Patógeno

En biología, un patógeno (del griego: πάθος, pathos "sufrimiento", "pasión" y -γενής, -genēs "productor de") en el sentido más antiguo y amplio, es cualquier organismo que puede producir una enfermedad. Un patógeno también puede denominarse agente infeccioso o simplemente germen.

El término patógeno entró en uso en la década de 1880. Normalmente, el término se utiliza para describir un microorganismo o agente infeccioso, como un virus, una bacteria, un protozoo, un prión, un viroide o un hongo. Los animales pequeños, como ciertos gusanos o insectos, también pueden causar o transmitir enfermedades. Sin embargo, en el lenguaje común, estos animales suelen denominarse parásitos en lugar de patógenos. El estudio científico de los organismos microscópicos, incluidos los organismos patógenos microscópicos, se denomina microbiología, mientras que la parasitología se refiere al estudio científico de los parásitos y los organismos que los albergan.

Hay varias vías a través de las cuales los patógenos pueden invadir un huésped. Las vías principales tienen diferentes marcos de tiempo episódicos, pero el suelo tiene el potencial más prolongado o más persistente para albergar un patógeno.

Las enfermedades en humanos causadas por agentes infecciosos se conocen como enfermedades patógenas. No todas las enfermedades son causadas por patógenos, otras causas son, por ejemplo, toxinas, trastornos genéticos y el propio sistema inmunológico del huésped.

Patogenicidad

La patogenicidad es la capacidad potencial de causar enfermedades de los patógenos. La patogenicidad tiene un significado relacionado con la virulencia, pero algunas autoridades han llegado a distinguirlo como un término cualitativo, mientras que este último es cuantitativo. Según este estándar, se puede decir que un organismo es patógeno o no patógeno en un contexto particular, pero no "más patógeno" que otro. Tales comparaciones se describen en cambio en términos de virulencia relativa. La patogenicidad también es distinta de la transmisibilidad de un virus, que cuantifica el riesgo de infección.

Un patógeno puede describirse en términos de su capacidad para producir toxinas, entrar en tejidos, colonizar, secuestrar nutrientes y su capacidad para inmunosuprimir al huésped.

Patogenicidad dependiente del contexto

Es habitual hablar de toda una especie de bacteria como patógena cuando se la identifica como causante de una enfermedad (cf. postulados de Koch). Sin embargo, la visión moderna es que la patogenicidad depende del ecosistema microbiano en su conjunto. Una bacteria puede participar en infecciones oportunistas en huéspedes inmunocomprometidos, adquirir factores de virulencia por infección con plásmidos, transferirse a un sitio diferente dentro del huésped o responder a cambios en el número total de otras bacterias presentes. Por ejemplo, la infección de los ganglios linfáticos mesentéricos de ratones con Yersinia puede despejar el camino para que continúe la infección de estos sitios por Lactobacillus, posiblemente por un mecanismo de "cicatrización inmunológica".

Conceptos relacionados

Virulencia

La virulencia (la tendencia de un patógeno a reducir la aptitud de un huésped) evoluciona cuando un patógeno puede propagarse desde un huésped enfermo, a pesar de que el huésped se debilita. La transmisión horizontal ocurre entre huéspedes de la misma especie, en contraste con la transmisión vertical, que tiende a evolucionar hacia la simbiosis (después de un período de alta morbilidad y mortalidad en la población) al vincular el éxito evolutivo del patógeno con el éxito evolutivo del organismo huésped. La biología evolutiva propone que muchos patógenos desarrollan una virulencia óptima en la que la aptitud obtenida por el aumento de las tasas de replicación se equilibra con las compensaciones en la reducción de la transmisión, pero los mecanismos exactos que subyacen a estas relaciones siguen siendo controvertidos.

Transmisión

La transmisión de patógenos se produce a través de muchas rutas diferentes, incluido el aire, el contacto directo o indirecto, el contacto sexual, a través de la sangre, la leche materna u otros fluidos corporales, y a través de la ruta fecal-oral.

Tipos de patógenos

Algas

Las algas son eucariotas unicelulares que generalmente no son patógenas, aunque existen variedades patógenas. La prototecosis es una enfermedad que se encuentra en perros, gatos, ganado y humanos causada por un tipo de alga verde conocida como prototeca que carece de clorofila. La especie Prototheca wickerhami, que se encuentra a menudo en el suelo y las aguas residuales, es la causa de la mayoría de los casos humanos de la rara infección de prototecosis.

Bacterias

La gran mayoría de las bacterias, que pueden oscilar entre 0,15 y 700 μM de longitud, son inofensivas o beneficiosas para los humanos. Sin embargo, una lista relativamente pequeña de bacterias patógenas puede causar enfermedades infecciosas. Las bacterias patógenas tienen varias formas en que pueden causar enfermedades. Pueden afectar directamente a las células de su huésped, producir endotoxinas que dañan las células de su huésped o causar una respuesta inmune lo suficientemente fuerte como para dañar las células del huésped.

Una de las enfermedades bacterianas con mayor carga de enfermedad es la tuberculosis, causada por la bacteria Mycobacterium tuberculosis, que mató a 1,5 millones de personas en 2013, principalmente en el África subsahariana. Las bacterias patógenas contribuyen a otras enfermedades de importancia mundial, como la neumonía, que puede ser causada por bacterias como Streptococcus y Pseudomonas, y las enfermedades transmitidas por los alimentos, que pueden ser causadas por bacterias como Shigella, Campylobacter y Salmonella. En pacientes con fibrosis quística, PseudomonasLas bacterias pueden formar una biopelícula que tiene una alta resistencia al sistema inmunológico y a los antibióticos al desarrollar mutaciones adaptativas y producir factores de virulencia. Las bacterias patógenas también causan infecciones como el tétanos, la fiebre tifoidea, la difteria, la sífilis y la lepra.

Hongos

Los hongos son organismos eucariotas que pueden funcionar como patógenos. Hay aproximadamente 300 hongos conocidos que son patógenos para los humanos, incluidos Candida albicans, que es la causa más común de la candidiasis bucal, y Cryptococcus neoformans, que puede causar una forma grave de meningitis. El tamaño típico de las esporas fúngicas es <4,7 μm de largo, pero algunas esporas pueden ser más grandes.

Priones

Los priones son proteínas mal plegadas que son transmisibles y pueden influir en el plegamiento anormal de proteínas normales en el cerebro. No contienen ADN ni ARN y no pueden replicarse más que para convertir proteínas normales ya existentes al estado mal plegado. Estas proteínas anormalmente plegadas se encuentran de manera característica en muchas enfermedades neurodegenerativas, ya que se agregan al sistema nervioso central y crean placas que dañan la estructura del tejido. Esto esencialmente crea "agujeros" en el tejido. Se ha encontrado que los priones se transmiten de tres formas: obtenida, familiar y esporádica. También se ha encontrado que las plantas juegan el papel de vector de priones. Hay ocho enfermedades diferentes que afectan a los mamíferos y que son causadas por priones como la tembladera, la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas) y la encefalopatía espongiforme felina (FSE).e Insomnio familiar fatal (FFI).

Viroides

No debe confundirse con virusoide o virus. Los viroides son los patógenos infecciosos más pequeños que se conocen. Están compuestos únicamente por una hebra corta de ARN monocatenario circular que no tiene recubrimiento proteico. Todos los viroides conocidos son habitantes de plantas superiores y la mayoría causan enfermedades, cuya importancia económica respectiva en los humanos varía ampliamente.

Virus

Los virus son partículas pequeñas, normalmente entre 20 y 300 nanómetros de longitud, que contienen ARN o ADN. Los virus requieren una célula huésped para replicarse. Algunas de las enfermedades causadas por patógenos virales incluyen viruela, influenza, paperas, sarampión, varicela, ébola, VIH, rubéola y COVID-19.

Los virus patógenos pertenecen principalmente a las familias Adenoviridae, Coronaviridae, Picornaviridae, Herpesviridae, Hepadnaviridae, Flaviviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Papovaviridae, Polyomavirus, Rhabdoviridae y Togaviridae. El VIH es un miembro notable de la familia Retroviridae que afectó a 37,9 millones de personas en todo el mundo en 2018.

Otros parásitos

Los protozoos son eucariotas unicelulares que se alimentan de microorganismos y tejidos orgánicos. Considerados como "animales unicelulares", ya que tienen comportamientos similares a los de los animales, como la motilidad, la depredación y la falta de pared celular. Muchos patógenos protozoarios se consideran parásitos humanos, ya que causan una variedad de enfermedades como: malaria, amebiasis, giardiasis, toxoplasmosis, criptosporidiosis, tricomoniasis, enfermedad de Chagas, leishmaniasis, tripanosomiasis africana (enfermedad del sueño), queratitis por Acanthamoeba y meningoencefalitis amebiana primaria (naegleriasis).).

Los gusanos parásitos (helmintos) son macroparásitos que se pueden ver a simple vista. Los gusanos viven y se alimentan en su huésped vivo, reciben alimento y refugio mientras afectan la forma en que el huésped digiere los nutrientes. También manipulan el sistema inmunológico del huésped al secretar productos inmunomoduladores que les permiten vivir en su huésped durante años. Muchos gusanos parásitos son más comúnmente intestinales que se transmiten por el suelo e infectan el tracto digestivo; otros gusanos parásitos se encuentran en los vasos sanguíneos del huésped. Los gusanos parásitos que viven en el huésped pueden causar debilidad e incluso provocar muchas enfermedades. Los gusanos parásitos pueden causar muchas enfermedades tanto a humanos como a animales. La helmintiasis (infección por gusanos), la ascariasis y la enterobiasis (infección por oxiuros) son algunas de las causadas por varios gusanos parásitos.

Huéspedes patógenos

Bacterias

Aunque las bacterias pueden ser patógenos en sí mismas, también pueden ser infectadas por patógenos. Los bacteriófagos son virus, también conocidos como fagos (plural) y fagos, que infectan bacterias y a menudo provocan la muerte de las bacterias infectadas. Los bacteriófagos comunes incluyen el fago T7 y Lambda. Hay bacteriófagos que infectan todo tipo de bacterias, tanto gramnegativas como grampositivas. Incluso las bacterias patógenas que infectan a otras especies, incluidos los humanos, pueden infectarse con un fago.

Plantas

Las plantas pueden albergar una amplia gama de tipos de patógenos, incluidos virus, bacterias, hongos, nematodos e incluso otras plantas. Los virus de plantas notables incluyen el virus de la mancha anular de la papaya, que ha causado daños por valor de millones de dólares a los agricultores de Hawái y el sudeste asiático, y el virus del mosaico del tabaco, que hizo que el científico Martinus Beijerinck acuñara el término "virus" en 1898. Los patógenos bacterianos de las plantas también son un problema serio que causa manchas en las hojas, tizones y pudriciones en muchas especies de plantas. Los dos principales patógenos bacterianos para las plantas son Pseudomonas syringae y Ralstonia solanacearum, que causan el oscurecimiento de las hojas y otros problemas en papas, tomates y plátanos.

Los hongos son otro tipo importante de patógenos para las plantas. Pueden causar una amplia variedad de problemas, como plantas de menor altura, crecimientos o hoyos en los troncos de los árboles, pudrición de raíces o semillas y manchas en las hojas. Los hongos de plantas comunes y graves incluyen el hongo del añublo del arroz, la enfermedad del olmo holandés, el tizón del castaño y las enfermedades del nudo negro y la pudrición marrón de las cerezas, ciruelas y melocotones. Se estima que los hongos patógenos por sí solos provocan una reducción de hasta un 65 % en el rendimiento de los cultivos.

En general, las plantas tienen una amplia gama de patógenos y se ha estimado que solo se puede controlar el 3% de las enfermedades causadas por patógenos de plantas.

Animales

Los animales a menudo se infectan con muchos de los mismos o similares patógenos que los humanos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos. Si bien los animales salvajes a menudo contraen enfermedades, el mayor peligro es para los animales de ganado. Se estima que en entornos rurales, el 90% o más de las muertes de ganado pueden atribuirse a patógenos. La enfermedad priónica encefalopatía espongiforme bovina, comúnmente conocida como enfermedad de las vacas locas, es una de las pocas enfermedades priónicas que afectan a los animales. Otras enfermedades animales incluyen una variedad de trastornos de inmunodeficiencia que están causados ​​por virus relacionados con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), incluidos BIV y FIV.

Humanos

Los seres humanos pueden infectarse con muchos tipos de patógenos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos. Los virus y las bacterias que infectan a los humanos pueden causar síntomas como estornudos, tos, fiebre, vómitos e incluso provocar la muerte. Algunos de estos síntomas son causados ​​por el propio virus, mientras que otros son provocados por el sistema inmunitario de la persona infectada.

Tratamiento

Prión

A pesar de muchos intentos, hasta la fecha no se ha demostrado que ninguna terapia detenga la progresión de las enfermedades priónicas.

Virus

Existe una variedad de opciones de prevención y tratamiento para algunos patógenos virales. Las vacunas son una medida preventiva común y eficaz contra una variedad de patógenos virales. Las vacunas preparan el sistema inmunitario del huésped, de modo que cuando el huésped potencial se encuentra con el virus en estado salvaje, el sistema inmunitario puede defenderse contra la infección rápidamente. Existen vacunas para virus como el virus del sarampión, las paperas y la rubéola y el virus de la influenza. Algunos virus como el VIH, el dengue y el chikungunya no tienen vacunas disponibles.

El tratamiento de infecciones virales a menudo implica tratar los síntomas de la infección en lugar de administrar cualquier medicamento que afecte al patógeno viral en sí. El tratamiento de los síntomas de una infección viral le da tiempo al sistema inmunitario del huésped para desarrollar anticuerpos contra el patógeno viral que luego eliminará la infección. En algunos casos, es necesario un tratamiento contra el virus. Un ejemplo de esto es el VIH, donde se necesita la terapia antirretroviral, también conocida como ART o HAART, para prevenir la pérdida de células inmunitarias y la progresión al SIDA.

Bacterias

Al igual que los patógenos virales, la infección por ciertos patógenos bacterianos se puede prevenir mediante vacunas. Las vacunas contra patógenos bacterianos incluyen la vacuna contra el ántrax y la vacuna contra el neumococo. Muchos otros patógenos bacterianos carecen de vacunas como medida preventiva, pero la infección por estas bacterias a menudo se puede tratar o prevenir con antibióticos. Los antibióticos comunes incluyen amoxicilina, ciprofloxacina y doxiciclina. Cada antibiótico tiene diferentes bacterias contra las que es efectivo y tiene diferentes mecanismos para matar esas bacterias. Por ejemplo, la doxiciclina inhibe la síntesis de nuevas proteínas tanto en bacterias gramnegativas como grampositivas, lo que conduce a la muerte de las bacterias afectadas.

Debido en parte a la prescripción excesiva de antibióticos en circunstancias en las que no son necesarios, algunos patógenos bacterianos han desarrollado resistencia a los antibióticos y se están volviendo difíciles de tratar con los antibióticos clásicos. Una cepa genéticamente distinta de Staphylococcus aureus llamada MRSA es un ejemplo de un patógeno bacteriano que es difícil de tratar con antibióticos comunes. Un informe publicado en 2013 por el Centro para el Control de Enfermedades (CDC) estimó que cada año en los Estados Unidos, al menos 2 millones de personas contraen una infección bacteriana resistente a los antibióticos y al menos 23 000 personas mueren a causa de esas infecciones.

Debido a su indispensabilidad en las bacterias, las ADN metiltransferasas persistentes esenciales son objetivos potenciales para el desarrollo de inhibidores epigenéticos capaces, por ejemplo, de mejorar la actividad terapéutica de los antimicrobianos o disminuir la virulencia de un patógeno.

Hongos

La infección por patógenos fúngicos se trata con medicamentos antifúngicos. Las infecciones fúngicas como el pie de atleta, la tiña inguinal y la tiña son infecciones de la piel y pueden tratarse con medicamentos antimicóticos tópicos como el clotrimazol. Otras infecciones fúngicas comunes incluyen infecciones por la cepa de levadura Candida albicans. Candida puede causar infecciones en la boca o la garganta, comúnmente conocidas como aftas, o puede causar infecciones vaginales. Estas infecciones internas pueden tratarse con cremas antimicóticas o con medicamentos orales. Los medicamentos antimicóticos comunes para las infecciones internas incluyen la familia de medicamentos Echinocandin y el fluconazol.

Algas

Por lo general, no se considera que las algas sean patógenos, pero se sabe que el género Prototheca causa enfermedades en los humanos . Actualmente se está investigando el tratamiento para este tipo de infección y no hay consistencia en el tratamiento clínico.

Interacciones sexuales

Muchos patógenos son capaces de interacción sexual. Entre las bacterias patógenas, la interacción sexual ocurre entre células de la misma especie por el proceso de transformación genética natural. La transformación implica la transferencia de ADN de una célula donante a una célula receptora y la integración del ADN donante en el genoma receptor mediante recombinación. Ejemplos de patógenos bacterianos capaces de transformación natural son Helicobacter pylori, Haemophilus influenzae, Legionella pneumophila, Neisseria gonorrhoeae y Streptococcus pneumoniae.

Los patógenos eucariotas a menudo son capaces de interactuar sexualmente mediante un proceso que implica meiosis y singamia. La meiosis implica el emparejamiento íntimo de cromosomas homólogos y la recombinación entre ellos. Los ejemplos de patógenos eucarióticos capaces de tener relaciones sexuales incluyen los parásitos protozoarios Plasmodium falciparum, Toxoplasma gondii, Trypanosoma brucei, Giardia intestinalis y los hongos Aspergillus fumigatus, Candida albicans y Cryptococcus neoformans.

Los virus también pueden sufrir una interacción sexual cuando dos o más genomas virales ingresan a la misma célula huésped. Este proceso implica el emparejamiento de genomas homólogos y la recombinación entre ellos mediante un proceso denominado reactivación de multiplicidad. Ejemplos de virus que experimentan este proceso son el virus del herpes simple, el virus de la inmunodeficiencia humana y el virus vaccinia.

Todos los procesos sexuales en bacterias, eucariotas microbianos y virus implican la recombinación entre genomas homólogos que parece facilitar la reparación del daño genómico a los patógenos causado por las defensas de sus respectivos huéspedes objetivo.