Escherichia coli ha sido subestimado por largo tiempo, tradicionalmente se ha considerado como un agente ambiental y oportunista en animales inmunodeprimidos, o complicante en infecciones virales en aves.
Sin embargo, desde hace algunos años, se le considera ya como un patógeno primario que causa pérdidas multimillonarias a nivel mundial, aunque a ciencia cierta es difícil calcular su impacto real.
El impacto económico se ha relacionado a una disminución del crecimiento y decomisos en la planta de procesamiento en pollo de engorde, baja producción en gallinas de postura, así como un incremento en la mortalidad. Incluso, cuando las condiciones de crianza no son adecuadas, las infecciones ocasionadas por E. coli comprometen el bienestar de las aves.
Escherichia coli fue descubierta en 1886 por Theodor Escherich, quien encontró a este microorganismo en heces de niños, a partir de entonces se considera como un habitante normal de la biota intestinal de diversos animales y el hombre y juega un papel muy importante en la digestión y la regulación de la microbiota intestinal.
Esta bacteria pertenece a la familia Enterobacteriaceae, es gram negativa, anaerobia facultativa; crece a temperaturas entre 15°C y 45°C, no produce esporas, puede ser móvil o inmóvil y normalmente es fermentadora de la lactosa, aunque existen cepas que no son capaces de utilizar este sustrato.
Este microorganismo ha sido clasificado en tres grandes grupos:
- Cepas comensales
- Cepas patógenas intestinales (InPEC) o diarreogénicas
- Cepas patógenas extraintestinales (ExPEC), dependiendo de su potencial patógeno.
Como parte de este último grupo se encuentran las cepas uropatógenas (UPEC), las causantes de meningitis bacteriana (BMEC) y aquellas que ocasionan infecciones en aves conocidas como patógenas aviares (APEC).
IDENTIFICACIÓN BIOQUÍMICA
Tradicionalmente, su identificación en el laboratorio se basa en sus propiedades bioquímicas (Figura 1) ya que no se requieren equipos sofisticados, sin embargo, dada la diversidad de esta bacteria no es suficiente para conocer la virulencia de la cepa en cuestión, ni se logra diferenciar entre patotipos.
- Por lo que se requiere recurrir a otros métodos para dilucidar si una cepa en particular tiene la capacidad patogénica para ser causante de un problema infeccioso en una parvada.
SEROTIPIFICACIÓN
La serotipificación ha sido empleada como una herramienta de gran utilidad para fines epidemiológicos, en el caso de esta bacteria se emplea el esquema de Kauffman-White, similar al de Salmonella que se basa en la identificación de antígenos somáticos “O”, capsulares “K” y flagelares “H”.
En el caso de Escherichia coli se han identificado 197 antígenos somáticos, 80 capsulares y 60 flagelares.
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- Cuando solo se hace referencia al antígeno somático se le denomina serogrupo, y
- Cuando se menciona el antígeno somático y el flagelar, entonces se le denomina serotipo.
En el caso del antígeno “O” es parte del lipopolisácarido (LPS) que forma parte de la membrana externa de las bacterias gram negativa, el cual está compuesto por el lípido A, el core interno, core externo y las cadenas laterales que son unidades repetidas de polisacáridos que contienen de 2 a 5 residuos de azúcares.
Como es evidente, la gran diversidad del antígeno “O” le ofrece ventajas a la bacteria para sobrevivir en nichos específicos, de hecho, se le considera un factor de virulencia muy importante, no solo para las cepas APEC, sino para las cepas ExPEC.
- Ya que éste evita la unión de los anticuerpos del huésped a antígenos que se localizan en estructuras más internas en la bacteria, además, se sabe que evita la unión de los fagos a las proteínas de la membrana; incluso, se ha visto que este antígeno es capaz de inhibir la acción enzimática de la lisozima.
Por otro lado, el antígeno “O” es altamente inmunogénico y es el principal antígeno contra el que se monta la respuesta inmune, lo cual representa un gran desafío para la producción de vacunas, pues como se ha mencionado, se reconocen al menos 197 antígenos y entre la mayoría de ellos no se presenta una protección cruzada.
Figura 1. Bioquímica corta (de izquierda a derecha) clásica de una cepa de E. coli, TSI, citrato, LIA, urea y SIM.
Hasta hace algunos años, se reconocía que los serotipos más comunes entre las cepas APEC eran O1, O2 y O78.
- Sin embargo, a medida que se ha analizado más cepas involucradas en infecciones aviares se ha determinado que los serotipos varían dependiendo de la zona geográfica, momento del aislamiento, tipo de ave y localización de la infección.
Aunque la serotipificación pude ser muy útil para relacionar ciertos serotipos con algunos brotes de enfermedad, al igual que la identificación bioquímica, tampoco proporciona información sobre la virulencia de las cepas aisladas.
Es por eso por lo que se ha recurrido al uso de diversos métodos como los moleculares para lograr definir la virulencia de una cepa determinada.
SEROTIPIFICADO CEPAS AISLADAS
En México, se han realizado diversos trabajos en los cuales se han serotipificado cepas aisladas entre 1997 y 2019 las cuales se obtuvieron a partir de reproductoras pesadas, reproductoras ligeras, incubadora, pollo de engorda, canales de pollo en plantas de procesamiento y puntos de venta, gallina de postura, aves de traspatio y codornices, en total se logró serotipificar 1235 cepas las cuales se muestran en la Figura 2.
Figura 2. Origen de las 1235 cepas de E. coli aisladas en México que fueron serotipificadas de 1997 a 2019.
En total se logró identificar 131 diferentes serogrupos, de los cuales 30 solo se identificó una cepa, mientras que los más frecuentes fueron las cepas no tipificables, seguidas por las cepas O25, O8, cepas rugosas, O2 y O82, como se muestra en el Cuadro 1.
Cuadro 1. Serogrupos más comunes de E. coli aisladas a partir de diferentes muestras de aves de 1997 a 2019.
- En éste se puede apreciar que la mayoría de los serogrupos encontrados no son los que tradicionalmente se han reportado como característicos de las cepas APEC.
Adicionalmente, se compararon los serogrupos que se encontraron con mayor frecuencia en las muestras de las cuales se contaban con mayor número, lo cual se observa en el Cuadro 2.
Cuadro 2. Serogrupos comunes de Escherichia coli aisladas entre los grupos con mayores números de cepas analizadas.
- En éste puede apreciar que O19 y O84 fueron comunes en pollos y canales de pollo tanto en punto de venta como en plantas de procesamiento;
- Mientras que en el caso de las cepas O82 y O153 se encontraron tanto en canales como en gallinas de postura;
- Finalmente, se encontraron serogrupos comunes en pollos, canales y gallinas, como O2, O8, O25 y O103, por lo que podrían considerarse como candidatos para la elaboración de algún inmunógeno para la prevención de la colibacilosis aviar.
Figura 2. Origen de las 1235 cepas de E. coli aisladas en México que fueron serotipificadas de 1997 a 2019.
IMPLICACIÓN DE APEC EN ENFERMEDADES EXTRAINTESTINALES
Las cepas APEC han sido implicadas en una gran variedad de enfermedades extraintestinales en diferentes especies aviares, desde infecciones localizadas, tales como:
- Onfalitis, infección del saco vitelino, celulitis, síndrome de cabeza hinchada, diarrea, infecciones venéreas, salpingitis, salpingoperitonitis y peritonitis, orquitis y epididimitis;
- bien, infecciones sistémicas como colisepticemia de origen respiratorio, entérico, neonatal o secuelas de estas infecciones como meningitis, panoftalmitis, osteomielitis, espondilitis, artritis, sinovitis y salpingitis, entre otras.
Esta misma versatilidad ha puesto en tela de juicio si en realidad el grupo APEC puede ser considerado como un solo patotipo o si existen subpatotipos que sean los responsables de los diferentes síndromes y que, por tanto, posean genes de virulencia específicos que ocasionen las manifestaciones clínicas ocasionadas por Escherichia coli en las aves.
VÍAS DE ENTRADA DE APEC
Una de las principales vías de entrada de APEC es a través del tracto respiratorio por la inhalación de polvo contaminado, para lo cual la adhesión a la tráquea es un paso inicial crítico para provocar una septicemia posterior; una estructura importante en este proceso es la fimbria tipo 1 que se adhiere a los residuos de D-manosa de las células epiteliales de la tráquea y faringe mediante la adhesina FimH.
Se sabe que los aislamientos bacterianos que colonizan la tráquea, pulmones y los sacos aéreos comúnmente expresan la fimbria tipo 1, mientras que en el caso de aquéllas que son capaces de colonizar tejidos internos o provocar septicemia no lo hacen.
En contraste las cepas que ocasionan infecciones en sacos aéreos, pulmones u órganos internos expresan fimbria tipo P, cuya adhesina PapG que se une al glicolípido galabiosa;
Esta adhesina tiene tres variantes alélicas, de las cuales, se reporta que la mayoría de las cepas APEC poseen PapGII.
- Sin embargo, en un trabajo en el cual se detectaron diversos genes en 30 cepas de Escherichia coli aisladas a partir de gallinas de postura con peritonitis en la región de los Altos de Jalisco, solamente una de ellas fue positiva a dicho gen, mientras que el 100% fueron positivas a FimH.
OTROS FACTORES CRÍTICOS PARA LA VIRULENCIA DE E. COLI
Otros factores críticos para la virulencia de Escherichia coli son los sistemas de adquisición de hierro a través de los sideróforos; se ha reportado que el 40% de las cepas de APEC poseen el sistema aerobactina, mientras que solamente se encontró en el 30% de las cepas aisladas de aves sanas.
Estos factores de virulencia son regulados por sistemas de comunicación bacteriana (quorum sensing) a través de autoinductores, de ellos, el autoinductor 2 (AI-2) se encuentra ampliamente distribuido entre diversas bacterias, además de jugar un papel crucial en la sobrevivencia y la formación de biofilms.
Existen dos tipos de receptores del AI-2, LuxP y LsrB, ambos son capaces de unirse al AI-2 a pesar de tener una estructura diferente; recientemente Zu et al. (2009) demostraron que la deleción del operon lrs, compuesto de 8 genes, entre ellos lrsB, disminuía 294 veces la virulencia en cepas APEC ya que la cantidad de bacterias presentes en sangre, hígado, bazo, riñón, fue significativamente menor que en la cepa silvestre.
A pesar de todos los factores que se han descrito en las cepas APEC, Johnson et al. en 2008, después de analizar un numero importante de genes de virulencia llegaron a la conclusión de que la mayoría de las cepas virulentas poseían al menos tres de cinco genes que se podían identificar a través de una prueba de PCR multiplex a la que se le denominó pentaplex y que se muestra en el Cuadro 3.
Cuadro 3. Genes de virulencia que se consideran en el pentaplex para determinar la virulencia de las cepas APEC de Escherichia coli.
Sin embargo, cabe mencionar que en nuestro laboratorio se han encontrado cepas que han mostrado su virulencia en aves y en pruebas de letalidad embrionario que no los poseen, lo que refuerza la idea de la existencia de subpatotipos.
Un ejemplo de ello es lo encontrado en el estudio realizado por Maturana et al. quienes observaron que cepas aisladas de diferentes síndromes poseían algunas características comunes entre ellas, pero que a su vez difieren de los que se encontraron en otros síndromes, lo que sugiere que, efectivamente, APEC no es un patotipo homogéneo.
Estos hallazgos han llevado a que diversos grupos alrededor del mundo se encuentren estudiando a las cepas APEC, lo que sin duda redundará en el mejor entendimiento de los mecanismos de virulencia y la patogenia de las cepas.
