Staphylococcus epidermidis, una bacteria residente en nuestra piel que causa infecciones potencialmente mortales después de la cirugía | Por: @rigotordoc
El Staphylococcus epidermidis está presente en la piel de todas las personas, un pariente cercano del Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM), y a pesar de que los clínicos y los científicos a menudo no le prestan demasiada atención debido a que es un gérmen saprófito de la piel, cada vez más es causa importante de infecciones potencialmente mortales después de las cirugías debido a su resistencia creciente a los antibióticos.
Algunas de las enfermedades infecciosas más comunes son causadas por bacterias que colonizan de forma natural a los humanos de forma asintomática. Combatir estos patógenos oportunistas requiere un entendimiento de los rasgos que diferencian las cepas infectantes de los parientes inofensivos. Staphylococcus epidermidis se transporta asintomáticamente en la piel y las membranas mucosas de prácticamente todos los seres humanos, pero es una causa importante de infección nosocomial asociada con procedimientos invasivos.
En un trabajo publicado en «Nature Communications», investigadores del Centro Milner para la Evolución en la Universidad de Bath (Reino Unido) advierten que la amenaza que plantea este organismo debe tomarse más serio y adoptar y precauciones adicionales para aquellos con mayor riesgo de infección que se someten a una cirugía.
De hecho, se han identificado un conjunto de 61 genes que permiten que esta bacteria de la piel, normalmente inofensiva, cause enfermedades potencialmente mortales.
Las bacterias más comúnmente cultivadas en los laboratorios de microbiología clínica son los estafilococos coagulasa negativos (CoNS), especialmente Staphylococcus epidermidis. A pesar de su importancia como patógenos nosocomiales, los CoNS no se examinan de forma rutinaria, aunque pueden representar > 40% de los aislados cultivados de muestras de sangre o líquido cefalorraquídeo.
Las razones de este subinforme, en comparación con patógenos nosocomiales notorios como Clostridium difficile y S. aureus, están vinculados a la ubicuidad de CoNS como colonizadores comensales de la piel humana y las membranas mucosas.
Esto conduce a dificultades para determinar la importancia clínica de los aislamientos por dos razones. Primero, los aislamientos que han causado infección durante los procedimientos invasivos son difíciles de distinguir de aquellos que tienen muestras microbiológicas contaminadas, a menos que estén aislados varias veces. En segundo lugar, la comprensión incompleta de los determinantes de la patogenicidad en CoNS significa que a menudo se describen como patógenos oportunistas o accidentales, con poca atención a la aparición y propagación de linajes virulentos.
En este trabajo se abordaron los mecanismos evolutivos subyacentes de la patogenicidad oportunista mediante la combinación de estudios de asociación en todo el pangenoma y microbiología de laboratorio para comparar S. epidermidis de infecciones del torrente sanguíneo y de heridas y transporte asintomático.
Existe una creciente evidencia de que S. epidermidis aislada de infecciones es un subconjunto de los que se encuentran en la superficie de la piel. Esto implica que, en lugar de una simple infección pasiva, puede haber ciertos linajes o factores de virulencia específicos asociados con la aparición de patógenos en un contexto de ancestros inofensivos.
Por ejemplo, la patogénesis de S. epidermidis está asociada con la resistencia a los antibióticos, la unión a los tejidos del huésped y la acumulación en biopelículas de múltiples capas en dispositivos médicos implantados. De acuerdo con esto, los genes de resistencia a la meticilina (mecA) y virulencia que se sabe que codifican las proteínas intercelulares polisacáridas (PIA) están representados en exceso entre las cepas de las muestras clínicas.
Con una dependencia cada vez mayor de la cirugía invasiva en la era posterior a los antibióticos, aumentarán las infecciones asociadas a dispositivos causadas por S. epidermidis. Por lo tanto, existe una necesidad apremiante de monitorear estas bacterias dentro de poblaciones comensales genéticamente diversas e identificar cepas que pueden estar predispuestas a la patogenicidad.
Aquí, se identificaron rasgos genéticos y funcionales asociados con la patogenicidad entre 415 genomas aislados de S. epidermidis de transporte asintomático y enfermedad humana. Aplicando un enfoque de estudio de asociación de genoma completo (GWAS) vinculado a fenotipos clínicamente relevantes probados in vitro, se identificaron genes completos y elementos genéticos asociados con patogenicidad (Fig. 1).
Este estudio mejora la comprensión de la evolución de la virulencia y permite el cálculo de una puntuación de riesgo para genotipos individuales aislados que, con una validación adicional, podrían ser una base para las intervenciones médicas.
Se identificaron 61 genes que contienen elementos genéticos asociados a la infección (k-mers) que se correlacionan con la variación in vitro de los rasgos de patogenicidad conocidos (formación de biopelículas, toxicidad celular, producción de interleucina-8, resistencia a la meticilina). La transferencia horizontal de genes disemina estos elementos, permitiendo que los clones divergentes causen infección.
Finalmente, la predicción del estado de la enfermedad del modelo de Random Forest (transporte frente a infección) identificó elementos de patogenicidad en 415 aislamientos de S. epidermidis con 80% de precisión, lo que demuestra la posibilidad de que en el futuro se puedan identificar genotipos de riesgo y qué pacientes tienen mayor riesgo de infección antes de someterse a una cirugía.
«Staphlococcus epidermidis es un patógeno mortal a simple vista», explica Sam Sheppard, director de la investigación. «Siempre se ha ignorado clínicamente, porque se asumió que era un contaminante en las muestras de laboratorio o simplemente se aceptó como un riesgo conocido de cirugía».
Pero advierte: «Las infecciones postquirúrgicas pueden ser increíblemente serias y mortales. Si podemos identificar los pacientes con mayor riesgo de infección –continúa-, podríamos dirigirnos adoptar precauciones de higiene adicionales antes de someterse a una cirugía».
Como reconoce Dietrich Mack, del Instituto Bioscientia de Medical Diagnostics GmbH, (Alemania), «estas infecciones son difíciles de diagnosticar y existe la esperanza de que los genes asociados a la enfermedad puedan ayudar a separar los aislados cutáneos inofensivos de las cepas de S. epidermidis causantes de la enfermedad en el laboratorio clínico».
Muchas infecciones son causadas por patógenos que surgen de una población bacteriana de fondo que, en circunstancias normales, coexiste pacíficamente con sus huéspedes.
Para las bacterias, la infección requiere la oportunidad de transmisión y la capacidad de proliferar en el nicho de la infección. En la enfermedad estafilocócica nosocomial, la transmisión es principalmente un proceso pasivo, ya que los organismos epidérmicos comensales infectan en condiciones de perturbación del huésped, por ejemplo, a través de la contaminación del tejido subcutáneo durante los procedimientos invasivos.
Sin embargo, la enfermedad también depende de la supervivencia del patógeno y la colonización del nuevo nicho subcutáneo, donde las condiciones ambientales son diferentes.
Existe una compartimentación de los entornos en los que se tomaron muestras de S. epidermidis en este estudio en cepas de transporte comensal (piel, faringe nasal) e infección. Por lo tanto, es posible considerar diferentes modelos posibles de infección por S. epidermidis desde el sitio primario de adaptación (nicho comensal) cuando hay daño epidérmico (Fig. 5).
Primero, la proliferación de clones patógenos específicos que son una subpoblación de la microbiota cutánea comensal. En segundo lugar, la verdadera patogenicidad oportunista, en la que todas las cepas son igualmente capaces de causar infección. Tercero, un modelo de genoma dividido, en el cual proliferan cepas de múltiples antecedentes genéticos porque comparten genes y fenotipos asociados que promueven la colonización del nicho subcutáneo.
En un modelo de infección simple, la enfermedad puede deberse a que las bacterias se adapten a uno o pocos cambios ecológicos dominantes, como la resistencia a los antibióticos que pueden ser abundantes en el tejido de los pacientes del hospital. S. aureus es un buen ejemplo, ya que las cepas progenitoras han adquirido resistencia a través de eventos de HGT poco comunes y los descendientes proliferan debido a la ventaja que esto proporciona en el nicho invasivo.
En casos como este, puede ser posible identificar la propagación de clones de patógenos exitosos (Fig. 5a) al compararlos con aislados comensales en reconstrucciones filogenéticas, donde aparecen como grupos de cepas que causan enfermedades relacionadas genéticamente.
Queda claro a partir de la filogenia de S. epidermidis que los aislamientos de enfermedades no representan unos pocos clones de patógenos exitosos, sino que se distribuyen a través de la filogenia con aislamientos comensales de múltiples orígenes genéticos.
Esto podría implicar que todos los linajes de S. epidermidis son igualmente capaces de causar infección, dada la oportunidad de transmisión. Si este fuera el caso, no se esperaría que los determinantes de la enfermedad se segregaran por fuente aislada.
Sin embargo, el GWAS identificó numerosos k-mers asociados con infecciones, muchos de los cuales se asignaron a genes que se sabe están asociados con patogenicidad. Esto es consistente con el enriquecimiento para caracteres de codificación de secuencia, tales como colonización, supervivencia y factores de virulencia entre aislamientos de infección.
Referencias:
- Guillaume Méric, Leonardos Mageiros, Samuel K. Sheppard et al. Disease-associated genotypes of the commensal skin bacterium Staphylococcus epidermidis. Nature Communications. Volume 9, Article number: 5034 (2018).
- abc.es
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Dr. Rigoberto J. Marcano Pasquier @rigotordoc
Medicina Interna
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