Colibacilosis aviar. Una enfermedad compleja. Parte I: la bacteria.

Por: Bernardo Mejía Arango. M.V.Z.  M.Sc.
Fotografías: Bernardo Mejía Arango. Protegidas por derechos de autor. Cualquier copia o uso, debe tener autorización previa.

La colibacilosis deriva su nombre del agente etiológico Escherichia  coli, la cual a su vez deriva su nombre del pediatra y bacteriólogo germano-austríaco Theodore Von Scherich, quien inicialmente llamó a este patógeno Bacterium coli commune.

Escherichia coli es una cocobacilo Gram negativo, de la familia de las enterobacteriáceas. Crece en diferentes medios de cultivo, las colonias son bajas, convexas, lisas, la coloración varía de acuerdo con el medio donde se cultiven. Crece bien en condiciones de laboratorio, entre 18 y 33 °C, produce ácido y gas y es rojo de metilo positiva.

Escherichia coli. Tinción con Gram

Escherichia coli se aisló por primera vez en 1885, a partir de muestras  intestinales de un niño, por el pediatra y  bacteriólogo germano-austriaco Theodore Von Escherich. En 1889 se incriminó como agente patógeno para aves y cinco años después, en 1894 mediante estudios experimentales, se confirmó su patogenicidad para pollos y palomas. En 1897 se reprodujo experimentalmente la pericarditis  en pollos y pavos,  mediante inoculos con asilados de Escherichia coli. Diez años más tarde, en 1907, aparece a primera descripción  de colisepticemia en aves sometidas a estrés por transporte, privación de agua, de alimento, por calor y por aire contaminado. Cuarenta años más tarde,  se inician los trabajos de diferenciación de las cepas de Escherichia coli, mediante la diferenciación de antígenos capsulares  K y flagelares  H.

La tipificación de los antígenos  de la bacteria de efectúa mediante métodos serológicos : se utilizan dos términos en esta tipificación:  serotipo y serogrupo.

Serotipo: se reserva el término cuando hay expresión de los tres antígenos: K, H y F

Serogrupo: se emplea el término cuando cuando la bacteria no expresa K ó H

Para entender la  clasificación de los diferentes aislamientos de Escherichia coli y su propiedades como patógeno, es importante conocer su morfología y composición, incluyendo constituyentes genéticos externos a la bacteria  los cuales le son incorporados a través de  los bacteriófagos o fagos, virus que infectan bacterias y literalmente les inyectan material genético el cual le confiere propiedades especiales a la Escherichia coli como patógeno.

Las propiedades antigénicas de la Escherichia coli, están dados por sus componentes morfológicos como bacteria procariota que es, es decir, células sin núcleo celular diferenciado, es decir, cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma, reunido en una zona denominada nucleoide, pero su citoplasma de encuentra rodeado de una una membrana plasmática, de una pared celular y de una cápsula, y tiene filamentos denominados fimbrias o pili.

1. La cápsula es una envoltura externa ubicada por fuera de la pared celular. Puede formar un gel que se adhiere a las células  que infecta; se reportan hasta 157 antígenos capsulares K que van numerados desde K1 Hasta K 157, menos el K88, denominación que algunos autores de asignan al antígeno de las fimbrias. Impide la acción de los neutrófilos.
2. Pared celular: Allí se encuentran los antígenos O. La pared celular se encuentra inmediatamente, hacia el interior de la bacteria, después de la cápsula, su principal componente es el peptidoglicano (Que es un polímero formado  por cadenas de N-cetil mirémico y N-acetil glucosamina). La pared celular tiene las siguientes porciones: un lípido identificado como A y un lipopolisarárido LPS (Que es una endotoxina que induce la liberación de pirógenos, leucocitopenia, trombocitopenia y un estado inflamatorio generalizado). Los antígenos O de la pared celular no pueden distinguirse de la fracción antigénica de la endotoxina y se encuentran en la pared celular haciendo parte del lipopolisacárido.
3. Aunque se considera que el antígeno O tiene que ver con la producción de fimbrias,  hay autores que consideran aparte del antígeno somático O, el antígeno de fimbrias propiamente dicho al que  llaman antígeno F (O de fimbrias), del cual hay un reporte de 12 variantes. Específicamente algunos autores lo llaman K88 (Como si fuera antígeno K de la cápsula; esto crea a veces alguna confusión)
4. El flagelo: en un filamento largo y delgado que tienen un componente antigénico denominado antígeno flagelar H, que es una proteína. De este hay 56 variantes (Se encuentran autores  que mencionan 75), pero no todas las cepas de Escherichia coli las tienen.

                                     

El modelo o esquema de la bacteria es tomado de la publicación “Escherichia coli: mecanismos de patogenicidad”, publicado por el Médico Veterinario Zootecnista M.Sc. J. López – Alvarez, del Departamento de Bacteriología  de la facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Nacional Autónoma de México.

La virulencia de la bacteria está dada tanto por los antígenos  que posee y los compuestos que genera para ejercer su acción a nivel de tejidos, pero igualmente tienen que ver en su virulencia, el material genético extraño a la bacteria, pero que se incorpora a ella, gracias a la acción de los fagos.

Determinantes de patogenicidad

1. Adhesinas: son moléculas que median la capacidad de interacción de la bacteria con los  enterocitos. Se dividen en varios tipos moleculares:
1. Factores antigénicos de colonización (CFA): CFA/I a CFA/III.
2. Fimbrias de adherencia agregativa (AAF): AAF/I y AAF/II.
3. Proteína formadora de lazos/uniones (Bpf): es una fimbria especial laxa. Mediante esta molécula la bacteria se abraza a la célula diana, se aproxima y se une a ella.
4. Intimina
5. Proteína Ipa: permite la fijación y la posterior invasión. Es una proteína de origen plasmídico.
6. Etc.
2. Toxinas: solo producidas en algunas bacterias.
1. Enterotoxinas citotónicas termolábiles (LT): LT-I y LT-II.
2. Enterotoxinas citotónicas termoestables (ST): STa y STb.
3. Enterotoxinas citotóxicas (Stx): Stx-1 y Stx-2. Estas toxinas son propias de Shigella y destruyen los enterocitos.

En relación con el material genético que puede ser inyectado por los fagos al interior de la bacteria y el cual como dijimos antes le confiere propiedades especiales, este puede permanecer libre dentro del citoplasma de la bacteria, en cuyo caso se denomina plásmido;  puede también insertarse dentro del material genético de la bacteria en cuyo caso se denomina episoma. En ambos caso (Plásmido y episoma) estas son una forma de conservación del material genético del bacteriófago. En ambos casos, este material genético se denomina profago. De esta manera queda el material genético del fago hasta que se dan las condiciones especiales que se requieren para los profagos se activen y sigan un ciclo que termina con  la lisis celular y liberación de nuevos fagos.

Un ejemplo de la implicación de fagos en la patogenicidad de la Escherichia coli lo constituyen los genes que codifican para  la producción de verotoxina; estos genes le son inyectados a la Escherichia coli provenientes de un fago, quedando la bacteria preparada para producir y liberar verotoxina, la cual ataca el endotelio (de los vasos sanguíneos) produciéndose  hemorragia en los pacientes  que  se infectan  con la Escherichia coli  que puede ser  infectada con un fago.

Los receptores  para esta bacteria, solo  están en humanos y en algunos simios, pero en general los animales son portadores, de ahí la importancia de proteger a los humanos y animales domésticos del contacto con bacterias como la Escherichia coli, las cuales podrían en un  momento determinado  estar infectadas por fagos que codifican para la producción de verotoxina.

Esta característica es más grave, cuando los episomas pueden provenir de otras bacterias sin la ayuda de fagos. Escherichia coli puede ponerse en contacto con otras bacterias del mismo género y especie, y compartir  material genético a través de los  pili. Los pili a través de los cuales la Escherichia coli puede compartir material genético  contenido en los episomas, se denominan pili sexuales.

Son múltiples los efectos que pueden ser inducidos a través de la adquisición de material genético  por parte de la Escherichia coli, provenientes de  otras cepas de Escherichia coli y/o de  bacteriófagos:

-       Disminuir  la permeabilidad  hacia   ciertos antibióticos

-       Neutralizar aminoglicósidos

-       Bombear tetraciclinas desde el interior de la bacteria hacia el exterior, aún en contra  
        del gradiente  de concentración.

-       Modificar químicamente  un blanco u objetivo sobre el que actúa el antibiótico.

-       Sintetizar enzimas que inducen resistencia  a los antibióticos,  uno de cuyos ejemplos
        es el caso de la síntesis de la sulfas-dehidrofolatoreductasas, consecuencia: 
        resistencia  a la  los  antibióticos que contenga sulfa-trimetoprim

Para llegar a la acción patogénica de la Escherichia coli en  aves, es  bueno entender en el contexto general de las diferentes especies, como actúan las diferentes cepas o patotipos,  en los cuales hay combinaciones de los diferentes constituyentes antigénicos de la bacteria y por eso los grupos o patotipos  tienen un número  a  veces elevado de variantes. La importancia en relación  no solo con las aves que es lo que nos ocupa en nuestro caso sino en mamíferos, es que muchos animales, entre ellos las aves, aunque no resulten afectados,  pueden actuar como transmisores, con un impacto final en la salud humana.

Las cepas de Escherichia coli que actúan sobre el intestino (Patotipos)  se  han clasificado de la siguiente manera (La sigla se constituye a partir del efecto y del nombre de la bacteria):

-   Enteropatogénicos  (EPEC) Esta cepa causa diarrea en humanos, conejos, perros y caballos. No produce enterotoxinas. Altera la morfología del intestino y el  flujo de iones y agua.

-    Enterotoxigénicos (ETEC) Actúa sobre las células de Lieberkun del intestino delgado, provocando que éstas absorban las toxinas que produce la bacteria y no los electrolitos normales, lo cual conlleva a una diarrea profusa e hipersecretora, en ausencia de fiebre e inflamación. No produce alteraciones morfológicas sobre las células del intestino. Es común en neonatos y destetos. En humanos produce diarrea hemorrágica en  niños y adultos.  Este  grupo es bien amplio y aquí se encuentran las diferentes patotipos diarreagénicos para las diferentes especies.

-   Enteroinvasores  (EIC). Las células bacteriales, penetran por endocitosis las células intestinales del colon y se pueden propagar entre los enterocitos vecinos  del colon sin necesidad de  salir al lumen del intestino. Inducen una inflamación con diarrea, sangre, moco y leucocitos; la infección cursa con fiebre. Produce  diarrea  hemorrágica en niños y adultos. Impide la solidificación ósea porque puede alterar el metabolismo del calcio. Se reporta que puede producir artritis y arteriosclerosis.

-    Enterohemorrágicos (EHIC) Igualmente es enterotoxigénico pero tiene mención aparte como patotipo. También se llama shigatoxigénico (STEC) ó verotoxigénico (VTEC). Induce la producción de citoquinas las cuales  provocan la llegada de polimorfonucleares al área. El cuadro de infección es una colitis hemorrágica. Adicionalmente produce un cuadro ureico-hemolítico  (produce enterohemolisinas). La infección con este patotipo en bien grave,  no solo por lo anterior sino porque produce  toxinas que atacan el endotelio vascular sistémico, principalmente a nivel renal y neural.

-   Enteroagregativos (EAEC). Proliferan sobre la superficie de las células intestinales, formando una placa o biofilm, causando por ello malabsorción y diarrea acuosa y persistente.

Existen otros patotipos de Escherichia coli, no relacionados con intestino:

-   Patogénico extraintestinal (ExPEC). Son cepas que tienen factores de virulencia
    asociados a infecciones extraintestinales.

-   Uropatogénico (UPEC) Colonizan el epitelio urinario. Poseen fimbrias S que son
    causantes de  septicemia y meningitis. Las Escherichia coli de este grupo, pueden
    producir un compuesto denominado colina V, que a su vez inhibe el crecimiento de otras
    cepas de Escherichia coli. Tienen antígenos somáticos O y  capsulares K que inducen
    resistencia a la fagocitosis.  En este grupo se encuentran las cepas de Escherichia coli
    responsables de  infecciones renales y cistitis.

-   Meningitis neonatal:  (NMEC)

Patogénico aviar (APEC) Hago referencia especial porque es el que nos concierne en el caso de la patología aviar. Una vez ya ubicado en el contexto general de las infecciones con Escherichia coli, haciendo énfasis  en que si bien  los patotipos mencionados antes  son propios de mamíferos, pueden llegar  a ellos a través de otros animales que son portadores; las aves no están libres de este paso en la cadena infecciosa.

Los serogrupos de Escherichia coli en aves más frecuentes son. O1:K1, O2:K1, O78:K80. El  serotipo O2:K1:H5, tiene marcada tendencia  a invadir tejidos de aves.