BLBS029-Fouad January 23, 2009 10:46
Perspectivas Microbiologicas en el Siglo XXI
William Wade
Introduccion
El último cuarto del siglo XIX fue considerado la edad de oro de la microbiología médica. El innovador trabajo de Pasteur, Koch y otros condujo al desarrollo de caldo y agar que fueron capaces de apoyar el crecimiento en el laboratorio de los principales patógenos bacterianos que afectan al hombre. La capaci-dad para crecer estos organismos en cultivo puro llevado a la producción de vacunas para muchas de las enfermedades que causaron. Estos avances, y el posterior descubrimiento y desarrollo de los antimicrobianos, condujo a la creencia errónea de que las enfermedades infecciosas habían sido dominadas.
Claramente, en la actualidad nos hemos dado cuenta que este punto de vista tan optimista no es justificado, al menos no a causa de la rápida aparición de resistencias bacterianas a los antimicrobianos. De hecho, el consenso es que la batalla contra la resistencia bacteriana se está perdiendo, tanto por la dificultad y los costos asociados con el desarrollo de nuevos antimicrobianos y el uso indiscriminado de los actualmente disponibles. Las previsiones de fracaso final de las estrategias de los antimicrobianos ha llevado a un renovado interés en la aclaración de los mecanismos patogénicos utilizados por bacterias para causar la enfermedad, con el objetivo último de la elaboración de nuevos métodos de prevención y tratamiento de enfermedades. Al mismo tiempo el interés en la población microbiana en todo el mundo ha sido intenso y las nuevas técnicas estén disponibles para caracterizar las comunidades bacterianas que se encuentran en todos los ecosistemas del planeta. Estos han puesto de manifiesto la diversidad enormemente sorprendente de la vida microbiana en la tierra y la extrema complejidad de la mayoría de las comunidades bacterianas. Por otra parte, la inmensa diversidad subespecífica empieza apenas a ser plenamente entendida y apreciada. Las bacterias fácilmente el intercambian su ADN y pueden “ intercalar” sus propios genomas para generar la diversidad, con el objetivo último de responder y adaptarse a los cambios ambientales. Como veremos más adelante, las bacterias se comunican entre comunidades y, en el caso de los comensales interactuan con las plantas y los animales, que funcionan como sus hospedadores.
Estas interacciones operan en distintos niveles y puede ser muy sofisticados. El siglo XXI será un período de grandes avances en cuanto a nuestra comprensión del mundo microbiano. El objetivo de este capítulo es revisar los últimos desarrollos en microbiología y seleccionado para resaltar áreas fundamentales que son propensos a cambiar nuestro punto de vista conceptual de las enfermedades infecciosas como las infecciones orales y endodonticas en particular.
Inevitablemente, un breve capítulo por si solo no puede proporcionar una visión global de toda una disciplina, a causa de que existen temas que se interrelacionados y que sin duda son importantes para cambiar nuestro punto de vista de la relacion entre el mundo microbiano y el ser humano como huesped.
Genetica
La secuencia del genoma humano fue publicado en 2001. Los beneficios de este logro tan excepcional son numerosos, siendo uno de los mas importantes el hecho de que ahora se cuenta con la identificación de genes responsables de causar o una predisponer un gran número de enfermedades (Wellcome Trust Case Control Consorcium 2007). Al mismo tiempo, y en gran medida posible debido a los avances técnicos realizados como parte del esfuerzo de secuenciación del genoma humano, los genomas de otros organismos están siendo secuenciados, incluidos los de las bacterias. Para el mes de octubre de 2007, 548 genomas de bacterias ya habían sido secuenciados y publicados, mientras que más de 1.400 más estaban en curso (para obtener más información, vea http://www.genomesonline.org/). Como era de esperar, los datos obtenidos han puesto de manifiesto el enorme potencial genético contenido en genomas de bacterias, y en cada genoma secuenciado, alrededor de un tercio de los genes presentes han sido la novedad y la función de una proporción significativa sigue siendo desconocido.
La disponibilidad de datos de la secuencia del genoma esta permitiendo una clasificación bacteriana mucho más extensa que la que era posible realizar anteriormente. La taxonomía o clasificacion bacteriana una vez se basó exclusivamente en caracteres fenotípicos y era muy inexacta debido a las dificultades en la obtención e interpretación de estos datos respecto a las plantas y los animales que las diferencias en el fenotipos son mucho más evidentes. En los últimos años, la información genética ha sido cada vez más utilizada, pero en una escala limitada, y normalmente sólo las secuencias del ARNr 16S y otros genes de limpieza se han utilizado. Los nuevos métodos se están introduciendo para hacer uso de la secuencia de datos disponibles para genomas completos (Konstantinidis y Tiedje 2005). En general, los resultados de la utilización de estos métodos han apoyado el gen 16S ARNr y su taxonomía asi como de las especies y genes funcionales en el ADN y nivel de género pero, además, han aportado una mayor claridad de las relaciones entre una y otra de las filas taxonómicas superiores, donde la superposicion sustancial entre filas se ha observado.
Los resultados del análisis de algunos datos genómicos han sido muy sorprendentes. Un grupo de cocos Gram positivos que se encuentran en las amibas no pudo ser identificado por el análisis convencional molecular de la secuenciación del gen 16S ARN ribosomal (ARNr), ya que los genes ribosomales no pueden aun ser ampliados para la secuenciación. Datos Genómicos explican esta dificultad mediante la revelación de que el organismo era en realidad un virus, el más grande descubierto hasta ahora, ahora llamado Mimivirus. Las partículas del virus son grandes de hasta 0,8 micras de diámetro, el tamaño de muchas bacterias. Es principalmente infectante de otras amibas, pero se ha implicado como causa de la neumonía por motivos serológicos y ha provocado una neumonía adquirida en el laboratorio en un investigador (Raoult et al. 2007). En el otro extremo de la escala de las bacterias, los miembros del género Epulopiscium, que se encuentran en el intestino de algunos Acanthuridae (pez cirujano) (Angert et al. 1993), se ha descubierto que son visibles a simple vista.
Además de la correcta identificación de singularidades evolutivas, los datos genómicos han identificado numerosas rutas bioquímicas nuevas con potencial de explotaciónción. Entre ellos se encuentran algunos antimicrobianos nuevos aunque la gama de objetivos dentro de las células bacterianas que ha surgido por la evolución natural es más bien estrecha. Una vía más prometedora para el desarrollo de nuevos antimicrobianos es utilizar los datos genómicos para identificar nuevas dianas o blancos para el tratamiento antimicrobiano (Pucci 2006).Se pueden hace predicciones a partir de datos del genoma en cuanto a que tan esencial es un determinado organismo y por lo tanto no cómo la modificacion de este podria afectar la vitalidad del organismo. Estas predicciones pueden ser probadas de manera adecuada experimentalmente utilizando una amplia gama de métodos que se han desarrollado en respuesta a la disponibilidad de los datos genómicos. Estos incluyen mutagénesis aleatoria mediada por transposones o la inserción de los plásmidos, los trastornos específicos del gen o en las técnicas in vivo como agente mutágeno espresion de la mutasion en una mutasion regulada in vivo. La Genetica estructural, donde los datos de secuencia se utiliza para predecir la estructura esencial de las proteínas bacterianas, también se está utilizando para identificar blancos potenciales para los antimicrobianos. Por último, la genetica comparativa se puede utilizar para identificar las características comunes de los agentes patógenos que afectan a un sitio particular del cuerpo a los antimicrobianos para requisitos particulares para fines específicos, por ejemplo, infección del tracto respiratorio.
Las nuevas tecnologías de secuenciación han sido y estan siendo introducidas y ofreceran la habilidad de secuenciar genomas de bacterias dentro del alcance de los distintos laboratorios. El reto, sin embargo, es exactamente interpretar los datos, de modo que nuevos métodos de analisis de bioinformáticos seran requerirdos. La información obtenida hasta el momento ha sido de extraordinario valor para entender el papel de las bacterias patógenas en la enfermedad y es la base fundamental de otras nuevas tecnologías como la transcriptómica y proteómica. La siguiente tarea será entender cómo interactúan los productos de genes, tanto dentro de una célula bacteriana y en respuesta a los estímulos externos del medio ambiente como en otros organismos.
Ecología molecular microbiana y el estudio de bacterias no cultivables
Casi sin excepción, las infecciones orales son polimicrobianas en su naturaleza y difícil de estudiar porque alrededor de la mitad de las bacterias presentes en la cavidad oral no se puede cultivar con medios de cultivo convencionales. Desde hace tiempo se reconoce que no todas las bacterias de un determinado hábitat pueden ser cultivadas en medios artificiales de laboratorio.
De hecho, se ha estimado que menos del 2% de las bacterias en la tierra puede ser cultivadas.
Métodos para la caracterización de complejas comunidades bacterianas se han desarrollado como consecuencia de la utilización de datos de secuencias de ADN para la construcción de árboles evolutivos. Esto se hizo mediante la comparación de las secuencias de genes que codifican funciones esenciales, los genes llamados de limpieza que se encuentran en todos los organismos celulares. El gen más utilizado hasta la fecha ha sido de codificación que la subunidad 16S molécula de ARNr. Los ribosomas tienen la función esencial de la traducción de ARN mensajero en las cadenas de aminoácidos y, debido a la necesidad de preservar la función, se han desarrollado lentamente.
Algunas de las regiones del gen han cambiado muy poco en el tiempo y por lo tanto prácticamente son idénticas en todas las bacterias. Estas regiones son muy útiles para el diseño de primers PCR universales que puede amplificar el gen de una amplia gama de bacterias distintas. Otras regiones son más variables y se puede utilizar para discriminar entre los organismos, casi a nivel de especie. Woese y sus colegas usaron pequeñas comparaciones de la subunidad de rRNA para construir un árbol de la vida (Fig. 1.1) que mostró que las bacterias han evolucionado en dos dominios, Archaea y bacterias, mientras que los organismos eucariotes cayeron en un tercer dominio, el Eukarya (Woese 1987). Originalmente se pensaba que los organismos que se encuentran en el dominio de las bacterias fueron las que se encuentran en entornos normales, mientras que el Archaea estaban presentes en ambientes extremos, tales como las profundidades del mar y como asociadas con volcanes y así sucesivamente. Sin embargo, estas asociaciones han sido demostrado que no son verdad y los miembros de Archaea son conocidos por ser muy distribuidos, y un género arqueas, Methanobrevibacter, se pueden encontrar en la boca humana.
Una consecuencia importante de la disponibilidad de este árbol es que los organismos desconocidos de cualquier tipo se pueden identificar simplemente por la secuencia de su gen ARNr y la adición de la secuencia para el árbol o directamente comparando la secuencia con los cientos de miles de secuencias bacterianas, contenidas en las bases de datos de secuencia. Comunidades bacterianas complejas puede ser caracterizada por el PCR, la clonación y secuenciación de la 16S ARNr.
Microbiologia Endodontal
Estos estudios se han realizado con muestras en boca humana sana y o con enfermedad y son descritas en detalle en el capítulo 4. Un común hallazo en todos los estudios hasta la fecha ha sido la de confirmar que aproximadamente la mitad de la microbiota oral es no cultivable. Actualmente, alrededor de 36 divisiones dentro del dominio bacteria han sido reconocidos, de los cuales 13 han sido detectados en la boca humana. Algunas divisiones no tienen representantes cultivables incluyendo TM7 y SR1, los clones de los cuales se han encontrado en la boca. También hay ramas profundas de los filamentos Bacteroides de las que no se han identificado miembros cultivables. En la actualidad los principales esfuerzos están siendo enfocados en mejorar nuestra comprensión de las bacterias incultivables. Estos incluyen el desarrollo de nuevos medios de cultivo que mejor imitan el entorno natural. Muy a menudo, los medios de laboratorio de cultivo son mucho más ricos en nutrientes que en el hábitat natural, y el uso de diluir los medios de comunicación o sustrato natural filtrada ha tenido éxito en el cultivo de organismos previamente incultivables.
Este enfoque no se ha aplicado sistemáticamente al estudio de las bacterias orales incultivables, pero debe ser posible. Además, los métodos para secuenciar los genomas de las bacterias no cultivables se están desarrollando. La disponibilidad de datos de la secuencia 16S ARNr de genes de estos organismos hace posible el diseño de sondas específicas de ADN que pueden ser marcados con fluorocromos. Las sondas se pueden utilizar en conjunción con los métodos de producción-separación como la citometría de flujo, clasificación de la célula, o el aislamiento con pinzas ópticas para dar un pequeño número de las células diana o blanco en cultivo puro. Las técnicas de amplificación genómica están ahora disponibles para obtener suficiente ADN para la secuenciación de una sola célula. El exito en la secuenciación parcial de un representante de la división TM7 aislada de una comunidad compleja ha sido recientemente informado (Podar et al. 2007).
Variacion de intraespecies
La mayoría de los métodos de diagnóstico microbiológico identifican el organismo de destino a nivel de especie. Sin embargo, ahora se reconoce que las cepas individuales dentro de una especie a menudo varían considerablemente en su virulencia. Dentro de una especie, algunas cepas pueden ser patógenas, mientras que otras pueden ser inofensivas. La medida de la variación genética dentro de cada especie, sin embargo, sólo se ha realizado plenamente por la secuenciación de los genomas de varios representantes de la misma especie.
En uno de esos estudios, tres cepas de Escherichia coli fueron comparados: La bien conocida e inofensiva sepa de laboratorio K12, un serotipo O157 enterohemorrágica cepa del grupo de asociados a los productos de carne, y una cepa uropatógena. Se encontró que tenían sólo el 39% de sus genes en común, un número sorprendentemente pequeño (Welch et al. 2002). Estos genes en común con código de las funciones que dieron las cepas de su identidad como miembros de la E. coli de la especie, mientras que los genes restantes les dio la capacidad de colonizar lugares específicos del cuerpo y / o daños en el huésped por medio de un conjunto especializado de factores de la virulencia apropiados de su hábitat natural y estilo de vida. Los genes adquiridos de otros organismos por transferencia horizontal de genes puede ser fundamental para el comportamiento de dicho organismo, y en el pasado puede haber sido la razón que a la especie se le dio un nombre en particular. Por ejemplo, si el organismo de medio ambiente generalmente Bacillus cereus adquiere plásmidos pXO1 y pXO2, que llevan los genes que codifican para cuatro toxinas y enzimas que se requiere para hacer una cápsula, se convierte en el Bacillus anthracis, agente causal del ántrax.
Este trabajo ha dado lugar a algunos de los nuevos conceptos en genetica. El nucleo del genoma es aquel que es compartido por todas las cepas de la especie, mientras que el genoma periférico o accesorio incluye genes que se encuentran en algunas cepas, pero otros no, pero que sin embargo puede ser importante en el patogenia. Algunas bacterias pueden ir más allá y tienen dos cromosomas, en este caso, que normalmente codifica genes estructurales y los genes que confieren la aptitud y salud del microorganismo para garantizar la capacitacion para enfrentar la competencia en el medio ambiente.
La gama de genes codificados por el genoma periférico puede ser extensa. En un estudio de las secuencias del genoma de ocho cepas de Streptococcus agalactiae, los autores calcularon el número de cepas de la especie de que tendría que ser secuenciado para revelar toda la diversidad genética de la especie (Tettelin et al. 2005). El resultado fue infinito. En otras palabras, Streptococcus galactotiae puede incorporar ADN en su genoma de una gama tan amplia de fuentes de modo que todos los genes que podrían ser encontrados dentro de esta especie nunca seran conocidos.
Las implicaciones de estos resultados son significativos. Aunque mucho se ha invertido en el desarrollo de las pruebas rápidas para detectar la presencia de los organismos específicos en muestras clínicas, incluidas las seleccionadas de las enfermedades bucodentales, la asociación de una especie con la enfermedad puede ser insuficiente para fines de diagnóstico. La detección de la presencia (y de expresión) de genes de virulencia específicos puede ser necesario para proveer un diagnóstico microbiológico significativo. Esto claramente será difícil para las enfermedades en los determinantes de virulencia importante de la enfermedad en la actualidad son desconocidos o donde los mecanismos de operacion de virulencia son múltiples.
Metagenetica
A causa de que las cepas bacterianas individualmente pueden variar mucho en su composición genética y la asignación de un aislado de una especie por sí sola puede dar una pobre indicación de su patogenicidad, métodos de análisis deben ser desarrollados para determinar el papel de las comunidades bacterianas en enfermedades humanas. Nuevos métodos son particularmente necesarios para enfermedades complejas desde las comunidades bacterianas asociadas con las membranas mucosas, donde estas enfermedades se producen principalmente son tan diversas que su caracterización de rutina no es posible. Un nuevo enfoque no trata de aislar y purificar todas las especies que lo componen y sus cepas, sino que considera toda la comunidad y todos sus genes constituyentes en su conjunto. La comunidad bacterianas que se encuentran en un hábitat que se denomina microbiota y el material genético de los miembros de la comunidad que es el metagenoma (Rondon et al. 2000).
Una visión general de los típicos análisis de metagenómica se muestra en la figura. 1.2. La primera etapa en cualquier tipo de análisis consiste en extraer el ADN de todas las bacterias presentes en la muestra. Esto se hace con cuidado para evitar corte del ADN ya que los fragmentos que se requieren son grandes. Los fragmentos se incorporan en diferentes vectores dependiendo del tipo de análisis que se realice. Si la secuencia aleatoria se va a realizar con el fin de obtener la secuencia de metagenómica, los vectores plasmídicos entonces convencionales y se utilizan normalmente para obtener piezas que pueden realizar fácilmente el secuenciado. Ffragmentos más grandes se requiere cuando la intención es expresar el ADN clonado. En este caso, cromosomas artificiales bacterianos (BAC) se utilizan normalmente, ya que estos permiten fragmentos de ADN de hasta 100 kb de longitud que se mantiene estable en un huésped E. coli. Por otra parte, las bibliotecas fosmid se pueden construir en el que se inserta y hasta alrededor de 40 kb puede ser clonado con éxito.
La mayoría de antibióticos, obtenidos de fuentes naturales son sintetizadas por bacterias que se encuentran en el suelo. Un enfoque para el descubrimiento de nuevos antimicrobianos es, por tanto, utilizar técnicas de metagenómica. Los partes movibles que se pueden clonar en vectores BAC son lo suficientemente grandes para completar las vías en incluir en la síntesis de nuevos agentes antimicrobianos. Usando estas técnicas, una serie de nuevos antibióticos han sido descubiertos a partir de análisis metagenómico de ambientes marinos y del suelo.
Por ejemplo, turbomycyin A y B fueron descubiertas de esta manera (Gillespie et al. 2002). Es interesante que un solo gen es responsable de la actividad que fue mediado por una interacción con el indol, normalmente producidas por E. coli, y el producto génico. Aunque este gen podría haber sido identificado por clonación convencionale de pequeña inserción, la disponibilidad de grandes inserciones facilita enormemente el proceso de selección. La tasa de éxito en la identificación de nuevos agentes antimicrobianos en las bibliotecas de metagenómica ha sido baja, por regla general, varios cientos de miles de clones deben ser revisados para encontrar un compuesto activo nuevo. Fig. 1.2 Resumen de los análisis de metagenómica.
Esta relativa falta de éxito refleja en parte la metodología donde E. coli es utilizada como huesped. La expresión exitoso puede requerir la presencia de promotores específicos u otras moléculas accesorias y los factores como el contenido de G + C, de la inserción, y el codón de uso puede afectar negativamente a la expresión. Así, en general, fragmentos de ADN clonado se expresan con mayor facilidad en sus huéspedes naturales, y la más filogeneticamente distante el clon huesped, menos probable es que la expresión sea un éxito. Para superar esto, nuevos sistemas vector/huesped estan siendo introducidos para la expresión de las bibliotecas de metagenómica para habilitar un mejor pareamiento entre la insercion y el huesped en el que se expresa. Estos incluyen Streptomyces y Pseudomonas, dos géneros cuyos miembros naturalmente producen metabolitos secundarios con propiedades de interés. Secuencias del genoma
de bacterias normalmente son obtenidos a partir de cultivos puros. Los intentos se están haciendo ahora directamente a la secuencia de los genomas de bacterias, que pueden ser incultivables, a partir de biomasa obtenida de las comunidades naturales. Esto ha sido llevado a cabo con éxito para la relativamente restringida microbiota que se encuentran en un biofilm en drenaje ácido de una mina subterránea en el que genomas bacterianos casi totalmente completos fueron reconstruidos para obtener dos bacterias previamente incultivadas (Tyson et al. 2004). Más ambiciosamente, Venter et al. (2004) secuenciaron al azar la metagenoma de especímenes acuaticos recogidos en el mar de los Sargazos. Más de 1.000 millones de pares base de ADN fueron secuenciados, que se demuestro que se derivan de 1.800 especies incluyendo 148 no descubiertas anteriormente. Más de 1 millón de nuevos genes fueron encontrados. Resultó difícil, sin embargo, la reconstrucción de genomas completos apartir de estos datos, a causa de la relacion tan estrecha presente y los numeros tan grandes de elementos moviles con grandes niveles de similaridad en sus secuencias. Aunque actualmente la secuencia de ADN de grandes volumenes es factible . La necesidad de nuevas herramientas es urgente para ayuda en el analisis e intermpreacion de datos.
Originalmente se pensba que las bacterias eran creaturas solitarias y carentes de inteligencia, ahora se conoce que viven en comunidades con un ciertas caracteristicas en comun con organismos multicelulares. La base de la coopeción de las distintas células bacterianas dentro de una comunidad es la comunicación, la comunicación es mediada por la producción de moléculas de señalización y a menudo se describe de forma genérica como de detección o sensoriales, después de que el primer sistema de señalización de bacterias que se describiera.
En muchas circunstancias, el número total de células bacterianas en una comunidad es importante para fines de mantener una comiunidad saludable. En el ambiente, la disponibilidad de nutrientes y estres externo son factores que hacen que la comunidad se comporte de una manera particular. Esto puede aumentar o disminuir su tasa global de crecimiento, se vuelven más móviles para pasar a un nuevo hábitat para obtener los nutrientes necesarios para la comunidad, y una vez allí, cambiar a un modo de crecimiento de biofilm para colonizar el nuevo entorno.
Tras su descubrimiento en V. fischeri, IA-1 análogos se han encontrado en una amplia gama de bacterias Gram-negativas. La IA-1 de una especie en particular es normalmente específica de esa especie para que la comunicacion sea evitada en las comunidades de especies múltiples. Las bacterias Gram-positivas también producen moléculas de señalización, pero los hasta ahora descritos han sido todos los péptidos derivados de las grandes precursores por la modificación posttranslacion. Un grupo importante de moléculas de señalización en Gram-positivos es de los que inducen la competencia.
La competencia es la capacidad de las bacterias a tomar ADN presente en el medio ambiente. Este es un importante mecanismo de intercambio genético y es particularmente común entre los miembros de la microbiota oral, como los estreptococos orales. En muchos estreptococos, la molécula precursora es Com C que se modifica ya que se transporta fuera de la célula por el transportista COMAB. La molécula de señalización en sí es el extremo C-terminal de la Comisión C y que se denomina el péptido estimulante de la competencia (CSP). Cuando el número de bacterias llegan a su quórum, CSP se une al receptor, la histidina quinasa Com D, que a su vez estimula la respuesta del regulador Comisión E.
Además de los mecanismos específicos de la especie de detección de quórum que se describe anteriormente, las bacterias también hacer uso de los sistemas generales no específicos que permiten comunicación entre las bacterias en las comunidades, a través de barreras entre especies. Una molécula tal, el AI-2, es producida, y puede ser detectado por una amplia gama de bacterias Gram-negativas y Gram-positivas. AI-2 se forma de forma espontánea a partir de 4,5-dihidroxi-3-pentanodiona (DPD) 2, que es un producto de la enzima Lux S en el catabolismo de la S-ribosylhomocysteine. Un número de bacterias orales han demostrado que produce el AI-2 y se ha encontrado que pueden jugar un papel importante en la formación de placa dental. Por ejemplo, Streptococcus oralis y naeslundii Actinomyces se sabe que se coagregan al principio del desarrollo de biopelículas de la placa dental y pueden crecer juntos en modelos in vitro, formando una placa profusa con la interacción física entre las células de las dos especies. Un luxS mutante de S. oralis que no pro-ducir el AI-2, sin embargo, no formara biopelículas como con naeslundii A., mientras que la actividad mutualista fue restaurada por la complementación de luxS (Rickard et al. 2006).
Otro grupo de moléculas de señalización celular bacteriana son la familia de proteínas relacionadas con los factores que favorecen la reanimación (FPR). Originalmente descubierto en luteus Mi-crococcus donde fueron capaces de revivir las células M. teus lu-que había entrado en una fase latente, que se encontraron posteriormente ser difundida entre los miembros del filo Actinobacteria, el alto G + C Gram-positivos (Mukamolova et al. 1998). Curiosamente, el crecimiento de Mycobacterium tuberculosis, que es normalmente muy lento in vitro, es en gran medida estimulado por el FPR. RPF es una proteína, estructuralmente similar a la lisozima, y puede ejercer sus efectos a muy bajas concentraciones. Por ello, ha dado en llamar una citoquina bacteriana debido a su parecido con las citoquinas de mamíferos que tienen propiedades similares. La base molecular de su acción aún no se ha determinado, pero al parecer puede hendir el peptidoglicano de las células latentes y, o bien lanzar un segundo mensajero o físicamente permiten a las células para reanudar el crecimiento. Paralogues del FPR se han encontrado entre el filo Firmicutes, la baja de G + C Gram positivos-, y una molécula similar ha re-cientemente se ha informado en la Salmonella, un microorganismo Gram-negativo.
Nuevos mecanismos de comunicación bacteriana se están descubriendo constantemente, y es muy probable que una red de interacciones sofisticadas extras en la comunidad de bacterias en la placa dental exista. Muchos de ellos son claramente pertinentes para endodoncia en la perfección y la supervivencia de las bacterias bajo restauraciones y en el conducto radicular tratado. La comprensión de que las células bacterianas vegetativas pueden entrar en un estado latente, distintivamente de la producción de endosporas, y sobrevivir durante muchos años puede explicar cómo las bacterias sobreviven en restauraciones de pesar del tratamiento o de hidróxido de calcio en el conducto radicular. Por otra parte, un cambio en el medio ambiente puede estimular la producción de factores de amplio rango de estimulación del crecimiento que causan a la comunidad a someterse a un rápido crecimiento, causando daños en el diente afectado y el dolor al paciente.
Interacciones Huesped-bacteria
Todas las plantas y los animales son colonizadas por bacterias. Los mamíferos nacen estériles, pero muy pronto son colonizados con la característica de la microbiota de su especie. La microbiota comensal de los mamíferos ha evolucionado durante millones de años, y es posible reconstruir la evolución de la microbiota comensal como paralelo con cada huésped mamífero, el fenómeno de la cospeciacion. Por lo tanto, para la mayoría de las bacterias que se encuentran en la boca humana, hay versiones de ese organismo que se encuentran en otros animales. Por ejemplo, entre los estreptococos del grupo mutans, asociados con la caries dental, S. mutans y S. nus sobri-se encuentran en los humanos, ferus S. y S. Rattus en ratas, Cricetus S. en hámsters, y así sucesivamente.
La microbiota comensal es de suma importancia. En primer lugar, hay bastante de tal. Se ha calculado que de las 1.014 células en el cuerpo humano, sólo 1.013 son humanas y el resto principalmente de bacterias (Savage 1977). Así, alrededor del 90% de las células en el cuerpo humano son bacterianas. Nuestra microbiota normal nos protege de la infección exógena a través del fenómeno de la resistencia de colonización. Todas las superficies externas del cuerpo están cubiertos normalmente en la bacteria y el potencial de que los sitios de unión para los patógenos exógenos están bloqueados. Además, los miembros de la microbiota normal pueden producir sustancias antimicrobianas que inhiben el crecimiento de otros organismos. Sin embargo, si la microbiota comensal se altera, puede resultar en una infeccion. Por ejemplo, es bien conocido que el tratamiento con antibióticos pueden alterar la microbiota normal, a tal grado que la infección oportunista con otros organismos tales como bacterias coliformes o de la levadura Candida albicans puede ocurrir. Candidiasis vaginal y dolor en la lengua por antibióticos son ejemplos de tales condiciones.
La presencia de la microbiota normal es esencial para el buen desarrollo del intestino. La microbiota intestinal es muy diversa, con más de 1.000 especies de bacterias presentes. Una de las especies que se encuentran comúnmente, thetaiotaomicron Bacteroides, tiene profundos efectos en el desarrollo del suministro de sangre al intestino, en ratones libres de gérmenes, la introducción de thetaiotaomicron B. angiogénesis inducida intestinal (Stappenbeck et al. 2002). Curiosamente, el genoma de B. thetaiotaomi-cron incluye un número inusualmente alto de genes que codifican moléculas de señalización tanto de los tipos de uno y de dos componentes (Xu et al. 2003). Es evidente que thetaiotaomicron B. es sólo una de las muchas especies que se encuentran en el intestino grueso, y queda por verse si esta especie es realmente inusual en este sentido o si la mayoría de las bacterias intestinales comunicarse de esta manera. Lo que está claro es que las redes de comunicación, son típicas de las comunidades de múltiples especies de bacterias y que, dadas las asociaciones significativas entre la composición de la microbiota intestinal y la salud intestinal, la comunicación entre la microflora comensal y el anfitrión es sin duda importante.
Complejo de enfermedades infecciosas
Las enfermedades infecciosas clasicas ocurren normalmente cuando un patógeno infecta a un huésped susceptible y produce un factor de virulencia específicos que daña el anfitrión de una manera característica, haciendo que los signos y síntomas de la enfermedad. Para muchas enfermedades, particularmente aquellas asociadas con las membranas mucosas, no solo patógeno ha sido identificado, sino que la enfermedad parece ser el resultado de una interacción aberrantes entre el huesped y su residencia normal (microbiota). Estas, llamadas enfermedades infecciosas complejas son las enfermedades inflamatorias del intestino y las infecciones bucales como la periodontitis crónica y, en cierta medida, las infecciones endodonticas.
La susceptibilidad del huésped es de primordial importancia en estas enfermedades, pero por lo general la susceptibilidad es conferida por múltiples genes con ningún genotipo único responsable. Para las enfermedades bucodentales, como la periodontitis, los genes responsables aún no se han descubierto, aunque no hay evidencia creciente de que una mayor susceptibilidad se debe a diferencias sutiles en la respuesta inmune y inflamatorias. Por ejemplo, los polimorfismos genéticos asociados con citocinas como la interleucina-1 han sido identificados, que se asocian con aumento de la secreción de citoquinas y la gravedad de la enfermedad crónica inflamatoria (Brett et al. 2005). Otro factor clave es el ambiente en su sentido más amplio. Los factores del huésped como el estrés se sabe que contribuyen a la severidad de las enfermedades complejas presumiblemente por adversa que afecta el sistema inmunológico. La dieta y los factores sociales tales como el fumar también puede ser importante, sobre todo en las principales enfermedades bucodentales como la caries dental y las enfermedades periodontales.
Es probable que en la investigación de las infecciones orales y las enfermedades, que se han aferrado demasiado tiempo para el modelo de enfermedad infecciosa clásica y han buscado una sola causa infecciosa para ellos con la esperanza de que los antimicrobianos, puedan utilizarse de manera específica a tratar. Debe, sin embargo, tener en cuenta que estas enfermedades son las enfermedades bacterianas y la presencia de la microbiota normal se requiere. Por mecanismos aún desconocidos, parece que la comunicación y la cooperación entre el huesped y sus variaciones de la microbiota comensal, resultando en daños al sistema. Gran parte del trabajo de estas enfermedades es por lo tanto se está centrado en la mejor comprencion del termino “salud”, la cuestión es que si el intestino humano es colonizado por las bacterias para muchos de ellos con el potencial para causar la enfermedad, ¿cómo la mayoría de las personas permanecen saludables?. Una mejor comprensión de cómo este equilibrio saludable es mantenido permitirá una visión de cómo la enfermedad se presenta cuando la homeostasis se rompe. De esta manera, podemos identificar mejor cómo surgen las enfermedades complejas.
El Futuro
Estamos en la primera década del siglo XXI, así que lo que tenemos que enfocar en el futuro es en términos de: cómo la microbiología tendrá un impacto sobre nuestra comprensión de las enfermedades infecciosas, incluidos los orales e infecciones en endodoncia? Los avances en genética, sin duda, nos dará una comprensión mucho mejor de las personas susceptibles a la enfermedad, y el reto será poner en este contexto con los nuevos conocimientos sobre el potencial genético de la microbiota comensal. Existe un plan en marcha para secuencia de los genomas de las bacterias asociadas con el hombre, llamaso microbioma humano. El mayor desafío de todos podría ser el análisis y la asimilación de todos los nuevos datos que estén disponibles.
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