Estafilococo aureus

Staphylococcus aureus sobre los medios básicos de cultivo

Hemolysis on blood agar, DNase activity, clumping factor, la agglutination de látex, growth on mannitol-salt and Baird-Parker agar, hyaluronidase production.

Staphylococcus aureus es una bacteria Gram-positiva de forma esférica, miembro de la Bacillota, y es un miembro habitual de la microbiota del organismo, encontrándose frecuentemente en el tracto respiratorio superior y en la piel. A menudo es positivo para la reducción de catalasa y nitrato y es un anaerobio facultativo que puede crecer sin necesidad de oxígeno. Aunque S. aureus suele actuar como un comensal de la microbiota humana, también puede convertirse en un patógeno oportunista, siendo una causa frecuente de infecciones de la piel que incluyen abscesos, infecciones respiratorias como la sinusitis e intoxicación alimentaria. Las cepas patógenas a menudo promueven infecciones al producir factores de virulencia, como toxinas proteicas potentes, y la expresión de una proteína de la superficie celular que se une e inactiva los anticuerpos. S. aureus es uno de los principales patógenos causantes de muertes asociadas con la resistencia a los antimicrobianos y la aparición de cepas resistentes a los antibióticos, como S. aureus resistente a la meticilina (MRSA), es un problema mundial en la medicina clínica. A pesar de mucha investigación y desarrollo, ninguna vacuna para S. aureus ha sido aprobado.

Se estima que entre el 20 % y el 30 % de la población humana son portadores a largo plazo de S. aureus, que se puede encontrar como parte de la flora normal de la piel, en las fosas nasales y como un habitante normal del tracto reproductivo inferior de las mujeres. S. aureus puede causar una variedad de enfermedades, desde infecciones menores de la piel, como espinillas, impétigo, forúnculos, celulitis, foliculitis, ántrax, síndrome de la piel escaldada y abscesos, hasta enfermedades potencialmente mortales, como neumonía, meningitis, osteomielitis., endocarditis, síndrome de choque tóxico, bacteriemia y sepsis. Todavía es una de las cinco causas más comunes de infecciones adquiridas en el hospital y, a menudo, es la causa de infecciones de heridas después de una cirugía. Cada año, alrededor de 500 000 pacientes hospitalizados en los Estados Unidos contraen una infección estafilocócica, principalmente por S. áureo. Hasta 50,000 muertes cada año en los EE. UU. están vinculadas a S. aureus infecciones.

Historia

Descubrimiento

En 1880, Alexander Ogston, un cirujano escocés, descubrió que Staphylococcus puede causar infecciones en las heridas después de notar grupos de bacterias en el pus de un absceso quirúrgico durante un procedimiento que estaba realizando. Lo llamó Staphylococcus por su apariencia agrupada evidente bajo un microscopio. Luego, en 1884, el científico alemán Friedrich Julius Rosenbach identificó Staphylococcus aureus, discriminándolo y separándolo de Staphylococcus albus, una bacteria relacionada. A principios de la década de 1930, los médicos comenzaron a utilizar una prueba más simplificada para detectar la presencia de un S. aureus por medio de la prueba de coagulasa, que permite detectar una enzima producida por la bacteria. Antes de la década de 1940, S. aureus fueron fatales en la mayoría de los pacientes. Sin embargo, los médicos descubrieron que el uso de penicilina podía curar S. aureus infecciones. Desafortunadamente, a fines de la década de 1940, la resistencia a la penicilina se generalizó entre esta población de bacterias y comenzaron a ocurrir brotes de la cepa resistente.

Evolución

Staphylococcus aureus se puede clasificar en diez linajes humanos dominantes. También hay numerosos linajes menores, pero estos no se ven en la población con tanta frecuencia. Los genomas de bacterias dentro del mismo linaje se conservan en su mayoría, con la excepción de los elementos genéticos móviles. Elementos genéticos móviles que son comunes en S. aureus incluyen bacteriófagos, islas de patogenicidad, plásmidos, transposones y casetes de cromosomas estafilocócicos. Estos elementos han habilitado S. aureus para evolucionar continuamente y obtener nuevos rasgos. Hay una gran cantidad de variación genética dentro del S. aureus especie. Un estudio realizado por Fitzgerald et al. (2001) reveló que aproximadamente el 22% de los S. aureus no codifica y, por lo tanto, puede diferir de una bacteria a otra. Un ejemplo de esta diferencia se ve en la especie' virulencia. Sólo unas pocas cepas de S. aureus están asociados con infecciones en humanos. Esto demuestra que existe una amplia gama de capacidad infecciosa dentro de la especie.

Se ha propuesto que una posible razón de la gran heterogeneidad dentro de la especie podría deberse a su dependencia de infecciones heterogéneas. Esto ocurre cuando varios tipos diferentes de S. aureus causar una infección dentro de un huésped. Las diferentes cepas pueden secretar diferentes enzimas o aportar diferentes resistencias antibióticas al grupo, aumentando su capacidad patógena. Por lo tanto, existe la necesidad de un gran número de mutaciones y adquisiciones de elementos genéticos móviles.

Otro proceso evolutivo notable dentro del S. aureus es su coevolución con sus huéspedes humanos. Con el tiempo, esta relación parasitaria ha llevado a que la bacteria sea transportada en la nasofaringe de los humanos sin causar síntomas ni infección. Esto permite que se transmita a toda la población humana, aumentando su aptitud como especie. Sin embargo, solo aproximadamente el 50% de la población humana es portadora de S. aureus, con un 20% como portadores continuos y un 30% como intermitentes. Esto lleva a los científicos a creer que hay muchos factores que determinan si S. aureus se transmite de forma asintomática en humanos, incluidos factores que son específicos de una persona individual. Según un estudio de 1995 realizado por Hofman et al., estos factores pueden incluir la edad, el sexo, la diabetes y el tabaquismo. También determinaron algunas variaciones genéticas en humanos que conducen a una mayor capacidad para S. aureus para colonizar, en particular un polimorfismo en el gen del receptor de glucocorticoides que da como resultado una mayor producción de corticosteroides. En conclusión, existe evidencia de que cualquier cepa de esta bacteria puede volverse invasiva, ya que esto depende en gran medida de factores humanos.

Aunque S. aureus tiene tasas reproductivas y microevolutivas rápidas, existen múltiples barreras que impiden la evolución con la especie. Una de esas barreras es AGR, que es un regulador global de genes accesorios dentro de la bacteria. Este tal regulador se ha relacionado con el nivel de virulencia de la bacteria. Se ha descubierto que las mutaciones de pérdida de función dentro de este gen aumentan la aptitud de la bacteria que lo contiene. Así, S. aureus debe hacer una compensación para aumentar su éxito como especie, intercambiando una virulencia reducida por una mayor resistencia a los medicamentos. Otra barrera para la evolución es el sistema de modificación de restricción (RM) Sau1 Tipo I. Este sistema existe para proteger a la bacteria del ADN extraño al digerirlo. El intercambio de ADN entre el mismo linaje no se bloquea, ya que tienen las mismas enzimas y el sistema RM no reconoce el nuevo ADN como extraño, pero se bloquea la transferencia entre diferentes linajes.

Microbiología

Mancha de gramos S. saprophyticus células, que suelen ocurrir en grupos: La pared celular absorbe fácilmente la mancha violeta de cristal.

Características principales Staphylococcus aureus

S. aureus (griego σταφυλόκοκκος, "grape-racimo de bayas", latín aureus, "dorado") es un coco anaeróbico facultativo, Gram-positivo (redonda) bacteria también conocida como "estafilococo dorado" y "oro staphira". S. aureus es inmóvil y no forma esporas. En la literatura médica, la bacteria a menudo se denomina S. aureus, Staph aureus o Staph a.. S. aureus aparece como estafilococos (racimos parecidos a uvas) cuando se observa a través de un microscopio, y tiene colonias grandes, redondas, de color amarillo dorado, a menudo con hemólisis, cuando se cultiva en placas de agar sangre. S. aureus se reproduce asexualmente por fisión binaria. La separación completa de las células hijas está mediada por S. aureus autolisina, y en su ausencia o inhibición dirigida, las células hijas permanecen unidas entre sí y aparecen como grupos.

S. aureus es catalasa positiva (lo que significa que puede producir la enzima catalasa). La catalasa convierte el peróxido de hidrógeno (H
₂O^{< /sup>
₂}) al agua y al oxígeno. Las pruebas de actividad de catalasa a veces se utilizan para distinguir estafilococos de enterococos y estreptococos. Anteriormente, S. aureus fue diferenciado de otros estafilococos por la prueba de la coagulasa. Sin embargo, no todos los S. aureus son coagulasa positivas y la identificación incorrecta de especies puede afectar el tratamiento efectivo y las medidas de control.

La transformación genética natural es un proceso reproductivo que implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra a través del medio intermedio y la integración de la secuencia donante en el genoma receptor mediante recombinación homóloga. S. aureus se encontró que era capaz de una transformación genética natural, pero solo a baja frecuencia bajo las condiciones experimentales empleadas. Otros estudios sugirieron que el desarrollo de la competencia para la transformación genética natural puede ser sustancialmente mayor en las condiciones apropiadas, aún por descubrir.

Papel en la salud

En humanos, S. aureus puede estar presente en el tracto respiratorio superior, la mucosa intestinal y la piel como miembro de la microbiota normal. Sin embargo, debido a que S. aureus puede causar enfermedades bajo ciertas condiciones ambientales y del huésped, se caracteriza como un "patobionte".

Papel en la enfermedad

Animación médica 3D todavía disparada de hueso de Osteomyelitis

Este micrografo de electrones de escaneo 2005 representa numerosos grupos de bacterias S. aureus resistentes a la methicillina.

Mientras que S. aureus normalmente actúa como una bacteria comensal, colonizando asintomáticamente alrededor del 30% de la población humana, a veces puede causar enfermedades. En particular, S. aureus es una de las causas más frecuentes de bacteriemia y endocarditis infecciosa. Además, puede causar diversas infecciones de la piel y los tejidos blandos, especialmente cuando se han violado las barreras cutáneas o mucosas.

S. aureus pueden propagarse a través del contacto con el pus de una herida infectada, el contacto de piel con piel con una persona infectada y el contacto con objetos utilizados por una persona infectada, como toallas, sábanas, ropa o equipo deportivo. Los reemplazos articulares ponen a una persona en riesgo particular de artritis séptica, endocarditis estafilocócica (infección de las válvulas cardíacas) y neumonía.

Las medidas preventivas incluyen lavarse las manos con frecuencia con jabón y asegurarse de bañarse o ducharse todos los días.

S. aureus es una causa importante de infecciones crónicas de biopelículas en implantes médicos, y el represor de toxinas es parte de la vía de infección.

S. aureus puede permanecer latente en el cuerpo durante años sin ser detectado. Una vez que los síntomas comienzan a mostrarse, el huésped es contagioso durante otras dos semanas y la enfermedad en general dura unas pocas semanas. Sin embargo, si no se trata, la enfermedad puede ser mortal. Profundamente penetrante S. aureus las infecciones pueden ser graves.

Infecciones de la piel

Las infecciones de la piel son la forma más común de S. aureus infección. Esto puede manifestarse de varias maneras, incluidos pequeños forúnculos benignos, foliculitis, impétigo, celulitis e infecciones de tejidos blandos más graves e invasivas.

S. aureus es extremadamente frecuente en personas con dermatitis atópica, más comúnmente conocida como eczema. Se encuentra principalmente en lugares fértiles y activos, incluidas las axilas, el cabello y el cuero cabelludo. Los granos grandes que aparecen en esas áreas pueden exacerbar la infección si se laceran. Esto puede provocar el síndrome de la piel escaldada por estafilococos, una forma grave del cual se puede observar en los recién nacidos.

La presencia de S. aureus en personas con dermatitis atópica no es una indicación para tratar con antibióticos orales, ya que la evidencia no ha demostrado que esto brinde beneficios al paciente. Sin embargo, se ha encontrado que los antibióticos tópicos combinados con corticosteroides mejoran la condición. Colonización de S. aureus impulsa la inflamación de la dermatitis atópica; S. aureus se cree que aprovecha los defectos en la barrera cutánea de las personas con dermatitis atópica, desencadenando la expresión de citocinas y, por lo tanto, exacerbando los síntomas.

Intoxicación alimentaria

S. aureus también es responsable de las intoxicaciones alimentarias y lo consigue generando toxinas en el cuerpo humano. Su período de incubación dura de una a seis horas, y la enfermedad en sí dura de 30 minutos a 3 días. Las medidas preventivas que se pueden tomar para ayudar a prevenir la propagación de la enfermedad incluyen lavarse bien las manos con agua y jabón antes de preparar la comida. Manténgase alejado de cualquier alimento si está enfermo y use guantes si se producen heridas abiertas en las manos o las muñecas mientras prepara los alimentos. Si almacena alimentos durante más de 2 horas, manténgalos a una temperatura inferior a 40 o superior a 140 °F (4,4 o 60 °C).

Infecciones de huesos y articulaciones

S. aureus es la bacteria comúnmente responsable de todas las principales infecciones óseas y articulares. Esto se manifiesta en una de tres formas: osteomielitis, artritis séptica e infección por una cirugía de reemplazo de articulación.

Bacteriemia

S. aureus es una de las principales causas de infecciones del torrente sanguíneo en gran parte del mundo industrializado. La infección generalmente se asocia con rupturas en la piel o las membranas mucosas debido a cirugía, lesión o uso de dispositivos intravasculares como catéteres, máquinas de hemodiálisis o drogas inyectadas. Una vez que las bacterias ingresan al torrente sanguíneo, pueden infectar varios órganos y causar endocarditis infecciosa, artritis séptica y osteomielitis. Esta enfermedad es particularmente prevalente y grave en los muy jóvenes y muy ancianos.

Sin tratamiento antibiótico, S. aureus tiene una tasa de letalidad de alrededor del 80%. Con el tratamiento antibiótico, las tasas de letalidad oscilan entre el 15 % y el 50 % según la edad y el estado de salud del paciente, así como la resistencia a los antibióticos del S. cepa aureus.

Infecciones de implantes médicos

S. aureus se encuentra a menudo en biopelículas formadas en dispositivos médicos implantados en el cuerpo o en tejido humano. Se encuentra comúnmente con otro patógeno, Candida albicans, formando biopelículas multiespecies. Se sospecha que este último ayuda a S. aureus penetran en el tejido humano. Una mayor mortalidad está relacionada con biopelículas multiespecíficas.

S. aureus es la causa predominante de infecciones relacionadas con implantes ortopédicos, pero también se encuentra en implantes cardíacos, injertos vasculares, varios catéteres e implantes quirúrgicos estéticos. Después de la implantación, la superficie de estos dispositivos se recubre con proteínas anfitrionas, que proporcionan una superficie rica para la unión bacteriana y la formación de biopelículas. Una vez que el dispositivo se infecta, debe eliminarse por completo, ya que S. aureus biofilm no puede ser destruido por tratamientos antibióticos.

Terapia actual para S. aureus las infecciones mediadas por biopelículas implican la extirpación quirúrgica del dispositivo infectado seguida de un tratamiento con antibióticos. El tratamiento con antibióticos convencionales por sí solo no es eficaz para erradicar tales infecciones. Una alternativa al tratamiento antibiótico posquirúrgico es el uso de perlas de sulfato de calcio solubles cargadas con antibióticos, que se implantan con el dispositivo médico. Estas perlas pueden liberar altas dosis de antibióticos en el sitio deseado para prevenir la infección inicial.

Tratamientos novedosos para S. aureus se están estudiando biopelículas que involucran nanopartículas de plata, bacteriófagos y agentes antibióticos derivados de plantas. Estos agentes han mostrado efectos inhibidores contra S. aureus incrustado en biopelículas. Se ha encontrado que una clase de enzimas tiene la capacidad de degradar la matriz de biopelículas, por lo que se pueden usar como agentes de dispersión de biopelículas en combinación con antibióticos.

Infecciones animales

S. aureus puede sobrevivir en perros, gatos y caballos, y puede causar pata de cabra en los pollos. Algunos creen que los trabajadores de la salud' los perros deben considerarse una fuente importante de S resistente a los antibióticos. aureus, especialmente en épocas de brote. En un estudio de 2008 realizado por Boost, O'Donoghue y James, se encontró que solo alrededor del 90 % de S. aureus colonizado en perros de compañía presentados como resistentes a al menos un antibiótico. La región nasal ha sido implicada como el sitio más importante de transferencia entre perros y humanos.

S. aureus es uno de los agentes causales de mastitis en vacas lecheras. Su gran cápsula de polisacáridos protege al organismo del reconocimiento por parte de las defensas inmunitarias de la vaca.

Factores de virulencia

Enzimas

S. aureus produce varias enzimas como la coagulasa (coagulasas unidas y libres) que facilita la conversión de fibrinógeno en fibrina para formar coágulos, lo cual es importante en las infecciones de la piel. La hialuronidasa (también conocida como factor de difusión) descompone el ácido hialurónico y ayuda a difundirlo. La desoxirribonucleasa, que descompone el ADN, protege a S. aureus de la muerte mediada por trampa extracelular de neutrófilos. S. aureus también produce lipasa para digerir los lípidos, estafiloquinasa para disolver la fibrina y ayudar en la propagación, y beta-lactamasa para la resistencia a los medicamentos.

Toxinas

Dependiendo de la cepa, S. aureus es capaz de secretar varias exotoxinas, que pueden clasificarse en tres grupos. Muchas de estas toxinas están asociadas con enfermedades específicas.

Superantigenos

Los antígenos conocidos como superantigenos pueden inducir el síndrome de shock tóxico (TSS). Este grupo consta de 25 enterotoxinas estafilococales (SEs) identificadas hasta la fecha y nombradas alfabéticamente (SEA - SEZ), incluyendo el tipo de enterotoxina B así como el síndrome de shock tóxico toxina TSST-1 que causa TSS asociado con el uso de tampón. El síndrome de shock tóxico se caracteriza por fiebre, erithematous erithematous rash, presión arterial baja, shock, fallo múltiple del órgano, y la piel de cáscara. La falta de anticuerpo al TSST-1 juega una parte en la patogénesis de TSS. Otras cepas de S. aureus puede producir una enterotoxina que es el agente causante de un tipo de gastroenteritis. Esta forma de gastroenteritis es autolimitante, caracterizada por vómitos y diarrea 1–6 horas después de la ingestión de la toxina, con recuperación en 8 a 24 horas. Los síntomas incluyen náuseas, vómitos, diarrea y dolor abdominal importante.

Toxinas exfoliantes

Las toxinas exfoliantes son exotoxinas implicadas en el síndrome de piel estafilococal escalada (SSSS), que ocurre más comúnmente en bebés y niños pequeños. También puede ocurrir como epidemias en guarderías hospitalarias. La actividad proteasa de las toxinas exfoliantes causa el peeling de la piel observada con SSSS.

Otras toxinas

Las toxinas estafilocócicas que actúan en las membranas celulares incluyen toxina alfa, toxina beta, toxina delta y varias toxinas bicomponentes. Estrechos S. aureus puede albergar phages, como el prophage ⋅-PVL que produce Panton-Valentine leukocidin (PVL), para aumentar la virulencia. El PVL de toxina bicomponente está asociado con neumonía necrotizante severa en niños. Los genes que codifican los componentes de PVL están codificados en una bacteria que se encuentra en las cepas de MRSA asociadas a la comunidad.

Sistema de secreción tipo VII

Un sistema de secreción es una unidad multiproteica altamente especializada que está incrustada en la envoltura celular con la función de translocar proteínas efectoras desde el interior de la célula al espacio extracelular o al citosol del huésped objetivo. La estructura y función exactas de T7SS aún no se han dilucidado por completo. Actualmente, cuatro proteínas son componentes conocidos de S. aureus sistema de secreción de tipo VII (T7SS); EssC es una gran ATPasa de membrana integral, que probablemente alimenta los sistemas de secreción y se ha planteado la hipótesis de que forma parte del canal de translocación. Las otras proteínas son EsaA, EssB, EssA, que son proteínas de membrana que funcionan junto con EssC para mediar en la secreción de proteínas. Se desconoce el mecanismo exacto de cómo los sustratos alcanzan la superficie celular, al igual que la interacción de las tres proteínas de membrana entre sí y con EssC.

Proteínas efectoras dependientes de T7

EsaD es una toxina endonucleasa de ADN secretada por S. aureus, se ha demostrado que inhibe el crecimiento del competidor S. aureus cepa in vitro. EsaD se secreta conjuntamente con la chaperona EsaE, que estabiliza la estructura de EsaD y lleva EsaD a EssC para su secreción. Las cepas que producen EsaD también coproducen EsaG, una antitoxina citoplásmica que protege a la cepa productora de la toxicidad de EsaD.

TspA es otra toxina que interviene en la competencia entre especies. Es una toxina bacteriostática que tiene una actividad despolarizante de membrana facilitada por su dominio c-terminal. Tsai es una proteína transmembrana que confiere inmunidad a la cepa productora de TspA, así como a las cepas atacadas. Existe una variabilidad genética del dominio c-terminal de TspA, por lo tanto, parece que las cepas pueden producir diferentes variantes de TspA para aumentar la competitividad.

Las toxinas que desempeñan un papel en la competencia entre especies confieren una ventaja al promover la colonización exitosa en comunidades polimicrobianas como la nasofaringe y el pulmón al superar a las cepas menores.

También hay proteínas efectoras T7 que juegan un papel en la patogénesis, por ejemplo, estudios mutacionales de S. aureus han sugerido que EsxB y EsxC contribuyen a la infección persistente en un modelo de absceso murino.

EsxX se ha implicado en la lisis de neutrófilos, por lo que se sugiere que contribuye a la evasión del sistema inmunitario del huésped. Eliminación de essX en S. aureus dio como resultado una resistencia significativamente reducida a los neutrófilos y una reducción de la virulencia en modelos murinos de infección cutánea y sanguínea.

En conjunto, T7SS y las conocidas proteínas efectoras secretadas son una estrategia de patogenia al mejorar la aptitud frente a la S competidora. aureus así como una mayor virulencia al evadir el sistema inmunitario innato y optimizar las infecciones persistentes.

ARN pequeño

La lista de pequeños ARN implicados en el control de la virulencia bacteriana en S. aureus está creciendo. Esto puede verse facilitado por factores tales como una mayor formación de biopelículas en presencia de mayores niveles de ARN tan pequeños. Por ejemplo, RNAIII, SprD, SprC, RsaE, SprA1, SSR42, ArtR, SprX y Teg49.

Reparación de ADN

Los neutrófilos del huésped provocan roturas de doble cadena de ADN en S. aureus a través de la producción de especies reactivas de oxígeno. Para que la infección de un huésped tenga éxito, S. aureus debe sobrevivir a tales daños causados por las defensas de los huéspedes. El complejo de dos proteínas RexAB codificado por S. aureus se emplea en la reparación recombinante de roturas de doble cadena de ADN.

Estrategias para la regulación postranscripcional por 3'región no traducida

Muchos ARNm en S. aureus llevan tres regiones primarias no traducidas (3'UTR) de más de 100 nucleótidos, que potencialmente pueden tener una función reguladora.

Una investigación adicional del ARNm de icaR (ARNm que codifica el represor del principal compuesto expolisacárido de la matriz del biofilm bacteriano) demostró que la unión de la 3'UTR a la 5' La UTR puede interferir con el complejo de iniciación de la traducción y generar un sustrato de doble cadena para la RNasa III. La interacción es entre el motivo UCCCCUG en la 3'UTR y la región Shine-Dalagarno en la 5'UTR. La eliminación del motivo dio como resultado la acumulación del represor IcaR y la inhibición del desarrollo de biopelículas. La formación de biopelículas es la principal causa de infecciones de los implantes Staphylococcus.

Biopelícula

Las biopelículas son grupos de microorganismos, como las bacterias, que se adhieren entre sí y crecen en superficies húmedas. El S. aureus está incrustado en una capa de limo de glucocáliz y puede consistir en ácidos teicoicos, proteínas del huésped, ADN extracelular (eDNA) y antígeno intercelular polisacárido (PIA). No todos los S. aureus las biopelículas contienen PIA. Las biopelículas de S. aureus son importantes en la patogénesis de la enfermedad, ya que pueden contribuir a la resistencia a los antibióticos y la evasión del sistema inmunitario. S. aureus tiene una alta resistencia a los tratamientos con antibióticos y a la respuesta inmunitaria del huésped. Una hipótesis para explicar esto es que la matriz del biofilm protege las células incrustadas actuando como una barrera para evitar la penetración de antibióticos. Sin embargo, la matriz del biofilm está compuesta por muchos canales de agua, por lo que esta hipótesis es cada vez menos probable, pero es posible que una matriz del biofilm contenga enzimas que degradan los antibióticos, como las β-lactamasas, que pueden evitar la penetración de los antibióticos. Otra hipótesis es que las condiciones en la matriz del biofilm favorecen la formación de células persistentes, que son células bacterianas latentes altamente resistentes a los antibióticos. S. aureus las biopelículas también tienen una alta resistencia a la respuesta inmune del huésped. Aunque se desconoce el mecanismo exacto de la resistencia, S. aureus han aumentado el crecimiento en presencia de citocinas producidas por la respuesta inmunitaria del huésped. Los anticuerpos del huésped son menos efectivos para S. aureus debido a la distribución heterogénea del antígeno, donde un antígeno puede estar presente en algunas áreas de la biopelícula, pero completamente ausente en otras áreas.

Los estudios sobre el desarrollo de biopelículas han demostrado que están relacionados con cambios en la expresión génica. Hay genes específicos que resultaron ser cruciales en las diferentes etapas de crecimiento del biofilm. Dos de estos genes incluyen rocD y gudB, que codifican la enzima ornitina-oxo-ácido transaminasa y la glutamato deshidrogenasa, que son importantes para el metabolismo de los aminoácidos. Los estudios han demostrado que el desarrollo de biopelículas depende de los aminoácidos glutamina y glutamato para funciones metabólicas adecuadas.

Otras estrategias inmunoevasivas

Proteína A

La proteína A se ancla a los puentes de pentaglicina de peptidoglucano estafilocócico (cadenas de cinco residuos de glicina) mediante la transpeptidasa sortasa A. La proteína A, una proteína de unión a IgG, se une a la región Fc de un anticuerpo. De hecho, los estudios relacionados con la mutación de los genes que codifican la proteína A dieron como resultado una virulencia reducida de S. aureus medido por la supervivencia en sangre, lo que ha llevado a la especulación de que la virulencia aportada por la proteína A requiere la unión de las regiones Fc del anticuerpo.

La proteína A en varias formas recombinantes se ha utilizado durante décadas para unir y purificar una amplia gama de anticuerpos mediante cromatografía de inmunoafinidad. Las transpeptidasas, como las sortasas responsables del anclaje de factores como la proteína A al peptidoglicano estafilocócico, se están estudiando con la esperanza de desarrollar nuevos antibióticos para combatir las infecciones por MRSA.

S. aureus en el agar de soja de trippticase: La cepa está produciendo un pigmento amarillo staphyloxanthin.

Pigmentos Staphylococcales

Algunas cepas de S. aureus son capaces de producir estafiloxantina, un pigmento carotenoide de color dorado. Este pigmento actúa como un factor de virulencia, principalmente por ser un antioxidante bacteriano que ayuda al microbio a evadir las especies reactivas de oxígeno que el sistema inmunitario del huésped utiliza para matar a los patógenos.

Cepas mutantes de S. aureus modificadas para carecer de estafiloxantina tienen menos probabilidades de sobrevivir a la incubación con un químico oxidante, como el peróxido de hidrógeno, que las cepas pigmentadas. Las colonias mutantes mueren rápidamente cuando se exponen a los neutrófilos humanos, mientras que muchas de las colonias pigmentadas sobreviven. En ratones, las cepas pigmentadas causan abscesos persistentes cuando se inoculan en las heridas, mientras que las heridas infectadas con las cepas no pigmentadas sanan rápidamente.

Estas pruebas sugieren que las cepas de Staphylococcus usan estafiloxantina como defensa contra el sistema inmunitario humano normal. Los medicamentos diseñados para inhibir la producción de estafiloxantina pueden debilitar la bacteria y renovar su susceptibilidad a los antibióticos. De hecho, debido a las similitudes en las vías de biosíntesis de la estafiloxantina y el colesterol humano, se demostró que un fármaco desarrollado en el contexto de la terapia para reducir el colesterol bloquea la S. aureus pigmentación y progresión de la enfermedad en un modelo de infección en ratones.

Diagnóstico clásico

Cocci típico positivo de gramos, en racimos, de una muestra de esputo, mancha de gramos

Según el tipo de infección presente, se obtiene una muestra adecuada y se envía al laboratorio para su identificación definitiva mediante pruebas bioquímicas o enzimáticas. Primero se realiza una tinción de Gram para guiar el camino, que debe mostrar bacterias Gram-positivas típicas, cocos, en racimos. En segundo lugar, el aislado se cultiva en agar sal manitol, que es un medio selectivo con NaCl al 7,5 % que permite S. aureus a crecer, produciendo colonias de color amarillo como resultado de la fermentación del manitol y la posterior caída del pH del medio.

Además, para la diferenciación a nivel de especies, catalasa (positiva para todas las especies de Staphylococcus), coagulasa (formación de coágulos de fibrina, positiva para S. aureus), ADNasa (zona de aclaramiento en agar ADNasa), lipasa (color amarillo y olor a rancio) y fosfatasa (color rosa) se realizan pruebas. Para la intoxicación alimentaria por estafilococos, se puede realizar la tipificación de fagos para determinar si los estafilococos recuperados de los alimentos fueron la fuente de infección.

Diagnóstico y tipificación rápidos

Un médico preguntará sobre las actividades recientes y los alimentos que un paciente ha comido recientemente, y se realizará un examen físico para revisar cualquier síntoma. Con síntomas más severos, los análisis de sangre y el cultivo de heces pueden estar en orden. Los laboratorios de microbiología de diagnóstico y los laboratorios de referencia son clave para identificar brotes y nuevas cepas de S. áureo. Los avances genéticos recientes han permitido técnicas fiables y rápidas para la identificación y caracterización de aislados clínicos de S. aureus en tiempo real. Estas herramientas respaldan las estrategias de control de infecciones para limitar la propagación bacteriana y garantizar el uso adecuado de los antibióticos. La PCR cuantitativa se utiliza cada vez más para identificar brotes de infección.

Al observar la evolución de S. aureus y su capacidad para adaptarse a cada antibiótico modificado, dos métodos básicos conocidos como "basados en bandas" o "basado en secuencias" estan empleados. Teniendo en cuenta estos dos métodos, otros métodos, como la tipificación de secuencias multilocus (MLST), la electroforesis en gel de campo pulsado (PFGE), la tipificación de bacteriófagos, la tipificación de locus spa y la tipificación SCCmec, a menudo se realizan más que otros. Con estos métodos, se puede determinar dónde se originaron las cepas de MRSA y también dónde se encuentran actualmente.

Con MLST, esta técnica de tipificación utiliza fragmentos de varios genes de mantenimiento conocidos como aroE, glpF, gmk, pta, tip e yqiL. Luego, a estas secuencias se les asigna un número que da lugar a una cadena de varios números que sirven como perfil alélico. Aunque este es un método común, una limitación de este método es el mantenimiento de la micromatriz que detecta nuevos perfiles alélicos, lo que lo convierte en un experimento costoso y lento.

Con PFGE, un método que todavía se usa mucho desde su primer éxito en la década de 1980, sigue siendo capaz de ayudar a diferenciar los aislamientos de MRSA. Para lograr esto, la técnica utiliza electroforesis en gel múltiple, junto con un gradiente de voltaje para mostrar resoluciones claras de moléculas. El S. aureus luego desciende por el gel, produciendo patrones de bandas específicos que luego se comparan con otros aislamientos con la esperanza de identificar cepas relacionadas. Las limitaciones del método incluyen dificultades prácticas con patrones de bandas uniformes y la sensibilidad PFGE en su conjunto.

La tipificación de locus Spa también se considera una técnica popular que utiliza una sola zona de locus en una región polimórfica de S. aureus para distinguir cualquier forma de mutaciones. Aunque esta técnica suele ser económica y requiere menos tiempo, la posibilidad de perder el poder discriminatorio, lo que dificulta la diferenciación entre los complejos clonales de MLST, ejemplifica una limitación crucial.

Tratamiento

Para las cepas susceptibles, el tratamiento de elección para S. aureus es la penicilina. Un antibiótico derivado de algunas especies de hongos Penicillium, la penicilina inhibe la formación de enlaces cruzados de peptidoglicano que proporcionan la rigidez y la fuerza en la pared celular bacteriana. El anillo β-lactámico de cuatro miembros de la penicilina se une a la enzima DD-transpeptidasa, una enzima que, cuando funciona, entrecruza las cadenas de peptidoglucano que forman las paredes celulares bacterianas. La unión de β-lactámicos a DD-transpeptidasa inhibe la funcionalidad de la enzima y ya no puede catalizar la formación de enlaces cruzados. Como resultado, la formación y degradación de la pared celular están desequilibradas, lo que resulta en la muerte celular. Sin embargo, en la mayoría de los países, la resistencia a la penicilina es extremadamente común (> 90 %), y la terapia de primera línea suele ser un antibiótico betalactámico resistente a la penicilinasa (por ejemplo, oxacilina o flucloxacilina, los cuales tienen el mismo mecanismo de acción). acción como penicilina) o vancomicina, dependiendo de los patrones de resistencia local. La terapia combinada con gentamicina se puede usar para tratar infecciones graves, como la endocarditis, pero su uso es controvertido debido al alto riesgo de daño a los riñones. La duración del tratamiento depende del sitio de la infección y de la gravedad. Históricamente, la rifampicina adyuvante se ha utilizado en el tratamiento de la bacteriemia por S aureus, pero la evidencia de ensayos controlados aleatorios ha demostrado que esto no tiene un beneficio general sobre la terapia antibiótica estándar.

Resistencia a antibióticos en S. aureus era poco común cuando se introdujo la penicilina por primera vez en 1943. De hecho, la placa de Petri original en la que Alexander Fleming del Imperial College London observó la actividad antibacteriana del hongo Penicillium estaba cultivando un cultivo de < i>S. áureo. Para 1950, el 40% del hospital S. aureus aislados fueron resistentes a la penicilina; en 1960, esto había aumentado al 80%.

El Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA, a menudo pronunciado o), es una de varias cepas muy temidas de S. aureus que se han vuelto resistentes a la mayoría de los antibióticos betalactámicos. Por esta razón, la vancomicina, un antibiótico glicopeptídico, se usa comúnmente para combatir el MRSA. La vancomicina inhibe la síntesis de peptidoglicano, pero a diferencia de los antibióticos β-lactámicos, los antibióticos glucopeptídicos se dirigen y se unen a los aminoácidos en la pared celular, evitando que se formen enlaces cruzados de peptidoglicano. Las cepas de MRSA se encuentran con mayor frecuencia asociadas con instituciones como hospitales, pero se están volviendo cada vez más frecuentes en las infecciones adquiridas en la comunidad.

Las infecciones menores de la piel se pueden tratar con una pomada antibiótica triple. Un agente tópico que se receta es la mupirocina, un inhibidor de la síntesis de proteínas producido naturalmente por Pseudomonas fluorescens y que ha tenido éxito en el tratamiento de la portación nasal de S. aureus.

Resistencia a los antibióticos

Células bacterianas S. aureus, que es uno de los agentes causales de la mastitis en vacas lecheras: Su gran cápsula protege al organismo del ataque por las defensas inmunológicas de la vaca.

S. aureus fue el segundo patógeno principal en muertes asociadas con la resistencia a los antimicrobianos en 2019.

La resistencia de los estafilococos a la penicilina está mediada por la producción de penicilinasa (una forma de betalactamasa): una enzima que escinde el anillo β-lactámico de la molécula de penicilina, lo que hace que el antibiótico sea ineficaz. Los antibióticos betalactámicos resistentes a la penicilinasa, como meticilina, nafcilina, oxacilina, cloxacilina, dicloxacilina y flucloxacilina, pueden resistir la degradación por la penicilinasa estafilocócica.

Susceptibilidad a antibióticos usados comúnmente.

La resistencia a la meticilina está mediada por el operón mec, parte del casete cromosómico estafilocócico mec (SCCmec). SCCmec es una familia de elementos genéticos móviles, que es una de las principales fuerzas impulsoras de S. aureus evolución. La resistencia la confiere el gen mecA, que codifica una proteína de unión a penicilina alterada (PBP2a o PBP2') que tiene una menor afinidad por unirse a β-lactámicos (penicilinas, cefalosporinas y carbapenémicos). Esto permite la resistencia a todos los antibióticos β-lactámicos y evita su uso clínico durante las infecciones por MRSA. Los estudios han explicado que este elemento genético móvil ha sido adquirido por diferentes linajes en eventos separados de transferencia de genes, lo que indica que no hay un ancestro común de las diferentes cepas de MRSA. Curiosamente, un estudio sugiere que MRSA sacrifica la virulencia, por ejemplo, la producción de toxinas y la invasividad, por la supervivencia y la creación de biopelículas.

Los antibióticos aminoglucósidos, como la kanamicina, la gentamicina, la estreptomicina, alguna vez fueron efectivos contra las infecciones estafilocócicas hasta que las cepas desarrollaron mecanismos para inhibir los aminoglucósidos. acción, que ocurre a través de interacciones de amina protonada y/o hidroxilo con el ARN ribosómico de la subunidad ribosómica 30S bacteriana. Tres mecanismos principales de los mecanismos de resistencia a los aminoglucósidos son ampliamente aceptados en la actualidad: enzimas modificadoras de aminoglucósidos, mutaciones ribosómicas y salida activa del fármaco fuera de la bacteria.

Las enzimas modificadoras de aminoglucósidos inactivan el aminoglucósido uniendo covalentemente un resto de fosfato, nucleótido o acetilo al grupo funcional clave de amina o alcohol (o ambos grupos) del antibiótico. Esto cambia la carga o dificulta estéricamente el antibiótico, disminuyendo su afinidad de unión al ribosoma. En S. aureus, la enzima modificadora de aminoglucósidos mejor caracterizada es la aminoglucósido adenililtransferasa 4' IA (ANT(4')IA). Esta enzima ha sido resuelta por cristalografía de rayos X. La enzima es capaz de unir un resto adenilo al 4' grupo hidroxilo de muchos aminoglucósidos, incluidos la kamamicina y la gentamicina.

La resistencia a los glucopéptidos está mediada por la adquisición del gen vanA, que se origina a partir del transposón Tn1546 que se encuentra en un plásmido de los enterococos y codifica una enzima que produce un peptidoglucano alternativo al que no se unirá la vancomicina.

Hoy, S. aureus se ha vuelto resistente a muchos antibióticos de uso común. En el Reino Unido, solo el 2% de todos los S. aureus son sensibles a la penicilina, con un cuadro similar en el resto del mundo. Las penicilinas resistentes a la β-lactamasa (meticilina, oxacilina, cloxacilina y flucloxacilina) se desarrollaron para tratar la S resistente a la penicilina. aureus, y todavía se utilizan como tratamiento de primera línea. La meticilina fue el primer antibiótico de esta clase que se utilizó (se introdujo en 1959), pero, solo dos años después, se notificó en Inglaterra el primer caso de Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA).

A pesar de esto, el MRSA generalmente siguió siendo un hallazgo poco común, incluso en entornos hospitalarios, hasta la década de 1990, cuando la prevalencia de MRSA en los hospitales se disparó y ahora es endémico. Ahora, el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA) no solo es un patógeno humano que causa una variedad de infecciones, como infecciones de la piel y los tejidos blandos (SSTI), neumonía y sepsis, sino que también puede causar enfermedad en animales, conocida como MRSA asociada al ganado (LA-MRSA).

Las infecciones por MRSA tanto en el hospital como en la comunidad se tratan comúnmente con antibióticos no β-lactámicos, como clindamicina (una lincosamina) y cotrimoxazol (también conocido comúnmente como trimetoprima/sulfametoxazol). La resistencia a estos antibióticos también ha llevado al uso de nuevos antibióticos anti-grampositivos de amplio espectro, como el linezolid, debido a su disponibilidad como fármaco oral. El tratamiento de primera línea para las infecciones invasivas graves por SARM actualmente son los antibióticos glicopéptidos (vancomicina y teicoplanina). Ocurren varios problemas con estos antibióticos, como la necesidad de administración intravenosa (no hay una preparación oral disponible), toxicidad y la necesidad de controlar los niveles del fármaco regularmente mediante análisis de sangre. Además, los antibióticos glucopeptídicos no penetran muy bien en los tejidos infectados (esto es un problema particular en las infecciones del cerebro y las meninges y en la endocarditis). Los glicopéptidos no deben usarse para tratar S. aureus (MSSA), ya que los resultados son inferiores.

Debido al alto nivel de resistencia a las penicilinas y al potencial de MRSA para desarrollar resistencia a la vancomicina, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU. han publicado pautas para el uso adecuado de la vancomicina. En situaciones en las que se sabe que la incidencia de infecciones por MRSA es alta, el médico tratante puede optar por usar un antibiótico glicopeptídico hasta que se conozca la identidad del organismo infectante. Después de que se confirma que la infección se debe a una cepa de S. aureus, se puede cambiar el tratamiento a flucloxacilina o incluso a penicilina, según convenga.

El S. aureus resistente a la vancomicina (VRSA) es una cepa de S. aureus que se ha vuelto resistente a los glicopéptidos. El primer caso de vancomicina intermedia S. aureus (VISA) fue reportado en Japón en 1996; pero el primer caso de S. aureus verdaderamente resistente a los antibióticos glicopéptidos solo se informó en 2002. Hasta 2005 se habían informado tres casos de infección por VRSA en los Estados Unidos. Al menos en parte, la resistencia antimicrobiana en S. aureus puede explicarse por su capacidad de adaptación. Múltiples vías de transducción de señales de dos componentes ayudan a S. aureus para expresar genes necesarios para sobrevivir bajo estrés antimicrobiano.

Bombas de eflujo

Entre los diversos mecanismos que adquiere MRSA para eludir la resistencia a los antibióticos (p. ej., inactivación del fármaco, alteración del objetivo, reducción de la permeabilidad), también se encuentra la sobreexpresión de las bombas de expulsión. Las bombas de eflujo son proteínas integradas en la membrana que son fisiológicamente necesarias en la célula para la exportación de compuestos xenobióticos. Se dividen en seis familias, cada una de las cuales tiene una estructura, función y transporte de energía diferente. Las principales bombas de eflujo de S. Aureus son la MFS (Major Facilitator Superfamily) que incluye la bomba MdeA así como la bomba NorA y la MATE (Multidrug and Toxin Extrusion) a la que pertenece la bomba MepA. Para el transporte, estas familias utilizan un potencial electroquímico y un gradiente de concentración de iones, mientras que la familia de cassettes de unión a ATP (ABC) adquiere su energía a partir de la hidrólisis de ATP.

Estas bombas están sobreexpresadas por MDR S. aureus (S. aureus multirresistente) y el resultado es una excesiva expulsión del antibiótico al exterior de la célula, lo que hace ineficaz su acción. Las bombas de eflujo también contribuyen significativamente al desarrollo de biopelículas impenetrables.

Al modular directamente las bombas de salida' actividad o disminuyendo su expresión, puede ser posible modificar el fenotipo resistente y restaurar la eficacia de los antibióticos existentes.

Carruaje

Alrededor del 33 % de la población de EE. UU. son portadores de S. aureus y alrededor del 2 % son portadores de MRSA. Incluso los proveedores de atención médica pueden ser colonizadores de MRSA.

El carruaje de S. aureus es una fuente importante de infección hospitalaria (también llamada nosocomial) y MRSA adquirida en la comunidad. Aunque S. aureus puede estar presente en la piel del huésped, una gran parte de su transporte es a través de las narinas anteriores de las fosas nasales y también puede estar presente en los oídos. La capacidad de las fosas nasales para albergar S. aureus resulta de una combinación de una inmunidad debilitada o defectuosa del huésped y la capacidad de la bacteria para evadir la inmunidad innata del huésped. El transporte nasal también está implicado en la aparición de infecciones por estafilococos.

Control de infecciones

Difusión de S. aureus (incluyendo MRSA) generalmente es a través del contacto de persona a persona, aunque recientemente algunos veterinarios han descubierto que la infección puede transmitirse a través de las mascotas, y se cree que la contaminación ambiental juega un papel relativamente menos importante. Por lo tanto, el énfasis en las técnicas básicas de lavado de manos es eficaz para prevenir su transmisión. El uso de delantales y guantes desechables por parte del personal reduce el contacto piel con piel, por lo que reduce aún más el riesgo de transmisión.

Recientemente, miles de casos de S. aureus han sido reportados en hospitales de todo Estados Unidos. La transmisión del patógeno se facilita en entornos médicos donde la higiene del personal sanitario es insuficiente. S. aureus es una bacteria increíblemente resistente, como se demostró en un estudio en el que sobrevivió con poliéster durante poco menos de tres meses; el poliéster es el principal material utilizado en las cortinas de privacidad de los hospitales.

La bacteria es transportada por las manos de los trabajadores de la salud, quienes pueden contraerla de un paciente aparentemente sano portador de una cepa benigna o comensal de S. aureus, y luego pasarlo al siguiente paciente en tratamiento. La introducción de la bacteria en el torrente sanguíneo puede provocar diversas complicaciones, como endocarditis, meningitis y, si está muy extendida, sepsis.

El etanol ha demostrado ser un desinfectante tópico eficaz contra el MRSA. El amonio cuaternario se puede utilizar junto con el etanol para aumentar la duración de la acción desinfectante. La prevención de las infecciones nosocomiales implica la limpieza rutinaria y terminal. El vapor de alcohol no inflamable en los sistemas CO2 NAV-CO2 tiene una ventaja, ya que no ataca los metales ni los plásticos utilizados en entornos médicos y no contribuye a la resistencia antibacteriana.

Un medio importante y previamente no reconocido de colonización y transmisión de MRSA asociado a la comunidad es durante el contacto sexual.

S. aureus muere en un minuto a 78 °C y en diez minutos a 64 °C, pero es resistente a la congelación.

Ciertas cepas de S. aureus han sido descritos como resistentes a la desinfección con cloro.

El uso de la pomada de mupirocina puede reducir la tasa de infecciones debidas a la portación nasal de S. aureus. Existe evidencia limitada de que la descontaminación nasal de S. aureus el uso de antibióticos o antisépticos puede reducir las tasas de infecciones del sitio quirúrgico.

Investigación

A partir de 2021, no existe una vacuna aprobada contra S. áureo. Se han realizado ensayos clínicos preliminares para varias vacunas candidatas, como StaphVax y PentaStaph de Nabi, V710 de Intercell/Merck, SA75 de VRi y otras.

Si bien algunas de estas candidatas a vacunas han mostrado respuestas inmunitarias, otras agravaron una infección por S. áureo. Hasta la fecha, ninguno de estos candidatos brinda protección contra una S. aureus infección. El desarrollo de StaphVax de Nabi se detuvo en 2005 después de que fallaran los ensayos de fase III. La primera variante de la vacuna V710 de Intercell se terminó durante la fase II/III después de que se observara una mayor mortalidad y morbilidad entre los pacientes que desarrollaron S. aureus infección.

El S mejorado de Nabi. aureus, la vacuna candidata PentaStaph se vendió en 2011 a GlaxoSmithKline Biologicals S.A. El estado actual de PentaStaph no está claro. Un documento de la OMS indica que PentaStaph fracasó en la etapa de prueba de fase III.

En 2010, GlaxoSmithKline inició un estudio ciego de fase 1 para evaluar su vacuna GSK2392103A. A partir de 2016, esta vacuna ya no está en desarrollo activo.

El S. de Pfizer. aureus, la vacuna de cuatro antígenos SA4Ag recibió la designación de vía rápida por parte de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. en febrero de 2014. En 2015, Pfizer comenzó un ensayo de fase 2b con respecto a la vacuna SA4Ag. Los resultados de la fase 1 publicados en febrero de 2017 mostraron una inmunogenicidad muy robusta y segura de SA4Ag. La vacuna se sometió a ensayos clínicos hasta junio de 2019, con resultados publicados en septiembre de 2020, que no demostraron una reducción significativa en la infección del torrente sanguíneo posoperatorio después de la cirugía.

En 2015, Novartis Vaccines and Diagnostics, una antigua división de Novartis y ahora parte de GlaxoSmithKline, publicó resultados preclínicos prometedores de su vacuna de cuatro componentes Staphylococcus aureus, 4C-staph.

Cepas estándar

Varias cepas estándar de S. aureus (llamados "cultivos tipo") se utilizan en investigación y en pruebas de laboratorio, tales como: