Lipolisacáridos: características, estructura, funciones
Los lipopolisacáridos (LPS) son los componentes más importantes de la pared celular de bacterias gramnegativas (75% de la superficie). Los LPS son complejas combinaciones de lípidos y carbohidratos muy importantes para mantener la viabilidad y supervivencia de las bacterias.
Estas sustancias bacterianas, llamadas también endotoxinas, están distribuidas en todos los ambientes, desde bacterias del suelo, aire, agua y los alimentos animales. Por otro lado, están presente en la flora bacteriana intestinal, vaginal y bucofaríngea, contaminando una gran variedad de productos del hombre.
Reseñar también que los lipopolisacáridos son potentes inductores de sustancias proinflamatorias como las citocininas, radicales libres y productos derivados del ácido araquidónico.
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Los LPS son sustancias bastante complejas con pesos moleculares altos, que varían químicamente entre los diversos grupos de bacterias gramnegativas. Son muy afines a los leucocitos, de esta manera cuando entran en la sangre se adhieren a estos, siendo el principal blanco los macrófagos.
La producción de citocininas en exceso puedo ocasionar cuadros clínicos graves como las sepsis y el shock séptico. Además, los LPS están involucrados en la modelación de la fisiopatología de otras enfermedades como el síndrome urémico hemolítico.
Los LPS son responsables de causar reacciones inflamatorias violentas en los seres humanos, por lo que son toxinas que se encuentran en el interior del cuerpo (endotoxinas).
En general, los lipolisacáridos no entran al sistema circulatorio a través del intestino debido a las uniones estrechas que forman el epitelio intestinal. Pero cuando estas uniones se ven comprometidas, hay permeabilidad intestinal, provocan daños y aceleran procesos inflamatorios.
Los LPS poseen acción inmunogénica y endotóxica y participan en la activación del sistema inmune y en la mediación de la adherencia a la bacteria. Además, representan un factor de virulencia que contribuye al proceso patógeno y a la evasión de la respuesta inmunitaria.
En cuanto a su estructura, se puede decir que son moléculas heterogéneas, pues constan de una región hidrofílica constituida por polisacáridos y una lipofílica denominada lípido A.
La primera, es la más externa con respecto al cuerpo de la bacteria, constituida por gran cantidad de polisacáridos con ramificaciones, que además son complejos y muy específicos de las especies de bacterias, también conocida como antígeno O. Seguidamente viene una capa de polisacáridos menos complejos, denominada “core” o núcleo de oligosacáridos.
Esta última, en su región más externa presenta azucares comunes como D-glucosa, D-Galactosa, N-acetil D-glucosamina y N-acetil D-galactosamina y su parte interna con azúcares menos comunes como las heptosas.
Esta región polisacarídica se une a la porción lipídica de la molécula (Lípido A) a través de ácido 3-ceto-2-dexocioctonico (Kdo). Además, el lípido A se une covalentemente a la membrana externa.
La región del lípido A esta constituida por un disacárido que generalmente se encuentra bifosforilado, acilado con seis ácidos grasos que pueden ser de 12 a14 átomos de carbono. Este es reconocido de manera específica y sensible por componentes de la inmunidad innata (fagocitos) y representa en centro inmunoreactivo del LPS y un factor de virulencia.
Existen LPS que contienen en su estructura las regiones antes señaladas, la porción del lípido A, un núcleo de oligosacáridos y el antígeno O, se denominan LPS S o lipopolisacáridos lisos.
Por otro lado, aquellos en los que está ausente el antígeno O se denominan LPS R o lipolisacáridos rugosos o también lipo-oligosacáridos.
La principal función de los LPS en las bacterias es proporcionar cierta resistencia a la digestión por la bilis de la vesícula. Los LPS, aunque diferentes químicamente a los fosfolípidos, tienen características físicas similares; de tal manera, pueden participar de igual forma en la formación de una membrana.
Aunque los LPS no poseen toxicidad por sí solos, el efecto toxico es causado a raíz de su unión con los monocitos o macrófagos del sistema retículo endotelial. Esto origina la síntesis y liberación de varias sustancias con características proinflamatorias.
Entre estas sustancias está el factor de necrosis tumoral (TNF-α), las interleucinas I-L1, I-L8, IL-12, IL-18, el interferón-gamma (IFN-γ, el factor activador de plaquetas y distintas quimiocinas. Estos efectos también los causan en células epiteliales, endoteliales y musculares lisas con efectos más conservados.
Los LPS son activadores poderosos de la coagulación intravascular y de las vías clásica y alterna del sistema del complemento y secreción de subproductos del ácido araquidónico, como las prostaglandinas.
Además sensibilizan a otras células disminuyendo los umbrales de activación hacia diversos agonistas que inducen la liberación de radicales libres como, aquellos libres de oxígeno y de Nitrógeno, el IFN- γ, entre otros.
Los LPS activan la respuesta inmune innata la cual es producida solo por la interacción de las LPS-hospedero, colocando en marcha mecanismos importantes como la fagocitosis mediada por polimorfos nucleares (neutrófilos) y macrófagos.
Por otro lado, interviene en los procesos generadores de la inflamación, induciendo sustancias proinflamatorias y activa el sistema de complemento mediado por la vía alternativa. Si esta respuesta inmune innata no es suficiente se activa la respuesta inmune celular y humoral.
El reconocimiento y señalización de los LPS ocurre cuando son liberados de la pared bacteriana, lo cual puede ocurrir cuando la bacteria muere o a través de la proteína LBP (proteína de unión a lipopolisacáridos).
La LBP, la cual es una proteína plasmática (transferasa de lípidos), forma complejos en la sangre LPS-LBP. Luego esta proteína transfiere el LPS a la molécula CD14 que es la única responsable del reconocimiento de LPS y mediar su función biológica.
La CD14 puede estar como proteína soluble en la sangre o anclada a la membrana de células que expresan TLR4 (receptor), donde ceden el LPS debido a que CD14 no puede atravesar la membrana y alcanzar el citoplasma. Esto lo único que conseguiría es impedir la generación de la respuesta del LPS.
Los LPS son usados en el laboratorio para la investigación de diversas afecciones como el Alzheimer, esclerosis múltiple, afecciones intestinales inflamatorias, diabetes y hasta el autismo, debido a su capacidad de provocar reacciones inflamatorias con rapidez. En pacientes con estas enfermedades los niveles de lipolisacáridos en la sangre son elevados.
Una vez la TLR4 transduce las señales de la actividad de los LPS, la coexpresión de proteínas afines a la TLR4 como la MD-2, contribuyen a optimizar la señal, formando un complejo.
Este complejo favorece la activación de una red amplia de proteínas citoplasmáticas y el reclutamiento de la proteína de diferenciación mieloide 88. Esto genera la translocación de factores de transcripción como IRF3 y NF-KB, los cuales participan en la expresión de genes relacionados con la producción de citocininas, quimiocinas y moléculas de activación.
Todo esto conlleva, a una fuerte reacción inflamatoria, activación celular y mecanismos de regulación mediados por la IL-10. Las LPS en concentraciones elevadas pueden provocar fiebre, aumento de la frecuencia cardíaca e inclusive shocks sépticos.
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