Que son Bacterias gramnegativas?

Las bacterias gramnegativas: Se define como el grupo de bacterias que al ser teñidas por la técnica de tinción de Gram, desarrollada por Hans Christian Gram en 1884, adquieren una coloración rosada que las diferencia de las gram-positivas, que se colorean, por la misma técnica, en morado.

La adición de reactivo, decolorante (acetona y etanol), remueve solamente el colorante de las células gramnegativas. Con el fin de explicar esta manera de actuar se han planteado diversas causas, entre ellas, diferentes uniones al magnesio, a las ribonucleasas o al ácido nucleico. También se señalan diferencias en la permeabilidad, que sugiere que el alcohol decolora la membrana externa de las bacterias gramnegativas, las cuales permiten la salida del complejo cristal violeta-Lugol.

La safranina, colorante de contraste y cuarto reactivo empleado en el método, hace visible las células gramnegativas al teñirlas de color rojo.

Se ha demostrado que la estructura de la pared bacteriana es la base de la reacción diferencial frente a la coloración de Gram. Las bacterias teñidas de rojo que se denominan bacterias gramnegativas, contienen lipopolisacáridos.

La membrana exterior de las bacterias gramnegativas contiene una gran cantidad de proteínas, siendo las más significativas: porinas, proteínas OmpA, proteínas que participan en la difusión de compuestos a través de la membrana exterior y enzimas (fosfolipasa A, proteasas).

Las proteínas de la membrana exterior, se señala que participan también en la replicación del ADN y en la división celular. Debido al hecho de servir como barreras a la difusión de moléculas grandes, se le atribuye en parte la gran resistencia de las bacterias gramnegativas a muchos antibióticos.

Los lipopolisacáridos (LPS) constituyen la molécula más característica de las bacterias gramnegativas y son la principal endotoxina bacteriana, considerados así por su alta toxicidad para los animales y por estar firmemente unidos a la superficie celular, siendo sólo liberados cuando las células son lisadas. Consisten en un complejo lipídico denominado lípido A, al cual se fija un polisacárido constituido por un centro y una serie terminal de unidades repetidoras. El LPS está fijado a la membrana exterior por enlaces hidrófobos. La toxicidad está fundamentalmente ligada al lípido A y el polisacárido representa un antígeno de superficie.

Si la remoción de las paredes celulares señaladas para las bacterias grampositivas se llevara a cabo en las bacterias gramnegativas, se formarían los esferoplastos, que retienen la membrana externa de estas células.

El flagelo se inserta en el cuerpo de la bacteria mediante una estructura que presenta un gancho y un cuerpo basal, el cual porta una serie de anillos. En el caso de las bacterias gramnegativas, un par de anillos se localiza en la membrana celular y otro par en la pared celular.

Síntesis Lipopolisacárido Bacterias Gramnegativas:

La capa más externa de la pared de las bacterias gramnegativas aparece en las microfotografías electrónicas similar a la membrana celular. Sin embargo, su estructura química es diferente. Contiene un material lipídico complejo, el lípido A, que a su vez contiene pares de restos de glucosamina sustituidos por ácidos grasos de cadena larga y por fosfato. El lípido A está unido a un carbohidrato complejo el cual está compuesto por una variedad de azúcares, incluido el 2-ceto-3-desoxioctanato, un compuesto que sólo se halla en la capa de polisacáridos. Al final, en la parte externa de la capa se encuentran cadenas de polisacáridos que penetran en el medio, estas son las cadenas específicas O (antígeno O), las cuales confieren propiedades antigénicas específicas a las bacterias gramnegativas.

Actualmente se conoce que la ruta de síntesis del antígeno O tiene cierto parecido con la del peptidoglucano, ya que durante su síntesis está unida a un lípido isoprenoide C. Sin embargo, difiere en que la síntesis compleja tiene lugar mientras está unida al lípido C.

Ejemplo de algunas bacterias gramnegativas:

Inhibición Síntesis de Pared Celular en Bacterias Gramnegativas:

Este mecanismo guarda una estrecha relación con la estructura de la bacteria. Recordemos que estas poseen una capa exterior rígida: la pared celular. Esta pared dentro de sus propiedades tiene la de dar la forma a los microorganismos, confiriéndole, además, una presión osmótica interna alta a la bacteria que varía de tres a cinco veces mayor en las grampositivas que en las gramnegativas. El daño a la síntesis de la pared origina la formación de esferoplastos a partir de los microorganismos gramnegativos; recubiertos por una frágil membrana citoplasmática. De colocarse en un ambiente de tonicidad ordinaria, pueden explotar.

La pared celular bacteriana contiene un mucopéptido (mureína, peptidoglicano) el cual no es más que un polisacárido y un polipéptido con muchos enlaces, nueve eslabones transversos. El polisacárido contiene a los aminoazúcares N-acetilglucosamina y ácido acetilmurámico de modo regular; este último sólo es propio de las bacterias. Las cadenas pentapeptídicas se ligan a los aminoazúcares. La rigidez final de la pared celular es dada por los enlaces cruzados de las cadenas peptídicas. La envoltura de peptidoglucano es mucho más gruesa en la pared celular de las grampositivas que en las gramnegativas.

Los fármacos que ejercen estos mecanismos son, principalmente: penicilina, bacitracina, cefalosporinas, cicloserina y vancomicina.

Betalactamasa y fármacos betalactámicos. Los fármacos betalactámicos son inhibidores selectivos de la síntesis de la pared celular bacteriana y, por tanto, activos contra las bacterias en proliferación.

Fijación del agente a los receptores celulares (proteínas fijadoras de penicilina, PFP).

Eliminación o inactivación de un inhibidor de las enzimas autolíticas de la pared celular (protoplastos o esferoplastos).

Producción de enzimas destructoras de la penicilina (betalactamasas) por el microorganismo. De estas, algunas son mediadas por plásmidos, ejemplo: la penicilinasa de S. aureus. Otras son mediadas por cromosomas, como ejemplo tenemos muchas especies de bacterias gramnegativas. Todas de las más de 30 betalactamasas, según Jawetz, mediadas por plásmidos, son producidas en forma constitutiva; muchas son codificadas por genes en los plásmidos y poseen alta propensión a moverse de una especie bacteriana a otra, por ejemplo: N. gonorrhoeae, H. influenzae, enterococos productores de betalactamasa.

La clasificación de las betalactamasas es compleja, se basa en la genética, propiedades bioquímicas y afinidad por el sustrato para un inhibidor de la betalactamasa (ácido clavulánico). El ácido clavulánico, el sulbactam y el tazobactam son inhibidores de la betalactamasa y presentan afinidad alta por algunas betalactamasas a las cuales se fijan de modo irreversible, pero no son hidrolizados por estas. El concepto recientemente descrito de las betalactamasas de espectro extendido o ampliado debe ser considerado.

Ausencia de algunos receptores para la penicilina (PFP), los que se presentan como resultado de una mutación cromosómica.

Insuficiencia del medicamento betalactámico para activar a las enzimas autolíticas de la pared celular. Como resultado se inhibe el microorganismo, pero no se le destruye. Esta tolerancia se ha observado en ciertos estafilococos y estreptococos.

Varios medicamentos inhiben las etapas tempranas de la síntesis del peptidoglicano. Generalmente no es este un mecanismo único de inhibición de estos medicamentos de la síntesis de la pared.

Conjugación de bacterias gramnegativas:

Cuando se produce una transferencia unilateral de material entre bacterias no sólo del mismo género durante el proceso de conjugación, estamos en presencia de una conjugación. Se dice que esta transferencia es mediada por un factor de fertilidad (F) que no es más que el producto de la extensión de los pelos sexuales de la célula donadora al receptor. Tanto el plásmido u otro ADN son transferidos a través de estos túbulos de proteína del donador al receptor. Es así como pueden transferirse una serie de genes que determinan resistencia a un medicamento, de una bacteria resistente a una sensible. Este resulta el método más común de transferencia de resistencia a múltiples medicamentos entre diferentes géneros de bacterias gramnegativas.

Estudios Experimentales Sobre Nuevosantimicrobianos En Bacterias Gramnegativas:

Recientemente, estudios experimentales de colaboradores de Escocia y Francia han permitido aislar una estructura de una enzima envuelta en la biosíntesis de un constituyente de la pared celular, la L-rhamnosa. Este nuevo mecanismo de acción sugiere que la proteína, dTTP-6-deoxy-D-xylo-4-hexulosa 3,5 epimerasa (RmlC), es centro potencial para el desarrollo de nuevas drogas. Los autores explicaron que la L-rhamnosa actúa como un factor de virulencia para las bacterias grampositivas como los estreptococos, y está relacionada, además, con la resistencia a la muerte por el suero y a la colonización por bacterias gramnegativas, incluyendo E.coli y Salmonella. Estos estudios todavía muy primarios, según sus autores “pudieran servir de punto de partida para el descubrimiento de nuevas drogas que actúen interfiriendo el mecanismo catalítico de epimerización’’.

Muchas infecciones bacterianas están limitadas a las superficies epiteliales, debido, en gran medida, a los mecanismos de defensa del hospedero que previenen su diseminación a los tejidos subepiteliales. Esta es la situación en la mayoría de las bacterias gramnegativas. Aunque organismos tales como Shigella no penetran más allá del epitelio intestinal, son capaces de causar diarreas y disentería por su habilidad de invadir las células epiteliales y de esta manera diseminarse a través del epitelio intestinal.

Exotoxinas de las bacterias gramnegativas:

Las exotoxinas se producen inicialmente por las bacterias grampositivas y en ocasiones por las gramnegativas. Son proteínas inmunogénicas que a menudo se comportan como enzimas. Sus efectos pueden manifestarse tanto local como sistémicamente, dependiendo de la toxina.

Endotoxinas de las bacterias gramnegativas:

Las endotoxinas forman el componente lipopolicasárido (LPS) de la membrana externa de las bacterias gramnegativas.

Las bacterias gramnegativas se caracterizan por poseer una membrana interna y otra externa conformadas por capas de lípidos y transmembranas proteicas; la porción más visible de la membrana externa contiene un lípido único, un lipopolisacárido (LPS), que es una barrera contra los agentes liposolubles, enzimas líticas y metales pesados. Este LPS contiene un carbohidrato altamente variable, el antígeno O. Este LPS le confiere a la célula bacteriana protección contra la lisis mediada por complemento y contra la fagocitosis.

Se considera que el LPS es un factor de virulencia de las bacterias gramnegativas y es altamente patogénico cuando es liberado en el torrente circulatorio, por lo que puede produ- cir shock endotóxico y llevar hasta la muerte a un paciente en el cual se dé esta condición. Su unión a los macrófagos da lugar a un sistema de señales caracterizado por la liberación de citoquinas y otros mediadores presentes en el shock endotóxico.

La toxicidad de las endotoxinas reside en el lípido A, y la potencia de estas varía grandemente entre los organismos gramnegativos: algunas son extremadamente tóxicas; mientras que otras no lo son.

La endotoxina es el iniciador primario del choque séptico por bacterias gramnegativas. La producción de toxinas por las bacterias puede estar mediada por la presencia de un plásmido o un bacteriófago y no necesariamente estar regulada por el cromosoma bacteriano. Las enterotoxinas de E. coli y la toxina exfoliativa de Staphylococcus aureus están codificadas por plásmidos. Las toxinas que son codificadas por fagos lisogénicos incluyen: la toxina diftérica, las toxinas botulínicas C y D, las toxinas de Clostridium novyi y la toxina eritrogénica de los estreptococos (exotoxinas pirogénicas).

Vía alterna de las bacterias gramnegativas

Esta vía está relacionada con otros sistemas enzimáticos descubiertos en 1954 por Pillemer, que la denominó sistema properdina, el cual está constituido por enzimas que al activarse actúan directamente sobre C3 y C5, desencadenando así toda la reacción complementaria. Al sistema properdina lo pueden activar sustancias químicas complejas (endotoxinas de bacterias gramnegativas), sustancias sin función de anticuerpos como el Zymosán (polisacáridos extraídos de levaduras), algunos agentes infecciosos (neumococos) y agregados de Ig que no logran activar la vía clásica.

FIEBRE

Manifestación sistémica más común de la respuesta inflamatoria, principal signo de las enfermedades infecciosas.

Las sustancias capaces de producir fiebre (pirógenos) son:

Evasión De Los Mecanismos Inmunes Por  Las Bacterias Gramnegativas

La virulencia de las bacterias extracelulares ha sido relacionada con numerosos mecanismos que favorecen la invasión y colonización de los tejidos. Entre ellos están las propiedades adhesivas de las proteínas de la superficie de las bacterias, los mecanismos antifagocíticos y la inhibición del complemento o la inactivación de sus productos. Por ejemplo, las cápsulas de muchas bacterias gramnegativas y grampositivas contienen residuos de ácido siálico que inhiben la activación del complemento por la vía alternativa. Las bacterias encapsuladas resisten, además, la fagocitosis y son, por tanto, más virulentas que sus homólogas sin cápsula.

Morfología E Identificación  de los microorganismos típicos

Microorganismos típicos. Son células esféricas, con un diámetro que va de 0,5 a 1,5 µm, grampositivas y agrupadas en racimos. En cultivos líquidos se encuentran cocos aislados, en pares, tétradas y cadenas cortas (de tres a cuatro células). Los cocos jóvenes se tiñen intensamente con coloración de Gram; al envejecer, muchas células se vuelven gramnegativas.

Estructura Antigénica de las bacterias gramnegativas

Posee una pared bacteriana característica de los gramnegativos. Presenta membrana externa, capa de peptidoglicano, espacio periplásmico y membrana citoplásmica. Algunas de estas estructuras bacterianas se involucran en su virulencia, entre estas: PMEs, LOS y pili. Se describen ocho PMEs, denominadas: A, B, C, D, E, F, G y H. Las proteínas E y G están presentes en la mayoría de las especies y junto a LOS desempeñan un papel importante en la producción de anticuerpos protectores; el lípido A (LOS), como en todas las bacterias gramnegativas, provoca el shock endotóxico. Los pili o fimbrias participan en la adherencia, fenómeno que precede la etapa de invasión bacteriana. Se distinguen dos tipos de pili: pili tipo 4 y pili no tipo 4, ambos con diferente grado de participación en el proceso de adherencia.

Las colonias de Veillonella son muy pequeñas, blanco-grisáceas, translúcidas y reducen nitratos a nitritos (NO3 – NO2). Las de Acidaminococcus son de moderada talla; y las de Megasphaera son muy grandes (las células son mayores que 1,5 µm). Son gramnegativas de acuerdo con la composición de la pared celular, aunque pueden verse grampositivas.

La gran mayoría de las bacterias gramnegativas no fermentadoras (BNF) se ubican en los ambientes naturales y húmedos de los hospitales, representando aproximadamente el 15 % de todos los aislamientos en los laboratorios de microbiología. Los BNF desempeñan un importante papel no sólo por las infecciones adquiridas en el hospital, sino por su frecuente resistencia a los agentes antimicrobianos, comportándose como patógenos oportunistas en pacientes inmunocomprometidos, sometidos a terapia antimicrobiana, a instrumentación o a intubación.

Microorganismos típicos.

Las legionelas son bacterias gramnegativas aerobias muy exigentes que tienen 0,5 a 1 m de ancho y 2 a 50 m de largo. A menudo se tiñen mal por el método de Gram y no se observan en las coloraciones de las muestras clínicas. Deben efectuarse frotis teñidos por el método de Gram cuando se sospecha crecimiento de Legionella en medios de agar. Se usará fucsina básica (0,1 %) como contracoloración, porque la safranina tiñe las bacterias muy pobremente.

Morfología E Identificación De Las Bacterias Gramnegativas

Microorganismos típicos. Son los organismos espirales de mayor diámetro, 5 a 30 µm de longitud por 0,5 µm de diámetro, que poseen de 5 a 10 espirales irregulares y amplias (la separación entre espiras es de 1 a 4 µm), cuyos extremos son afilados. Son muy móviles, poseen de 15 a 20 flagelos o fibrillas axiales que rodean el cilindro protoplasmático; los movimientos son tanto por rotación como por flexión. Pueden ser observadas con el microscopio ordinario y se colorean por los colorantes de anilina, así como con tinciones para sangre por Gram, Giemsa y Wright; se comportan como gramnegativas.

Las leptospiras sólo pueden ser visibles por microscopia de campo oscuro o por microscopia de contraste de fase, pero no por microscopia de luz de campo brillante. No se tiñen con facilidad con los colorantes de anilina aunque son gramnegativas; mas pueden impregnarse por plata (Fontana-Tribondeau, Levaditi), por fluoresceína, peroxidasa conjugada más reactivos coloreados o por hibridización del ADN con reactivos coloreados biotina-avidina (DAB).

Al microscopio electrónico se observa que están constituidas por: una membrana externa o envoltura (lípidos, proteínas, LPS) que rodea la pared celular de peptidoglucano; dos flagelos periplásmicos (filamentos axiales) situados entre la membrana externa y la pared celular fijos en ambos extremos de la bacteria, cuyos extremos libres se extienden hacia la parte media y no se superponen; un cilindro protoplasmático de forma helicoidal con el contenido celular (material nuclear, ribosomas, mesosomas y cuerpos de inclusión). Los cuerpos basales flagelares semejan los de las bacterias gramnegativas, con la excepción de L. illini, una especie de ubicación incierta (incertae sedis), los cuales son similares a los de las bacterias grampositivas. La denominación de esta especie está basada en que el cuerpo basal del flagelo periplásmico es similar a los de las bacterias grampositivas y a que poseen un mechón de túbulos citoplásmicos, presentes en Treponema pero no en Borrelia.

Aunque los micoplasmas se clasifican desde el punto de vista taxonómico como bacterias gramnegativas, se tiñen poco debido a la ausencia de pared celular.

Los miembros de la familia Chlamydiaceae son bacterias intracelulares obligadas, consideradas inicialmente como virus. Presentan características morfológicas similares, comparten un antígeno de grupo común y se multiplican en el citoplasma de las células hospederas por medio de un ciclo de desarrollo único. Poseen membranas internas y externas similares a las de las bacterias gramnegativas; contienen ADN y ARN; tienen ribosomas procarióticos, sintetizan sus propias proteínas, ácidos nucleicos y lípidos; y son susceptibles a numerosos antibióticos. A diferencia de otras bacterias gramnegativas, sin embargo, las clamidias carecen de capa de peptidoglicano entre las membranas internas y externas, y experimentan un ciclo de crecimiento único. Carecen de mecanismos para la producción de energía metabólica y no pueden sintetizar el ATP.

Estructura Y Composición Antigénica de las bacterias gramnegativas

La pared celular exterior semeja la pared celular de las bacterias gramnegativas, pues tiene un alto contenido en lípidos. Es rígida, se plantea que está formada por una matriz con enlace tetrapeptídico. La lisozima no tiene efecto sobre las paredes celulares de clamidias. En los cuerpos elementales y reticulares hay tanto ADN como ARN. Los cuerpos reticulados contienen una cantidad de ARN aproximadamente cuatro veces mayor que de ADN, mientras que los cuerpos elementales contienen cantidades iguales de ARN y ADN. El genoma circular de las clamidias es similar al de los cromosomas bacterianos.

Con microscopia electrónica se determinó que tienen pared celular, con estructura igual a las bacterias gramnegativas. La capa del peptidoglicano es pobre. Su lipopolisacárido (LPS), como endotoxina, manifiesta poca actividad cuando es administrado a animales.