Resumen
Las bacterias Staphylococcus, identificadas como la causa de varias infecciones piógenas en el hombre en 1880 (por Sir Alexander Ogston), son Gram-positivas y se caracterizan por presentar racimos irregulares. Están ampliamente distribuidos en la naturaleza y pueden encontrarse en la piel y en las membranas mucosas (nasofaringe y tracto gastrointestinal) de varios animales y aves.
El género se divide en estafilococos coagulasa-positivos que son patógenos y los estafilococos coagulasa-negativos (por ejemplo, Staphylococcus epidermidis) que son comensales comunes en la piel. Pueden comportarse como patógenos oportunistas en determinadas condiciones y causar infecciones. Como bacterias extracelulares, los estafilococos son muy resistentes y, por lo tanto, son capaces de sobrevivir durante un largo periodo de tiempo en diversas superficies.
Ejemplos comunes de bacterias estafilococos son:
- Staphylococcus aureus
- Staphylococcus epidermidis
- Staphylococcus saprophyticus
- Staphylococcus haemolyticus
- Staphylococcus intermedius
- Staphylococcus warneri
* El nombre Staphylococcus deriva de las palabras griegas «staphyle» que significa uvas y «coccus» que significa grano o baya.
Clasificación de los estafilococos
Dominio: Bacterias – Procariotas unicelulares ampliamente distribuidos en todos los ambientes del mundo. Existen como parásitos o como organismos de vida libre, siendo algunas de las especies beneficiosas para el hombre.
Filo: Firmicutes – El filo Firmicutes consiste en muchas bacterias Gram-positivas con unas pocas especies que muestran propiedades Gram-negativas. También producen esporas inactivas (algunas especies) que sobreviven a diversas tensiones ambientales
Clase: Bacilos – La clase Bacilos consiste en bacterias Gram-positivas con bajo G+C – menos del 50 por ciento de guanina y citosina en su ADN. Aunque la mayoría de las especies tienen un aspecto de varilla, su forma puede variar desde varillas filamentosas finas ramificadas hasta cocobacilos, dependiendo de la especie.
Orden: Bacillales – El orden Bacillales está formado por bacterias Gram-positivas, la mayoría de las cuales tienen una forma de varilla pequeña. En la mayoría de los géneros representativos, se ha demostrado que la mayoría de las especies también forman endosporas.
Familia: Staphylococcaceae
– Los miembros de esta familia son bacterias Gram-positivas. Se encuentran comúnmente en la piel, el intestino, el sistema respiratorio y la cavidad oral y son capaces de causar lesiones supurativas y septicemia en ciertas condiciones.
Género: Staphylococcus (Las características del género Staphylococcus se comentan más adelante)
Distribución y ecología
Los miembros del género Staphylococcus se distribuyen por todo el mundo y pueden encontrarse allí donde existen seres humanos y otros animales de sangre caliente.de sangre caliente. Desde el principio, los investigadores se dieron cuenta de que las bacterias Staphylococcus se encuentran a menudo asociadas a otros organismos (especialmente a los de sangre caliente).
Esto llevó a la conclusión de que la piel de los mamíferos es el principal hábitat de estos organismos. Sin embargo, algunos de estos organismos también se han identificado en otras regiones del cuerpo, como la boca, el tracto intestinal y la garganta, entre otras.
En estas regiones del cuerpo, los estafilococos aparecen con menos frecuencia en comparación con la piel, donde existen en gran número. Además de los mamíferos, también se han aislado especies de Staphylococcus en aves.
Si bien las especies de Staphylococcus existen con mayor frecuencia en la piel expuesta, pueden ser fácilmente arrastradas como transitorias. Por esta razón, existen en pocos números en la piel limpia. Sin embargo, cabe destacar que los miembros del género se clasifican en dos grandes grupos (transitorios y residentes) en función de su presencia en diversas regiones del cuerpo de los mamíferos.
Las especies transitorias son aquellas que provienen de fuentes extrañas y se posan en la piel de los mamíferos. Estas formas son residentes temporales, ya que se pueden eliminar fácilmente lavando la piel. Los residentes, en cambio, son autóctonos y tienden a persistir durante largos periodos de tiempo.
En comparación con los estafilococos residentes, también se ha demostrado que las especies transitorias están presentes en bajo número y no se reproducen rápidamente. Durante un lavado de manos quirúrgico rutinario, las formas transitorias se destruyen completamente mientras que las residentes se reducen en número.
Morfología general y estructura celular
Como su nombre indica, las bacterias Staphylococcus tienen una forma esférica (cocos). A diferencia de otras bacterias cocos que pueden existir como células individuales o en pares, etc., el Staphylococcus se presenta en racimos y, por tanto, se asemeja a racimos de uvas.
En estos racimos, las células individuales pueden variar de tamaño. Sin embargo, esta variación también se ha detectado entre diferentes especies con un tamaño que oscila entre 0,5 y 1mm de diámetro.
Cuando se observan al microscopio, se ha visto que algunas especies producen colonias enanas que tienen un aspecto relativamente liso y brillante. Generalmente, las bacterias estafilococos no son móviles y, por tanto, carecen de estructuras (por ejemplo, cilios o flagelos) necesarias para el movimiento.
* El racimo de estafilococos en forma de uva es el resultado de la división de un solo coco en más de un plano.
* Algunas de las especies (por ejemplo, Staphylococcus aureus) producen pigmentos que hacen que aparezcan de color amarillento/dorado cuando se ven bajo el .
Pared celular
Para la mayoría de las bacterias, la célula está rodeada por una pared celular. Esta pared celular está compuesta por peptidoglicano y ácido teicoico en los estafilococos (que también se utilizan para distinguir las diferentes especies de estafilococos).
Mientras que el peptidoglicano de tipo L-Lys-GlY5-6 se encuentra en varios estafilococos (Staphylococcus aureus, Staphylococcus hycus y Staphylococcus cohnii, etc.), la composición de ácido teicoico entre estas especies varía, lo que permite distinguirlas (p.g. Staphylococcus aureus contiene ácido teicoico N-acetilglucosaminil ribitol mientras que Staphylococcus simulans contiene ácido teicoico glicerol).
Actualidad. se han identificado tres componentes principales en la pared celular de las bacterias estafilococos.
Estos incluyen:
- ivproteínas de superficie asociadas a la pared
- Mureína
- Ácidos Ticóicos
.
La mureína, que consiste en hebras de glicanos reticulados por el suministro de péptidos, es continua y cubre toda la célula. Al ser un sáculo macromolecular, la mureína es uno de los principales rasgos distintivos de las bacterias estafilocócicas con un alto grado de reticulación.
El ácido teicoico, por su parte, se produce primero como precursores biosintéticos correspondientes que se asemejan a los precursores implicados en la biosíntesis de la mureína. Junto con las proteínas asociadas a la superficie, los estudios han demostrado que los precursores del ácido teicoico se unen a la mureína durante su ensamblaje.
* Bajo el microscopio electrónico, se ha demostrado que la pared celular de Staphylococcus aureus es relativamente gruesa, de entre 20 y 40nm. Esto es característico de las bacterias Gram-positivas que contienen un peptidoglicano más grueso en comparación con el de las bacterias Gram-negativas.
* La mureína compone el peptidoglicano de la pared celular y, por tanto, le da resistencia estructural.
* El ácido teicoico, que también es un componente importante de la pared celular, contribuye a la fisiología bacteriana y, por lo tanto, contribuye a la interacción con el huésped, a la resistencia a las sustancias antimicrobianas, así como a aumentar la virulencia.
* Las proteínas de superficie están unidas covalentemente al peptidoglicano y cumplen una serie de funciones que incluyen la promoción de la patogénesis.
Reproducción y ciclo de vida (Staphylococcus aureus)
Al igual que muchas otras bacterias, los estafilococos se dividen por fisión binaria. Si bien este proceso produce dos células hijas, éstas permanecen unidas entre sí, lo que finalmente da lugar a la agrupación. Según varios estudios, se ha demostrado que este proceso en Staphylococcus aureus está bajo el control de GpsB (una proteína esencial).
Aquí se sugiere que GpsB interactúa con FtsZ (un componente importante de la maquinaria de división celular en las bacterias) aumentando su actividad GTPasa. Esto contribuye a la constricción de la envoltura celular, provocando en última instancia que la célula se divida en dos.
Durante la división celular (a través de la fisión binaria), el peptidoglicano también aumenta de tamaño a medida que la célula se alarga (la pared celular crece hacia fuera del anillo FtsZ). En el proceso, la espina dorsal del peptidoglicano se corta, lo que hace necesaria la síntesis de nuevo material de la pared celular.
Esto es posible gracias a las autolisinas (enzimas) que hidrolizan los enlaces glicosídicos que luego se unen a la N-acetilglucosamina y al ácido N-acetilmurámico con los huecos que se llenan con diversos materiales de la pared celular. En última instancia, esto permite que cada una de las células recién formadas tenga su propia pared celular formada por peptidoglicano.
Adaptaciones nutricionales
Se ha demostrado que las especies de estafilococos circulan entre varios entornos con limitación de nutrientes, incluyendo hábitats terrestres y especies hospedadoras entre otros. En caso de que los nutrientes sean limitados, persisten en determinados entornos durante mucho tiempo, lo que les permite sobrevivir hasta que las condiciones mejoren.
Por ejemplo, cuando el Staphylococcus aureus se cultiva en un medio que limita la glucosa, un pequeño remanente de la bacteria (que se hace más pequeño) es capaz de vivir durante un largo periodo de tiempo con la capacidad de sobrevivir a condiciones estresantes. Esta es una de las razones por las que las especies de estafilococos son muy problemáticas en entornos clínicos donde infectan dispositivos médicos y diversas superficies, etc.
* En la piel, los comensales como los estafilococos coagulasa-negativos son beneficiosos dado que promueven/aumentan la competencia de la inmunidad cutánea al mejorar la red de células inmunitarias innatas y adaptativas en la piel. Esto, a su vez, controla el resto de la flora normal de la piel.
Patogénesis
Aunque un buen número de bacterias estafilocócicas existen como comensales en varias regiones del cuerpo, pueden causar varias infecciones, algunas de las cuales pueden ser fatales si no se tratan. Dependiendo de las condiciones, estas infecciones pueden ser el resultado de una brecha mecánica en las barreras de la piel/mucosas o como resultado de las toxinas producidas por las bacterias.
Dado que se presentan con frecuencia en la piel, así como en otros lugares del cuerpo, las especies de Staphylococcus, por ejemplo S. aureus, pueden aprovechar las heridas o los catéteres intravasculares, etc. para causar enfermedades. Siempre que tienen la oportunidad de invadir los tejidos corporales, colonizan e invaden antes de extenderse a otras partes del cuerpo a través de la circulación.
En los casos en los que penetran en la piel y llegan a los tejidos internos del cuerpo, los estafilococos utilizan sus proteínas de superficie (por ejemplo, la proteína de unión al colágeno para adherirse a las superficies de estos tejidos). Esto favorece la adherencia, ya que producen enzimas que les permiten obtener nutrientes. A medida que crecen y aumentan en número, comienzan a extenderse a los tejidos adyacentes.
A veces, entran en el torrente sanguíneo causando bacteriemia. Además de las infecciones del torrente sanguíneo, S. aureus también es responsable de infecciones óseas y articulares, así como de neumonía en algunos pacientes.
Aparte de las infecciones invasivas, el Staphylococcus también puede causar enfermedades al liberar toxinas. Algunas de las toxinas liberadas habitualmente por S. aureus son la hemolisina y la leucotoxina. Estas toxinas pueden causar el síndrome de shock tóxico y el síndrome de la piel escaldada, así como intoxicaciones alimentarias.
Aquí se ha demostrado que estas enfermedades se producen cuando las toxinas se unen a las moléculas de las células presentadoras de antígenos. Estas toxinas son capaces de causar daños biológicos en las membranas de la célula, provocando así la muerte celular. En algunos casos, también se ha demostrado que lisan los neutrófilos una vez ingeridos, acción que protege a las bacterias de la inmunidad innata del huésped.
Algunas de las otras formas de infecciones causadas por las bacterias estafilococos son:
- Las lesiones cutáneas superficiales, así como los abscesos localizados
-
Endocarditis iv
- Infecciones del tracto urinario
Cultivo y microscopía
Utilizando medios de cultivo, es posible aislar y mantener cultivos puros de un determinado organismo. Esto también permite determinar si un determinado microorganismo de interés está presente en una muestra.
El agar sangre se utiliza habitualmente como medio diferencial y enriquecido para el cultivo de bacterias estafilocócicas. En este caso, la sangre se utiliza como ingrediente de enriquecimiento para cultivar organismos fastidiosos.
Si están presentes en la muestra, varios estafilococos aparecerán de forma diferente. Por ejemplo, S. aureus muestra un color amarillo claro o dorado que es indicativo de la pigmentación. S. epidermidis aparece de color blanco mientras que S. saprophyticus exhibe un color amarillo brillante o blanco.
Tinción de Gram
La técnica de tinción de Gram se utiliza para identificar los diferentes tipos de bacterias mediante la tinción de Gram.
Requisitos
- Muestra
- Cristal portaobjetos
- Violeta de cristal
- Safranina
- Solución de yodo
- Microscopio – Microscopio compuesto
- Quemador
- Agua
Procedimiento
En un portaobjetos de vidrio limpio, crear un fino frotis de la muestra – Esto puede lograrse simplemente colocando una gota de cultivo en suspensión en un portaobjetos utilizando un bucle de inoculación y untando para crear una fina capa.
Deje que la muestra se seque al aire y luego fíjela pasando por encima de una llama suave – Mueva el portaobjetos varias veces por encima de la llama para evitar un sobrecalentamiento localizado.
Verter la tinción de violeta de cristal sobre el cultivo y dejar reposar durante unos 30 segundos a 1 minuto.
Verter la tinción y enjuagar con agua
Añadir solución de yodo asegurándose de cubrir la muestra fijada y dejar reposar entre 30 segundos y 1 minuto.
Verter la solución de yodo y enjuagar con agua.
Añadir unas gotas del decolorante de alcohol y aclarar con agua durante unos 5 minutos.
Contrapuntear la muestra con safranina o fucsina básica durante aproximadamente 1 minuto y lavar con agua.
Eliminar el exceso de agua con papel biblia.
Añadir una o dos gotas de aceite de inmersión sobre el frotis y observar al microscopio.
Observación
Cuando se observa al microscopio, los estafilococos (e.g. S. aureus) aparecerán como pequeños cuerpos esféricos que forman racimos parecidos a las uvas y que son de color púrpura o azulado. Esto se debe a que su grueso peptidoglicano les permite retener la tinción primaria.
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Corey P. Parlet, Morgan M. Brown, Alexander R. Horswill. (2019). Los estafilococos comensales influyen en la colonización cutánea de Staphylococcus aureus y en la enfermedad.
Frank Lowy. Estafilococos.
Peter Giesbrecht, Thomas Kersten, Heinrich Maidhof, y Jörg Wecke. (1998). Pared celular estafilocócica: Morfogénesis y variaciones fatales en presencia de la penicilina.
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