Francisella tularensis
Especies de bacteria

Francisella tularensis
Bacteria Francisella tularensis (azul) infectando un macrófago (amarillo)
Clasificación científica Editar esta clasificación
Dominio:Bacteria
Filo:Pseudomonas aeruginosa
Clase:Gammaproteobacteria
Orden:Tiotricales
Familia:Franciselláceas
Género:Francisella
Especies:
F. tularensis
Nombre binomial
Francisella tularensis
(McCoy y Chapin 1912)
Dorofeev 1947

Francisella tularensis es unaespecie patógena de cocobacilo gramnegativo , una bacteria aeróbica . [1] No forma esporas, no es móvil, [2] y es el agente causal de la tularemia , cuya forma neumónica a menudo es letal sin tratamiento. Es una bacteria intracelular facultativa fastidiosa , que requiere cisteína para crecer. [3] Debido a su baja dosis infecciosa, facilidad de propagación por aerosol y alta virulencia , F. tularensis está clasificada como un agente selecto de nivel 1 por el gobierno de los EE. UU., junto con otros agentes potenciales de bioterrorismo como Yersinia pestis , Bacillus anthracis y el virus del Ébola . Cuando se encuentra en la naturaleza, Francisella tularensis puede sobrevivir durante varias semanas a bajas temperaturas en cadáveres de animales, suelo y agua. En el laboratorio, F. tularensis aparece como pequeñas varillas (0,2 por 0,2 μm) y crece mejor a 35–37 °C. [4]

Historia

Esta especie fue descubierta en ardillas terrestres en el condado de Tulare, California, en 1911. Bacterium tularense fue pronto aislada por George Walter McCoy (1876-1952) del Laboratorio de Peste de Estados Unidos en San Francisco y reportada en 1912. En 1922, Edward Francis (1872-1957), un médico e investigador médico de Ohio, descubrió que Bacterium tularense era el agente causal de la tularemia , después de estudiar varios casos con síntomas de la enfermedad. Más tarde, se conoció como Francisella tularensis , en honor al descubrimiento de Francis. [5] [6] [7]

La enfermedad también fue descrita en la región de Fukushima en Japón por Hachiro Ohara en la década de 1920, donde se asoció con la caza de conejos. [8] En 1938, el bacteriólogo soviético Vladimir Dorofeev (1911-1988) y su equipo recrearon el ciclo infeccioso del patógeno en humanos, y su equipo fue el primero en crear medidas de protección. En 1947, Dorofeev aisló de forma independiente el patógeno que Francis descubrió en 1922. Por lo tanto, se lo conoce comúnmente como Francisella dorofeev en los antiguos países soviéticos.

Clasificación

Se reconocen tres subespecies ( biovares ) de F. tularensis (a fecha de 2020): [8]

  1. F. t. tularensis (o tipo A), que se encuentra predominantemente en América del Norte , es la más virulenta de las cuatro subespecies conocidas y está asociada con infecciones pulmonares letales. Esto incluye la cepa de laboratorio principal de tipo A, SCHUS4.
  2. F. t. holarctica (también conocida como biovar F. t. palearctica o tipo B) se encuentra predominantemente en Europa y Asia , pero rara vez provoca una enfermedad mortal. Se ha descrito una cepa de vacuna viva atenuada de la subespecie F. t. holarctica , aunque la Administración de Alimentos y Medicamentos aún no la ha autorizado por completo como vacuna. Esta subespecie carece de la actividad de citrulina ureidasa y de la capacidad de producir ácido a partir de glucosa de la biovar F. t. palearctica .
  3. F. t. mediasiatica , se encuentra principalmente en Asia central ; actualmente se sabe poco sobre esta subespecie o su capacidad para infectar a los humanos.

Además, F. novicida [9] se ha clasificado anteriormente como F. ​​t. novicida . Se la ha caracterizado como una Francisella relativamente no virulenta; solo se han atribuido dos casos de tularemia en América del Norte al organismo, y estos se dieron únicamente en individuos con un sistema inmunitario gravemente comprometido .

Patogenesia

Se ha informado de F. tularensis en invertebrados , incluidos insectos y garrapatas , y vertebrados como aves , anfibios , reptiles , [ cita requerida ] peces [ cita requerida ] y mamíferos , incluidos los humanos. [8] La infección humana a menudo es causada por vectores , en particular garrapatas, pero también mosquitos , tábanos y tábanos . El contacto directo con animales infectados o cadáveres es otra fuente. [8] Los huéspedes reservorios importantes incluyen lagomorfos (por ejemplo, conejos), roedores , [8] aves galliformes y ciervos . [ cita requerida ] La infección a través de fómites (objetos) también es importante. [8] La transmisión de humano a humano se ha demostrado a través del trasplante de órganos sólidos. [10]

F. tularensis puede sobrevivir durante semanas fuera de un huésped mamífero [ cita requerida ] y se ha encontrado en agua, [8] pastizales y almiares . Los aerosoles que contienen la bacteria pueden generarse al perturbar los cadáveres debido al desbroce o al cortar el césped; como resultado, la tularemia se ha denominado "enfermedad del cortacésped". Los estudios epidemiológicos han demostrado una correlación positiva entre las ocupaciones que implican las actividades anteriores y la infección con F. tularensis . [ cita requerida ]

La infección humana por F. tularensis puede producirse por varias vías. Las vías de entrada son la sangre y el sistema respiratorio. La más común es el contacto con la piel, lo que produce una forma ulceroglandular de la enfermedad. La inhalación de bacterias, [8] en particular la biovar F. t. tularensis , [ cita requerida ] conduce a la tularemia neumónica potencialmente letal . Si bien las formas pulmonar y ulceroglandular de la tularemia son más comunes, se han descrito otras vías de inoculación que incluyen la infección orofaríngea debido al consumo de alimentos o agua contaminados y la infección conjuntival debido a la inoculación en el ojo. [8]

Ciclo vital

F. tularensis es una bacteria intracelular facultativa que es capaz de infectar la mayoría de los tipos de células, pero infecta principalmente a los macrófagos en el organismo huésped. [ cita requerida ] La entrada en el macrófago se produce por fagocitosis y la bacteria es secuestrada del interior de la célula infectada por un fagosoma . [ cita requerida ] F. tularensis luego sale de este fagosoma hacia el citosol y prolifera rápidamente. Finalmente, la célula infectada sufre apoptosis y las bacterias progenie se liberan en un solo evento de "ráfaga" [11] para iniciar nuevas rondas de infección.

Factores de virulencia

Lesión de tularemia en la piel dorsal de una mano.

Los mecanismos de virulencia de F. tularensis no han sido bien caracterizados. Al igual que otras bacterias intracelulares que salen de los compartimentos fagosomales para replicarse en el citosol, las cepas de F. tularensis producen diferentes agentes hemolíticos, que pueden facilitar la degradación del fagosoma. [12] Se identificó una actividad de hemolisina , denominada NlyA, con reactividad inmunológica al anticuerpo anti-HlyA de Escherichia coli , en la biovariedad F. t. novicida . [13] Se ha descubierto que la fosfatasa ácida AcpA actúa como hemolisina en otras bacterias, mientras que en Francisella su papel como factor de virulencia es objeto de un intenso debate.

F. tularensis contiene un sistema de secreción de tipo VI (T6SS), también presente en algunas otras bacterias patógenas. [14] También contiene una serie de proteínas de casete de unión a ATP (ABC) que pueden estar vinculadas a la secreción de factores de virulencia. [15] F. tularensis utiliza pili de tipo IV para unirse al exterior de una célula huésped y así ser fagocitada. Las cepas mutantes que carecen de pili muestran una patogenicidad severamente atenuada.

La expresión de una proteína de 23 kD conocida como IglC es necesaria para la liberación fagosómica y la replicación intracelular de F. tularensis ; en su ausencia, las células mutantes de F. tularensis mueren y son degradadas por el macrófago. Esta proteína se encuentra en una supuesta isla de patogenicidad regulada por el factor de transcripción MglA.

F. tularensis , in vitro , regula a la baja la respuesta inmunitaria de las células infectadas, una táctica utilizada por un número significativo de organismos patógenos para garantizar que su replicación no se vea obstaculizada (aunque sea brevemente) por el sistema inmunitario del huésped al bloquear las señales de advertencia de las células infectadas. Esta modulación a la baja de la respuesta inmunitaria requiere la proteína IglC, aunque nuevamente las contribuciones de IglC y otros genes no están claras. Existen varios otros genes de virulencia putativos, pero aún deben caracterizarse para su función en la patogenicidad de F. tularensis .

Genética

Al igual que muchas otras bacterias, F. tularensis experimenta una replicación asexual . Las bacterias se dividen en dos células hijas , cada una de las cuales contiene información genética idéntica. La variación genética puede introducirse mediante mutación o transferencia horizontal de genes .

Se ha secuenciado el genoma de la cepa SCHU4 de F. t. tularensis . [16] Los estudios resultantes de la secuenciación sugieren que varias regiones codificantes de genes en el genoma de F. tularensis están alteradas por mutaciones, creando así bloqueos en varias vías metabólicas y sintéticas necesarias para la supervivencia. Esto indica que F. tularensis ha evolucionado para depender del organismo huésped para ciertos nutrientes y otros procesos de los que normalmente se encargan estos genes alterados.

El genoma de F. tularensis contiene elementos inusuales similares a transposones que se asemejan a sus contrapartes que normalmente se encuentran en organismos eucariotas. [16]

Filogenética

Gran parte de la diversidad genética global conocida de F. t. holarctica está presente en Suecia . [17] Esto sugiere que esta subespecie se originó en Escandinavia y se extendió desde allí al resto de Eurosiberia.

Uso como arma biológica

Cuando el programa de guerra biológica de Estados Unidos terminó en 1969, F. tularensis era una de las siete armas biológicas estandarizadas que había desarrollado como parte de la cooperación germano-estadounidense en las décadas de 1920 y 1930. [18]

Diagnóstico, tratamiento y prevención

Colonias de F. tularensis en una placa de agar
Diagnóstico

Los médicos diagnostican la infección por F. tularensis basándose en los síntomas y el historial del paciente, imágenes y estudios de laboratorio.

Tratamiento

La tularemia se trata con antibióticos, como aminoglucósidos, tetraciclinas o fluoroquinolonas. Se han sugerido unas 15 proteínas que podrían facilitar el desarrollo de fármacos y vacunas. [19]

Prevención

Las medidas preventivas incluyen evitar las picaduras de garrapatas, moscas y mosquitos; asegurarse de que toda la carne de caza esté bien cocida; abstenerse de beber agua no tratada y utilizar repelentes de insectos. Si trabaja con cultivos de F. tularensis en el laboratorio, use bata, guantes impermeables, mascarilla y protección ocular. Al preparar la carne de caza, use guantes impermeables. Existe una vacuna viva atenuada disponible para personas con alto riesgo de exposición, como el personal de laboratorio. [20]

Genómica

  • Proyectos Genómicos de Francisella (de la base de datos Genomes OnLine)
  • Análisis comparativo de los genomas de Francisella (en el sistema IMG del DOE )

Véase también

Referencias

  1. ^ "Francisella tularensis" (PDF) . health.ny.gov . Wadsworth Center: Departamento de Salud del Estado de Nueva York . Consultado el 12 de mayo de 2015 .
  2. ^ "Tularemia (Francisella tularensis)" (PDF) . michigan.gov . Departamento de Salud Comunitaria de Michigan . Consultado el 12 de mayo de 2015 .
  3. ^ Ryan KJ; Ray CG, eds. (2004). Sherris Medical Microbiology (4.ª ed.). McGraw Hill. págs. 488–90. ISBN 0-8385-8529-9.
  4. ^ "Francisella tularensis". Microbewiki.kenyon.edu .
  5. ^ Tärnvik, A.; Berglund, L. (1 de febrero de 2003). "Tularemia". Revista respiratoria europea . 21 (2): 361–373. doi : 10.1183/09031936.03.00088903 . PMID  12608453. S2CID  219200617 . Consultado el 20 de marzo de 2022 .
  6. ^ McCoy GW, Chapin CW. Bacterium tularense, la causa de una enfermedad similar a la peste en roedores. Public Health Bull 1912;53:17–23.
  7. ^ Jeanette Barry, Contribuciones notables a la investigación médica de los científicos del Servicio de Salud Pública. Instituto Nacional de Salud, Publicación del Servicio de Salud Pública N.º 752, 1960, pág. 36.
  8. ^ abcdefghi Sam R. Telford III, Heidi K. Goethert (2020). "Ecología de Francisella tularensis ", Revisión anual de entomología 65: 351–372 doi :10.1146/annurev-ento-011019-025134
  9. ^ Sjöstedt AB. "Género I. Francisella Dorofe'ev 1947, 176AL". Bergey's Manual of Systematic Bacteriology . Vol. 2 (Las Proteobacterias), parte B (Las Gammaproteobacterias) (2.ª ed.). Nueva York: Springer. págs. 200-210.
  10. ^ Nelson CA, Murua C, Jones JM, Mohler K, Zhang Y, Wiggins L; et al. (2019). "Transmisión de Francisella tularensis por trasplante de órganos sólidos, 2017". Emerg Infect Dis . 25 (4): 767–775. doi :10.3201/eid2504.181807. PMC 6433034 . PMID  30730826. {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  11. ^ Carruthers, Jonathan; Lythe, Grant; López-García, Martín; Gillard, Joseph; Laws, Thomas R.; Lukaszewski, Roman; Molina-París, Carmen (2020-06-01). "Dinámica estocástica de la infección y replicación de Francisella tularensis". PLOS Computational Biology . 16 (6): e1007752. Bibcode :2020PLSCB..16E7752C. doi : 10.1371/journal.pcbi.1007752 . ISSN  1553-7358. PMC 7304631 . PMID  32479491. 
  12. ^ Mohapatra, Nrusingh P.; Soni, Shilpa; Reilly, Thomas J.; Liu, Jirong; Klose, Karl E.; Gunn, John S. (2008). "La eliminación combinada de cuatro fosfatasas ácidas de Francisella novicida atenúa la virulencia y el escape vacuolar de los macrófagos". Infección e inmunidad . 76 (8): 3690–3699. doi :10.1128/IAI.00262-08. PMC 2493204 . PMID  18490464. 
  13. ^ "Biblioteca en línea de Wiley". Onlinelibrary.wiley.com . Consultado el 20 de marzo de 2022 .
  14. ^ Spidlova, Petra; Stulik, Jiri (2017). "El sistema de secreción tipo VI de Francisella tularensis alcanza la mayoría de edad". Virulencia . 8 (6): 628–631. doi :10.1080/21505594.2016.1278336. ISSN  2150-5594. PMC 5626347 . PMID  28060573. 
  15. ^ Atkins H, Dassa E, Walker N, Griffin K, Harland D, Taylor R, Duffield M, Titball R (2006). "La identificación y evaluación de los sistemas de casetes de unión de ATP en la bacteria intracelular Francisella tularensis". Res Microbiol . 157 (6): 593–604. doi : 10.1016/j.resmic.2005.12.004 . PMID  16503121.
  16. ^ ab Larsson P, Oyston P, Chain P, et al. (2005). "La secuencia completa del genoma de Francisella tularensis, el agente causal de la tularemia". Nat Genet . 37 (2): 153–9. doi : 10.1038/ng1499 . PMID  15640799.
  17. ^ Karlsson E, Svensson K, Lindgren P, Byström M, Sjödin A, Forsman M, Johansson A (2012) El patrón filogeográfico de Francisella tularensis en Suecia indica un origen escandinavo de la tularemia eurosiberiana. Medio Ambiente Microbiol doi: 10.1111/1462-2920.12052
  18. ^ Croddy, Eric C. y Hart, C. Perez-Armendariz J., Chemical and Biological Warfare , (Google Books), Springer, 2002, pp. 30–31, ( ISBN 0387950761 ), consultado el 24 de octubre de 2008. 
  19. ^ Francisella tularensis: Identificación in silico de dianas de fármacos y vacunas mediante análisis de vías metabólicas J Harati, J Fallah La 6.ª Conferencia sobre Bioinformática
  20. ^ "Parte IV: Enfermedades transmisibles agudas" (PDF) . Publichealth.lacounty.gov . Consultado el 20 de marzo de 2022 .
  • Información sobre Francisella tularensis del CDC/Centro Nacional de Enfermedades Infecciosas:
  • Centro de recursos bioinformáticos BioHealthBase El Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (NIAID) respalda una base de datos pública que describe la genética molecular de F. tularensis . El sitio web describe los genes, las proteínas y las características celulares del patógeno.
  • Cepa tipo de Francisella tularensis en BacDive – la base de metadatos de diversidad bacteriana
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