SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.18 suppl.1VACUNAS ANTI NEUMOCÓCCICAS CONJUGADAS: NUEVAS ESPERANZAS PARA LA INFANCIAStreptococcus pneumoniae: Epidemiología y resistencia a antimicrobianos de las enfermedades invasoras en Latinoamérica índice de autoresíndice de materiabúsqueda de artículos
Home Pagelista alfabética de revistas  

Servicios Personalizados

Revista

Articulo

Indicadores

Links relacionados

Compartir


Revista chilena de infectología

versión impresa ISSN 0716-1018

Rev. chil. infectol. v.18  s.1 Santiago  2001

http://dx.doi.org/10.4067/S0716-10182001000000002 

Conceptos microbiológicos de Streptococcus pneumoniae

Streptococcus pneumoniae: BASIC MICROBIOLOGICAL ASPECTS

VALERIA PREADO J.1

Streptococcus pneumoniae se ubica dentro de las principales prioridades como problema de salud pública tanto los países industrializados como aquellos menos desarrollados. Es responsable de elevada morbilidad y letalidad ya que es uno de los principales agentes causales de una gran variedad de cuadros clínicos, infecciones benignas como otitis media y sinusitis agudas, e infecciones severas como septicemia, meningitis y neumonía. La neumonía, como síndrome es responsable de la muerte de aproximadamente 4 millones de niños bajo 5 años de edad y de un número similar de adultos sobre 60 años en el mundo, la mayoría de estas muertes son atribuibles a S. pneumoniae como agente único o asociado a virus respiratorios. Según datos aportados por el BID, en Latinoamérica se producen cada año 9.000 casos de meningitis bacteriana aguda (MBA), con un 10% de letalidad promedio y 30% de secuelas. Actualmente, S. pneumoniae es la segunda causa de MBA en Chile, responsable del 15,2% de los casos, después de Neisseria meningitidis que se asocia al 48,6%. Haemophilus influenzae tipo b ha disminuido en forma importante su incidencia (inferior al 5% en 1999) como consecuencia de la incorporación de la vacuna conjugada anti Hib en el PAI en julio de 1996. (Díaz JM et al, comunicación personal).

Con el paso del tiempo el impacto de las infecciones por S. pneumoniae se ha acentuado. En las últimas dos décadas se ha producido un cambio en la epidemiología de las infecciones por este agente, con un aumento real de la incidencia, especialmente de infecciones sistémicas como meningitis, en países menos privilegiados. Otro cambio importante ha sido la emergencia, con fuerza creciente, de cepas resistentes a penicilina, antibiótico que constituía el tratamiento de elección. La resistencia a penicilina se asocia en forma heterogénea con resistencia a otros antimicrobianos como cefalosporinas de tercera generación, cloranfenicol y cotrimoxazol por citar los más importantes. Otro aspecto nuevo que destacar es la aparición de brotes de infecciones invasoras por S. pneumoniae en algunas comunidades cerradas como guarderías y jardines infantiles.

Es interesante conocer la biología y características de S. pneumoniae para entender la interacción entre agente y el huésped humano y poder de este modo enfrentar el manejo y la prevención de estas infecciones de manera efectiva.

Microbiología

Fisiología y estructura. S. pneumoniae es una cocácea Gram positiva, capsulada. Las células bacterianas tienen una forma lanceolada, miden 0,5 a 1,2 m de diámetro y se disponen en pares o diplos. Son anaerobias facultativas. Para su crecimiento y multiplicación tiene requerimientos específicos, como aportes de proteínas y suplementos hematológicos, por lo que es considerada una bacteria fastidiosa.

Condiciones para el crecimiento en medios de cultivo. Los medios artificiales que aportan los nutrientes necesarios para el crecimiento de S. pneumoniae son medios enriquecidos como agar soya tripticasa o agar infusión cerebro/corazón con adición de 10% de sangre de cordero (entera o calentada lo que constituye el agar chocolate). Carece de la enzima catalasa, la cual debe ser aportada en forma exógena; en la práctica es proporcionada por la sangre. El crecimiento y desarrollo bacteriano se ve facilitado en un ambiente con 8 a 10% de CO2. En los medios de cultivo antes señalados este patógeno crece formando colonias redondas, mucosas y no pigmentadas, de 1 a 3 mm de diámetro, las cuales al cabo de 48 horas presentan un aspecto umbilicado, con una depresión central producida por una autolisis celular progresiva. En estos medios con sangre las colonias producen una a hemólisis, es decir digestión parcial de la hemoglobina y la colonia se rodea de un halo verdoso.

S. pneumoniae es sensible a la optoquina y en presencia de bilis o sales biliares se produce una destrucción o lisis bacteriana; estas características fenotípicas son la base para la identificación de especie. La susceptibilidad a optoquina se debe determinar sembrando un inóculo denso en placa de agar sangre de cordero y colocando en la superficie un disco impregnado con 5 mg de optoquina; si después de 18 horas de incubación de la cepa a 37º C se observa un halo de inhibición del crecimiento (dependiendo del disco comercial) > a 14 mm si es BBL o >16 mm si es Oxoid, y además se solubiliza en presencia de sales biliares a una concentración de 10%, esta cepa se define como S. pneumoniae.

Cápsula. Entre las estructuras interesantes de esta bacteria hay que mencionar una cápsula externa a la pared celular, de naturaleza polisacárida compleja. Es la piedra angular de la patogénesis de las infecciones neumocóccicas. La composición antigénica de la cápsula es variable en diferentes cepas y permite agrupar a los S. pneumoniae en más de 90 diferentes serotipos capsulares y aproximadamente 45 serogrupos. Se definen como pertenecientes a un mismo serogrupo, los serotipos que presentan inmunogenicidad cruzada, por ej. 6A y 6B. La identificación de cada serotipo se realiza mediante una reacción antígeno-anticuerpo utilizando antisueros específicos, lo que da como resultado una hinchazón de la cápsula, fenómeno conocido como "quellung", término que en alemán significa hinchazón. También se utilizan hoy en día otras técnicas para la serotipificación, como aglutinación con látex o amplificación génica mediante RPC. Todas estas técnicas de tipificación están disponibles sólo en laboratorios de referencia.

La complejidad antigénica capsular de S. pneumoniae explica en parte la elevada incidencia y severidad de las infecciones por este agente. La inmunidad es serotipo específica, lo que significa que teóricamente un sujeto puede tener cerca de 90 infecciones neumocóccicas durante su vida. Esto podría ser verdad si la virulencia de cada serotipo fuera similar y la inmunidad fuera de larga duración y homogénea para todos los serotipos, pero en la realidad la calidad y duración de la inmunidad depende del serotipo, de la edad del paciente y de otros parámetros aún no bien definidos.

Si bien se han descrito 90 serotipos diferentes de S. pneumoniae, la experiencia clínica mundial acumulada muestra que son pocos los serotipos con mayor impacto clínico y es así como 12 serotipos: 1 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 14 - 18 - 19 y 23, son responsables del 80% o más de las infecciones neumocóccicas invasoras. La distribución geográfica y por grupo etario de estos serotipos también tiene variaciones; se ha observado que los serotipos 1 y 5 son más frecuentes en regiones del mundo de menor desarrollo socioeconómico.

La regulación genética de esta cápsula es también compleja y es así que algunas cepas pueden experimentar una transformación o cambio de serotipo. Este fenómeno publicado por Coffey en 1991, no había sido detectado previamente y, si bien su frecuencia es baja, se presenta en cepas con resistencia a los antimicrobianos y asociadas a colonización e infecciones en niños. Estos cambios de serotipo en una cepa ocurren por mecanismo de recombinación genética en que se modifica y reemplaza el locus (parte del genoma) que codifica para la expresión de la cápsula. Uno de estos ejemplos es el serotipo 19F que surgió como variante de un clon serotipo 23F multiresistente detectado en España y el cual se ha diseminado a diferentes países. El análisis molecular de estas cepas mediante diferentes técnicas de tipificación muestra una total identidad genética entre ellas, diferenciándose sólo en el serotipo capsular. Como estas variantes han surgido en las cepas resistentes a antimicrobianos, ya sea a penicilina o multiresistentes, se podría plantear hipotéticamente que mutaciones o reordenamientos genéticos que llevan a resistencia antimicrobiana se asocian a otras recombinaciones genéticas resultando en cepas mejor adaptadas para persistir en el tiempo. Esto nos lleva a otra reflexión obligada..., como estas variantes son cepas resistentes a los antibióticos, la presión y selección de los antimicrobianos puede influir en forma importante en un aumento potencial de su prevalencia y facilitar la diseminación de estas variantes. Esto obliga a la vigilancia de este fenómeno y al uso racional de antimicrobianos.

La capacidad de recombinación genética que posee S. pneumoniae se había puesto en evidencia desde hace mucho tiempo. Ya en 1944 los investigadores Avery, MacLeod y McCarty observaron un fenómeno muy peculiar en S. pneumoniae: cepas acapsuladas, no virulentas, también denominadas R pueden transformarse en cepas capsuladas o S, virulentas, en contacto con cepas S en un modelo in vitro o también in vivo inoculándolas en ratón; esto ocurre por incorporación activa de material genético desde el ambiente al genoma bacteriano y también por mutaciones retrógadas espontáneas. Esta transformación genética está presente en muy pocos microorganismos.

Pared bacteriana. La pared celular de S. pneumoniae tiene la estructura general de las cocáceas Gram positivas, con una capa importante de peptidoglicano constituida por subunidades alternadas de N-acetilglucosamina y ácido N-acetil murámico enlazadas por puentes peptídicos (Figura 1). Un componente importante de esta pared es el ácido teicoico, rico en galactosamina, fosfato y en colina; esta última sustancia es exclusiva de esta bacteria y cumple una función reguladora importante en la hidrólisis de la pared. El ácido teicoico se dispone de dos formas en la pared celular, una expuesta en la superficie celular, (conocido como sustancia C) y otra forma unida en forma covalente a los lípidos de la membrana citoplasmática (Figura 1). En esta pared también están presentes la proteína R, especie específica y la proteína M tipo específica. Ninguna de estas proteínas tiene un papel en la virulencia.


Figura 1. Estructura de la pared celular de S. pneumoniae.

Factores de virulencia

Adherencia. La capacidad de adherirse en forma eficiente a células blanco es un elemento crucial en la etapa inicial de la infección. S. pneumoniae establece una íntima interacción con el mucus del tracto respiratorio, se adhiere a la superficie de las células epiteliales y posteriormente es capaz de invadirlas. Como resultado de esta interacción se produce un daño en la actividad de los cilios del epitelio respiratorio.

Cápsula polisacárida. Es el factor de virulencia más importante, ya que las cepas capsuladas son capaces de eludir la acción fagocitaria en ausencia de anticuerpos específicos. También inhibe la activación del complemento por la vía alterna y degrada el fragmento C3b unido a la superficie bacteriana. Las cepas R o no capsuladas no producen infección en el hombre ni en animales de experimentación. Los anticuerpos anticapsulares serotipo específicos protegen de la infección por los serotipos homólogos; esta es la base inmunológica de las vacunas anti neumocóccicas.

Pneumolisina (o neumolisina). Desde el punto de vista fisiológico puede considerase una toxina, ya que destruye la membrana de los glóbulos rojos y es la responsable de la a hemólisis que se observa cuando se cultiva S. pneumoniae en medios con sangre y en ambiente de anaerobiosis. La pneumolisina se relaciona inmunológicamente con la estreptolisina O producida por los estreptococos b -hemolíticos del grupo A. En infecciones experimentales en conejos produce anemia hemolítica y necrosis alveolar, pero no está bien definido su rol patogénico en las infecciones humanas.

Neuraminidasa. Es una enzima capaz de hidrolizar las glucoproteínas y los glucolípidos celulares y por lo tanto tendría un papel importante para ayudar a la diseminación y multiplicación de S. pneumoniae en los tejidos infectados. Disminuye la viscosidad del mucus que reviste el epitelio respiratorio y altera la estructura de los oligosacáridos, exponiendo los receptores y facilitando la colonización.

Proteínas de superficie pspA y psaA. Estas proteínas podrían participar en la adherencia inicial a la célula blanco.

Autolisina. Denominada también amidasa, es una enzima que hidroliza la capa de peptidoglicano en un sitio específico: entre el ácido N-acetil murámico y el residuo alanina del puente peptídico. La actividad de la amidasa depende de la presencia de fosfato de colina en el ácido teicoico de la pared celular. La actividad de la amidasa en presencia de colina permite la división celular; si bien esta es una función básica de la bacteria, no está claro el papel de la autolisina en la virulencia bacteriana.

Proteasa para IgA. Las cepas de S. pneumoniae producen una proteasa que hidroliza e inactiva la inmunoglobulina A1 presente en las mucosas, lo que facilitaría su adherencia y colonización inicial. Es interesante considerar que estas IgA proteasas son producidas también por otras bacterias capaces de producir infecciones invasoras severas como H. influenzae tipo b y N. meningitidis.

Conceptos epidemiológicos

Hábitat. S. pneumoniae forma parte de la flora bacteriana normal de la mucosa nasal y faríngea, siendo su hábitat preferencial la nasofaringe posterior. La colonización por S. pneumoniae es más elevada en niños y adultos sobre los 60 años de edad, comparativamente a los adultos de edad mediana. En Chile más del 80% de niños bajo 2 años de edad que asisten a guarderías, están colonizados por S. pneumoniae en algún momento; esta cifra es del 7% en adultos mayores (V. Prado, datos no publicados). Un estudio realizado en Santiago, en niños que asisten a guarderías, mostró índices de colonización nasofaríngea por S. pneumoniae significativamente superiores (74%), en comparación a la colonización orofaríngea (37,7%) y resultó interesante constatar que 37% de los estudiados presentaba colonización simultánea naso y orofaríngea, con una coincidencia de 70% en los serotipos. Estudios de colonización en niños han mostrado que un sujeto puede estar colonizado por 4 serotipos diferentes al mismo tiempo.

Transmisión. Por su ubicación en el tracto respiratorio superior, S. pneumoniae se transmite con facilidad de persona a persona a través de las gotitas de saliva. La difusibilidad aumenta durante el curso de infecciones respiratorias con presencia de tos y aumento de las secreciones.

Para entender la dinámica y epidemiología de las infecciones neumocóccicas es importante tomar en cuenta todos los aspectos biológicos que previamente hemos señalado, la colonización de la nasofaringe como un evento normal y frecuente en niños y ancianos, los factores de virulencia que posee este patógeno y los epitopes importantes en la protección frente a la infección que sería el polisacárido capsular.

¿Cuáles son los factores de riesgo que favorecen el tránsito de una cepa de S. pneumoniae que coloniza la nasofaringe hacia una infección? No lo sabemos, sólo existe evidencia que algunos serotipos como son: 14, 5, 1 y 23, se asocian con mayor frecuencia a infecciones invasoras.

¿Qué factores del huésped o del patógeno son determinantes para explicar que una cepa vaya a provocar con mayor probabilidad una infección no invasora, por ejemplo una otitis media, o bien una infección invasora como meningitis?

Si se introduce una vacuna conjugada anti neumocóccica, ¿se producirá un reemplazo de los serotipos predominantes? ¿Se traducirá sólo en cambios epidemiológicos pero no en una disminución en la incidencia de la infecciones neumocóccicas a mediano plazo?. Tampoco lo sabemos.

Estas respuestas permanecen como un desafío que debe ser abordado en forma multidisciplinaria para lograr un control efectivo de las infecciones neumocóccicas.

1 Programa de Microbiología, ICBM, Facultad de Medicina, Universidad de Chile

BIBLIOGRAFIA

1.- Coffey TJ, Dowson CG, Daniels M, et al. Horizontal transfer of multiple penicillin-binding protein genes, and capsular biosynthetic genes, in natural populations of Streptococcus pneumoniae. Mol Microbiol 1991; 5: 2255-60.         [ Links ]

2. - Coffey TJ, Enright M C, Daniels M, et al. Recombinational exchanges at the capsular polysaccharide biosynthetic locus lead to frequent serotype changes among natural isolates of Streptococcus pneumoniae. Mol Microbiol 1998; 27: 73-83.         [ Links ]

3.- Coffey TG, Daniels M, Enright M C, and Spratt BG. Serotype 14 variant of the Spanish penicillin-resistant serotype 9V clone of Streptococcus pneumoniae arose by large recombinant replacements of the cpsA-pbp1a region. Microbiology 1999; 145: 2023-31.         [ Links ]

4.- Musher DM. Infections caused by Streptococcus pneumoniae: clinical spectrum, pathogenesis, immunity, and treatment. Clin Infect Dis 1992; 4: 801-9.         [ Links ]

5.- Henrichsen J. Six newly recognized types of Streptococcus pneumoniae. J Clin Microbiol 1995; 33; 2759-62.         [ Links ]

6.- Scott J AG, Hall A J, Dagan R. Serogroup-specific epidemiology of Streptococcus pneumonaie: associations with age, sex and geography in 7.000 episodes of invasive disease. Clin Infect Dis 1996; 22: 973-81.         [ Links ]

Correspondencia a:
Valeria Prado Jiménez.
e-mail:vprado@machi.med.uchile.cl

Creative Commons License Todo el contenido de esta revista, excepto dónde está identificado, está bajo una Licencia Creative Commons