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Revista Costarricense de Ciencias Médicas

Print version ISSN 0253-2948

Rev. costarric. cienc. méd vol.22 n.1-2 San José Jun. 2001

 

Controversia en Salud
Brucella: una bacteria virulenta carente de los
factores de virulencia clásicos
 
Enrique Freer1, 2   Rocío Castro-Arce2

Resumen

La brucelosis es una enfermedad muy antigua conocida como fiebre de Malta. Fue descrita inicialmente en forma clínica por Marston en 1859 y Sir David Bruce aisló su agente causal en 1887. La brucelosis es una zoonosis de distribución cosmopolita que ha llegado a ser un serio problema económico y de salud pública en ciertos países. Los miembros del género Brucella son patógenos intracelulares facultativos que infectan una gran variedad de mamíferos. La bacteria se trasmite por ingestión o contacto con materiales contaminados provenientes de animales enfermos. A pesar de que algunos factores de virulencia han sido relacionados con Brucella, todavía no se conocen sus verdaderos factores de virulencia. Brucella no demuestra poseer factores de virulencia agresivos como exotoxinas, cápsula, plásmidos, fimbrias, flagelos o variación antigénica. Sin embargo, es muy virulenta y patogénica en sus huéspedes. Esta paradoja o controversia ha sido discutida por grupos de investigación que no aceptan la ausencia de verdaderos factores de virulencia y otros grupos que piensan que su baja actividad biológica in vitro e in vivo es per se un factor evolutivo de adaptación a la vida intracelular y como tal debe considerarse un factor de virulencia. Esta capacidad de adaptación esta probablemente relacionada con la composición de la membrana externa. (Rev Cost Cienc Med 2001; 22 (1,2):73-82).
 

Palabras clave

Brucella, factores de virulencia, brucelosis, membrana externa.
 

Abstract

Brucellosis is an ancient disease known as Malta fever. Marston clinically described it for the first time in 1859 and its causative agent was isolated in 1887 by Sir David Bruce. Brucellosis is a zoonosis and is world wide distributed being a serious economic and public health problem in certain countries. Members of the genus Brucella are facultative intracelular pathogens, which infect and produce disease in a wide variety of mammals. Ingestion or contact with contaminated materials can infect humans. Although some factors have been implicated in the virulence of Brucella the exactly virulence mechanisms of this intracellular microorganism are not known yet. Brucella does not show aggressive virulence mechanisms such as exotoxins, anti-phagocitic capsules, plasmids, fimbria, flagella or antigenic variation. Even though it is highly pathogenic for preferred or accidental hosts. This paradigm has been discussed by groups who do not accept the absence of common virulent factors and groups that believe that the low in vitro and in vivo biological activities and silent capacity of Brucella to adapt to the intracellular environment is an evolutive virulence factor by itself. This capacity of intracellular adaptation is probably related to the outer membrane characteristic composition.
 

Key words

Brucella, virulence factors, brucellosis, outer membrane.
 

Introducción

La brucelosis humana fue conocida antiguamente como la fiebre de Malta, fiebre ondulante y fiebre mediterránea, su cuadro clínico fue descrito por primera vez por Marston en 1859. En 1887 Sir David Bruce fue el primero en aislar la bacteria de soldados británicos enfermos que murieron de brucelosis (1). Actualmente el genero Brucella incluye 6 especies: B. abortus, B. melitensis, B. canis, B. neotomae, B. ovis y B. suis. Ahora sabemos que la bacteria responsable de la fiebre de Malta es la B. melitensis. La brucelosis en animales y humanos es de distribución cosmopolita (2-4). En países cuyas economías dependen del ganado bovino, esta enfermedad produce grandes pérdidas económicas y puede ser un problema de salud pública (4, 5). La brucelosis es una zoonosis que se adquiere por contacto y por ingestión de material contaminado de origen bovino y caprino principalmente. La bacteria tiene una alta virulencia, la cual es ámpliamente reconocida por el personal de laboratorios clínicos donde son frecuentes los contagios debidos a la manipulación inadecuada de las muestras contaminadas. Sin embargo, cuando se analizan los factores de virulencia de Brucella esta carece de los factores clásicos como los plásmidos o bacteriófagos lisogénicos que le confieran virulencia, no produce exotoxinas, su lípido A es poco endotóxico, no tiene cápsula que la proteja de la fagocitosis, no muestra variación antigénica y no se ha demostrado la presencia de flagelos (1, 6). En algunos países la brucelosis es un problema de importancia para la salud humana y además causa grandes pérdidas económicas por infección y abortos en los rebaños. A pesar de que existen vacunas para animales, no hay una vacuna eficiente y segura para los humanos (7). El tratamiento antibiótico en caso de infeccion debe ser prolongado, tiene efectos secundarios importantes y no siempre es curativo.

Surge la pregunta, cómo puede ser una bacteria tan virulenta y no tener factores de virulencia reconocidos? La controversia se desarrolla entonces entre grupos de científicos que no aceptan la falta de factores de virulencia y grupos que proponen a la falta de factores de virulencia como una estrategia de adaptación al medio ambiente intracelular (1, 8) y por lo tanto podría considerarse como un factor de virulencia.

Cuadro clínico

La brucelosis es una zoonosis y las infecciones por Brucella ocurren en los humanos siendo estos hospederos secundarios. Las bacterias son trasmitidas usualmente mediante productos lácteos contaminados provenientes de animales enfermos o como un riesgo profesional en el caso de veterinarios y empleados de mataderos (2, 9). La enfermedad se puede manifestar en forma subclínica, subaguda, aguda y crónica y suele aparecer después de un periodo de incubación de 7 a 21 días. El inicio de la enfermedad suele ser insidioso presentándose fiebre, escalofríos, diaforesis, cansancio, anorexia y lumbalgia. Puede asociarse también a cefaleas, mialgias, odinofagia, tos, estreñimiento y pérdida de peso. Existen adenopatías en el 50% de los casos agudos y esplenomegalia en un 30%. La infección puede localizarse y ocurrir entonces osteomielitis, artritis, abscesos esplénicos, orquiepididimitis y endocarditis. Si el proceso persiste por más de un año se considera el diagnóstico de brucelosis crónica (10, 11). En estos casos el paciente puede presentar febrículas, astenia, pérdida de peso, ansiedad o depresión.

Características microbiológicas de Brucella.

Brucella es una bacteria Gram negativa inmóvil que es observada al microscopio de luz como bacilos cortos o cocobacilos de 0,5 a 0,7 µm de diámetro y de 0,5 a 1,5 µm de largo. Su temperatura óptima de crecimiento es de 37 °C en un pH de 6,6 a 7,4 (12, 13). Es aeróbica estricta teniendo un transporte de electrones basado en citocromos utilizando el oxígeno o el nitrato como aceptor final de electrones. Es catalasa positiva y a pesar de ser considerada un organismo fastidioso por sus requerimientos en el cultivo puede crecer en medios nutritivos mínimos (1, 6, 13).

La envoltura celular de Brucella es similar en estructura a las Enterobacteriaceae, sin embargo, tiene características que la diferencian de otras bacterias Gram negativas. La composición de los lípidos y polisacáridos de la membrana externa (ME) de Brucella es muy diferente a otras bacterias Gram negativas (1, 6). El peptidoglicano es similar a las Enterobacterias pero se encuentra fuertemente asociado a la ME. A su vez, el lipopolisacárido (LPS) de Brucella está fuertemente asociado a proteínas Omp del grupo 3 (14-16). El fosfolípido que se encuentra en mayor concentración en la ME es la fosfatidilcolina, a diferencia de la mayoría de las enterobacterias que poseen fosfatidiletanolamina (17, 18). El LPS, que normalmente corresponde a un 3% del peso seco de la bacteria esta compuesto por el polisacárido O, el núcleo ("core" en inglés) y el lípido A (Fig. 1). En Brucella el LPS no está estabilizado por cationes divalentes como el calcio (19). El polisacárido O está formado por un homopolímero lineal de 10 a 100 perosaminas (20) capaz de producir reacción cruzada con anticuerpos contra el polisacárido O de Yersinia enterocolitica O:9, Pseudomonas maltophilia S555, ( Brucella grupo N (O:30), Vibrio cholera O1, E. coli O157:H7, Xanthomonas maltophilia y Francisella tularensis (21-25). Por esto las prueba conocidas como reacciones febriles dan reacción cruzada con todas estas bacterias. El núcleo del LPS está compuesto de glucosamina, glucosa, manosa, quinovosamina (26,27) y contiene poca cantidad de ácido 3-deoxy-D-nanno octulosónico (KDO) y fosfato en el núcleo (20, 28, 29). El lípido A de Brucella tiene un esqueleto disacárido de dianinoglucosa y ácidos grasos algunos de ellos de cadena larga. Estos junto con los lípidos de ornitina y fosfatidilcolina ayudan a hacer la ME más resistente (28, 30) a los antibióticos y péptidos catiónicos (1,6). Otros polisacáridos como el hapteno nativo (homopolímero de perosamina) se encuentra hidrofóbicamente asociados con el LPS, como se observa en la Figura 2.

Patogénesis de Brucella.

Los miembros del genero Brucella son patógenos intracelulares facultativos capaces de infectar a una gran variedad de mamíferos incluyendo delfines (31). Sin embargo, el huésped natural de B. melitensis es la cabra, el huésped natural de B. abortus son principalmente los bovinos, B. ovis parasita ovejas, B. suis es patógena para cerdos, B. canis produce enfermedad en caninos y B. neotomae es patógena para ratas del desierto. Los humanos pueden ser infectados por B. melitensis, B. abortus, B. suis y B. canis (1, 6). Al igual que otras enfermedades infecciosas la susceptibilidad para padecer de brucelosis depende de factores del huésped, medio ambiente y de la bacteria. Los mamíferos sexualmente maduros o en estado de preñez son más susceptibles porque Brucella tiene afinidad por los tejidos de los órganos reproductivos. Esta localización particular hace que uno de los principales signos de la brucelosis en animales sea la infertilidad o el aborto (32). Los animales infectados son la principal fuente de dispersión de la bacteria siendo las secreciones genitales o mamarias el principal vehículo de contaminación (33). Brucella tiene la capacidad de adherirse y penetrar las conjuntivas o la piel lesionada de humanos, luego es fagocitada por polimorfonucleares neutrófilos (PMN) y por monocitos, sobreviviendo intracelularmente (34, 35), de esta manera evade los mecanismos de defensa celulares y humorales. Así la bacteria se asegura un mecanismo de transporte dentro de los fagocitos, diseminándose a diferentes órganos y produciendo cuando destruye a sus células transportadoras, las bacteremias características que definen el cuadro clínico. Brucella también es capaz de inducir su propia internalización en células que no son fagocíticas activas como los fibroblastos y células epiteliales (36, 37) y una vez dentro de la célula consige establecerse en el retículo enplásmico donde permanece y se multiplica (37, 38). La localización final de Brucella en los tejidos de los animales preñados es la placenta, donde alcanza concentraciones muy altas de aproximadamente 1010bacterias por cm3. (39). Esto produce finalmente una placentitis severa con infección del feto y aborto (32, 33).

Factores de virulencia

A diferencia de muchas bacterias patógenas intracelulares, Brucella no posee los tradicionales factores de virulencia como plásmidos o bacteriófagos lisogénicos que le confieran virulencia, no produce exotoxinas, no tiene cápsula que la proteja de la fagocitosis, ni muestra variación antigénica (1, 6, 30). Sin embargo, es una bacteria muy virulenta y patogénica en su huésped natural. En su contacto inicial con el huésped Brucella es fagocitada por el PMN o el macrófago no activado localizándose dentro de vacuolas intracitoplasmáticas (1, 8). De alguna manera es capaz de evadir los mecanismos microbicidas intracelulares permaneciendo y multiplicándose dentro de las vacuolas, sugiriendo una buena adaptación a la vida intracelular (8,28, 30, 38, 40). Las células fagocíticas profesionales como los macrófagos y los PMN poseen mecanismos microbicidas intracelulares oxígeno dependiente y oxígeno independientes capaces de destruir patógenos intracelulares (41). Estos mecanismos incluyen funciones como la acidificación de los lisosomas, proteínas quelantes de hierro, hidrolasas lisosomales, producción de arginasa, lisosima y péptidos catiónicos (41-46). Pero Brucella es capaz de evadir o resistir estos mecanismos porque ha demostrado ser muy eficiente en su vida intracelular y tiene gran capacidad de diseminarse y de producir bacteremias frecuentes, las cuales se asocian a los cuadros febriles.

Es muy probable que la composición de la ME de Brucella y dentro de esta el LPS sea el responsable de esta especial resistencia a diferentes mecanismos microbicidas (1, 6). La endotoxina (LPS) de Brucella es biológicamente menos activa que el LPS de las enterobacterias pues se requieren cantidades mucho mayores para inducir toxicidad en macrófagos, causar letalidad en pollos, abortos en ratones, toxicidad y fiebre en conejos, inducción de interferón, IL-1 y FNT-   en humanos (28, 47-51). Además el lípido A de Brucella es poco endotóxico y junto con el LPS es poco activador del metabolismo oxidativo y de la liberación de lisozima en el PMN (52). Sin embargo, lo controversial de esta infección es que a pesar de que su agente causal tenga poca actividad biológica in vitro e in vivo y que no posea factores de virulencia clásicos, es muy contagioso, patogénico, eficiente en autoperpetuarse en los rebaños y productor de grave enfermedad en los hospederos no naturales como los humanos. Además la enfermedad es muy difícil de curar y a pesar del tratamiento con antibióticos es capaz de hacerse crónica y producir complicaciones mortales. La controversial Brucella probablemente a través de millones de años de adaptación y evolución a la vida intracelular ha descubierto que pasando desapercibida es la mejor estrategia para asegurar su transmisión y la sobrevida de su especie.
 

 
 

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1 Unidad de Microscopia Electrónica, Universidad de Costa Rica.
2 Departamento de Fisiología, Escuela de Medicina, Universidad de Costa Rica.
*Correspondencia: Unidad de Microscopia Electrónica, Universidad de Costa Rica, CP 2060, San Pedro de Montes de Oca. Fax: (506) 207 3182. E-mail: efreer@cariari.ucr.ac.cr