Streptococcus pyogenes

Streptococcus pyogenes es una especie de bacteria aerotolerante Gram-positiva del género Streptococcus. Estas bacterias son extracelulares y están formadas por cocos (células redondas) inmóviles y sin esporas que tienden a unirse en cadenas. Son clínicamente importantes para los humanos, ya que son una parte poco frecuente, pero generalmente patógena, de la microbiota de la piel que puede causar una infección por estreptococos del grupo A. S. pyogenes es la especie predominante que alberga el antígeno del grupo A de Lancefield, y a menudo se denomina grupo A Streptococcus (GAS). Sin embargo, tanto el Streptococcus dysgalactiae como el grupo Streptococcus anginosus también pueden poseer el antígeno del grupo A. Los estreptococos del grupo A, cuando se cultivan en agar sangre, normalmente producen zonas pequeñas (2-3 mm) de beta-hemólisis, una destrucción completa de los glóbulos rojos. Por lo tanto, también se utiliza el nombre grupo A (beta-hemolítico) Streptococcus (GABHS).

El nombre de la especie se deriva de palabras griegas que significan 'una cadena' (streptos) de bayas (coccus [latinizado de kokkos]) y pus (pyo) (genes), ya que varias infecciones causada por la bacteria que produce pus. El principal criterio de diferenciación entre Staphylococcus spp. y Streptococcus spp. es la prueba de la catalasa. Los estafilococos son catalasa positivos mientras que los estreptococos son catalasa negativos. S. pyogenes se puede cultivar en placas de agar con sangre fresca. En condiciones ideales, tiene un período de incubación de 1 a 3 días.

Cada año se producen alrededor de 700 millones de infecciones por GAS en todo el mundo. Si bien la tasa de mortalidad general de estas infecciones es inferior al 0,1 %, más de 650 000 de los casos son graves e invasivos, y estos casos tienen una tasa de mortalidad del 25 %. El reconocimiento y el tratamiento tempranos son críticos; la falla en el diagnóstico puede resultar en sepsis y muerte.

Epidemiología

Cadenas de S. pyogenes bacterias (orange) en aumento 900×

S. pyogenes normalmente coloniza la garganta, la mucosa genital, el recto y la piel. De los individuos sanos, entre el 1% y el 5% tienen un estado de portador en la garganta, la vagina o el recto. En niños sanos, dicha tasa de portación varía del 2 al 17%. Existen cuatro métodos para la transmisión de esta bacteria: inhalación de gotitas respiratorias, contacto con la piel, contacto con objetos, superficies o polvo contaminado con bacterias o, menos comúnmente, transmisión a través de los alimentos. Tales bacterias pueden causar una variedad de enfermedades tales como faringitis estreptocócica, fiebre reumática, cardiopatía reumática y escarlatina. Aunque la faringitis es principalmente de origen viral, alrededor del 15 al 30% de todos los casos de faringitis en niños son causados por GAS; mientras tanto, del 5 al 20% de las faringitis en adultos son estreptocócicas. El número de casos de faringitis es mayor en niños que en adultos debido a exposiciones en escuelas, guarderías y como consecuencia de una menor inmunidad del huésped. Los casos de faringitis estreptocócica ocurren con más frecuencia a fines del invierno o principios de la primavera en los países estacionales debido a que muchas personas vuelven a respirar el mismo aire interior. Los casos de enfermedad son los más bajos durante el otoño.

El clon MT1 (metabólico tipo 1) se asocia frecuentemente con infecciones invasivas por Streptococcus pyogenes entre los países desarrollados. La incidencia y mortalidad de S. pyogenes fue alto durante la era anterior a la penicilina, pero ya había comenzado a disminuir antes de la disponibilidad generalizada de penicilina. Por lo tanto, los factores ambientales juegan un papel en el S. pyogenes infección. Incidencia de S. pyogenes es de 2 a 4 por 100 000 habitantes en los países desarrollados y de 12 a 83 por 100 000 habitantes en los países en desarrollo. S. pyogenes se encuentra con mayor frecuencia en hombres que en mujeres, con tasas más altas en los ancianos, seguidos por los bebés. En personas con factores de riesgo como enfermedades del corazón, diabetes, malignidad, trauma cerrado, incisión quirúrgica, infección respiratoria viral, incluida la influenza, S. pyogenes la infección ocurre en 17 a 25% de todos los casos. La infección secundaria por GAS generalmente ocurre dentro de la semana posterior al diagnóstico de la infección por influenza. En 14 a 16% de la infancia S. pyogenes, hay una infección previa de varicela. Tal S. pyogenes en niños por lo general se manifiesta como una infección grave de los tejidos blandos que comienza entre 4 y 12 días después del diagnóstico de varicela. También hay un aumento de 40 a 60 veces en el riesgo de S. pyogenes dentro de las primeras dos semanas de la infección de varicela en niños. Sin embargo, del 20 al 30% de S. pyogenes ocurre en adultos sin factores de riesgo identificables. La incidencia es mayor en niños (50 a 80% de infección por S. pyogenes) sin factores de riesgo conocidos. Las tasas de escarlatina en el Reino Unido solían ser de 4 por 100 000 habitantes; sin embargo, en 2014, las tasas habían aumentado a 49 por 100 000 habitantes. La fiebre reumática y la cardiopatía reumática (RHD, por sus siglas en inglés) generalmente ocurren de 2 a 3 semanas después de la infección de garganta, que es más común entre las personas empobrecidas en los países en desarrollo. De 1967 a 1996, la incidencia global media de fiebre reumática y RHD fue de 19 por 100 000 con la incidencia más alta de 51 por 100 000.

Materna S. pyogenes la infección generalmente ocurre al final del embarazo; a más de 30 semanas de gestación a cuatro semanas posparto, lo que representa del 2 al 4% de todos los S. pyogenes infecciones. Esto representa un aumento de 20 a 100 veces en el riesgo de S. pyogenes infecciones. Las manifestaciones clínicas son: neumonía, artritis séptica, fascitis necrosante y sepsis del tracto genital. Según un estudio realizado por el hospital Queen Charlotte en Londres durante la década de 1930, la vagina no era la fuente común de dicha infección. Por el contrario, la infección de garganta materna y los contactos cercanos con portadores fueron los sitios más comunes para S materna. pyogenes infección.

Bacteriología

Imagen del microscopio electrónico de escaneo de color falso Streptococcus pyogenes (orange) durante la fagocitosis con un neutrófilo humano (azul)

Serotipado

En 1928, Rebecca Lancefield publicó un método para serotipificar S. pyogenes basado en su polisacárido de la pared celular, un factor de virulencia que se muestra en su superficie. Posteriormente, en 1946, Lancefield describió la clasificación serológica de S. pyogenes aislados en función de su antígeno T de superficie. Se ha revelado que cuatro de los 20 antígenos T son pili, que las bacterias utilizan para adherirse a las células huésped. A partir de 2016, se identifican un total de 120 proteínas M. Estas proteínas M están codificadas por 234 tipos de genes emm con más de 1200 alelos.

Lisogenia

Todas las cepas de S. pyogenes están polilisogenizados, ya que llevan uno o más bacteriófagos en sus genomas. Algunos de los 'fagos pueden ser defectuosos, pero en algunos casos, los 'fagos activos pueden compensar los defectos de otros. En general, el genoma de S. pyogenes aisladas durante la enfermedad son >90% idénticas, se diferencian por el fago que portan.

Factores de virulencia

S. pyogenes tiene varios factores de virulencia que le permiten adherirse a los tejidos del huésped, evadir la respuesta inmunitaria y propagarse al penetrar las capas de tejido del huésped. Una cápsula bacteriana a base de carbohidratos compuesta de ácido hialurónico rodea a la bacteria, protegiéndola de la fagocitosis por parte de los neutrófilos. Además, la cápsula y varios factores incrustados en la pared celular, incluida la proteína M, el ácido lipoteicoico y la proteína F (SfbI), facilitan la unión a varias células huésped. La proteína M también inhibe la opsonización por la vía alternativa del complemento al unirse a los reguladores del complemento del huésped. La proteína M que se encuentra en algunos serotipos también puede prevenir la opsonización al unirse al fibrinógeno. Sin embargo, la proteína M también es el punto más débil en la defensa de este patógeno, ya que los anticuerpos producidos por el sistema inmunitario contra la proteína M se dirigen a las bacterias para que los fagocitos las absorban. Las proteínas M son únicas para cada cepa, y la identificación se puede usar clínicamente para confirmar la cepa que causa una infección.

Genoma

Se secuenciaron los genomas de diferentes cepas (el tamaño del genoma es de 1,8 a 1,9 Mbp) que codifican alrededor de 1700-1900 proteínas (1700 en la cepa NZ131, 1865 en la cepa MGAS5005). Secuencias completas del genoma de la cepa tipo de S. pyogenes (NCTC 8198T = CCUG 4207T) están disponibles en DNA Data Bank of Japan, European Nucleotide Archive y GenBank con los números de acceso LN831034 y CP028841.

Formación de biopelículas

Las biopelículas son una forma de S. pyogenes, así como otras células bacterianas, para comunicarse entre sí. En el biofilm, la expresión génica para múltiples propósitos (como la defensa contra el sistema inmunitario del huésped) se controla mediante la detección de quórum. Una de las vías de formación de biopelículas en GAS es la vía Rgg2/3. Regula los SHP (péptidos hidrofóbicos cortos) que son feromonas de detección de quórum, también conocidas como autoinductores. Los SHP's se traducen a una forma inmadura de la feromona y deben someterse a procesamiento, primero por una enzima metaloproteasa dentro de la célula y luego en el espacio extracelular, para alcanzar su forma activa madura. El modo de transporte fuera de la célula y los factores de procesamiento extracelular aún se desconocen. La feromona SHP madura se puede llevar a las células cercanas y a la célula de la que se originó a través de una proteína transmembrana, permeasa oligopeptídica. En el citosol las feromonas tienen dos funciones en la vía Rgg2/3. En primer lugar, inhiben la actividad de Rgg3, que es un regulador transcripcional que reprime la producción de SHP. En segundo lugar, se unen a otro regulador transcripcional, Rgg2, que aumenta la producción de SHP's, lo que tiene un efecto antagónico a Rgg3. La activación de SHP de su propio activador transcripcional crea un ciclo de retroalimentación positiva, que es común para la producción de péptidos de detección de quórum. Permite la producción rápida de las feromonas en grandes cantidades. La producción de SHP aumenta la biogénesis del biofilm. Se ha sugerido que GAS cambia entre la formación y la degradación de biopelículas utilizando vías con efectos opuestos. Mientras que la vía Rgg2/3 aumenta la biopelícula, la vía RopB la interrumpe. RopB es otra proteína similar a Rgg (Rgg1) que activa directamente SpeB (exotoxina B pirogénica estreptocócica), una cisteína proteasa que actúa como factor de virulencia. En ausencia de esta vía, se potencia la formación de biopelículas, posiblemente debido a la falta de feromonas que degradan la proteasa u otros efectos que contrarrestan la vía Rgg2/3.

Enfermedad

S. pyogenes es la causa de muchas enfermedades humanas, que van desde infecciones cutáneas superficiales leves hasta enfermedades sistémicas potencialmente mortales. Las infecciones generalmente comienzan en la garganta o la piel. El signo más llamativo es un sarpullido parecido a una fresa. Ejemplos de S leve. pyogenes incluyen faringitis (faringitis estreptocócica) e infección cutánea localizada (impétigo). La erisipela y la celulitis se caracterizan por la multiplicación y diseminación lateral de S. pyogenes en capas profundas de la piel. S. pyogenes la invasión y multiplicación en la fascia puede provocar fascitis necrosante, una afección potencialmente mortal que requiere una intervención quirúrgica inmediata para reducir la morbilidad y la mortalidad. La bacteria se encuentra en infecciones neonatales.

Las infecciones debidas a ciertas cepas de S. pyogenes se puede asociar con la liberación de toxinas bacterianas. Las infecciones de garganta asociadas con la liberación de ciertas toxinas conducen a la escarlatina. Otros toxigénicos S. pyogenes pueden provocar el síndrome de choque tóxico estreptocócico, que puede poner en peligro la vida.

S. pyogenes también puede causar enfermedades en forma de infecciones posinfecciosas "no piogénicas" (no asociados con la multiplicación bacteriana local y la formación de pus) síndromes. Estas complicaciones autoinmunes siguen a un pequeño porcentaje de infecciones e incluyen fiebre reumática y glomerulonefritis posinfecciosa aguda. Ambas condiciones aparecen varias semanas después de la infección estreptocócica inicial. La fiebre reumática se caracteriza por la inflamación de las articulaciones y/o del corazón después de un episodio de faringitis estreptocócica. La glomerulonefritis aguda, la inflamación del glomérulo renal, puede seguir a una faringitis estreptocócica oa una infección de la piel.

Esta bacteria sigue siendo muy sensible a la penicilina. El fracaso del tratamiento con penicilina generalmente se atribuye a otros organismos comensales locales que producen β-lactamasa, o al fracaso en alcanzar niveles tisulares adecuados en la faringe. Ciertas cepas han desarrollado resistencia a macrólidos, tetraciclinas y clindamicina.

Vacuna

Existe una vacuna polivalente inactivada contra varios tipos de Streptococcus, incluido S. pyogenes, llamada " vacuna antipiogena polivalente BIOL" se recomienda una administración en series de 5 semanas. Se realizan dos aplicaciones semanales a intervalos de 2 a 4 días. La vacuna es producida por el Instituto Biológico Argentino.

Se está desarrollando otra posible vacuna; el péptido candidato a vacuna se llama StreptInCor.

Aplicaciones

Bionanotecnología

Muchos S. pyogenes tienen propiedades únicas, que se han aprovechado en los últimos años para producir un 'superpegamento' altamente específico. y una ruta para mejorar la eficacia de la terapia con anticuerpos.

Edición del genoma

El sistema CRISPR de este organismo que se utiliza para reconocer y destruir el ADN de los virus invasores, deteniendo así la infección, se apropió en 2012 para su uso como herramienta de edición del genoma que potencialmente podría alterar cualquier fragmento de ADN y, posteriormente, el ARN.