Escherichia coli enterohemorrágico VTEC/STEC/EHEC: genes productores de toxinas Stx1 y Stx2 y tipado de los serogrupos/serotipos – Amplificación de ADN convencional y Real-time
Escherichia coli es una especie de bacilo gramnegativo aerobio-anaerobio facultativo incluida en la familia Enterobacteriaceae. Esta especie de bacteria es un habitante de la flora normal intestinal del hombre y de los animales. En ocasiones, puede producir cuadros de diarreas e incluso muchos tipos de infecciones extraintestinales (infecciones urinarias, septicemias, neumonías, meningitis, etc.). El conocimiento de su participación en la producción de un proceso intestinal está dificultado por la necesidad de diferenciar entre los aislados de E. coli que forman parte de la flora normal del intestino y aquellos capaces de producir un cuadro con afectación del funcionalismo del tubo digestivo. Inicialmente se diferenciaron aquellos correspondientes a algunos serotipos concretos que se encontraban en casos o brotes de gastroenteritis (infección con inflamación del tubo digestivo manifestada principalmente por diarreas y vómitos) en niños pequeños. A continuación, se diferenciaron aquellas variedades que eran productoras de toxinas que alteraban el funcionalismo de los enterocitos (células del epitelio intestinal) produciendo cuadros de diarreas. Estas variedades eran aquellas que producían una de dos tipos de enterotoxinas: enterotoxina termolábil (llamada así porque se destruye por el calentamiento) o enterotoxina termoestable (llamada así porque resiste el calentamiento). Posteriormente, se fueron diferenciando otras variedades dotadas de otros determinantes de patogenicidad por adquisición de determinados genes de virulencia.
Los grupos bien definidos actualmente de Escherichia coli productores de cuadros diarreicos son:
- VTEC = EHEC = STEC (Vero Toxin Escherichia coli = Enterohemorrhagic Escherichia coli = Shiga Toxin producing Escherichia coli).
- ETEC (Enterotoxigenic Escherichia coli).
- EPEC (Enteropathogenic Escherichia coli).
- EIEC (Enteroinvasive Escherichia coli).
- EaggEC (Enteroaggregative Escherichia coli).
- DAEC (Diffusely adhering Escherichia coli).
Las cepas de E. coli VTEC (EHEC, STEC) se ha demostrado que está relacionado con una forma grave de infección intestinal con posibilidad de provocar complicaciones extraintestinales, como es el síndrome hemolítico-urémico.
E. coli O157:H7, y otros serogrupos relacionados
En 1982, Escherichia coli O157:H7 provocó dos brotes de una enfermedad entérica denominada “colitis hemorrágica”, caracterizada por dolor abdominal intenso con diarrea acuosa seguida de diarrrea hemorrágica, y evidencia de inflamación colónica con fiebre moderada o sin ella. Desde entonces, se considera un patógeno importante, que supera a Salmonella o Shigella en algunas zonas. Algunas personas infectadas pueden permanecer asíntomáticas. Los individuos más susceptibles a la infección son los niños y las personas de edad avanzada. La infección puede provocar una complicación grave conocida como síndrome hemolítico-urémico (HUSD: Hemolytic uremic syndrome). El síndrome hemolítico-urémico es un proceso en el que los hematíes se destruyen y se produce un fallo renal.
Las manifestaciones clínicas de la infección suelen ocurrir a partir de los tres días de la infección (1 a 9 días). La infección puede provocar una amplia variedad de cuadros clínicos que pueden presentarse como diarreas moderadas no-sanguinolentas, diarrea sanguinolenta intensa (colitis hemorrágica), y la complicación del síndrome hemolítico-urémico (en aproximadamente el 2 a 7% de los casos). Alrededor del 30% de las personas que han padecido un síndrome hemolítico-urémico, continúan con alteración de la función renal durante muchos años. En EEUU, este síndrome es la principal causa de fracaso renal agudo en niños.
Características microbiológicas
Al ser la mayoría de los E. coli no patógenos y ante la necesidad de diferenciar las cepas causantes de procesos patológicos, antes de la utilización de los métodos moleculares y de identificare los factores de virulencia, los microbiólogos identificaron los antígenos de superficie. Con ello se elaboró una clasificación serológica basada en la reacción de las moléculas de la superficie bacteriana con diferentes anticuerpos (serotipado). Posteriormente, se ha elaborado un esquema de clasificación basado en los factores de virulencia (virotipado). Este esquema está más relacionado con el proceso patológico provocado de lo que lo estaba el serotipado. El virotipado se realiza fundamentalmente por métodos de hibridación o de PCR (reacción en cadena de la polimerasa) que detectan los genes productores de los factores de virulencia. Por estar estos métodos menos extendidos se continúan utilizando por muchos el serotipado y es éste, el procedimiento más utilizado habitualmente, aunque es menos preciso.
Para la clasificación serológica (serotipado) de Escherichia coli se utiliza la identificación de los antígenos O (lipopolisacáridos) y de los antígenos H (flagelos; H de “hauch, palabra alemana de flagelo). Los antígenos O identifican el serogrupo de una cepa, y los antígenos H el serotipo. Se conocen unos 160 serogrupos de E. coli.
E. coli O157:H7 ó E. coli O157:inmóvil (O157 STEC) u otros E. coli NM (no móvil) pueden producir una o más toxinas de Shiga llamadas verotoxinas (por el efecto producido en cultivos de células Vero). Las cepas productoras de estas toxinas son más frecuentes en EEUU y Europa.
Existen al menos 100 serogrupos/serotipos de E. coli STEC, distintos de O157, que se han relacionado con estos procesos. De ellos, E. coli O111:NM (no móvil), y E. coli O26:H11 son los más frecuentes, aunque existe escaso conocimiento de la posible participación de otros por no buscarse habitualmente.
Un virotipo por lo tanto, puede incluir a más de un serogrupo/serotipo. Las cepas de E. coli enterohemorrágico poseen adhesinas similares a las que poseen otros E. coli (p.ej. EPEC – enteropatógenos), con un gen denominado eaeA (codificante de intimina), que es similar al gen eaeA de las cepas de EPEC y que realiza la misma función, mediar la fijación intima de la bacteria a la célula de la pared intestinal. También suelen producir una enterohemolisina codificada por un gen plasmídico –hlyA-.
La principal diferencia de las cepas de E. coli enterohemorrágico (STEC/VTEC/EHEC), es que producen una toxina que es casi idéntica a la toxina de Shiga (Stx), una toxina que es responsable del cuadro de disentería provocado por Shigella spp. Existen dos tipos de toxinas: Stx – Stx1, que es muy similar a la toxina de Shigella spp., y Stx2 que es parecida a la toxina Stx1 pero que se diferencia de ella en suficiente número de aminoácidos con lo que genera anticuerpos diferentes que permiten diferenciarlas. Las cepas productoras de toxina Stx2 son más propensas a producir el síndrome hemolítico-urémico. Existen receptores para estas toxinas tanto en las células intestinales como en las células del riñón, y de ahí el que cuando se absorbe a partir del intestino y llega al riñón pueda provocar un daño renal. Los genes de estas toxinas se encuentran en un bacteriófago atemperado y a través de ellos podrían pasar a otras cepas de E. coli que no poseen estos genes.
En los cultivos en placas de MacConkey habitual (con lactosa incorporada), puede confundirse con otros E. coli, ya que fermenta la lactosa rápidamente y es indistinguible de otras colonias de E. coli. Una forma de diferenciar la mayoría de los aislados de E. coli O157:H7 es por su incapacidad para fermentar el sorbitol, a diferencia de lo que hacen otros E. coli, por lo que esta característica se utiliza para diferenciarlos en placas de medio de MacConkey que contienen sorbitol. Sin embargo, existen algunos aislados de este virotipo de E. coli que utilizan el sorbitol, por lo que esta diferenciación no es completamente exacta.
Habitat y transmisión
E. coli O157 coloniza el tubo digestivo del ganado. La infección humana se produce por alimentos o bebidas contaminadas. A partir del ganado puede contaminar los productos cárnicos, principalmente la carne picada, y los productos lácteos, debido a que con frecuencia la bacteria se encuentra en las ubres de las vacas y contamina la leche y a través de ella a los derivados lácteos. De igual forma a través de los excrementos de los animales puede contaminar aguas.
La carne picada ha sido el alimento más relacionado con los brotes epidémicos de esta infección, principalmente cuando se ingiere poco cocinada, como ocurre con las hamburguesas. También se han producido brotes por leche fresca, salchichas, roast beef, agua sin clorar o baño en aguas contaminadas, consumo de vegetales crudos (ensaladas), mayonesa, etc. Se han descrito casos de transmisión ocasional a través de productos poco habituales, por ejemplo de zumos de manzanas, posiblemente debido a haberse preparado con manzanas caídas de los árboles que podrían haberse contaminado con excrementos de ganado, utilizados como abono. Los casos de infección a través de mayonesa se han atribuido a que esta bacteria podría colonizar los pollos pequeños y persistir en ellos durante mucho tiempo, contaminando posteriormente la envoltura del huevo. De igual forma, hay que tener en cuenta que esta bacteria, a diferencia de otras, puede sobrevivir en alimentos ácidos (yogur, algunos zumos vegetales, etc.) cuando no estén pasteurizados.
Puede pasar de persona a persona a través de contacto con manos sucias, fundamentalmente en colegios, familias, guarderías o residencias de tercera edad. Las personas que han padecido una infección por esta bacteria pueden continuar eliminándola una o tres semanas, o incluso durante más tiempo.
Diagnóstico
Para detectar la infección humana debe realizarse un cultivo de heces (coprocultivo). Para detectar su presencia en un alimento contaminado debe realizarse un cultivo del alimento sospechoso. Posteriormente, se describen con más detalle algunos de los procedimientos recomendados para su detección en cultivo. También se indican algunos métodos que pueden seguirse para detectar la capacidad de producir toxinas enterohemorrágicas (Shiga toxina = verotoxina) (toxicidad en cultivo celular o pruebas inmunológicas), o de los genes que las producen (PCR: reacción en cadena de la polimerasa).
Tratamiento
La mayoría de las personas mejoran sin antibióticos en unos 5 a 10 días, y no existen evidencias de que los antibióticos mejoren el curso de la infección. Por otra parte, no se recomienda la administración de antibióticos porque se ha observado un incremento de las complicaciones renales cuando se tratan con ellos a los pacientes con ellos. Tampoco deben utilizarse algunos antidiarreicos como loperamida. Únicamente se recomienda la ingesta suficiente de líquidos para evitar la deshidratación.
Cuando se produce la complicación del síndrome hemolítico-urémico se recomienda administrar transfusiones sanguíneas o factores de coagulación, así como diálisis renal cuando sea necesario. Aunque la mayoría de las personas afectas de este síndrome se recuperan, en algunos casos puede ser fatal en 3 a 5% de los pacientes.
Prevención
Lo más recomendado es evitar la ingesta de hamburguesas, o de otros productos elaborados con carne picada, poco cocinados. Una forma sencilla de saberlo es que no estén de color rosado en su interior, sino de color marrón o grisáceo y que el jugo que liberen sea claro, y su interior esté caliente. En este sentido se han realizado experimentos y se ha observado que el cambio de coloración aparecido durante la cocción puede no ser significativo de calentamiento interior por lo que se está recomendado en EEUU el uso de termómetros especiales para medir el calentamiento de la carne.
De igual forma solo deben ingerirse leche, y los derivados lácteos, pasteurizados. También hay que asegurarse de que las personas infectadas, especialmente los niños, se laven las manos con jabón después de ir al aseo para evitar la extensión de la infección.
Además se recomienda lavar cualquier fruta o vegetal ingeridos crudos, lavarse cuidadosamente las manos antes y después de preparar los alimentos, conservar en nevera los productos cárnicos, evitar tragar agua durante los baños en aguas de lagos o de piscinas, y que las personas con diarrea no utilicen piscinas, ni preparen alimentos.
Por otra parte, debido a que las bacterias se eliminan por heces, los niños, principalmente los que asisten a guarderías, los trabajadores de salud o los manipuladores de alimentos, no deben acudir a sus respectivas guarderías o lugar de trabajo mientras la diarrea persista. Cuando la diarrea desaparece debe tenerse mucho cuidado en el lavado de manos después de usar el aseo ya que pueden continuar eliminando la bacteria por heces entre una y tres semanas o más.
Comentarios del brote ocurrido en Alemania (2011)
El brote ocurrido en Alemania (mayo 2011) está causado por una cepa de VTEC perteneciente al serogrupo/serotipo O104: H4. Este serogrupo/serotipo no se encontraba entre los relacionados habitualmente con infecciones graves en Europa y a nivel mundial.
Las características que se han comunicado de la cepa causante de este brote son:
1.Produce la toxina VT”, y posee el gen vtx2a.
2.Carece del gen que codifica el factor de adherencia “intimina” (gen eae), que se consideraba un marcador de patogenicidad de los VTEC patogénicos.
3.Es multirresistente (ampicilina, cefoxitina, cefotaxima, ceftazidima, estreptomicina, tetraciclinas, trimetoprim/sulfamethosazol, ácido nalidixico. Produce una beta-lactamasa de espectro extendido (ESBL): CTX-M15.
4.Todas las cepas, excepto una, estudiadas hasta ahora, poseen los marcadores genéticos de un Escherichia coli enteroagregativo (EAggEC): genes aggR, aatA, aaiC y aap.
Estos hechos hacen cambiar el diseño habitual para cribado de estos aislados, por ejemplo, los basados en la presencia del gen eae (ISO TS 13136). Además, la detección del serotipo es problemática, y sólo algunos laboratorios poseen los antisueros específicos para este serogrupo. Por ello, pueden considerarse dos marcadores genéticos para el cribado molecular de los cultivos de enriquecimiento positivos para vtx: el gen asociado con el antígeno O104 (wzxO104), y el gen codificante del antígeno flagelar H4 (fliCH4).