata, la toxina de la difteria puede ingresar al torrente sanguíneo y causar daño a los riñones, los nervios y el corazón. Las complicaciones extremadamente raras incluyen asfixia y parálisis parcial. Una vacuna, DTaP, previene eficazmente la enfermedad y es obligatoria en los Estados Unidos para participar en la educación pública y algunas profesiones (se aplican excepciones).

El primer paso de C. La infección por difteria consiste en bacterias toxigénicas que colonizan una capa mucosa. En niños pequeños, esto ocurre típicamente en la mucosa del tracto respiratorio superior. En los adultos, la infección se limita principalmente a la región de las amígdalas. Algunos sitios inusuales de infección incluyen el corazón, la laringe, la tráquea, los bronquios y las áreas anteriores de la boca, incluida la mucosa bucal, los labios, la lengua y el paladar duro y blando. Las bacterias tienen una serie de factores de virulencia que les ayudan a localizarse en áreas del tracto respiratorio, muchos de los cuales aún no se comprenden completamente, ya que la difteria no afecta a muchos huéspedes modelo, como los ratones. Un factor de virulencia común que se ha estudiado in vitro es la DIP0733, una proteína multifuncional que ha demostrado tener un papel en la adhesión bacteriana a las células huésped y cualidades de unión a fibrogenos. En experimentos con cepas mutantes de C. diphtheriae, la adhesión y la infiltración epitelial disminuyeron significativamente. La capacidad de unirse a matrices extracelulares ayuda a las bacterias a evitar la detección por parte del sistema inmunológico del cuerpo.

La lesión diftérica suele estar cubierta por una pseudomembrana compuesta de fibrina, células bacterianas y células inflamatorias. La toxina diftérica se puede escindir proteolíticamente en dos fragmentos: un fragmento A N-terminal (dominio catalítico) y un fragmento B (dominio transmembrana y de unión al receptor). El fragmento A cataliza la ribosilación ADP dependiente de NAD+ del factor de elongación 2, inhibiendo así la síntesis de proteínas en células eucariotas. El fragmento B se une al receptor de la superficie celular y facilita la entrega del fragmento A al citosol.

Una vez que las bacterias se han localizado en un área, comienzan a multiplicarse y crean la pseudomembrana inflamatoria. En las personas con difteria facial la pseudomembrana suele crecer sobre la amígdala y las estructuras accesorias, la úvula, el paladar blando y posiblemente el área nasofaríngea. En la difteria del tracto respiratorio superior, la pseudomembrana puede crecer en la faringe, la laringe, la tráquea y los bronquios/bronquiolos. La pseudomembrana comienza con un color blanco y luego se vuelve gris sucio y dura debido al epitelio necrótico.

La formación de pseudomembranas en la tráquea o los bronquios disminuirá la eficiencia del flujo de aire. Con el tiempo, la velocidad de difusión en los alvéolos disminuye debido al menor flujo de aire y disminuye la presión parcial de oxígeno en la circulación sistémica, lo que puede provocar cianosis y asfixia.

Transmisión

El modo de transmisión es el contacto de persona a persona a través de gotitas respiratorias (es decir, tosiendo o estornudando) y, con menor frecuencia, al tocar llagas abiertas o superficies contaminadas.

Vacuna

Una vacuna, DTaP, previene eficazmente la enfermedad y es obligatoria en los Estados Unidos para participar en la educación pública y algunas profesiones (se aplican excepciones).

La invención de la vacuna toxoide, que brinda protección contra Corynebacterium diphtheriae, provocó un cambio dramático en la tasa de infección de la bacteria en los Estados Unidos. Aunque la vacuna se fabricó por primera vez a principios del siglo XIX, no estuvo ampliamente disponible hasta principios de la década de 1910. Según la Encuesta Nacional de Examen de Salud y Nutrición (NHANES), "el 80 por ciento de las personas de 12 a 19 años eran inmunes a la difteria" debido al amplio uso de la vacuna en los Estados Unidos.

Diagnóstico

Diagnóstico de C respiratoria. diphtheriae se elabora en función de la presentación clínica, mientras que la difteria no respiratoria puede no sospecharse clínicamente, por lo que las pruebas de laboratorio son más confiables. El cultivo es el tipo de prueba más preciso que confirmará o negará la prevalencia de las toxinas diftéricas. La prueba se realiza tomando una muestra del área posiblemente infectada, así como de cualquier lesión y llaga.

Tratamiento y prevención

Cuando una cepa toxigénica de Corynebacterium diphtheriae infecta el cuerpo humano, libera toxinas dañinas, especialmente en la garganta. Las antitoxinas se utilizan para prevenir daños mayores. También se utilizan antibióticos para combatir la infección. Los antibióticos típicos que se usan contra la difteria incluyen penicilina o eritromicina. Las personas infectadas con difteria deben permanecer en cuarentena durante al menos 48 horas después de que se les receten antibióticos. Para confirmar que la persona ya no es contagiosa, se realizan pruebas para garantizar que las bacterias hayan sido eliminadas. Luego se vacuna a las personas para evitar una mayor transmisión de la enfermedad.

El uso generalizado de la vacuna contra la difteria disminuyó drásticamente la tasa de infección y permite la prevención primaria de la enfermedad. La mayoría de las personas reciben una vacuna 3 en 1 que consiste en protección contra la difteria, el tétanos y la tos ferina, que se conoce comúnmente como vacuna DTaP o Tdap. La vacuna DTaP es para niños, mientras que la vacuna Tdap es conocida para adolescentes y adultos.

En los Estados Unidos, se recomienda la vacuna DTaP a los padres de bebés, que normalmente implica una serie de cinco inyecciones. Estas vacunas se inyectan a través del brazo o el muslo y se administran cuando el bebé tiene 2 meses, 4 meses, 6 meses, 15 a 18 meses y luego 4 a 6 años.

Los posibles efectos secundarios asociados con la vacuna contra la difteria incluyen "fiebre leve, inquietud, somnolencia o sensibilidad en el lugar de la inyección". Aunque es poco común, la vacuna DTaP puede causar una reacción alérgica que provoca urticaria o sarpullido a los pocos minutos de administrar la vacuna.

Genética

El genoma de C. diphtheriae consta de un único cromosoma circular de 2,5 Mbp, sin plásmidos. Su genoma muestra un sesgo compositivo extremo, siendo notablemente mayor en G+C cerca del origen que en el extremo.

El genoma de Corynebacterium diphtheriae es un cromosoma circular único que no tiene plásmidos. Estos cromosomas tienen un alto contenido de G+C que es lo que contribuye a su alta diversidad genética. El alto contenido de guanina y citosina no es constante en todo el genoma de la bacteria. Hay un término de replicación alrededor de la región de ~740 kb que provoca una disminución en el contenido de G+C. En otras bacterias, a menudo se ve que el contenido de G+C disminuye cerca del extremo, pero C. diphtheriae es un genoma considerablemente fuerte que tiene esta ocurrencia. La replicación cromosómica es una de las formas en que esto sucede dentro de este genoma.