Patógeno -Pathogen

En biología , un patógeno ( griego : πάθος , pathos "sufrimiento", "pasión" y -γενής , -genēs "productor de") en el sentido más antiguo y amplio, es cualquier organismo o agente que puede producir enfermedad . Un patógeno también puede denominarse agente infeccioso o simplemente germen .

El término patógeno entró en uso en la década de 1880. Por lo general, el término patógeno se utiliza para describir un microorganismo o agente infeccioso , como un virus , una bacteria , un protozoo , un prión , un viroide o un hongo . Los animales pequeños, como los helmintos y los insectos, también pueden causar o transmitir enfermedades. Sin embargo, estos animales suelen denominarse parásitos en lugar de patógenos. El estudio científico de los organismos microscópicos, incluidos los organismos patógenos microscópicos, se denomina microbiología , mientras que la parasitología se refiere al estudio científico de los parásitos y los organismos que los hospedan.

Hay varias vías a través de las cuales los patógenos pueden invadir un huésped. Las vías principales tienen diferentes marcos de tiempo episódicos, pero el suelo tiene el potencial más prolongado o más persistente para albergar un patógeno.

Las enfermedades en humanos causadas por agentes infecciosos se conocen como enfermedades patógenas. No todas las enfermedades son causadas por patógenos, como el pulmón negro por la exposición al polvo de carbón contaminante , trastornos genéticos como la enfermedad de células falciformes y enfermedades autoinmunes como el lupus .

patogenicidad

La patogenicidad es la capacidad potencial de los patógenos para causar enfermedades, lo que implica una combinación de infectividad (capacidad del patógeno para infectar huéspedes) y virulencia (gravedad de la enfermedad del huésped). Los postulados de Koch se utilizan para establecer relaciones causales entre patógenos microbianos y enfermedades. Mientras que la meningitis puede ser causada por una variedad de patógenos bacterianos, virales, fúngicos y parasitarios, el cólera solo es causado por algunas cepas de Vibrio cholerae . Además, algunos patógenos pueden causar enfermedades solo en huéspedes con inmunodeficiencia . Estas infecciones oportunistas a menudo involucran infecciones adquiridas en el hospital entre pacientes que ya luchan contra otra afección.

La infectividad implica la transmisión de patógenos a través del contacto directo con los fluidos corporales o las gotitas en el aire de los huéspedes infectados, el contacto indirecto con áreas/elementos contaminados o la transmisión por vectores vivos como mosquitos y garrapatas . El número de reproducción básico de una infección es el número esperado de casos subsiguientes que probablemente cause a través de la transmisión.

La virulencia implica que los patógenos extraigan los nutrientes del huésped para su supervivencia, evadiendo el sistema inmunitario del huésped al producir toxinas microbianas y causar inmunosupresión . La virulencia óptima describe un equilibrio teórico entre un patógeno que se propaga a huéspedes adicionales para parasitar recursos, mientras reduce su virulencia para mantener vivos a los huéspedes para la transmisión vertical a su descendencia.

Tipos de patógenos

Algas

Las algas son eucariotas unicelulares que generalmente no son patógenas. Las algas verdes del género Prototheca carecen de clorofila y se sabe que causan la enfermedad prototecosis en humanos, perros, gatos y ganado, que generalmente involucra a las especies asociadas al suelo Prototheca wickerhami .

bacterias

Las bacterias son procariotas unicelulares que varían en tamaño entre 0,15 y 700 μM. Si bien la gran mayoría son inofensivos o beneficiosos para sus anfitriones, como los miembros del microbioma intestinal humano que favorecen la digestión, un pequeño porcentaje es patógeno y causa enfermedades infecciosas. Los factores de virulencia bacterianos incluyen factores de adherencia para adherirse a las células huésped, factores de invasión que favorecen la entrada en las células huésped, cápsulas para evitar la opsonización y la fagocitosis , toxinas y sideróforos para adquirir hierro.

Microfotografía de una materia fecal que tiene disentería por Shigella. Estas bacterias suelen causar enfermedades transmitidas por los alimentos.

La enfermedad bacteriana tuberculosis , causada principalmente por Mycobacterium tuberculosis , tiene una de las cargas de enfermedad más altas , matando a 1,6 millones de personas en 2021, principalmente en África y el sudeste asiático. La neumonía bacteriana es causada principalmente por Streptococcus pneumoniae , Staphylococcus aureus , Klebsiella pneumoniae y Haemophilus influenzae . Las enfermedades transmitidas por alimentos involucran típicamente a Campylobacter , Clostridium perfringens , Escherichia coli , Listeria monocytogenes y Salmonella . Otras enfermedades infecciosas causadas por bacterias patógenas son el tétanos , la fiebre tifoidea , la difteria y la lepra .

hongos

Los hongos son organismos eucariotas que pueden funcionar como patógenos. Hay aproximadamente 300 hongos conocidos que son patógenos para los humanos, incluidos Candida albicans , que es la causa más común de la candidiasis bucal , y Cryptococcus neoformans , que puede causar una forma grave de meningitis . Las esporas de hongos típicas miden 4,7 μm de largo o menos.

priones

Ampliada 100× y teñida. Esta microfotografía del tejido cerebral muestra la presencia de cambios espongióticos prominentes en la corteza, con la pérdida de neuronas en un caso de una variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (vCJD)

Los priones son proteínas mal plegadas que transmiten su patrón de plegamiento anormal a otras copias de la proteína sin usar ácidos nucleicos . Además de obtener priones de otros, estas proteínas mal plegadas surgen de diferencias genéticas, ya sea por antecedentes familiares o por mutaciones esporádicas. Las plantas absorben los priones del suelo contaminado y los transportan a sus tallos y hojas, transmitiendo potencialmente los priones a los animales herbívoros . Además, se ha demostrado que la madera, las rocas, el plástico, el vidrio, el cemento, el acero inoxidable y el aluminio se unen, retienen y liberan priones, lo que demuestra que las proteínas resisten la degradación ambiental.

Los priones son más conocidos por causar enfermedades de encefalopatía espongiforme transmisible (TSE) como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD), la variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (vCJD), el síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), el insomnio familiar fatal (FFI) y kuru Inhumanos.

Si bien los priones generalmente se consideran patógenos que hacen que las fibras de proteína amiloide se acumulen en placas neurodegenerativas, Susan Lindquist dirigió una investigación que demostró que la levadura usa priones para transmitir rasgos evolutivamente beneficiosos.

viroides

No debe confundirse con virusoides o virus , los viroides son los patógenos infecciosos más pequeños que se conocen. Los viroides son pequeños ARN circulares monocatenarios que solo se sabe que causan enfermedades de las plantas, como el viroide del tubérculo ahusado de la papa que afecta a varios cultivos agrícolas. El ARN del viroide no está protegido por una cubierta proteica y no codifica ninguna proteína, solo actúa como una ribozima para catalizar otras reacciones bioquímicas.

virus

Los virus tienen generalmente entre 20 y 200 nm de diámetro. Para sobrevivir y replicarse, los virus inyectan su genoma en las células huésped, insertan esos genes en el genoma del huésped y secuestran la maquinaria del huésped para producir cientos de nuevos virus hasta que la célula se abre para liberarlos para infecciones adicionales. El ciclo lítico describe este estado activo de matar rápidamente a los huéspedes, mientras que el ciclo lisogénico describe potencialmente cientos de años de latencia mientras se integra en el genoma del huésped. Junto con la taxonomía organizada por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV), la clasificación de Baltimore separa los virus en siete clases de producción de ARNm :

Otros parásitos

Dos oxiuros junto a una regla de 6 milímetros de largo

Los protozoos son eucariotas unicelulares que se alimentan de microorganismos y tejidos orgánicos. Muchos protozoos actúan como parásitos patógenos que causan enfermedades como malaria , amebiasis , giardiasis , toxoplasmosis , criptosporidiosis , tricomoniasis , enfermedad de Chagas , leishmaniasis , tripanosomiasis africana (enfermedad del sueño), queratitis por Acanthamoeba y meningoencefalitis amebiana primaria (naegleriasis).

Los gusanos parásitos (helmintos) son macroparásitos que se pueden ver a simple vista. Los gusanos viven y se alimentan en su huésped vivo, adquiriendo nutrientes y refugio en el tracto digestivo o el torrente sanguíneo de su huésped. También manipulan el sistema inmunológico del huésped al secretar productos inmunomoduladores que les permiten vivir en su huésped durante años. Helmintiasis es el término generalizado para las infecciones por lombrices parasitarias, que generalmente involucran lombrices intestinales , tenias y platelmintos .

Huéspedes patógenos

bacterias

Si bien las bacterias generalmente se consideran patógenos, sirven como anfitriones de los virus bacteriófagos (comúnmente conocidos como fagos). El ciclo de vida del bacteriófago implica que los virus inyecten su genoma en las células bacterianas, inserten esos genes en el genoma bacteriano y secuestren la maquinaria de la bacteria para producir cientos de nuevos fagos hasta que la célula se abra para liberarlos para infecciones adicionales. Por lo general, los bacteriófagos solo son capaces de infectar una especie o cepa específica.

Streptococcus pyogenes utiliza una nucleasa Cas9 para dividir el ADN extraño que coincide con las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas ( CRISPR ) asociadas con los bacteriófagos, eliminando los genes virales para evitar la infección. Este mecanismo ha sido modificado para la edición artificial de genes CRISPR .

Plantas

Las plantas pueden albergar una amplia gama de tipos de patógenos, incluidos virus, bacterias, hongos, nematodos e incluso otras plantas. Los virus de plantas notables incluyen el virus de la mancha anular de la papaya , que ha causado daños por millones de dólares a los agricultores en Hawái y el sudeste asiático, y el virus del mosaico del tabaco que hizo que el científico Martinus Beijerinck acuñara el término "virus" en 1898. Los patógenos bacterianos de las plantas causan manchas, tizón y pudrición en muchas especies de plantas. Los patógenos bacterianos más comunes para las plantas son Pseudomonas syringae y Ralstonia solanacearum , que causan el oscurecimiento de las hojas y otros problemas en papas, tomates y plátanos.

Enfermedad fúngica de la podredumbre marrón en una manzana. La podredumbre parda generalmente se dirige a una variedad de frutas de pepita.

Los hongos son otro tipo importante de patógenos para las plantas. Pueden causar una amplia variedad de problemas, como plantas de menor altura, crecimientos o hoyos en los troncos de los árboles, pudrición de raíces o semillas y manchas en las hojas. Los hongos de plantas comunes y graves incluyen el hongo del añublo del arroz , la enfermedad del olmo holandés , el tizón del castaño y las enfermedades del nudo negro y la pudrición marrón de las cerezas, ciruelas y melocotones. Se estima que los hongos patógenos por sí solos provocan una reducción de hasta un 65 % en el rendimiento de los cultivos.

En general, las plantas tienen una amplia gama de patógenos y se ha estimado que solo se puede controlar el 3% de las enfermedades causadas por patógenos de plantas.

animales

Los animales a menudo se infectan con muchos de los mismos o similares patógenos que los humanos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos. Si bien los animales salvajes a menudo contraen enfermedades, el mayor peligro es para los animales de ganado. Se estima que en entornos rurales, el 90% o más de las muertes de ganado pueden atribuirse a patógenos. La encefalopatía espongiforme transmisible animal (EET) que involucra priones incluye la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas), la enfermedad crónica debilitante , la tembladera , la encefalopatía transmisible del visón , la encefalopatía espongiforme felina y la encefalopatía espongiforme de ungulados. Otras enfermedades animales incluyen una variedad de trastornos de inmunodeficiencia causados ​​por virus relacionados con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), tales como BIV y FIV .

humanos

Los seres humanos pueden infectarse con muchos tipos de patógenos, incluidos priones, virus, bacterias y hongos, que causan síntomas como estornudos, tos, fiebre, vómitos e insuficiencia orgánica potencialmente letal . Si bien algunos síntomas son causados ​​por la infección patógena, otros son causados ​​por los esfuerzos del sistema inmunitario para matar al patógeno, como temperaturas corporales febrilmente altas destinadas a desnaturalizar las células patógenas.

Tratamiento

prión

A pesar de muchos intentos, no se ha demostrado que ninguna terapia detenga la progresión de las enfermedades priónicas.

Virus

Existe una variedad de opciones de prevención y tratamiento para algunos patógenos virales. Las vacunas son una medida preventiva común y eficaz contra una variedad de patógenos virales. Las vacunas preparan el sistema inmunitario del huésped, de modo que cuando el huésped potencial se encuentra con el virus en estado salvaje, el sistema inmunitario puede defenderse contra la infección rápidamente. Las vacunas diseñadas contra los virus incluyen las vacunas anuales contra la influenza y la vacuna MMR de dos dosis contra el sarampión , las paperas y la rubéola . No hay vacunas disponibles contra los virus responsables del VIH/SIDA , el dengue y el chikungunya .

El tratamiento de infecciones virales a menudo implica tratar los síntomas de la infección, en lugar de administrar medicamentos para combatir el patógeno viral en sí. El tratamiento de los síntomas de una infección viral le da tiempo al sistema inmunitario del huésped para desarrollar anticuerpos contra el patógeno viral. Sin embargo, para el VIH, la terapia antirretroviral de gran actividad (TARGA) se lleva a cabo para evitar que la enfermedad viral se convierta en SIDA a medida que se pierden las células inmunitarias.

bacterias

Una estructura de doxiciclina un antibiótico de clase tetraciclina

Al igual que los patógenos virales, la infección por ciertos patógenos bacterianos se puede prevenir mediante vacunas. Las vacunas contra patógenos bacterianos incluyen la vacuna contra el ántrax y la vacuna contra el neumococo . Muchos otros patógenos bacterianos carecen de vacunas como medida preventiva, pero la infección por estas bacterias a menudo se puede tratar o prevenir con antibióticos . Los antibióticos comunes incluyen amoxicilina , ciprofloxacina y doxiciclina . Cada antibiótico tiene diferentes bacterias contra las que es efectivo y tiene diferentes mecanismos para matar esas bacterias. Por ejemplo, la doxiciclina inhibe la síntesis de nuevas proteínas tanto en bacterias gramnegativas como grampositivas , lo que lo convierte en un antibiótico de amplio espectro capaz de matar a la mayoría de las especies bacterianas.

Debido al mal uso de los antibióticos, como prescripciones terminadas prematuramente que exponen a las bacterias a una presión evolutiva en dosis subletales, algunos patógenos bacterianos han desarrollado resistencia a los antibióticos . Por ejemplo, una cepa genéticamente distinta de Staphylococcus aureus llamada MRSA es resistente a los antibióticos betalactámicos comúnmente recetados . Un informe de 2013 de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) estimó que en los Estados Unidos, al menos 2 millones de personas contraen una infección bacteriana resistente a los antibióticos anualmente, y al menos 23 000 de esos pacientes mueren a causa de la infección.

Debido a su indispensabilidad en la lucha contra las bacterias, se requieren nuevos antibióticos para la atención médica. Uno de los objetivos de los nuevos medicamentos antimicrobianos consiste en inhibir las ADN metiltransferasas , ya que estas proteínas controlan los niveles de expresión de otros genes, como los que codifican factores de virulencia.

hongos

La infección por patógenos fúngicos se trata con medicamentos antifúngicos. El pie de atleta , la tiña inguinal y la tiña son infecciones fúngicas de la piel que se tratan con medicamentos antimicóticos tópicos como el clotrimazol . Las infecciones que involucran la especie de levadura Candida albicans causan candidiasis oral e infecciones vaginales por hongos . Estas infecciones internas pueden tratarse con cremas antimicóticas o con medicamentos orales. Los medicamentos antimicóticos comunes para las infecciones internas incluyen la familia de medicamentos de las equinocandinas y el fluconazol .

Algas

Si bien las algas se consideran comúnmente patógenos, el género Prototheca causa enfermedades en los humanos . Actualmente se está investigando el tratamiento de la prototecosis y no hay consistencia en el tratamiento clínico.

Interacciones sexuales

Muchos patógenos son capaces de interacción sexual. Entre las bacterias patógenas , la interacción sexual ocurre entre células de la misma especie por el proceso de transformación genética . La transformación implica la transferencia de ADN de una célula donante a una célula receptora y la integración del ADN donante en el genoma receptor a través de la recombinación genética . Los patógenos bacterianos Helicobacter pylori , Haemophilus influenzae , Legionella pneumophila , Neisseria gonorrhoeae y Streptococcus pneumoniae con frecuencia se transforman para modificar su genoma en busca de rasgos adicionales y la evasión de las células inmunitarias del huésped.

Los patógenos eucarióticos a menudo son capaces de interacción sexual mediante un proceso que implica meiosis y fertilización . La meiosis implica el emparejamiento íntimo de cromosomas homólogos y la recombinación entre ellos. Los ejemplos de patógenos eucarióticos capaces de tener relaciones sexuales incluyen los parásitos protozoarios Plasmodium falciparum , Toxoplasma gondii , Trypanosoma brucei , Giardia intestinalis y los hongos Aspergillus fumigatus , Candida albicans y Cryptococcus neoformans .

Los virus también pueden sufrir una interacción sexual cuando dos o más genomas virales ingresan a la misma célula huésped. Este proceso implica el emparejamiento de genomas homólogos y la recombinación entre ellos mediante un proceso denominado reactivación de multiplicidad. El virus del herpes simple , el virus de la inmunodeficiencia humana y el virus vaccinia experimentan esta forma de interacción sexual.

Estos procesos de recombinación sexual entre genomas homólogos respaldan las reparaciones del daño genético causado por factores estresantes ambientales y el sistema inmunitario del huésped.

Ver también

Referencias

enlaces externos