Vibrio cholerae: qué es, características, morfología, hábitat, patogenia
¿Qué es la Vibrio cholerae?
Vibrio choleraees una bacteria gramnegativa anaerobia facultativa, flagelada. Es causante de la enfermedad del cólera en humanos, que provoca fuertes diarreas y puede causar la muerte si no es atendida adecuadamente.
Causa más de 100.000 muertes al año, la mayoría en niños. El género Vibrio pertenece a la subdivisión gamma de las proteobacterias.
Características de la Vibrio cholerae
– Es un organismo unicelular con pared celular.
– La pared celular es delgada, compuesta de peptidoglicano entre dos membranas fosfolipídicas.
– Habita en ambientes acuáticos, especialmente estuarios y estanques, asociada al plancton, algas y animales.
– Se conocen dos biotipos y varios serotipos.
– Es parte del bacterioplancton en cuerpos de agua, tanto en forma libre (vibrios) como formando delgadas películas (biofilmes) sobre superficies orgánicas.
– Estos biofilmes están conformados por grupos de bacterias rodeadas de canales de agua. La adhesión del biofilm es posible gracias a la producción de polisacáridos a partir de la membrana externa.
– Posee dos cromosomas en forma de plásmidos. Las razas patógenas presentan genes que codifican para la producción de la toxina del cólera (CT por sus siglas en inglés).
– Su genoma está compuesto por 4,03 Mb distribuidas en dos cromosomas de tamaño desigual. Se conoce la secuencia del ADN de todo el genoma de la cepa N16961 de V. cholerae O1.
– Las secuencias organizadas en el cromosoma 1 parecen ser responsables de diversos procesos. Entre estos, la multiplicación del ADN, división celular, transcripción de genes, traducción a proteínas y biosíntesis de la pared celular.
– En el cromosoma 2 se sintetizan las proteínas ribosomales, responsables del transporte de azúcares, iones y aniones, el metabolismo de los azúcares y la reparación del ADN.
– Dentro de esta bacteria se han detectado al menos siete bacteriófagos. Los fagos son virus parásitos de bacterias. El fago CTX aporta parte de la secuencia que codifica la síntesis de la toxina del cólera (CT). Esto es debido a la conversión lisogénica.
– La patogenicidad de ciertas cepas de Vibrio cholerae depende de un complejo sistema genético de factores patogénicos. Entre ellos, el factor de colonización pilus co-regulado por toxina (TCP) y una proteína reguladora (ToxR) que co-regula la expresión de CT y TCP.
Morfología
– Es un bacilo (en forma de bastón o barra) de 1,5-2 μm de largo y 0,5 μm de ancho.
– Presenta un único flagelo ubicado en uno de sus polos.
– Posee una membrana citoplasmática rodeada por una pared delgada de peptidoglicano.
– La membrana externa tiene una estructura más compleja formada por fosfolípidos, lipoproteínas, lipopolisacáridos y cadenas polisacáridas. La membrana externa se proyecta hacia estas últimas, siendo las responsables de la capacidad de adherencia de las bacterias y forman los biofilmes.
Hábitat
Ocupa dos hábitats muy distintos: ambientes acuáticos y los intestinos humanos. En su fase libre, Vibrio cholerae se desarrolla en aguas cálidas de baja salinidad.
Puede habitar en ríos, lagos, estanques, estuarios o en el mar. Es endémica en África, Asia, Suramérica y Centroamérica. Luego, como parásito habita en el intestino delgado de los seres humanos.
La bacteria se encuentra incluso en zonas de playas tropicales, en aguas con 35% de salinidad y temperaturas de 25 °C.
Se ha señalado la presencia de Vibrio cholerae patógenos en zonas áridas y tierra adentro en África. Esto indica que la especie puede sobrevivir en una amplitud de hábitats mucho mayor de lo que se pensaba.
Algunos estudios demuestran que Vibrio cholerae es una bacteria silvestre en cuerpos de agua dulce en selvas tropicales.
Reproducción y ciclo de vida
Se reproduce por fisión binaria o bipartición. Vibrio cholerae persiste en el agua como vibrios planctónicos libres o agregados de vibrios.
Los agregados de vibrios forman biofilmes en el fitoplancton, zooplancton, masas de huevos de insectos, exoesqueletos, detritus e incluso sobre plantas acuáticas.
Los vibrios ambientales son ingeridos a través del consumo de agua o alimentos contaminados. Una vez dentro del sistema digestivo, la bacteria coloniza el epitelio del intestino delgado.
Posteriormente el vibrio se une a la mucosa mediante pilis y proteínas especializadas. Luego, inicia su multiplicación y la secreción de la toxina del cólera. Esta toxina promueve la diarrea, con lo cual la bacteria reingresa al ambiente externo.
Nutrición
Posee un metabolismo basado en la fermentación de la glucosa. En estado libre, obtiene su alimento en forma de carbono y nitrógeno a partir de diversas fuentes orgánicas. Algunas de estas son la quitina o el carbono originado por las algas del fitoplancton.
Para la asimilación del hierro, la especie produce el sideróforo vibriobactina, un compuesto quelante de hierro que disuelve este mineral, permitiendo su absorción por transporte activo.
En los ambientes acuáticos, cumple importantes funciones vinculadas a su nutrición en el ecosistema. Contribuye a la remineralización del carbono orgánico y nutrientes minerales.
Por otra parte, es bacterívora. Todo esto le asigna un papel relevante como parte del bacterioplancton en los bucles microbianos o redes tróficas microbianas en ecosistemas acuáticos.
Vibrio cholerae realiza los procesos fundamentales para digerir su alimento en el exterior, mediante las sustancias que secreta. Este mecanismo es similar al que presentan otras bacterias.
La especie actúa sobre el sustrato causando la disolución de los elementos minerales esenciales para su nutrición, posteriormente absorbidos.
Asimismo, en la búsqueda y procesamiento de alimento atacan a otras bacterias. Pueden atacar a la misma especie, pero no a su propia cepa.
Para matar a otras bacterias, V. cholerae emplea un mecanismo denominado Sistema de secreción tipo VI (T6SS). Este sistema es similar a un arpón que penetra la pared celular de otras bacterias gramnegativas, causándoles la muerte.
Así, los compuestos nutricionales de estas bacterias quedan disponibles. El T6SS es parecido al sistema que emplean los bacteriófagos para inocular su información genética en las células bacterianas.
Este sistema es posiblemente empleado también por Vibrio cholerae para inocular su toxina en las células epiteliales.
Patogenia
Transmisión
La bacteria se transmite vía fecal-oral, bien sea persona a persona, por agua, objetos o alimentos contaminados. El cólera es explosivo cuando ocurre en una población sin inmunidad previa.
Durante años se pensó que la principal vía de transmisión de la enfermedad era la ingesta de agua contaminada. Hoy día se sabe que existen alimentos que pueden ser vehículos de transmisión (almejas, ostras, mejillones, camarones y cangrejos).
Se requiere una alta dosis de inóculo para enfermar a un individuo sano, alrededor de 105 – 108 bacterias. Sin embargo, en individuos debilitados o desnutridos es suficiente una cantidad mucho menor. El período de incubación de la enfermedad va de 6 horas a 5 días.
Epidemiología
Si bien se tiene información de epidemias de cólera desde el siglo XIV, las primeras pandemias documentadas datan de principios del siglo XIX. Entre 1817 y 1923 ocurrieron al menos seis pandemias de cólera conocidas, causadas por el biotipo clásico de Vibrio cholerae.
Esta serie de pandemias partió de la India, principalmente del delta del río Ganges. Una vez alcanzó el Medio Oriente se expandió de ahí a Europa. Otra vía de entrada a Europa fue el Mediterráneo, a través de las caravanas provenientes de Arabia. De Europa llegó a América.
De 1923 hasta 1961 hubo un período libre de pandemias de esta enfermedad y solo se conocieron casos locales de cólera. A partir de 1961 resurgió con un nuevo biotipo denominado Tor, que causó la séptima pandemia.
Actualmente los casos de cólera están restringidos fundamentalmente a regiones del África subsahariana, la India, sureste asiático y algunas áreas del Caribe. En estas regiones se ha hecho endémico.
Forma de acción
La bacteria produce varias toxinas, pero los clásicos síntomas diarréicos deshidratantes de la enfermedad son causados por la enterotoxina del cólera (CT).
Está formada por una subunidad B no tóxica y una subunidad A enzimáticamente activa. La subunidad B actúa sobre los receptores de las células epiteliales del intestino delgado. La subunidad A activa la adenilatociclasa.
La enterotoxina se une a las células de la mucosa intestinal a través de los pili bacterianos y causa diarrea y deshidratación al activar la enzima adenilatociclasa.
Esto conduce a una mayor producción de monofosfato de adenosina cíclico intracelular, lo que hace que las células de la mucosa bombeen grandes cantidades de agua y electrolitos.
Vibrio cholerae libera otras toxinas, como la ZOT y la ACE, que neutralizan células del sistema inmunológico capaces de eliminar a los vibrios (caso IgG). También pueden neutralizar la enterotoxina del cólera (caso IgA).
Síntomas y tratamiento
Entre los síntomas están:
– choque hipovolémico,
– vómitos,
– diarrea,
– acidosis,
– calambres musculares,
– piel reseca,
– ojos vidriosos o hundidos,
– alta frecuencia cardiaca,
– letargo y somnolencia.
En áreas endémicas, se ha detectado la presencia de la bacteria en personas cercanas a enfermos de cólera. Los pacientes no presentan síntomas visibles de la enfermedad, lo que indica la existencia de individuos asintomáticos.
El cólera es prevenible y existen vacunas de aplicación oral efectivas contra la enfermedad hasta un 60-66%.
Los brotes pueden ser provocados por eventos naturales o causados por el ser humano, al contaminar el agua o comprometer el acceso a agua potable y al saneamiento.
La terapia de rehidratación adecuada y oportuna puede reducir la mortalidad a menos del 1%. El tratamiento con antibióticos puede disminuir el desprendimiento de vibrios. No obstante, ninguna de estas medidas de tratamiento ha alterado significativamente la propagación de la enfermedad.
Los antibióticos comúnmente empleados en adultos son los del grupo de doxicilina y tetraciclina. En mujeres embarazadas se usa el nitrofurano furazolidona. En niños se recomienda sulfametoxazol y trimetoprima.
Un elemento fundamental para el control de las epidemias es el adecuado manejo sanitario de aguas servidas y las condiciones sanitarias en general. En este sentido el cólera es una enfermedad asociada a condiciones de pobreza.
Referencias
- Baker-Austin, C., Trinanes, J., Gonzalez-Escalona, N. and Martinez-Urtaza, J. Non-Cholera vibrios: the microbial barometer of climate change. Trends Microbiol. 25.
- Faruque, S. M. and G. Balakrish Nair, G. B. (Eds.). Vibrio cholerae. Genomics and Molecular Biology. Caister Academic Press.