Sistemas toxina-antitoxina: maquinarias para secuestrar las poblaciones infectadas

O mía o de nadie: el egoísmo hecho sistema biológico

Hay sistemas sociales que tienen semejanzas con este tipo de sistemas toxina-antitoxina. Por ejemplo la pertenencia a:  mafia, determinadas sectas, partidos de extrema derecha o extrema izquierda, grupos terroristas...

Tipos de sistemas TA y mecanismo de acción

Textos y figuras extraídas de la tesis de grado de Victor Fernández Juárez. Los sistemas TA son un grupo muy heterogéneo y que se clasifican en función del mecanismo de acción de la antitoxina, de tal manera que las diferentes familias de TA se agrupan en cinco tipos (Mruck, 2014), tal y como se ve en la figura 2. En el tipo I, la antitoxina es un mRNA que se comporta como un antisentido al mRNA de la toxina, formando un híbrido que será degradado; tipo II, tanto la toxina como la antitoxina se codifican como proteínas que interaccionan formando un complejo en el que se inactiva la toxina, y además la propia antitoxina puede tener un dominio de unión al DNA regulando el locus toxina-antitoxina; En el tipo III, la toxina se codifica como una proteína mientras que la antitoxina es un RNA que interacciona directamente con la dicha toxina, inactivándola; en el tipo IV, nuevamente ambas se codifican como proteínas, pero en este caso la antitoxina protege las dianas que ataca la toxina; en el tipo V, la antitoxina se codifica como una proteína y se comporta como una ribonucleasa eliminando el mRNA de la toxina.

En los sistemas TA de tipo I, generalmente la toxina que se codifica es una pequeña proteína  hidrofóbica que se inserta en la membrana plasmática, generando un poro que afecta al  potencial de membrana, inhibiendo la síntesis de ATP. El sistema TA mejor estudiado es el hok/sok,sistema en el cual Hok se comporta como una toxina que afecta a las membranas celulares y Sok es la antitoxina, cuyo RNA se une al mRNA de la toxina propiciando su degradación y su neutralización. Los sistemas TA de tipo II se encuentran ampliamente distribuidos en multitud de especies de bacterias y existe toda una amplia gama de familias que forman parte de este tipo, tal y como se ve en la tabla 2, destacando las familias mazEF, phd/doc, vapBC, ccdAB, epsilon/zeta y hipAB (Wen, 2014). Las toxinas codificadas tienen numerosas dianas que afectan principalmente a la replicación, síntesis proteica y la síntesis de la pared celular, como se observa en la tabla 2. En condiciones de estrés, la antitoxina codificada es degradada por proteasas dependientes de ATP tales como las de la familia Lon o Clp, de manera que la toxina escapa del control de la antitoxina y puede llevar a cabo su efecto en las dianas mencionadas. En los sistemas TA de tipo III, las antitoxinas son pequeños RNA transcritos de pequeñas secuencias en tándem corriente arriba de la secuencia que codifica para la toxina. El primer sistema descrito fue el toxN/toxI en el cual ToxN se comporta como una toxina proteica con actividad ribonucleasa como se puede ver en la tabla 2, mientras que ToxI es un pequeño RNA que se une a la toxina inhibiéndola. Los sistemas TA de tipo III podrían tener un efecto protector contra los bacteriófagos.

Los sistemas TA de tipo IV y V, son los dos últimos sistemas descubiertos, y solo se conoce un sistema TA de cada uno. En el tipo IV se conoce el sistema cbtA/cbeA también llamado yeeU/yeeV, en el cual la antitoxina CbeA interacciona con el citoesqueleto, evitando la unión de la toxina CbtA a esta estructura, cuya acción es la de inhibir la polimerización del citoesqueleto como se observa en la tabla II, inhibiendo la división celular. En el tipo V se conoce el sistema GhoT-GhoS, en el cual la antitoxina GhoS es una proteína con actividad ribonucleasa que degrada el mRNA de la toxina GhosT, cuya acción es la de lisar la membrana celular, tal y como se ve en la tabla 2.

Bibliografía

Mruk I, Kobayashi I. To be or not to be: Regulation of restriction-modification systems and other toxin-antitoxin systems. Nucleic Acids Res. 2014;42(1):70-86. 

Wen Y, Behiels E, Devreese B. Toxin-Antitoxin systems: Their role in persistence, biofilm formation, and pathogenicity. Pathog Dis. 2014;70(3):240-9.

Fusobacterium: de la boca a la metástasis

Microorganismos malignos haciendo sufrir de las maneras más crueles

La microbiología no es demasiado interesante. Unas bacterias malignas haciendo sufrir de las maneras más crueles. Es una deformación profesional. Los microbiólogos siempre tienen esa querencia de ser un poco asustaviejas. Cuanto más miedo mete la bacteria o el virus con el que trabajas más facilidad para encontrar fondos. Este relato es más o menos el que ha estado circulando desde hace 150 años que se empezó a saber que aquellas enfermedades devastadoras eran debido a microbios. En 1945, después de la segunda guerra mundial, con la producción masiva de penicilina se empezó a vivir una vida más cómoda. Prácticamente sabías que podías tener menos hijos porque gracias a los antibióticos mucho se tenía que torcer la cosa para que no llegasen a adultos. 

La divulgación de la microbiología estaba centrada en esos abnegados gigantes científicos que tuvieron que luchar contra la incomprensión de los grandes capos médicos de la época. Hay varios libros excelentes como “Arrowsmith” de Sinclair Lewis, “Cazadores de microbios” de Paul de Kruif, Semmelweis de Louis Ferdinand Celine, “Peste & cólera” de Patrice Deville sobre la vida de Alexandre Yersin…

Luego vino Hollywood y las películas tipo “Estallido” del género ¡Vamos a morir! En la película “Soy leyenda” de Robert Neville, es curioso porque se introduce un giro en el que el problema está originado por la prepotencia de unos científicos que creen que han encontrado la cura del cáncer y liberan un virus que prácticamente se carga a toda la humanidad. Los científicos ya no como santos laicos sino como neuróticos movidos por un narcisismo desmedido. 

En los años 2000 la resistencia a los antibióticos empezó a llenar titulares. Comenzaba “La era postantibiótica”. Los científicos se ponían seriotes con la próxima pandemia. Los virólogos también se apuntaron a jugar a Nostradamus y anunciar terribles pandemias. Cuando se les ponía el cuerpo de jota entonces sacaban la baza de la guerra biológica… 

A todo esto, los gabinetes de comunicación se encargaban de filtrar noticias con la inminente cura de…. O de que cierto compuesto era muy prometedor… Con especial atención a los científic@s joven@s, por esto de “Qué orgullo para un padre”. 

Poco más. Microorganismos malignos haciendo sufrir de las maneras más crueles. En esto llegaron los estudios de microbiomas. ¿Qué decir de esta área? ¿Transplantes fecales? Si, creo que esto era lo que tenía más tirón junto con los microbiomas asociados a la obesidad. En este apartado ha aparecido una nueva variante: ¡Esta bacteria me puede provocar cáncer! Es un poco como la lógica de Sharknado ¿Qué hay más terrorífico que los tiburones blancos y los tornados? ¡UN TORNADO LLENO DE TIBURONES BLANCOS!

Fusobacterium, no causa cáncer pero si estimula la metástasis

Para la espectacularidad, Fusobacterium no es lo que se dice un tiburón blanco, pero si, parece que es capaz de provocar la metástasis en varios cánceres. Ojo ¡No provoca cáncer! Pero si lo exacerba. Fusobacterium vive como parte de nuestra flora de la boca y la vagina. A veces, algunas especies de este género tenían algún comportamiento patogénico y parece que generaban partos prematuros en algunas mujeres. Para que una bacteria se comporte como un patógeno tiene que tener alguna característica que le permita causar daño y aprovecharse de otras células. Fusobacterium nucleatum tiene una adhesina llamada FadA. Esto es como si en un cacheo rutinario la policía le encuentra a alguien una navaja automática… Es una característica que te identifica como alguien que se ha pasado al lado oscuro. Pero hasta ahora no había habido una pista que la involucrase con la escena del crimen. Esto debido a que normalmente en microbiología tenemos que aislar la bacteria del sitio en donde se observa un proceso infeccioso. ¿Cáncer y bacterias? Nah decían los científicos.

Las placas Petri ya no solo se usan en 2020 para aislar microorganismos, ahora sirven para poner el ADN de las biopsias de cánceres. Así se encontró el ADN de Fusobacterium, allí donde no se le esperaba

 Hasta que las técnicas cambiaron. Nunca se aisló mediante placa Petri a las bacterias en los tumores, pero cuando se empezó a hacer secuenciación masiva de ADN a los tumores, de manera muy muy muy sospechosa siempre se encontraba el ADN de Fusobacterium en el lugar del crimen.  Recientemente se ha publicado una hipótesis sobre que hace una bacteria bucal en uno de los tumores más frecuente y mortal: el cáncer de colón. 

Parece ser que Fusobacterium pasa de la boca al colon y que siente especial predilección por unirse a unos azúcares abundantes en la superficie de las células cancerosas. Por eso se encuentra esta bacteria asociada a los tumores del cáncer de colon. Esta quizás sea le mejor prueba de porqué esta bacteria se asocia a los tumores

En el lugar correcto ¿Por casualidad?

Pero, además, a diferencia de otras bacterias intestinales como la famosa Escherichia coli, Fusobacterium induce la producción de IL-8 (Han et al, 2000). Esta interleukina atrae y activa a los neutrófilos. Otra señal química que induce Fusobacterium en las células cancerosas es la quimioquina CXCL1. En julio de 2020 se descubrió que estas dos moléculas secretadas por las células tumorales estimuladas por Fusobacterium favorece la metástasis (Casasanta et al, 2020)

Otros autores (Chen et al. 2020) muestran que además de promover la metástasis en cáncer de colon y pulmón, Fusobacterium puede aumentar la expresión de ARN antisentido en las células tumorales ¡La repanocha! Otro grupo (Chen et al 2020) han visto que Fusobacterium modula la autofagia de las células cancerosas, lo que favorece la metástasis. Resulta que nuestra bacteria tenía algo más que una navaja automática en sus bolsillos. ¿Estaría en el tumor por casualidad?

Resultados práctica infecciones de vías respiratorias

 Resultados tinción Gram

Observar en el microscopio cocos grampositivos con tendencia a formar cadenas o diplococos lanceolados orienta hacia el género Streptococcus

Además, a diferencia del género Staphylococcus, no producen catalasa (no genera burbujas al mezclarse una colonia con agua oxigenada en un tubo o portaobjetos), ni crecen en medios hipersalinos como el medio de Chapman (con 6,5% de NaCl).

Algunos estreptococos en agar sangre inducen un halo de hemólisis completa alrededor de

la colonia (betahemólisis), que son los que causan enfermedad en humanos; otros inducen una zona de coloración verdosa (alfahemólisis), y otros estreptococos no inducen ningún cambio (colonias no hemolíticas o gamma hemolíticas).

San Miguel de Sarampión

 El ser humano es el único huésped del virus del sarampión, un virus de alrededor de 120-140 nanómetros con un ARN monocatenario, miembro de la familia de los paramixovirus (género Morbillivirus).Como es de bien nacidos ser agradecidos, en la provincia de Manabí (Ecuador) han nombrado un pueblo con su nombre:

 

Prueba de BLEE

 Las ß-lactamasas de espectro extendido, son enzimas producidas por los bacilos Gram negativos, fundamentalmente enterobacterias frecuentes en Klebsiella pneumoniae y Escherichia coli, aunque también por microorganismos no fermentadores como Pseudomonas aeruginosa y otros. Son capaces de inactivar, además de las penicilinas y las cefalosporinas de primera y segunda generación, a las oximino-cefalosporinas y al aztreonam. Esto obliga a elegir medicamentos más costosos como carbapenémicos como el imipenem.

La capacidad de propagación a través de plásmidos de las BLEE es extraordinaria y, de hecho, se ha comprobado la transmisión interhospitalaria, interurbana e incluso entre países

Las cepas que producen BLEE, en su mayoría enterobacterias, y en particular Klebsiella pneumoniae y Escherichia coli, son resistentes a todos los antibióticos ß-lactámicos con la excepción de las carbapenemas (imipenem, el meropenem y el doripenem), las cefamicinas (cefoxitina y cefotetan)y las combinaciones de ß-lactámicos con inhibidores de ß-lactamasas (ácido clavulánico, sulfactam y tazobactam).

Es relativamente común que preliminarmente se informe un aislamiento de una enterobacteria como sensible a cefalosporinas de tercera generación y aztreonam y que posteriormente, por pruebas adicionales o ante un fracaso clínico, se constate que se trata de una cepa portadora de BLEE. Por eso ante el aislamiento de una cepa de un Gram negativo con unas CMI de cefalosporinas de tercera generación elevadas con respecto a lo esperado para dicha cepa, o ante el hallazgo de multirresistencia en las pruebas de sensibilidad, es prioritario descartar la presencia de BLEE, según los criterios recomendados por la Clinical and Laboratory Standards Institute(CLSI).

El mejor sistema es aquel que utiliza varias cefalosporinas simultáneamente y emplea criterios habituales en la lectura interpretada del antibiograma. En la actualidad, los sistemas automáticos para la determinación de la sensibilidad a los antimicrobianos han recogido esta experiencia y tienden a incluir simultáneamente cefotaxima y ceftazidima con ácido clavulánico e iguales recomendaciones deben establecerse con los discos o el E-test® con el ácido clavulánico.

Prueba del BLEE

- Se requiere la utilización de, al menos, los discos de cefotaxima (o cefriaxona) y ceftazidima para detectar con mayor eficiencia la presencia de BLEE.

- Ceftazidima detecta más eficientemente las BLEE derivadas de TEM, SHV y PER-2; mientras que cefotaxima detecta mejor las de tipo CTXM.

- La resistencia a las cefalosporinas de tercera generación con sensibilidad a cefoxitina (no hidrolizada por las BLEE) es útil para diferenciar BLEE de AmpC, considerándose un buen indicador de la presencia de BLEE.

Uno de los métodos más sencillos para comprobar BLEE es la técnica de la doble difusión con discos: se basa en la sinergia de doble disco. Se utiliza una placa de agar Mueller-Hinton inoculada con una suspensión bacteriana sobre la que se colocan los discos de cefalosporina y el disco con el inhibidor de betalactamasa a determinada distancia (30 mm o 20 mm si se desea aumentar la sensibilidad) de los discos de ácido clavulánico. Si aparece una ampliación entre los halos de inhibición en alguno de los antimicrobianos y el disco con el inhibidor de betalactamasa se considera que existe BLEE

 Mueller Hinton con Klebsiella productora de BLEE con discos de antibiograma: A CTX  cefotaxima cefalosporina 3 generación B  CRO ceftriaxona cefalosporina 3 generación C FEP  cefepime cefalosporina 4 generación D AMC amoxicilina/clavulánico  E CAZ ceftazidima, cefalosporina de 3 generación, considerado antibiótico estratégico, pues es de los que se protegen del uso indiscriminado en el medio hospitalario.

Para saber más

¿Qué significa resistencia inducible a clindamicina (D-test +)?

 La infección por Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM) se produce a causa de un tipo de estafilococo que se volvió resistente a muchos de los antibióticos utilizados para tratar las infecciones comunes por estafilococo.

El aumento de la frecuencia de las infecciones por SAMR en niños y los cambios en patrones de resistencia antimicrobiana ha renovado el interés en el uso de nuevos antibióticos. Clindamicina surge como una alternativa atractiva dado que es un tratamiento efectivo en infecciones habituales

El aumento de infecciones por Staphylococcus aureus meticilino resistente (SAMR) ha disminuido las alternativas de antimicrobianos efectivos. Clindamicina, una alternativa contra SAMR, puede presentar resistencia inducible no detectable con antibiogramas habituales. El test de difusión en disco (D test) detecta esta resistencia inducible.

¿Qué significa resistencia inducible a clindamicina (D-test +)?

Cepas con resistencia inducible, cuya resistencia a los antimicrobianos MLS (macrólidos, lincosamidas y estreptogramina B) pude ser inducida por concentraciones subinhibitorias (0,01 a 0,1 ug/ml) de eritromicina (MLSi).

La resistencia inducible para macrólidos, lincosamidas y streptograminas no se detecta usando los test de susceptibilidad antimicrobianos estándar. La no identificación de esta resistencia inducible puede conducir a falla del tratamiento con clindamicina

Mueller Hinton (MH)  Staphylococcus aureus meticilina resistente con discos de C cefoxitina, B eritromicina y A clindamicina. 

Definiciones

1.  Resistencia inducidle a clindamicina: corresponde a aquellas cepas de SAMR que en antibiograma son sensibles a clindamicina pero en las que posteriormente se identifica un D test (+).

2.  D test (+): será positivo cuando tengamos distorsión del halo de inhibición alrededor del disco de clindamicina en la cara que enfrenta al disco de Eritromicina

3. MLS: son macrólidos, lincosaminas (clindamicina) y estreptogramina,  antibióticos que actúan contra los ribosomas bacterianos.

Estudiantes de medicina enseñan microbiología a comunidades rurales a través del aprendizaje colaborativo

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Ortega Paredes, D. A., Ramirez-Padilla, H. & Fernandez Moreira, E. (2020). Estudiantes de medicina enseñan microbiología a comunidades rurales a través del aprendizaje colaborativo. Revista De Educación En Biología, 23(1), 08-20. Recuperado a partir de https://revistas.unc.edu.ar/index.php/revistaadbia/article/view/23903

Cómo funcionan las vacunas de ARNm

 Mi amiga Nuria, allá por 1999, hizo su tesis tratando de conseguir una vacuna ARN contra el virus respiratorio sincitial. No funcionó. En 2020 esta tecnología ya lo está haciendo y a un 90% de efectividad. La ciencia es así.

Las vacunas de ARNm contra el COVID-19 se aplican en el músculo del brazo. Una vez que elARNm penetra en las células musculares comienza a traducirse en la proteína spike, que es la proteína que decora al Sars-CoV2.

Cuando las células musculares muestran la proteína spike en su superfice, es reconocida por el sistema inmune. De esa manera, se crea memoria inmunitaria que nos prepara para que cuando nos infectemos con el virus real tengamos muchísimas células capaces de reconocerlos y desarrollar una respuesta contundente contra el virus impidiendo que se reproduzca en nuestro interior.