Bacillus
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Resumen
Este documento informativo resume los puntos clave del Capítulo 20 del texto "Microbiología Médica" de Murray, sobre el género Bacillus, centrándose en las dos especies de importancia clínica: Bacillus anthracis, el agente causante del ántrax y una potencial arma de bioterrorismo, y Bacillus cereus, responsable de diversas infecciones, principalmente gastroenteritis y infecciones oculares. El capítulo describe la fisiología, estructura, patogénesis, epidemiología, enfermedades clínicas, diagnóstico de laboratorio, tratamiento, prevención y control de ambas especies.
Temas Principales y Datos Importantes:
1. Generalidades de la Familia Bacillaceae y el Género Bacillus:
- La familia Bacillaceae comprende más de 50 géneros caracterizados por su capacidad de formar endosporas.
- Dentro del género Bacillus (con casi 400 especies y subespecies), este capítulo se centra en las dos de mayor importancia clínica: B. anthracis y B. cereus.
2. Bacillus anthracis (Agente del Ántrax):
- Fisiología y Estructura:Bacilo grampositivo grande que se presenta en cadenas largas o individualmente.
- Forma esporas in vitro (en cultivos de 2-3 días) pero no en muestras clínicas.
- Posee dos factores de virulencia clave codificados en plásmidos:
- Toxinas (en plásmido pXO1): Antígeno protector (PA), factor de edema (EF) y factor letal (LF). Individualmente no son tóxicos, pero combinados forman la toxina del edema (PA + EF) y la toxina letal (PA + LF).
- Cápsula de poli-D-glutámico (en plásmido pXO2): Inhibe la fagocitosis. Es una cápsula proteica, a diferencia de la mayoría de las cápsulas bacterianas que son polisacáridas.
- Patogénesis e Inmunidad:La virulencia depende de la cápsula (antifagocítica) y las toxinas (edema y letal).
- El factor de edema causa acumulación de fluidos, y el factor letal estimula la liberación de citoquinas proinflamatorias por los macrófagos.
- El antígeno protector (PA) es el componente más inmunogénico.
- Ambas toxinas (LF y EF) inhiben el sistema inmune innato del huésped.
- Epidemiología:Principalmente una enfermedad de herbívoros. Los humanos se infectan por exposición a animales o productos animales contaminados.
- Infecciones naturales raras en EE.UU. antes de 2001.
- El incidente de 2001 con esporas enviadas por correo puso de manifiesto el potencial del B. anthracis como arma de bioterrorismo.
- La enfermedad en humanos se adquiere por inoculación (piel), ingestión o inhalación. La vía de inoculación es la más común en infecciones naturales.
- Las esporas pueden persistir en el suelo y productos animales durante muchos años.
- La transmisión persona a persona no ocurre.
- Enfermedades Clínicas:
- Ántrax cutáneo (95% de los casos naturales): Pápula indolora que evoluciona a úlcera con vesículas y luego a escara necrótica. Mortalidad del 20% sin tratamiento.
- Ántrax gastrointestinal (raro en humanos): Úlceras en boca o esófago (tracto superior) o síntomas gastrointestinales inespecíficos que progresan a enfermedad sistémica (cecum o íleon terminal). Mortalidad cercana al 100%.
- Ántrax por inhalación (mayor preocupación por bioterrorismo): Puede tener un período latente prolongado. Los síntomas iniciales son inespecíficos, seguidos de un deterioro rápido con fiebre, edema, ensanchamiento mediastínico (por linfadenopatía), insuficiencia respiratoria y sepsis. La neumonía es rara. Alta mortalidad sin tratamiento inmediato.
- Diagnóstico de Laboratorio: Gran número de organismos presentes en muestras clínicas.
- Se pueden observar organismos en sangre periférica con tinción de Gram.
- La dificultad radica en diferenciar B. anthracis de otras especies del grupo B. cereus.
- Identificación preliminar por morfología microscópica y colonial.
- No se observan esporas en muestras clínicas (se ven en cultivos en condiciones específicas).
- La cápsula se observa en muestras clínicas con tinciones especiales (tinta china, M'Fadyean) o DFA.
- Colonias grandes, no pigmentadas, secas ("vidrio esmerilado"), con bordes irregulares y adherentes al agar. No hemolíticas.
- No motilidad en pruebas de motilidad.
- La identificación definitiva se realiza en laboratorios de referencia mediante demostración de cápsula, lisis específica con fago gamma o DFA para polisacárido de pared celular específico, y pruebas de amplificación de ácidos nucleicos (PCR).
- Tratamiento, Prevención y Control: Penicilina fue el fármaco de elección, pero se ha observado resistencia en cepas naturales y seleccionada en laboratorio.
- El tratamiento empírico actual recomienda ciprofloxacino o doxiciclina combinados con otros antibióticos.
- Amoxicilina oral aún se recomienda para el ántrax cutáneo adquirido naturalmente.
- El control de la enfermedad natural implica la vacunación de animales y la eliminación adecuada de animales muertos.
- La erradicación completa es improbable debido a la persistencia de las esporas y la amenaza de bioterrorismo.
- Existe una vacuna para personas en áreas endémicas, trabajadores con productos animales importados y personal militar. Se investigan vacunas menos tóxicas y terapias alternativas basadas en el antígeno protector y sus receptores.
3. Bacillus cereus (Causante de Gastroenteritis y otras Infecciones):
- Generalidades: Patógeno oportunista con menor capacidad de virulencia que B. anthracis. Principalmente asociado con gastroenteritis, infecciones oculares y sepsis relacionada con catéteres.
- Patogénesis e Inmunidad:
- Gastroenteritis: Mediada por dos enterotoxinas: termoestable (vómitos) y termolábil (diarrea). La toxina termolábil es similar a las enterotoxinas de E. coli y V. cholerae, estimulando el sistema adenilato ciclasa-AMPc. El mecanismo de la toxina termoestable es desconocido.
- Infecciones oculares: Se han implicado al menos tres toxinas: toxina necrótica, cereolisina (hemolisina) y fosfolipasa C (lecitinasa). La rápida destrucción del ojo se debe a la interacción de estas toxinas.
- Puede colonizar la piel transitoriamente y ser un contaminante en hemocultivos, pero puede causar bacteriemia y sepsis en presencia de cuerpos extraños intravasculares.
- Epidemiología: Organismo ubicuo presente en casi todos los ambientes (principalmente suelo contaminado).
- La mayoría de las infecciones provienen de fuentes ambientales.
- El aislamiento en ausencia de enfermedad característica suele ser contaminación.
- Enfermedades Clínicas:
- Intoxicación alimentaria (forma emética): Por ingestión de la toxina termoestable preformada en arroz contaminado no refrigerado adecuadamente. Incubación corta (1-6 horas), duración menor de 24 horas. Síntomas: vómitos, náuseas, cólicos abdominales. Generalmente sin fiebre ni diarrea. Rara vez fallo hepático fulminante.
- Infección alimentaria (forma diarreica): Por ingestión de las bacterias en carne, vegetales o salsas contaminadas. Incubación más larga, multiplicación bacteriana en el intestino y liberación de la toxina termolábil. Síntomas: diarrea, náuseas, cólicos abdominales. Dura 1 día o más.
- Infecciones oculares: Generalmente tras traumatismos penetrantes con objetos contaminados con tierra. Puede causar panoftalmitis rápidamente progresiva con pérdida total de la visión en 48 horas. También se observa en drogadictos intravenosos.
- Otras infecciones: Asociadas a catéteres intravenosos y de SNC, endocarditis (en drogadictos), neumonitis, bacteriemia y meningitis en inmunodeprimidos. Se ha asociado el consumo de té con mayor riesgo de enfermedad invasiva en inmunodeprimidos.
- Neumonía grave similar al ántrax (rara): Descrita en trabajadores del metal, con cepas que contienen genes de toxina de B. anthracis (pXO1) y cápsula (aunque no la típica de B. anthracis). Esto demuestra la potencial transferencia de genes de virulencia.
- Diagnóstico de Laboratorio: B. cereus y otras especies se cultivan fácilmente a partir de muestras clínicas.
- En la intoxicación alimentaria emética, se debe cultivar el alimento implicado para confirmar.
- En la práctica, no se suelen realizar cultivos ni pruebas de detección de enterotoxinas en casos de gastroenteritis, diagnosticándose por criterios epidemiológicos y clínicos.
- Los organismos crecen rápidamente y se detectan fácilmente con tinción de Gram y cultivo de muestras de ojos infectados, sitios de catéteres, etc.
- Tratamiento, Prevención y Control: La gastroenteritis suele ser autolimitada y requiere tratamiento sintomático.
- Otras infecciones por Bacillus pueden ser graves y resistentes a múltiples fármacos (resistentes a penicilinas y cefalosporinas).
- Se pueden usar vancomicina, clindamicina, ciprofloxacino y gentamicina para el tratamiento.
- Las infecciones oculares requieren tratamiento rápido.
- La prevención de la intoxicación alimentaria se basa en el consumo rápido de alimentos cocinados y la refrigeración adecuada de las sobras.
Preguntas sobre Bacillus anthracis y Bacillus cereus
- ¿Cuál es la característica principal que comparten las bacterias de la familia Bacillaceae y cuál es el género de mayor importancia clínica?
- La característica principal que comparten las bacterias de la familia Bacillaceae es la capacidad de formar endosporas. Dentro de esta familia, el género de mayor importancia clínica es Bacillus, específicamente las especies B. anthracis y B. cereus.
- ¿Cuáles son los principales factores de virulencia de Bacillus anthracis y cómo contribuyen a la enfermedad?
- Los principales factores de virulencia de B. anthracis son la cápsula de poli-D-glutámico y dos toxinas: la toxina del edema (compuesta por el antígeno protector [PA] y el factor del edema [EF]) y la toxina letal (compuesta por PA y el factor letal [LF]). La cápsula inhibe la fagocitosis. La toxina del edema causa acumulación de fluidos al aumentar los niveles intracelulares de cAMP. La toxina letal estimula la liberación de citocinas proinflamatorias, como TNF-α e IL-1β, por los macrófagos, lo que puede llevar a la muerte celular. El PA es crucial para la entrada de EF y LF a las células huésped.
- ¿Cómo se adquiere el ántrax en humanos y cuáles son las tres formas principales de la enfermedad?
- El ántrax en humanos se adquiere principalmente por la exposición a animales o productos animales contaminados con esporas de B. anthracis. Las tres formas principales de la enfermedad son el ántrax cutáneo (por inoculación de esporas a través de la piel), el ántrax gastrointestinal (por ingestión de esporas) y el ántrax por inhalación (por inhalación de esporas). La forma más común es la cutánea.
- ¿Cuáles son las características distintivas del ántrax por inhalación y por qué se considera la ruta más peligrosa en un escenario de bioterrorismo?
- El ántrax por inhalación puede tener un período de latencia prolongado. Los síntomas iniciales son inespecíficos, pero la segunda etapa progresa rápidamente a fiebre, edema, ensanchamiento masivo de los ganglios linfáticos mediastínicos, insuficiencia respiratoria y sepsis. Se considera la ruta más peligrosa en bioterrorismo debido a la baja dosis infecciosa y el alto potencial de diseminación de las esporas, lo que puede afectar a un gran número de personas con una alta tasa de mortalidad si no se trata de inmediato. A diferencia de otras formas, la replicación bacteriana ocurre en los ganglios linfáticos mediastínicos, no en el tracto broncopulmonar, por lo que la neumonía es rara.
- ¿Cómo se diferencia Bacillus anthracis de otras especies del grupo B. cereus en el laboratorio?
- En el laboratorio, B. anthracis se diferencia de otras especies del grupo B. cereus por su morfología colonial no hemolítica en agar sangre (a diferencia de B. cereus que suele ser hemolítico), su falta de motilidad y la producción de una cápsula de poli-D-glutámico in vivo (detectable en muestras clínicas con tinciones especiales como tinta china o M’Fadyean). La identificación definitiva se realiza en laboratorios de referencia mediante pruebas específicas como la lisis por fago gamma, la detección del polisacárido específico de la pared celular por DFA y pruebas de amplificación de ácidos nucleicos (PCR).
- ¿Cuáles son las dos formas principales de gastroenteritis causadas por Bacillus cereus y cuáles son sus mecanismos de acción?
- Las dos formas principales de gastroenteritis causadas por B. cereus son la forma emética (vómitos) y la forma diarreica. La forma emética está mediada por una enterotoxina termoestable y resistente a la proteólisis, cuyo mecanismo de acción no se conoce completamente. La forma diarreica está mediada por una enterotoxina termolábil similar a las enterotoxinas de E. coli y Vibrio cholerae, que estimula el sistema adenilato ciclasa-cAMP en las células epiteliales intestinales, provocando diarrea acuosa.
- ¿Qué tipo de infecciones, además de la gastroenteritis, puede causar Bacillus cereus y qué factores contribuyen a estas infecciones?
- Además de la gastroenteritis, B. cereus puede causar infecciones oculares graves (a menudo después de traumatismos), sepsis asociada a catéteres intravenosos, y raramente neumonía severa. En pacientes inmunocomprometidos, también se han reportado infecciones del sistema nervioso central, endocarditis y bacteriemia. La presencia de cuerpos extraños intravasculares y la inmunosupresión son factores que contribuyen a estas infecciones. Las infecciones oculares se caracterizan por la rápida destrucción del ojo debido a la acción de múltiples toxinas.
- ¿Cuál es el tratamiento recomendado para las infecciones por Bacillus anthracis y Bacillus cereus, y cuáles son las estrategias para la prevención y el control de estas enfermedades?
- Para el tratamiento del ántrax, aunque históricamente se usaba penicilina, se recomienda el uso de ciprofloxacino o doxiciclina, a menudo en combinación con otros antibióticos debido a la posible resistencia, especialmente en casos asociados a bioterrorismo. El control del ántrax natural implica la vacunación de animales y la eliminación segura de animales infectados. La vacunación también se utiliza en humanos en áreas endémicas, para personas que trabajan con productos animales importados y para personal militar. El tratamiento de la gastroenteritis por B. cereus suele ser sintomático. Para otras infecciones por Bacillus, se utilizan antibióticos como vancomicina, clindamicina, ciprofloxacino y gentamicina, ya que estas especies pueden ser resistentes a penicilinas y cefalosporinas. La prevención de la gastroenteritis por B. cereus se centra en la manipulación y refrigeración adecuadas de los alimentos cocinados.
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