Càpsules, lipopolisacàrids (LPS), patogenicitat i immunogenicitat

1. Patogenicitat i virulència

La patogenicitat és la capacitat que té un microorganisme per implantar-se en un hoste i produir-li trastorns, sent la virulència la quantificació d’aquesta capacitat. Aquesta patogenicitat ve determinada per factors de virulència que poden venir donats pels plasmidis o ser intrínsecs dels bacteris. Aquests factors de virulència són els causants d’aportar al bacteri la capacitat de colonitzar teixits i activar les respostes immunitàries de l’hoste. La virulència d’un bacteri pot estar relacionada amb la seva capacitat d’adherir-se a la pell o mucoses, penetrar-les, multiplicar-se en els teixits o de oposar-se als mecanismes de defensa immunològica.

Un bacteri pot no ser patogen per a un hoste normal, però convertir-se en molt patogen en un immunocompromès. Per altra banda, un bacteri molt patogen, no causa dany en un hoste específicament immunitzat.

La majoria dels microorganismes infecciosos no aconsegueixen entrar a l’individu gràcies a les barreres físiques (pell), químiques (mucoses) i biològiques (poblacions microbianes). Quan aconsegueixen fer-ho, la majoria són eliminats en poques hores per mecanismes no específics (d’inducció ràpida o immunitat innata). Però quan un agent infecciós és capaç de superar aquesta barrera, s’activarà una resposta de defensa mitjançant antígens (immunitat adaptativa), la qual és altament especialitzada i específica per cada bacteri. Aquesta resposta aconseguirà, en la majoria dels casos, controlar la infecció bacteriana i eliminar la malaltia, quedant després en la memòria immunològica, que permet a l’individu produir una resposta més ràpida al següent contacte.

Tots els bacteris presenten components superficials que els permeten relacionar-se amb el seu entorn i encara que moltes vegades només fan funcions primàries per a la cèl·lula, hi ha ocasions en què poden esdevenir factors de virulència i provocar alteracions.

2.  Càpsula

2.1 Composició

El component superficial més important pel que fa a la patogenicitat del bacteri és la càpsula. Està formada per heteropolisacàrids, juntament amb alcohols i aminosucres com a unitats monomèriques. En ocasions presenta una textura compacta, és llavors quan parlem de càpsula pròpiament dita. En altres casos forma una capa més laxa, de textura mucosa, que anomenen glicocàlix. Tot i així, la composició i proporció dels diferents monòmers és pròpia de cada espècie.  

Il·lustració 1: càpsula bacteriana. Font: http://dianayjulian.galeon.com/capsula.jpg

2.2 Funció

Les cèl·lules que tenen càpsula o cèl·lules encapsulades presenten algunes propietats que no presenten les cèl·lules nues o cèl·lules sense càpsula:

-Protecció extra contra canvis osmòtics, evitant així la dessecació i la lisi.

-Ofereix un control addicional a l’entrada i sortida de substàncies (regulació també exercida per la paret i la membrana). Molts agents antimicrobians segregats per l’hoste no poden penetrar aquesta primera barrera, de manera que el bacteri no en resulta perjudicat.

-Li confereix al bacteri un protecció contra el sistema immunitari i li permet adherir-se als teixits.

2.3 Immunogenicitat i patogenicitat

La càpsula aporta també capacitat infectiva, per tant es considera com un factor de virulència, ja que permet al bacteri adherir-se a la superfície de la cèl·lula hoste, i evitar que el sistema immunitari el reconegui i el fagociti. En concret, la càpsula evita que les opsonines (molècules plasmàtiques que generalment s’uneixen a la paret del bacteri per induir la seva fagocitosi per part dels macròfags) puguin actuar. Així, els macròfags no reconeixen els bacteris amb facilitat i no són eliminats.

2.4 Tipus

Segons la composició de la càpsula podem trobar dos tipus de bacteris: els bacteris S (Smooth), que presenten una càpsula pròpiament dita, i els bacteris R (Rough), que tenen una càpsula més laxa i desorganitzada, sovint anomenada biofilm.

Els bacteris amb capacitat patogènica són els S, ja que les diferents capes que formen la càpsula actuen com a adhesines.

L’any 1928 Frederick Griffith va desenvolupar un experiment amb dues soques diferents de Streptococcus pneumoniae: una soca S i una soca R. Aquest experiment consistia en infectar dos ratolins amb una de les dues soques de Streptococcus i observar-ne els resultats, on es va veure que en els ratolins sans no hi havia presència de soques de bacteris S, mentre que en els que morien si que n’hi havia, demostrant així que la càpsula és un factor de patogenicitat important.[10]

Il·lustració 2: experiment de Griffith.

Font: https://www.google.es/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiE_rTZrrPMAhUFxxQKHQNSAyoQjRwIBw&url=http%3A%2F%2Fwww.argenbio.org%2Findex.php%3Faction%3Dnovedades%26note%3D140&psig=AFQjCNHa7_1UBEyGdpBVKS4Q1iDIoSOCaA&ust=1462002717960640

Sota la càpsula bacteriana es troba la paret cel·lular, una altra de les estructures essencials dels bacteris que protegeix el protoplasma de la lisi osmòtica. Està formada per un peptidoglicà; la mureïna, és un polímer format de disacàrids enllaçats per cadenes d’aminoàcids. Segons la quantitat de peptidoglicà en la paret cel·lular, trobem dos tipus de bacteris: els grampositius, que tenen una paret cel·lular formada per moltes capes de peptidoglicà i àcid teicoïc, i els gramnegatius, amb una paret cel·lular prima però amb una membrana cel·lular externa. Alguns d’aquests components que es troben a la paret cel·lular són determinants per la virulència dels bacteris.

3. Lipopolisacàrids (LPS)

3.1 Composició

En els bacteris gramnegatius, a la membrana externa s’hi troba a més una altra estructura que intervé en la virulència: els lipopolisacàrids (LPS) que són polímers complexes i amfifílics. També coneguts com a endotoxines. Es divideixen en dues parts: la part constant o hidròfoba (àcids grassos i cadenes d’oligosacàrids) i la part variable o hidròfila (sucres). Representen ¾ parts de la membrana externa. Estabilitzen el complex membrana externa- peptidoglicà.

3.2 Estructura

Es divideixen en tres regions:

• El polisacàrid O (o antigen O): Es troba a la part exterior de la cèl·lula, unit al nucli oligosacàrid. Actua com a receptor de molts bacteriòfags i conjuntament amb el lípid A desencadena una resposta immunitària per part de l’hoste. Pot ser o no present o bé ser-ho parcialment. Si és complert, es diu que LPS és llis; si no es diu que és aspre. Com més aspre sigui LPS més hidròfob. (L’antigen O està exposat a la part més externa de la cèl·lula, els anticossos de la cèl·lula hoste aniran a reconèixer-lo)

• Regió “R” o “KDO”: Formada per hexoses. És específica de cada bacteri i consisteix en sèries repetitives de quatre sucres. També s’hi podrien trobar fosfats o aminoàcids. És la regió central.

• El lípid A (o endotoxina): està format per un disacàrid que consta de N-acetilglucosamina (NAG). S’hi uneixen àcids grassos insaturats. La seva funció és ancorar-se a la membrana bacteriana. És el responsable de gran part de la toxicitat dels gramnegatius i és un component molt conservat.

Il·lustració 3: Estructura d'un LPS comú. Font: Power point 1.2 de l'assignatura de microbiologia.

3.3 Immunogenicitat i patogenicitat

Els LPS són els responsables de la formació d’endotoxines, de manera que aquestes toxines són específiques de  gramnegatius. Actuen produint febre i xoc. Són termostables i no indueixen la producció d’anticossos i són poc tòxiques. Són associts a trombosis i serotips CID.

En funció de la concentració a la que es trobin provocaran diferents respostes: si és baixa, només provocaran una lleu resposta del sistema immunitari; si és elevada, poden arribar a provocar un xoc sèptic i fins i tot la mort. Aquest xoc sèptic és degut a reaccions en cadena produïdes per les endotoxines, alliberades al torrent sanguini quan la cèl·lula llisa. Els efectes d’aquestes reaccions són:

• Augment de la síntesi d’histamina, responsable de la vasodilatació i la inflamació.
• Activació de les interleucines, que causen febre.
• Alteracions en els factors de coagulació, i en conseqüència, l’aparició de possibles hemorràgies.

 

Il·lustració 4: Exemple de bacteri gramnegatiu, del gènere Enterobactriaceae.
Font: http://www.teclimza.com/images/enterobacteriaceae.jpg

Bibliografia:

1. Rojas Campos, N. (1995). El lipopolisacárido bacteriano: una potente endotoxina con múltiples actividades biológicas, recientes avances en estructura, genética y bioquímica. Revista costarricense de ciencias médicas, 16 (3), 71-84. Recuperat de: http://bases.bireme.br/cgi-bin/wxislind.exe/iah/online/?IsisScript=iah/iah.xis&src=google&base=LILACS&lang=p&nextAction=lnk&exprSearch=169697&indexSearch=ID
2. Romero Hurtado, S., i Arturo Iregui, C. (2009). El lipopolisacárido. Revista de medicina veterinaria, 19, 37-45. Recuperat de: http://revistas.lasalle.edu.co/index.php/mv/article/view/783/692%20
3. Todar, K. (2012). Online textbook of bacteriology: structure and function of bacterial cells. Recuperat de: http://www.textbookofbacteriology.net/structure_4.html
4. Iáñez, E. (2003). Estructuras superficiales. Recuperat de:  http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/04capsula.htm#_Toc53236109
5. Todar, K. (2012). Online textbook of bacteriology: Bacterial Structure in Relationship to Pathogenicity. Recuperat de: http://textbookofbacteriology.net/BSRP.html
6. Gonzalez, S. (2014). Mecanismos de la patogenia bacteriana. Recuperat de: http://www.slideshare.net/SusanaGG/mecanismos-de-la-patogenia-bacteriana
7. Chabalgoity, J., Pereira, M., i Rial, A. (2006). Inmunidad contra agentes infecciosos. Oficina del libro (ed.), Temas de bacteriología y virología médica (2a ed., p. 99-114). Recuperat de: http://www.higiene.edu.uy/cefa/2008/Inmunidadcontralosagentesinfecciosos.pdf
8. Tritz, G. (2000). The bacteria. Recuperat de: https://www.atsu.edu/faculty/chamberlain/website/lects/bacteria.htm#cap
9. Komski, L. (2014). The Impact of Endotoxin in Human Body. Recuperat de: http://www.wakopyrostar.com/blog/post/the-impact-of-endotoxin-on-the-human-body/
10. Departament de microbiologia (2016). Intercanvi genètic (I): consideracions generals, transformació [Apunts acadèmics]. UdGMoodle.