Pseudomonas aeruginosa
Especies de bacteria

Pseudomonas aeruginosa
Colonias de Pseudomonas aeruginos en agar sangre
Colonias de P. aeruginosa en agar sangre
Clasificación científica Editar esta clasificación
Dominio:Bacteria
Filo:Pseudomonas aeruginosa
Clase:Gammaproteobacteria
Orden:Pseudomonadales
Familia:Pseudomonadáceas
Género:Pseudomonas
Especies:
P. aeruginosa
Nombre binomial
Pseudomonas aeruginosa
(Schröter 1872)
Migula 1900
Sinónimos
  • Bacteria aeruginosum Schroeter 1872
  • Bacteria aeruginosum Cohn 1872
  • Micrococcus pyocyaneus Zopf 1884
  • Bacillus aeruginosus (Schroeter 1872) Trevisan 1885
  • Bacillus pyocyaneus (Zopf 1884) Flügge 1886
  • Pseudomonas pyocyanea (Zopf 1884) Migula 1895
  • Bacteria pyocyaneum (Zopf 1884) Lehmann y Neumann 1896
  • Pseudomonas polycolor Clara 1930
  • Pseudomonas vendrelli nomen nudum 1938
Pseudomonas aeruginosa en placa de Petri

Pseudomonas aeruginosa es una bacteria común encapsulada , gramnegativa , aeróbica – facultativamente anaeróbica , en forma de bastón que puede causar enfermedades en plantas y animales, incluidos los humanos. [1] [2] Una especie de considerable importancia médica, P. aeruginosa es un patógeno resistente a múltiples fármacos reconocido por su ubicuidad, sus mecanismos de resistencia a los antibióticos intrínsecamente avanzadosy su asociación con enfermedades graves: infecciones adquiridas en el hospital como neumonía asociada al respirador y varios síndromes de sepsis . P. aeruginosa es capaz de inhibir selectivamente que varios antibióticos penetren en su membrana externa y tiene una alta resistencia a varios antibióticos. Según la Organización Mundial de la Salud, P. aeruginosa plantea una de las mayores amenazas para los humanos en términos de resistencia a los antibióticos. [3]

El organismo se considera oportunista en la medida en que las infecciones graves suelen producirse durante enfermedades o afecciones existentes  , en particular la fibrosis quística y las quemaduras traumáticas. Por lo general, afecta a personas inmunodeprimidas , pero también puede infectar a personas inmunocompetentes, como en el caso de la foliculitis por jacuzzi . El tratamiento de las infecciones por P. aeruginosa puede resultar difícil debido a su resistencia natural a los antibióticos. Cuando se necesitan regímenes de antibióticos más avanzados, pueden producirse efectos adversos .

Es citrato , catalasa y oxidasa positiva . Se encuentra en el suelo, el agua, la flora cutánea y la mayoría de los entornos creados por el hombre en todo el mundo. Prospera no solo en atmósferas normales, sino también en atmósferas con poco oxígeno , por lo que ha colonizado muchos entornos naturales y artificiales. Utiliza una amplia gama de material orgánico como alimento; en los animales, su versatilidad permite al organismo infectar tejidos dañados o aquellos con inmunidad reducida. Los síntomas de tales infecciones son inflamación generalizada y sepsis . Si tales colonizaciones ocurren en órganos corporales críticos, como los pulmones , el tracto urinario y los riñones , los resultados pueden ser fatales. [4] Debido a que prospera en superficies húmedas, esta bacteria también se encuentra en el equipo médico , incluidos los catéteres , causando infecciones cruzadas en hospitales y clínicas . También es capaz de descomponer hidrocarburos y se ha utilizado para descomponer bolas de alquitrán y petróleo de derrames de petróleo . [5] P. aeruginosa no es extremadamente virulenta en comparación con otras especies importantes de bacterias patógenas como Staphylococcus aureus grampositivo y Streptococcus pyogenes , aunque P. aeruginosa es capaz de una colonización extensa y puede agregarse en biopelículas duraderas . [6] 

Nomenclatura

Pigmentos de P. aeruginosa.
Producción de pigmentos, crecimiento en agar cetrimida , prueba de oxidasa , formación de placa y tinción de Gram.
Un plato de cultivo con Pseudomonas

La palabra Pseudomonas significa "falsa unidad", del griego pseudēs ( griego : ψευδής, falso) y ( latín : monas , del griego : μονάς, una sola unidad). La palabra raíz mon se utilizó al principio de la historia de la microbiología para referirse a microorganismos y gérmenes , por ejemplo, reino Monera . [7]

El nombre de la especie aeruginosa es una palabra latina que significa verdigris ("óxido de cobre"), en referencia al color azul verdoso de los cultivos de laboratorio de la especie. Este pigmento azul verdoso es una combinación de dos metabolitos secundarios de P. aeruginosa , piocianina (azul) y pioverdina (verde), que imparten el color azul verdoso característico de los cultivos. [7] Otra afirmación de 1956 es que aeruginosa puede derivar del prefijo griego ae- que significa "viejo o envejecido", y el sufijo ruginosa significa arrugado o lleno de bultos. [8]

Los nombres piocianina y pioverdina provienen del griego, con pyo- , que significa "pus", [9] cyanin , que significa "azul", [10] y verdine , que significa "verde". [ cita requerida ] Por lo tanto, el término "bacteria piocianina" se refiere específicamente al "pus azul" característico de una infección por P. aeruginosa . La pioverdina en ausencia de piocianina es de un color amarillo fluorescente. [ cita requerida ]

Bacterias P. aeruginosa teñidas con Gram (bacilos de color rosa-rojo)

Biología

Genoma

El genoma de Pseudomonas aeruginosa consiste en un cromosoma circular relativamente grande (5,5–6,8  Mb) que contiene entre 5.500 y 6.000 marcos de lectura abiertos y, a veces, plásmidos de diversos tamaños según la cepa. [11] La comparación de 389 genomas de diferentes cepas de P. aeruginosa mostró que solo el 17,5 % es compartido. Esta parte del genoma es el genoma central de P. aeruginosa . [12]

cepa:VRFPA04C3719PAO1PA14PACS2
Tamaño del cromosoma (pb)6.818.0306.222.0976.264.4046.537.6486.492.423
ORF5,9395,5785,5715.9055.676
Susceptibilidad de P. aeruginosa a los antibióticos.

Un estudio genómico comparativo (en 2020) analizó 494 genomas completos del género Pseudomonas , de los cuales 189 eran cepas de P. aeruginosa . [13] El estudio observó que su recuento de proteínas y contenido de GC oscilaban entre 5500 y 7352 (promedio: 6192) y entre 65,6 y 66,9% (promedio: 66,1%), respectivamente. [13] Este análisis comparativo identificó además 1811 proteínas del núcleo de aeruginosa, que representan más del 30% del proteoma. El mayor porcentaje de proteínas del núcleo de aeruginosa en este último análisis podría atribuirse en parte al uso de genomas completos. Aunque P. aeruginosa es una especie monofilética muy bien definida, filogenómicamente y en términos de valores ANIm, es sorprendentemente diversa en términos de contenido proteico, lo que revela un proteoma accesorio muy dinámico, de acuerdo con varios análisis. [13] [14] [15] [16] Parece que, en promedio, las cepas industriales tienen los genomas más grandes, seguidas por las cepas ambientales y luego los aislados clínicos. [13] [17] El mismo estudio comparativo (494 cepas de Pseudomonas , de las cuales 189 son P. aeruginosa ) identificó que 41 de las 1811 proteínas centrales de P. aeruginosa estaban presentes solo en esta especie y no en ningún otro miembro del género, y 26 (de las 41) se anotaron como hipotéticas. Además, otros 19 grupos de proteínas ortólogas están presentes en al menos 188/189 cepas de P. aeruginosa y ausentes en todas las demás cepas del género. [ cita requerida ]

Estructura de la población

La población de P. aeruginosa se puede clasificar en tres linajes principales, caracterizados genéticamente por las cepas modelo PAO1, PA14 y la más divergente PA7. [18]

Aunque generalmente se considera a P. aeruginosa como un patógeno oportunista, varios clones ampliamente distribuidos parecen haberse convertido en patógenos más especializados, en particular en pacientes con fibrosis quística , incluida la cepa epidémica de Liverpool (LES), que se encuentra principalmente en el Reino Unido, [19] DK2 en Dinamarca, [20] y AUST-02 en Australia (también conocida anteriormente como AES-2 y P2). [21] También hay un clon que se encuentra con frecuencia infectando los tractos reproductivos de los caballos. [22] [23]

Metabolismo

P. aeruginosa es un anaerobio facultativo , ya que está bien adaptado para proliferar en condiciones de agotamiento parcial o total de oxígeno. Este organismo puede lograr un crecimiento anaeróbico con nitrato o nitrito como aceptor terminal de electrones . Cuando el oxígeno, el nitrato y el nitrito están ausentes, es capaz de fermentar arginina y piruvato por fosforilación a nivel de sustrato . [24] Además, las fenazinas producidas por P. aeruginosa pueden actuar como lanzaderas de electrones para facilitar la supervivencia de las células en profundidad en biopelículas. [25] La adaptación a entornos microaeróbicos o anaeróbicos es esencial para ciertos estilos de vida de P. aeruginosa , por ejemplo, durante la infección pulmonar en la fibrosis quística y la discinesia ciliar primaria , donde capas gruesas de moco pulmonar y alginato producido por bacterias que rodean las células bacterianas mucoides pueden limitar la difusión de oxígeno. El crecimiento de P. aeruginosa en el cuerpo humano puede ser asintomático hasta que la bacteria forma una biopelícula que supera al sistema inmunológico. Estas biopelículas se encuentran en los pulmones de las personas con fibrosis quística y discinesia ciliar primaria y pueden resultar fatales. [26] [27] [28] [29] [30] [31] [ citas excesivas ]

Cooperación celular

P. aeruginosa depende del hierro como fuente de nutrientes para crecer. Sin embargo, el hierro no es fácilmente accesible porque no se encuentra comúnmente en el medio ambiente. El hierro generalmente se encuentra en una forma férrica en gran parte insoluble. [32] Además, los niveles excesivamente altos de hierro pueden ser tóxicos para P. aeruginosa . Para superar esto y regular la ingesta adecuada de hierro, P. aeruginosa utiliza sideróforos , que son moléculas secretadas que se unen y transportan el hierro. [33] Sin embargo, estos complejos hierro-sideróforo no son específicos. La bacteria que produjo los sideróforos no necesariamente recibe el beneficio directo de la ingesta de hierro. Más bien, todos los miembros de la población celular tienen la misma probabilidad de acceder a los complejos hierro-sideróforo. Los miembros de la población celular que pueden producir eficientemente estos sideróforos se denominan comúnmente cooperadores; los miembros que producen poco o ningún sideróforo a menudo se denominan tramposos. Las investigaciones han demostrado que cuando los cooperadores y los tramposos crecen juntos, los cooperadores tienen una disminución en la aptitud, mientras que los tramposos tienen un aumento en la aptitud. [34] La magnitud del cambio en la aptitud aumenta con el aumento de la limitación de hierro. [35] Con un aumento en la aptitud, los tramposos pueden superar a los cooperadores; esto conduce a una disminución general en la aptitud del grupo, debido a la falta de suficiente producción de sideróforos. Estas observaciones sugieren que tener una mezcla de cooperadores y tramposos puede reducir la naturaleza virulenta de P. aeruginosa . [34]

Enzimas

Los LigD forman una subfamilia de las ligasas de ADN . Todas ellas tienen un dominio LigDom/ligasa, pero muchas LigD bacterianas también tienen dominios de polimerasa /PolDoms y dominios de nucleasa /NucDoms separados. En el caso de P. aeruginosa, los dominios de nucleasa son N-terminales y los dominios de polimerasa son C-terminales , extensiones del dominio central único de ligasa. [36]

Patogenesia

Fagocitosis de P. aeruginosa por neutrófilos en paciente con infección del torrente sanguíneo (tinción de Gram)

P. aeruginosa, que actúa con frecuencia como un patógeno oportunista nosocomial de individuos inmunodeprimidos, pero capaz de infectar a los inmunocompetentes, generalmente infecta las vías respiratorias, el tracto urinario , quemaduras y heridas , y también causa otras infecciones de la sangre . [37]

InfeccionesDetalles y asociaciones comunesGrupos de alto riesgo
NeumoníaBronconeumonía difusaPacientes con fibrosis quística y bronquiectasias no asociadas a fibrosis quística
Choque sépticoAsociado a una lesión cutánea de color púrpura-negro, ectima gangrenosoPacientes neutropénicos
Infección del tracto urinarioCateterización del tracto urinario
Infección gastrointestinalEnterocolitis necrosanteLactantes prematuros y pacientes con cáncer neutropénico
Infecciones de la piel y tejidos blandosHemorragia y necrosisPersonas con quemaduras o infecciones de heridas.

Es la causa más común de infecciones de quemaduras y del oído externo ( otitis externa ), y es el colonizador más frecuente de dispositivos médicos (p. ej., catéteres ). Pseudomonas puede propagarse por equipos que se contaminan y no se limpian adecuadamente o en las manos de los trabajadores de la salud. [38] Pseudomonas puede, en raras circunstancias, causar neumonías adquiridas en la comunidad , [39] así como neumonías asociadas al respirador , siendo uno de los agentes más comunes aislados en varios estudios. [40] La piocianina es un factor de virulencia de la bacteria y se sabe que causa la muerte en C. elegans por estrés oxidativo . Sin embargo, el ácido salicílico puede inhibir la producción de piocianina. [41] Una de cada diez infecciones adquiridas en el hospital es por Pseudomonas [ cita requerida ] . Los pacientes con fibrosis quística también están predispuestos a la infección por P. aeruginosa de los pulmones debido a una pérdida funcional en el movimiento de iones de cloruro a través de las membranas celulares como resultado de una mutación . [42] P. aeruginosa también puede ser una causa común de "sarpullido por jacuzzi" ( dermatitis ), causada por la falta de atención periódica adecuada a la calidad del agua. Dado que estas bacterias prosperan en entornos húmedos, como jacuzzis y piscinas, pueden causar sarpullido u oído de nadador. [38] Pseudomonas también es una causa común de infección posoperatoria en pacientes de cirugía de queratotomía radial . El organismo también está asociado con la lesión cutánea ectima gangrenoso . P. aeruginosa se asocia frecuentemente con osteomielitis que involucra heridas punzantes en el pie, que se cree que es resultado de la inoculación directa con P. aeruginosa a través del relleno de espuma que se encuentra en las zapatillas de tenis, y los pacientes diabéticos tienen un mayor riesgo.

Un análisis genómico comparativo de 494 genomas completos de Pseudomonas , incluidos 189 genomas completos de P. aeruginosa , identificó varias proteínas que son compartidas por la gran mayoría de cepas de P. aeruginosa , pero que no se observan en otros genomas de Pseudomonas analizados . [13] Se sabe que estas proteínas centrales específicas de aeruginosa, como CntL, CntM, PlcB, Acp1, MucE, SrfA, Tse1, Tsi2, Tse3 y EsrC, desempeñan un papel importante en la patogenicidad de esta especie. [13]

Toxinas

P. aeruginosa utiliza el factor de virulencia exotoxina A para inactivar el factor de elongación eucariota 2 a través de la ADP-ribosilación en la célula huésped, de forma muy similar a como lo hace la toxina de la difteria . Sin el factor de elongación  2, las células eucariotas no pueden sintetizar proteínas y se necrosan. La liberación de contenido intracelular induce una respuesta inmunológica en pacientes inmunocompetentes . Además, P. aeruginosa utiliza una exoenzima, ExoU, que degrada la membrana plasmática de las células eucariotas, lo que lleva a la lisis . Cada vez se reconoce más que el sideróforo que adquiere hierro , la pioverdina , también funciona como una toxina al eliminar el hierro de las mitocondrias , lo que inflige daño a este orgánulo. [43] [44] Dado que la pioverdina se secreta al medio ambiente, puede ser fácilmente detectada por el huésped o el depredador, lo que resulta en la migración del huésped/depredador hacia la bacteria. [45]

Fenazinas

Las fenazinas son pigmentos redox-activos producidos por P. aeruginosa . Estos pigmentos están involucrados en la detección de quórum , la virulencia y la adquisición de hierro. [46] P. aeruginosa produce varios pigmentos, todos producidos por una vía biosintética: fenazina-1-carboxamida (PCA), 1-hidroxifenazina, betaína del ácido 5-metilfenazina-1-carboxílico, piocianina y aeruginosina A. Dos operones casi idénticos están involucrados en la biosíntesis de fenazina: phzA1B1C1D1E1F1G1 y phzA2B2C2D2E2F2G2 . [47] [48] [49] Las enzimas codificadas por estos operones convierten el ácido corísmico en PCA. Los productos de tres genes clave, phzH , phzM y phzS, convierten el PCA en las otras fenazinas mencionadas anteriormente. Aunque la biosíntesis de la fenazina está bien estudiada, aún quedan dudas sobre la estructura final de la fenazina marrón piomelanina. [ cita requerida ]

Cuando se inhibe la biosíntesis de piocianina, se observa una disminución de la patogenicidad de P. aeruginosa in vitro . Esto sugiere que la piocianina es la principal responsable de la colonización inicial de P. aeruginosa in vivo . [49]

Desencadenantes

Se ha descubierto que con niveles bajos de fosfato , P. aeruginosa se activa desde un simbionte benigno para expresar toxinas letales dentro del tracto intestinal y dañar gravemente o matar al huésped, lo que se puede mitigar proporcionando un exceso de fosfato en lugar de antibióticos. [50]

Plantas e invertebrados

En plantas superiores, P. aeruginosa induce podredumbre blanda , por ejemplo en Arabidopsis thaliana (berro de Thale) [51] y Lactuca sativa (lechuga). [52] [53] También es patógeno para animales invertebrados, incluyendo el nematodo Caenorhabditis elegans , [54] [55] la mosca de la fruta Drosophila , [56] y la polilla Galleria mellonella . [57] Las asociaciones de factores de virulencia son las mismas para infecciones de plantas y animales. [52] [58] Tanto en insectos como en plantas, la virulencia de P. aeruginosa depende en gran medida del quórum sensing (QS). [59] Su QS a su vez depende en gran medida de genes como la acil-homoserina-lactona sintasa y lasI . [60]

Detección de quórum

P. aeruginosa es un patógeno oportunista con la capacidad de coordinar la expresión génica para competir con otras especies por nutrientes o colonización. La regulación de la expresión génica puede ocurrir a través de la comunicación célula-célula o detección de quórum (QS) a través de la producción de pequeñas moléculas llamadas autoinductores que se liberan al ambiente externo. Estas señales, cuando alcanzan concentraciones específicas correlacionadas con densidades celulares poblacionales específicas, activan sus respectivos reguladores alterando así la expresión génica y coordinando el comportamiento. P. aeruginosa emplea cinco sistemas QS interconectados  : las, rhl, pqs, iqs y pch  , cada uno de los cuales produce moléculas de señalización únicas. [61] Los sistemas las y rhl son responsables de la activación de numerosos genes controlados por QS, el sistema pqs está involucrado en la señalización de quinolonas y el sistema iqs juega un papel importante en la comunicación intercelular. [62] El QS en P. aeruginosa está organizado de manera jerárquica. En la parte superior de la jerarquía de señalización se encuentra el sistema las, ya que el regulador las inicia el sistema regulador QS activando la transcripción de varios otros reguladores, como rhl. Por lo tanto, el sistema las define una cascada jerárquica de QS desde los regulones las hasta los rhl. [63] La detección de estas moléculas indica que P. aeruginosa está creciendo como biopelícula dentro de los pulmones de pacientes con fibrosis quística. [64] Sin embargo , el impacto de QS y especialmente de los sistemas las en la patogenicidad de P. aeruginosa no está claro. Los estudios han demostrado que los mutantes deficientes en lasR están asociados con resultados más graves en pacientes con fibrosis quística [65] y se encuentran en hasta el 63% de los pacientes con fibrosis quística con infección crónica a pesar de la actividad deteriorada de QS. [66]

Se sabe que el QS controla la expresión de varios factores de virulencia de manera jerárquica, incluido el pigmento piocianina. Sin embargo, aunque el sistema las inicia la regulación de la expresión génica, su ausencia no conduce a la pérdida de factores de virulencia. Recientemente, se ha demostrado que el sistema rhl controla parcialmente los factores específicos de las, como las enzimas proteolíticas responsables de las actividades elastolíticas y estafilolíticas, pero de manera retardada. Por lo tanto, las es un regulador directo e indirecto de los genes controlados por QS. [62] Otra forma de regulación génica que permite que las bacterias se adapten rápidamente a los cambios circundantes es a través de la señalización ambiental. Estudios recientes han descubierto que la anaerobiosis puede afectar significativamente el principal circuito regulador de QS. Este importante vínculo entre QS y anaerobiosis tiene un impacto significativo en la producción de factores de virulencia de este organismo. [67] El ajo bloquea experimentalmente el quórum sensing en P. aeruginosa . [68]

Formación de biopelículas y di-GMP cíclico

Como en la mayoría de las bacterias Gram negativas, la formación de biopelículas de P. aeruginosa está regulada por una sola molécula: di-GMP cíclico . A baja concentración de di-GMP cíclico, P. aeruginosa tiene un modo de vida de natación libre. Pero cuando los niveles de di-GMP cíclico aumentan, P. aeruginosa comienza a establecer comunidades sésiles en superficies. La concentración intracelular de di-GMP cíclico aumenta en segundos cuando P. aeruginosa toca una superficie ( por ejemplo : una roca, plástico, tejidos del huésped...). [69] Esto activa la producción de pili adhesivos , que sirven como "anclajes" para estabilizar la unión de P. aeruginosa en la superficie. En etapas posteriores, las bacterias comenzarán a unirse irreversiblemente produciendo una matriz fuertemente adhesiva. Al mismo tiempo, di-GMP cíclico reprime la síntesis de la maquinaria flagelar, impidiendo que P. aeruginosa nade. Cuando se suprime, las biopelículas son menos adherentes y más fáciles de tratar. La matriz de la biopelícula de P. aeruginosa está compuesta de ácidos nucleicos, aminoácidos, carbohidratos y varios iones. Protege mecánica y químicamente a P. aeruginosa de la agresión del sistema inmunológico y de algunos compuestos tóxicos. [70] La matriz de la biopelícula de P. aeruginosa está compuesta de hasta tres tipos de polímeros de azúcar (o "exopolisacáridos") llamados PSL, PEL y alginato. [71] Los exopolisacáridos que se producen varían según la cepa. [72]

  • El operón de síntesis de polisacáridos y el di-GMP cíclico forman un ciclo de retroalimentación positiva. Este operón de 15 genes es responsable de las interacciones entre células y entre células y superficies celulares necesarias para la comunicación celular.
  • PEL es un exopolisacárido catiónico que reticula el ADN extracelular en la matriz del biofilm de P. aeruginosa . [73]

Ante ciertas señales o situaciones de estrés, P. aeruginosa revierte el programa de biopelícula y se desprende. Estudios recientes han demostrado que las células dispersas de las biopelículas de P. aeruginosa tienen niveles más bajos de di-GMP cíclico y fisiologías diferentes a las de las células planctónicas y de biopelícula, [74] [75] con dinámicas y motilidad poblacionales únicas. [76] Se ha descubierto que dichas células dispersas son altamente virulentas contra los macrófagos y C. elegans , pero altamente sensibles al estrés por hierro, en comparación con las células planctónicas. [74]

Biopelículas y resistencia al tratamiento

Las biopelículas de P. aeruginosa pueden causar infecciones oportunistas crónicas , que son un problema grave para la atención médica en las sociedades industrializadas, especialmente para los pacientes inmunodeprimidos y los ancianos. A menudo no se pueden tratar de manera efectiva con la terapia antibiótica tradicional . Las biopelículas sirven para proteger a estas bacterias de factores ambientales adversos, incluidos los componentes del sistema inmunológico del huésped además de los antibióticos. P. aeruginosa puede causar infecciones nosocomiales y se considera un organismo modelo para el estudio de bacterias resistentes a los antibióticos. Los investigadores consideran importante aprender más sobre los mecanismos moleculares que causan el cambio del crecimiento planctónico a un fenotipo de biopelícula y sobre el papel de QS en bacterias resistentes al tratamiento como P. aeruginosa . Esto debería contribuir a un mejor manejo clínico de los pacientes con infección crónica y debería conducir al desarrollo de nuevos medicamentos. [67]

Los científicos han estado examinando la posible base genética de la resistencia de P. aeruginosa a antibióticos como la tobramicina . Un locus identificado como un determinante genético importante de la resistencia en esta especie es ndvB , que codifica glucanos periplásmicos que pueden interactuar con los antibióticos y hacer que estos queden secuestrados en el periplasma. Estos resultados sugieren que existe una base genética detrás de la resistencia bacteriana a los antibióticos, en lugar de que la biopelícula simplemente actúe como una barrera de difusión para el antibiótico. [77]

Diagnóstico

Producción de piocianina, pigmento verde soluble en agua de P. aeruginosa (tubo izquierdo)

Dependiendo de la naturaleza de la infección, se recoge una muestra apropiada y se envía a un laboratorio de bacteriología para su identificación. Como con la mayoría de las muestras bacteriológicas, se realiza una tinción de Gram , que puede mostrar bacilos gramnegativos y/o glóbulos blancos . P. aeruginosa produce colonias con un olor característico "similar a uva" o "a tortilla fresca" en medios bacteriológicos. En cultivos mixtos, se puede aislar como colonias claras en agar MacConkey (ya que no fermenta la lactosa ) que darán positivo en la prueba de oxidasa . Las pruebas de confirmación incluyen la producción del pigmento azul verdoso piocianina en agar cetrimida y el crecimiento a 42 °C. A menudo se utiliza una muestra inclinada TSI para distinguir las especies de Pseudomonas no fermentadoras de los patógenos entéricos en muestras fecales. [ cita requerida ]

Cuando P. aeruginosa se aísla de un sitio normalmente estéril (sangre, hueso, colecciones profundas), generalmente se considera peligroso y casi siempre requiere tratamiento. [78] [79] Sin embargo, P. aeruginosa se aísla con frecuencia de sitios no estériles (hisopos bucales, esputo , etc.) y, en estas circunstancias, puede representar colonización y no infección. Por lo tanto, el aislamiento de P. aeruginosa de muestras no estériles debe interpretarse con cautela y se debe buscar el consejo de un microbiólogo o un médico/farmacéutico especializado en enfermedades infecciosas antes de comenzar el tratamiento. A menudo, no se necesita tratamiento. [ cita requerida ]

Clasificación

Las características morfológicas, fisiológicas y bioquímicas de Pseudomonas aeruginosa se muestran en la siguiente tabla.

Tipo de pruebaPruebaCaracterísticas
Personajes de la coloniaTamañoGrande
TipoLiso
Color
FormaDepartamento
Caracteres morfológicosFormaVara
Caracteres fisiológicosMotilidad+
Crecimiento al 6,5% de NaCl-
Caracteres bioquímicosTinción de Gram-
Oxidasa+
Catalasa+
Oxidativo-fermentativo
Motilidad+
Rojo de metilo-
Proskauer de los Voges-
Indol-
Producción de H2S-
Ureasa-
Nitrato reductasa+
β-galactosidasa
Fenilalanina desaminasa-
ADNasa-
Lipasa+
Lisina descarboxilasa-
Pigmento+ (pigmentación verde azulada)
HemólisisBeta/variable
Hidrólisis deGelatina+
Caseína
Utilización deGlicerol+
Galactosa-
D-glucosa+
D-fructosa+
D-manosa-
Manitol+
Citrato+
Maltosa-
Sacarosa-
Lactosa-

Nota: + = Positivo, - = Negativo

P. aeruginosa es una bacteria Gram-negativa, aeróbica (y a veces facultativamente anaeróbica ), con forma de bastón y movilidad unipolar . [80] Se la ha identificado como un patógeno oportunista tanto de humanos como de plantas. [81] P. aeruginosa es la especie tipo del género Pseudomonas . [82]

La identificación de P. aeruginosa puede complicarse por el hecho de que los aislamientos individuales a menudo carecen de motilidad. La morfología de la colonia en sí también muestra varias variedades. Los dos tipos principales son grandes, lisas, con un borde plano y un centro elevado y pequeñas, rugosas y convexas. [83] También se puede encontrar un tercer tipo, mucoide. La colonia grande se puede encontrar típicamente en entornos clínicos, mientras que la pequeña se encuentra en la naturaleza. [83] El tercero, sin embargo, está presente en entornos biológicos y se ha encontrado en el tracto respiratorio y urinario. [83] Además, las mutaciones en el gen lasR alteran drásticamente la morfología de la colonia y, por lo general, conducen a la incapacidad de hidrolizar la gelatina o hemólisis. [ cita requerida ]

En determinadas condiciones, P. aeruginosa puede secretar una variedad de pigmentos, entre ellos piocianina (azul), pioverdina (amarilla y fluorescente ), piorrubina (roja) y piomelanina (marrón), que pueden utilizarse para identificar el organismo. [84]

Fluorescencia de Pseudomonas aeruginosa bajo iluminación ultravioleta

La identificación clínica de P. aeruginosa puede incluir la identificación de la producción tanto de piocianina como de fluoresceína, así como su capacidad para crecer a 42 °C. P. aeruginosa es capaz de crecer en combustibles diésel y de aviación , donde se la conoce como un microorganismo que utiliza hidrocarburos , lo que provoca corrosión microbiana . [85] Crea esteras oscuras y gelatinosas a veces llamadas incorrectamente " algas " debido a su apariencia. [ cita requerida ]

Tratamiento

Muchos aislamientos de P. aeruginosa son resistentes a una amplia gama de antibióticos y pueden demostrar resistencia adicional después de un tratamiento fallido. Por lo general, debería ser posible guiar el tratamiento según las sensibilidades de laboratorio, en lugar de elegir un antibiótico empíricamente . Si los antibióticos se inician empíricamente, se debe hacer todo lo posible para obtener cultivos (antes de administrar la primera dosis de antibiótico) y la elección del antibiótico utilizado debe revisarse cuando estén disponibles los resultados del cultivo.

Antibiograma de P. aeruginosa en agar Mueller-Hinton

Debido a la resistencia generalizada a muchos antibióticos comunes de primera línea, los carbapenémicos , las polimixinas y, más recientemente, la tigeciclina se consideraron los fármacos de elección; sin embargo, también se ha informado de resistencia a estos fármacos. A pesar de esto, todavía se están utilizando en áreas donde aún no se ha informado de resistencia. Se ha recomendado el uso de inhibidores de β-lactamasa como sulbactam en combinación con antibióticos para mejorar la acción antimicrobiana incluso en presencia de un cierto nivel de resistencia. Se ha descubierto que la terapia combinada después de pruebas rigurosas de susceptibilidad a los antimicrobianos es la mejor línea de acción en el tratamiento de P. aeruginosa resistente a múltiples fármacos . Algunos antibióticos de próxima generación que se informan como activos contra P. aeruginosa incluyen doripenem, ceftobiprol y ceftarolina. Sin embargo, estos requieren más ensayos clínicos para la estandarización. Por lo tanto, la investigación para el descubrimiento de nuevos antibióticos y fármacos contra P. aeruginosa es muy necesaria. Los antibióticos que pueden tener actividad contra P. aeruginosa incluyen:

Como las fluoroquinolonas son una de las pocas clases de antibióticos ampliamente eficaces contra P. aeruginosa , en algunos hospitales su uso está severamente restringido para evitar el desarrollo de cepas resistentes. En las raras ocasiones en que la infección es superficial y limitada (por ejemplo, infecciones de oído o de las uñas), se puede utilizar gentamicina o colistina tópicas [ cita requerida ] .

En el caso de infecciones de heridas por pseudomonas, el ácido acético en concentraciones de 0,5% a 5% puede ser un agente bacteriostático eficaz para eliminar las bacterias de la herida. Por lo general, se coloca una gasa estéril empapada en ácido acético sobre la herida después de irrigarla con solución salina normal. El vendaje se realiza una vez al día. Las pseudomonas suelen eliminarse en el 90% de los casos después de 10 a 14 días de tratamiento. [87]

Resistencia a los antibióticos

Dos ejemplos de pruebas de susceptibilidad de bacterias a los antibióticos.
Ejemplos de pruebas de sensibilidad a antibióticos de P. aeruginosa . Prueba de difusión en disco (A) y prueba de CMI (B). P. aeruginosa es intrínsecamente resistente a ampicilina/sulbactam , tigeciclina y trimetoprima/sulfametoxazol (sin puntos de corte en la imagen B).

Una de las características más preocupantes de P. aeruginosa es su baja sensibilidad a los antibióticos, que se atribuye a una acción concertada de bombas de eflujo de múltiples fármacos con genes de resistencia a los antibióticos codificados cromosómicamente, es decir, los genes que codifican proteínas que sirven como enzimas para descomponer los antibióticos. Algunos ejemplos de dichos genes son:

Los genes y enzimas específicos involucrados en la resistencia a los antibióticos pueden variar entre diferentes cepas. [101] [102] P. aeruginosa TG523 albergaba genes que se predice que tienen actividad antibacteriana y aquellos que están implicados en la virulencia. [103]

Otra característica que contribuye a la resistencia a los antibióticos de P. aeruginosa es la baja permeabilidad de las envolturas celulares bacterianas. [104] Además de esta resistencia intrínseca, P. aeruginosa desarrolla fácilmente una resistencia adquirida, ya sea por mutación en genes codificados cromosómicamente o por la transferencia horizontal de genes de los determinantes de resistencia a los antibióticos. El desarrollo de resistencia a múltiples fármacos por parte de los aislados de P. aeruginosa requiere varios eventos genéticos diferentes, incluida la adquisición de diferentes mutaciones y/o la transferencia horizontal de genes de resistencia a los antibióticos. La hipermutación favorece la selección de la resistencia a los antibióticos impulsada por mutaciones en cepas de P. aeruginosa que producen infecciones crónicas, mientras que la agrupación de varios genes de resistencia a los antibióticos diferentes en integrones favorece la adquisición concertada de determinantes de resistencia a los antibióticos. Algunos estudios recientes han demostrado que la resistencia fenotípica asociada a la formación de biopelículas o a la aparición de variantes de colonias pequeñas puede ser importante en la respuesta de las poblaciones de P. aeruginosa al tratamiento con antibióticos. [67]

Se ha descubierto que los mecanismos subyacentes a la resistencia a los antibióticos incluyen la producción de enzimas que degradan o inactivan los antibióticos, proteínas de la membrana externa para expulsar los antibióticos y mutaciones para cambiar los objetivos de los antibióticos. Se ha informado de la presencia de enzimas que degradan los antibióticos, como las β-lactamasas de espectro extendido como PER-1, PER-2 y VEB-1, las cefalosporinasas AmpC, las carbapenemasas como las serina oxacilinasas, las metalo-β-lactamasas, las carbapenemasas de tipo OXA y las enzimas modificadoras de aminoglucósidos, entre otras. P. aeruginosa también puede modificar los objetivos de la acción de los antibióticos: por ejemplo, la metilación del ARNr 16S para evitar la unión de los aminoglucósidos y la modificación del ADN, o la topoisomerasa para protegerlo de la acción de las quinolonas. También se ha informado que P. aeruginosa posee sistemas de bombas de eflujo de múltiples fármacos que confieren resistencia contra varias clases de antibióticos, y la familia MexAB-OprM ( Resistencia-nodulación-división ( RND )) se considera como la más importante [105] . Un factor importante que se encontró asociado con la resistencia a los antibióticos es la disminución de las capacidades de virulencia de la cepa resistente. Tales hallazgos se han informado en el caso de cepas resistentes a la rifampicina y a la colistina, en las que se ha documentado una disminución de la capacidad infectiva, la detección de quórum y la motilidad. [106]

Las mutaciones en la ADN girasa se asocian comúnmente con la resistencia a los antibióticos en P. aeruginosa . Estas mutaciones, cuando se combinan con otras, confieren una alta resistencia sin obstaculizar la supervivencia. Además, los genes involucrados en la señalización de di-GMP cíclico pueden contribuir a la resistencia. Cuando P. aeruginosa se cultiva en condiciones in vitro diseñadas para imitar los pulmones de un paciente con fibrosis quística, estos genes mutan repetidamente. [107]

Se ha demostrado que dos ARN pequeños , Sr0161 y ErsA , interactúan con el ARNm que codifica la porina principal OprD responsable de la captación de antibióticos carbapenémicos en el periplasma . Los ARN pequeños se unen al 5'UTR de oprD , lo que provoca un aumento de la resistencia bacteriana al meropenem . Otro ARN pequeño, Sr006 , puede regular positivamente (postranscripcionalmente) la expresión de PagL, una enzima responsable de la desacilación del lípido A. Esto reduce la propiedad proinflamatoria del lípido A. [108] Además, de forma similar a un proceso encontrado en Salmonella , [109] la regulación de la expresión de PagL por parte de Sr006 puede ayudar a la resistencia a la polimixina B. [108]

Prevención

La profilaxis probiótica puede prevenir la colonización y retrasar la aparición de la infección por Pseudomonas en un entorno de UCI. [110] [ se necesita una fuente no primaria ] Se está investigando la inmunoprofilaxis contra Pseudomonas . [111] El riesgo de contraer P. aeruginosa se puede reducir evitando piscinas, jacuzzis y otros cuerpos de agua estancada; desinfectando y/o reemplazando regularmente el equipo que entra en contacto con la humedad (como el equipo y las soluciones para lentes de contacto); y lavándose las manos con frecuencia (lo que también protege contra muchos otros patógenos). Sin embargo, incluso las mejores prácticas de higiene no pueden proteger totalmente a una persona contra P. aeruginosa, dada la frecuencia con la que P. aeruginosa se encuentra en el medio ambiente. [112]

Terapias experimentales

La terapia con fagos contra P. aeruginosa se ha investigado como un posible tratamiento eficaz, que se puede combinar con antibióticos, no tiene contraindicaciones y tiene efectos adversos mínimos. Los fagos se producen como líquido estéril, apto para ingestión, aplicaciones, etc. [113] La terapia con fagos contra las infecciones de oído causadas por P. aeruginosa se informó en la revista Clinical Otolaryngology en agosto de 2009. [114] A partir de 2024, [update]la investigación sobre el tema está en curso. [115]

Investigación

En 2013, João Xavier describió un experimento en el que P. aeruginosa , cuando se sometió a rondas repetidas de condiciones en las que necesitaba enjambrar para adquirir alimento, desarrolló la capacidad de "hiperenjambrar" a velocidades un 25% más rápidas que los organismos de referencia, al desarrollar múltiples flagelos , mientras que el organismo de referencia tiene un solo flagelo. [116] Este resultado fue notable en el campo de la evolución experimental en el sentido de que fue altamente repetible. [117] P. aeruginosa se ha estudiado para su uso en biorremediación y en el procesamiento de polietileno en residuos sólidos urbanos . [118]

Las investigaciones sobre la biología de sistemas de esta bacteria condujeron al desarrollo de modelos metabólicos a escala del genoma que permiten la simulación por computadora y la predicción de las tasas de crecimiento bacteriano en diferentes condiciones, incluidas sus propiedades de virulencia. [119] [120]

Distribución

Análisis de riesgo de plagas

A partir de 2019, [update]la Comunidad de África Oriental considera que P. aeruginosa es motivo de cuarentena debido a la presencia de Phaseolus vulgaris , cepas patógenas de P. aeruginosa en Kenia y en el resto del área. Un análisis de riesgo de plagas realizado por la EAC se basó en la inclusión de esta bacteria en el Compendio de Protección de Cultivos de CABI , luego de la detección inicial de Kaaya & Darji en Kenia en 1989. [121]

Gotas para los ojos

Es probable que una pequeña cantidad de infecciones en los Estados Unidos en 2022 y 2023 hayan sido causadas por gotas para los ojos mal fabricadas. [122]

Véase también

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Lectura adicional

  • Sweere JM, Van Belleghem JD, Ishak H, Bach MS, Popescu M, Sunkari V, et al. (marzo de 2019). "Los bacteriófagos desencadenan la inmunidad antiviral y previenen la eliminación de la infección bacteriana". Science . 363 (6434). doi :10.1126/science.aat9691. PMC  6656896 . PMID  30923196.Acerca de los fagos filamentosos de Pseudomonas aeruginosa (fagos Pf), Inoviridae . Véase también:
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Pseudomonas aeruginosa .
  • "Pseudomonas aeruginosa DSM 50071". Base de datos de metadatos sobre diversidad bacteriana .
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