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Algunos aspectos que relacionan enfermedades en
humanos y las especies de Staphylococcus
Daryl S. Paulson
BioScience Laboratories, Inc., Bozeman, Montana
I. INTRODUCCIÓN
Las especies Staphylococcus son las que predominan entre los microorganismos patogénicos
encontrados en infecciones post-quirúrgicas en individuos normales, en pacientes inmunocomprometidos y en pacientes hospitalizados durante períodos prolongados. [1]
Las especies Staphylococcus fueron algunas de las primeras bacterias patogénicas caracterizadas
y, más allá de las infecciones adquiridas en hospitales, ellas son las causas de la mayoría de las
infecciones supurativas localizadas en humanos.
Los Staphylococcus son células esféricas gram-positivas, con tamaños comprendidos entre 0,5 y
1,5 µm de diámetro. Generalmente son caracterizados al microscopio por su aspecto morfológico
de racimo de uvas. El desarrollo de los Staphylococcus es óptimo en condiciones aeróbicas, pero
son anaeróbicos facultativos. El rango de temperaturas ideales para su desarrollo está entre 30 y
37°C. Las especies Staphylococcus son inmóviles y no forman esporas. La tabla 1 muestra
características bioquímicas distintivas para las seis especies de importancia médica.
Las especies Staphylococcus son relativamente más resistentes al calor, así como también a
varios antisépticos y desinfectantes, que otros tipos de bacterias patógenas. [4,5]. Por ejemplo,
varias especies de bacterias mueren cuando son expuestas a una temperatura de 60ºC por 30
minutos. Sin embargo para una reducción comparable en Staphylococcus spp. puede requerirse
una exposición a 80ºC por 30 minutos. Además, a diferencia de otros microorganismos patógenos,
las Staphylococcus spp. crecen a 45ºC, son relativamente resistentes al secado y pueden
permanecer viables por largos períodos fe tiempo.
La mayoría de las Staphylococcus spp. crecen en presencia de 10% de NaCl, y a veces lo hacen
en concentraciones de hasta 15% de NaCl. Esto tiene particular relevancia en la industria
alimenticia donde el salado es una forma de preservar alimentos.
Las especies Staphylococcus, particularmente el S. aureus, son propensas a desarrollar resistencia
a los antibióticos. [1] Los Staphylococcus, por naturaleza, no son exigentes en cuanto a requisitos
nutricionales para crecer, crecen rápidamente en los medios generales. Este crecimiento es más
notorio en agar sangre, comúnmente utilizado para su aislamiento y diferenciación. Crecen
rápidamente en forma aeróbica sobre medios sintéticos que contienen aminoácidos y vitaminas, en
cambio el crecimiento anaeróbico requiere la adición de uracilo y una fuente de carbono
fermentable tal como piruvato. Una variedad de carbohidratos se utilizan aeróbicamente, con
producción de ácido (ver Tabla 1). La glucosa es fermentada anaeróbicamente siendo el ácido
láctico el producto final primario.
La producción de coagulasa es de importancia diagnóstica para el S. aureus. Puesto que las cepas
de S. aureus son coagulasa-positivas, mientras que todas las otras cepas han sido reportadas
como coagulasa-negativas. [6]
II. STAPHYLOCOCCUS AUREUS E INFECCIÓN INTRAHOSPITALARIA
A través de los años, la incidencia de las infecciones por S. aureus adquiridas en hospitales ha
aumentado.
Esto es el agente causante de un 50% de las bacteriemias relacionadas a catéteres, la mayoría de
las infecciones adquiridas en hospitales por inserciones de prótesis y la mayoría de los casos de
artritis y osteomielitis séptica. [7]
III. COLONIZACIÓN
El mayor reservorio de S. aureus en humanos es, aparentemente, la parte anterior de las fosas
nasales. Llevarlos allí influye en llevarlos en otros sitios anatómicos como ser membranas
mucosas, perineo y axilas. Distintos individuos han mostrado albergar S. aureus continuamente o
intermitentemente (alrededor del 90% de una población muestreada exhibirá S. aureus
intermitentemente). [3]
Algunos factores que promueven la colonización son: infección respiratoria, hospitalización
prolongada, diabetes, uso de drogas intravenosas, tratamiento con corticosteroides por alergias,
exposición a bajas temperaturas y condiciones dermatológicas como la dermatitis atópica y
eczema.
Los pacientes de edades avanzadas, aun hospitalizados, parecieran no tener niveles altos de
colonización. Sin embargo, los individuos que utilizan antibióticos por mucho tiempo han mostrado
ser más frecuentemente colonizados por S. aureus
Una vez que el individuo es colonizado, la cepa puede pasar de una persona a otra vía contacto
con las manos o también por descamación de su piel. La colonización por S. aureus agrega un
riesgo de posible auto infección posterior a un procedimiento quirúrgico y/o implante de dispositivo.
[1]
Las infecciones en el sitio quirúrgico son más comunes en pacientes colonizados por S. aureus
que en aquellos sin colonizar, particularmente cuando la densidad de colonización es superior a 1 x
6
10 unidades formadoras de colonias en el área anatómica.
Cuando el S. aureus ingresa a un nuevo huésped humano debería ser capaz de adherirse a tejido
o a la superficie de un órgano, esto determinará si ocurre o no infección. Cuando hay adherencia
ocurre una interacción entre las proteínas estructurales situadas en la pared celular de la bacteria y
los sitios complementarios de la célula eucariótica humana. (*) La adherencia se da a través de
grupos de proteínas situados en la pared celular de la bacteria llamados componentes superficiales
microbianos reconocedores de matrices moleculares adhesivos. Se estima que existen tres
principales de estos grupos, dependiendo de si se adhieren a fibronectina, fibrinógeno o colágeno.
[5]
Los anticuerpos antígeno- específicos del huésped pueden bloquear la unión del tejido con el S.
aureus, pero la interacción con la proteína Staph-huésped puede prevenir al sistema inmune del
reconocimiento del antígeno bacterial. La unión de varios sustratos de tejidos a la pared celular
bacteriana también puede establecerse mediante cargas electrostáticas, el S. aureus tiene carga
negativa neta debido a su proteína A y al ácido ribotal-teicoico. De aquí que la prevención a
infecciones del huésped es aumentada si se bloquean receptores de proteína mediante
anticuerpos. La adherencia de Staphylococcus a coágulos de fibrina es favorecida por la presencia
de fibronectina, la unión en este caso es a través de proteínas similares a las presentes en la
fibronectina, FnBPA y FnBPB, las cuales tienen áreas específicas de unión a ligandos que
reconocen el extremo N o C de la fibronectina. Cuando la fibronectina cubre las superficies el N
extremo terminal se une a ciertas cepas de S. aureus. Estas cepas son las que más
probablemente causan endocarditis inducida por cirugía; por ejemplo, porque la fibronectina se
deposita sobre las células del endotelio valvular traumatizadas por la intervención quirúrgica.
Interacciones similares entre otras superficies y S. aureus pueden facilitar infecciones. Los
catéteres cubiertos por fibrinógeno favorecen la unión y por lo tanto la infección del sitio de
inserción intravenosa. El factor de acople del Staphylococcus, una proteína superficial, se une al
fibrinógeno.
El S. aureus se une a leperina y otros glucoaminoglicanos a través de dos proteínas básicas de la
pared celular bacteriana. Los glucoaminoglicanos están entrelazados con proteínas para formar
proteoglicanos que se hallan relacionados con tejido conectivo, membranas basales y superficie de
células eucariotas. Aunque estos compuestos se unan a catéteres leperinizados, el enlace no
parece ser específico. El S. aureus también genera una cubierta limosa, pero más tarde en la fase
de crecimiento y por lo tanto queda en duda si esto favorece la adhesión como ocurre en la primera
etapa del ciclo de crecimiento.
Actualmente se conocen numerosas exoproteínas producidas por S. aureus, de las cuales algunas
no son solamente tóxicas sino que además se las considera factor virulento. Estos antígenos
causan la activación de sub-poblaciones de células T con la subsecuente producción de citoquinas
que pueden comprometer el sistema inmunológico impidiendo la formación concertada y
coordinada del complejo antígeno-anticuerpo. Esto puede provocar enterotoxinas (A, B, C1,2,3, D, E)
así como también toxina-1 asociada al síndrome de shock tóxico. El efecto neto es el daño del
tejido debido a la actividad de citoquina. [8]
Ha menudo se encuentran reacciones menos intensas. Las toxinas exfoliativas epidermolíticas A y
B atacan la epidermis causando necrosis epidérmica, como por ejemplo en el síndrome de piel
escaldada por Staphylococcus. [9]. Las toxinas que dañan membranas en el sitio de infección (por
ej.: toxinas, hemolisinas) son el mayor factor de daño tisular después que la adherencia ha
ocurrido. Otras exoproteínas, tales como proteasas, colagenasas, hialuronidasas y lipasas, actúan
como aceleradores de virulencia pero no destruyen activamente los tejidos del huésped.
(*): En una herida quirúrgica, los microorganismos pueden implantarse directamente sobre órganos y tejidos,
usualmente mediante la adherencia de la célula bacteriana a proteínas de plasma que se encuentran dentro
de la herida misma.
IV. RESISTENCIA A DROGAS
La penicilina, descubierta en 1929 por Fleming, fue usada con fines terapéuticos por primera vez
en 1941.
Los antibióticos relacionados con la penicilina, conocidos como beta-lactámicos, han sido
extensamente usados y mostraron ser efectivos para tratar infecciones bacterianas, incluidas las
causadas por Staphylococcus spp.
El primer reporte de resistencia bacteriana a beta-lactamas se produjo en la década de 1940,
cuando se comprobó que extractos de bacterias neutralizaban las propiedades antibacterianas de
la penicilina. Poco después, se reportó que cepas de S. aureus eran resistentes a la penicilina,
mediante la producción de una enzima capaz de neutralizar la droga, a esta enzima se la
denominó penicilinasa (hoy se conoce como betalactamasa). Actualmente esta forma de
resistencia es común en un 93% de todos los cultivos clínicamente aislados de S. aureus. Varios
Staphylococcus spp. coagulasa-negativos (CoNS) también producen betalactamasa y por lo tanto
son resistentes a la penicilina también. [10]
El blanco primario de los antibióticos beta-lactámicos es la proteína que forma unión con la
penicilina (PBP, en inglés: penicillin-binding protein); éstas son enzimas bacteriales que se hallan
ancladas en la membrana citoplasmática, involucradas en la etapa final de síntesis de
peptidoglicanos. Son las responsables de la polimerización de las porciones de polipéptido de las
cadenas que entrecruzan el peptidoglicano en las especies de S. aureus. La penicilina reduce la
formación de “enrejado” de peptidoglicano, inhibiendo así la formación de nuevas paredes. El
verdadero blanco letal de las betalactamas nunca pudo ser identificado.
Las especies Staphylococcus pueden volverse resistentes a los antibióticos betalactámicos por
distintos mecanismos. Pueden hacerlo por mutaciones o, más eficientemente y en forma más
relevante desde el punto de vista clínico, adquiriendo un elemento extraño de ADN que codifica
para la resistencia a la meticilina. [5] Este factor determinante, conocido como mec, confiere a los
Staphylococcus una resistencia intrínseca a todas las betalactamas, incluidas la mayoría de las
cefalosporinas y de los carbapenemes.
La primera cepa de S. aureus meticilino-resistente (MRSA) fue aislada en 1960, justo después de
la introducción de la meticilina en el ámbito clínico.
Las cepas de MRSA residen en medios donde hay fuerte y constante presión de antibióticos (por
ej.: hospitales y clínicas). Una propiedad adicional que tienen estas cepas es la tendencia a
acumular determinantes de resistencias adicionales no relacionadas e incorporarlas a su genoma.
Su adaptabilidad y rapidez de respuesta a la selección de antibióticos a llevado a hacerlas
resistentes a casi todos los antibióticos comúnmente usados, excepto la vancomicina. Esto
constituye un serio problema, la aparición de S. aureus multi-resistente a drogas representa una
respuesta consecuente a la presión selectiva que impone la quimioterapia antimicrobiana. [11].
Los antibióticos de la familia de aminoglucósidos, tales como gentamicina, kanamicina,
estreptomicina y neomicina, inhiben la síntesis de proteínas bloqueando la sub-unidad 30S de los
ribosomas. Estos antibióticos han sido ampliamente utilizados para tratar infecciones de
Staphylococcus, y aún siguen siendo útiles combinados con otros agentes anti-Staphylococcus.
Sin embargo, la resistencia por parte de los Staphylococcus a los aminoglucósidos está
ampliamente documentada.
El cloranfenicol es un agente bacteriostático que se une a la sub-unidad 50S de los ribosomas e
inhibe la transpeptidación en la síntesis de las proteínas. Aunque este agente no es muy utilizado
para tratar infecciones de Staphylococcus, la resistencia al cloranfenicol se debe a la desactivación
del antibiótico por la enzima cloranfenicol-acetiltranferasa (CA7).
Los macrólidos, tales como eritromicina y oleandomicina; las lincosamidas, tales como lincomicina
y clindamicina; y los antibióticos del tipo estreptogramina también tienen efecto bacteriostático
sobre Staphylococcus spp. por unión a las sub-unidades 50S de sus ribosomas, frenando la
síntesis de proteínas, pero la resistencia a todos estos antibióticos es predominante.
La rifampicina también ha sido utilizada para tratar infecciones de Staphylococcus, pero si se utiliza
sola rápidamente aparecen cepas resistentes.
En conclusión, los Staphylococcus multirresistentes a drogas son universalmente reconocidos
como el mayor patógeno nosocomial. Hasta que no se logre una comprensión genético-molecular
de los mecanismos de resistencia, se seguirán buscando estrategias y regímenes de tratamiento
para reducir el impacto de estos microorganismos.
REFERENCIAS
1. JF John, NL Bang. Staphylococcus aureus. In: CG Mayhall, ed. Hospital Epidemiology and Infection Control.
2nd ed. Philadelphia: Lippincott, Williams and Wilkins, pág. 325–345, 1999.
2. RF Boyd. Basic Medical Microbiology. 5th ed. Boston: Little, Brown and Company, pág. 246–262, 1995.
3. HI Maiback, R Aly. Skin Microbiology. New York: Springer-Verlag, 1981.
4. BD Davis, R Dulbecco, HN Eisen, HS Ginsberg. Microbiology. 3rd ed. Philadelphia: Harper & Row, 1980.
5. CA Mims. The Pathogenesis of Infectious Disease. 3rd ed. New York: Academic Press, 1987.
6. WK Joklik, HP Willet, DB Amos, CM Wilfert. Zinsser Microbiology. 20th ed. Norwalk, CT: Appleton and
Lange, 1992.
7. DS Paulson. Topical Antimicrobial Testing and Evaluation. New York: Marcel Dekker, Inc., 1999.
8. J Kuba. Immunology. 2nd ed. WH Freeman: San Francisco, 1991.
9. M Schaecter, G Medoff, BI Eisenstein. Mechanisms of Microbial Disease. 2nd ed. Baltimore: Williams and
Williams, 1993.
10. D Armstrong, J Cohen, eds. Infectious Diseases, vol. 1. London: Mosby, 1999.
11. AJ Hartstein, ME Mulligan. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus. In: CE Marshall, ed. Hospital
Epidemiology and Infection Control. 2nd ed. Philadelphia: Lippincott, Williams and Wilkins, pág. 347–364,
1999.
12. BA Freeman. Burrows textbook of microbiology, 22nd ed. Philadelphia: W. B. Saunders Co., 1985.
Tabla 1 Las especies de Staphylococcus que interesan desde el punto de vista médico.
S. aureus
Morfología
Tamaño de célula,
µm
Colonias
b
Elevación
SS. epidermidis
S. saprophyticus
S. simulans
S. hominis
a
S. haemolyticus
0,8 – 1,0
0,5 – 1,5
0,8 – 1,2
0,8 – 1,5
1,0 – 1,5
0,8 – 1,3
E
E
LC
E
C
LC
T
T
O
T
O
O
6-8
2-4
5-8
5-7
3-4
4-8
(+)
(-)
V
-
V
-
R
G
R, G
G
G
G
+
+
+
+
+
+
+
D
+
+
D
+
+
+
V
+
+
+
+
-
-
-
-
-
Hemólisis
(+)
D, -
-
D, -
(D, -)
(+)
Acetil metilcarbinol
+
+
(+)
D, -
V
+, D
Reducción de nitrato
+
(+)
-
+
+
(+)
Fosfatasa
+
+
(-)
(D)
(-)
(-)
Deoxiribonucleasa
+
(D)
-
(D)
D, -
D, -
Ácidos de
f
carbohidratos
Sacarosa
+
+
+
+
+
+
Tetrahalosa
+
-
+
(+)
+
+
Turanosa
(+)
V
+
-
(+)
D
Manitol
+
-
+
(+)
-
V
Xilitol
-
-
(+, D)
-
-
-
Sensible a
antibióticos
Novobiocina
+
+
-
+
+
+
g
V
V
+
V
V
V
Tetraciclina
+
(+)
+
V
V
+
Eritromicina
+
+
(+)
(+)
+
+
Luz transmitida
c
Diámetro (mm)
Pigmentación
d
Ác. teicoico en pared
e
celular
Fisiología
Crecimiento
anaeróbico
Crecimiento en ClNa
10%
Crecimiento a 45ºC
Reacciones
bioquímicas
Coagulasa
Penicilina
a
Significado de símbolos: sin paréntesis = 90% o más, con paréntesis = 70-89% de frecuencia.
+ = positivo, D = débilmente positivo, - = negativo, V = variable
b
E = elevada, LC = levemente convexa, C = convexa
T = traslúcido, O = opaco
d
La pigmentación de colonias varía desde naranja a amarillo-naranja, a amarillo, a gris o blanco con tinte
amarillo.
e
R = tipo ribitol; G = tipo glicerol.
f
Producción de ácidos en cultivos.
g
Hay también MRSA (S. aureus resistente a meticilina) con mismo perfil.
c
Fuente: Datos de W.E. Kloos and K.H. Schleiffer, Internat J. Syst. Bacteriol. 25:62–79, 1975.
Traducción: Nicolás Antonio Di Lalla Lic. en Ciencias Químicas UBA Director Técnico
de Covidex SRL Agosto de 2014