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El género Bacillus incluye muchas especies de bacilos grampositivos aerobios o facultativos generadores de esporas. Con la excepción de una sola especie, B. anthracis, son saprófitos de baja virulencia difundidos en el aire, tierra, agua, polvo y productos animales. Bacillus anthracis provoca la zoonosis carbunco, una enfermedad animal que de manera ocasional se transmite a los humanos. El género se compone de organismos en forma de bastón que pueden variar de cocobacilares a filamentos encadenados relativamente largos. Las cepas móviles tienen flagelos perítricos. La formación de esporas redondas u ovaladas, que pueden ser centrales, subterminales o terminales, dependiendo de la especie, es característica del género.
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Bacilos grampositivos generadores de esporas.
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En el caso de Bacillus, el desarrollo se obtiene con medios normales incubados al aire y se reduce o es ausente bajo condiciones anaerobias. Las bacterias son catalasa-positivas y metabólicamente activas. Las esporas sobreviven a la ebullición durante periodos variables y son tan resistentes al calor que las de cierta especie se utilizan como indicador biológico de la eficiencia de autoclaves. Las esporas de B. anthracis sobreviven en la tierra por décadas.
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Las condiciones aeróbicas son preferentes para el desarrollo.
Las esporas resistentes al calor sobreviven a la ebullición.
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BACTERIOLOGÍA
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Bacillus anthracis tiende a formar cadenas de bastones muy largas, y en cultivo es no móvil y no hemolítico; las colonias se caracterizan por una superficie áspera e irregular, con múltiples extensiones rizadas en el borde, lo que semeja una “cabeza de medusa”. Bacillus anthracis tiene una cápsula polipeptídica (ácido poli-d-γ-glutámico) de un tipo antigénico único que tiene propiedades antifagocíticas similares a las de cápsulas de polisacárido bacterianas. Las endosporas de Bacillus anthracis son en extremo resistentes y se ha mostrado que sobreviven en el ambiente durante décadas. El microorganismo también produce un potente complejo de exotoxina, que consta de dos enzimas, el factor de edema (EF) y el factor letal (LF), junto con una proteína de unión a receptor llamada antígeno protector (PA). Cuando el PA se une a EF o LF, actúa como una translocasa que forma un sitio tipo poro sobre la superficie de la célula hospedera. Esto permite que los complejos entren a la célula (figura 26-9A). Una vez en el citosol, se expresan múltiples acciones de toxina, incluso actividad de adenilato ciclasa, y desactivación de proteína hospedera. Bacillus anthracis también produce muchas otras proteasas que digieren componentes de tejido.
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Las endosporas sobreviven en la Naturaleza.
La cápsula de polipéptido es antifagocítica.
El complejo endotoxina tiene múltiples componentes y acciones.
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CARBUNCO
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CÁPSULA CLÍNICA
En forma típica, el carbunco humano es una lesión ulcerativa en una parte expuesta del cuerpo. Los síntomas constitucionales son mínimos y, normalmente, la lesión se resuelve sin complicación. Si se inhalan las esporas del carbunco, una pulmonía fulminante puede conducir a insuficiencia respiratoria y a la muerte.
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El aislamiento de B. anthracis, la prueba de su relación con la infección por carbunco y la demostración de la inmunidad a la enfermedad se encuentran entre los sucesos de mayor importancia en la historia de la ciencia y la medicina. Robert Koch se elevó a la fama en 1877 al desarrollar al organismo en un cultivo artificial mediante el uso de técnicas de cultivo puro. Definió los criterios estrictos necesarios para comprobar que el organismo ocasionaba el carbunco (postulados de Koch) y después los satisfizo en forma experimental. Louis Pasteur llevó a cabo una convincente demostración de campo en Pouilly-le-Fort para comprobar que la vacunación de ovejas, cabras y vacas con una cepa atenuada de B. anthracis prevenía el carbunco. Los agradecidos granjeros del distrito lo vitorearon y cargaron sobre sus hombros; una experiencia que ahora, tristemente, se reserva primordialmente para los entrenadores de equipos deportivos triunfadores.
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Pasteur produjo una vacuna animal con una cepa atenuada de carbunco.
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En términos generales, el carbunco es una enfermedad de herbívoros como caballos, ovejas y ganado, los cuales lo adquieren de esporas de B. anthracis que contaminan sus pastizales. Los humanos se infectan a través del contacto con estos animales o sus productos de una forma que permite que las esporas se inoculen a través de la piel, se ingieran o se inhalen. En el decenio de 1920-1929 se presentaban más de 100 casos anuales entre granjeros, veterinarios y trabajadores de la industria de la carne en Estados Unidos, pero el control del carbunco animal en países desarrollados ha hecho que los casos humanos sean inusuales. Algunos focos endémicos persisten en Norteamérica y han sido la fuente de la enfermedad adquirida en forma natural. Otra fuente es la de productos animales como lana, pieles o fertilizante de harina de huesos importados de algún país donde el carbunco animal es endémico.
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La infección es a través de la inyección cutánea de esporas derivadas de herbívoros.
Se importan materiales contaminados de países con carbunco animal.
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La verdadera amenaza asociada con el carbunco proviene de su continuo atractivo para aquellos que se empeñan en utilizarlo como agente para guerras o terrorismo biológicos. La larga vida, estabilidad y masa reducida de las esporas secas convierten en espeluznante realidad el prospecto de que alguien produzca una “nube de muerte” que conduzca a un brote masivo de carbunco pulmonar. Un episodio de 1979 que dio por resultado más de 60 muertes por carbunco en la ex Unión Soviética ahora se atribuye a una explosión accidental dentro de un centro de investigación de guerra biológica que atomizó más de 20 libras (9 kg) de esporas de carbunco. Los equipos de inspección de las Naciones Unidas en Irak descubrieron instalaciones para la producción de cantidades masivas de esporas, junto con los planes para crear y disipar aerosoles infecciosos mediante el uso de ojivas de misil. La inhalación de carbunco entre trabajadores postales después de los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001 parece haberse debido al envío de sobres que contenían esporas de carbunco para uso armamentístico robadas de instalaciones de investigación en guerra biológica. Dichas esporas se habían tratado para potenciar su atomización y diseminación. Las formas de carbunco se resumen en la figura 26-10.
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Su uso para las guerras biológicas sigue siendo una amenaza.
Los aerosoles podrían propagar el carbunco pulmonar a grandes áreas.
Las esporas para uso armamentístico están especialmente tratadas.
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Cuando esporas de B. anthracis llegan al ambiente rico de los tejidos del humano, germinan y se multiplican en el estado vegetativo. Las propiedades antifagocíticas de la cápsula ayudan a la supervivencia y finalmente permiten la producción de suficiente exotoxina como para causar enfermedad. Se desconocen la cronología y la importancia relativa de los componentes EF, LF y PA. Se cree que la actividad de adenilato ciclasa del EF se correlaciona con el edema notorio que se observa en los sitios infectados. En el ántrax maligno (carbunco) pulmonar, las esporas inhaladas son captadas por macrófagos alveolares, pero al parecer no germinan dentro de ellos, al menos hasta que drenan hacia el mediastino por medio de los linfáticos. La más letal de las formas de ántrax maligno se manifiesta en los pulmones como un proceso mediastínico y sistémicamente como una bacteriemia virulenta.
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Se requiere el efecto antifagocítico de la cápsula de ácido D-glutámico para su virulencia.
El edema se produce por el EF.
El foco pulmonar es el mediastino.
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Se desconocen los mecanismos específicos de la inmunidad en contra de B. anthracis. La evidencia experimental favorece al anticuerpo que se dirige en contra del complejo toxina, pero aún no queda claro el papel relativo de los componentes de la toxina. El ácido glutámico es inmunogénico, pero el anticuerpo en su contra no es protector.
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Se desconocen los mecanismos inmunitarios.
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CARBUNCO: ASPECTOS CLÍNICOS
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Por lo general, el carbunco cutáneo se inicia de dos a cinco días después de la inoculación de las esporas en una parte expuesta del cuerpo, típicamente el antebrazo o mano. La lesión inicial es una pápula eritematosa que puede confundirse con la picadura de algún insecto. Normalmente, la pápula pasa por etapas vesiculares y ulcerativas en siete a 10 días para formar una escara (costra) negra rodeada por edema (figura 26-9B y C). Esta lesión se conoce como la “pústula maligna”, aunque no es ni maligna, ni pústula. Los síntomas sistémicos asociados suelen ser leves y la lesión suele sanar de manera muy lenta después de separada la escara. En forma menos común, la enfermedad progresa con un edema local masivo, toxemia y bacteriemia.
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La pápula inicial evoluciona a pústula maligna.
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El carbunco pulmonar se contrae por la inhalación de esporas. Históricamente, esto ha sucedido cuando se manipulan las pieles, pelambre, lana y similares en un espacio cerrado (enfermedad del lanero) o después de accidentes de laboratorio. En la actualidad es la forma que se esperaría a partir de la diseminación de un aerosol de esporas en una guerra biológica. En el síndrome pulmonar, uno a cinco días de malestar inespecífico, fiebre y tos no productiva conducen a dificultades respiratorias progresivas y cianosis. A continuación hay propagación rápida hacia el torrente sanguíneo y el CNS. El edema y la hemorragia masivos son datos característicos de la meningitis por ántrax maligno. El edema mediastínico fue un hallazgo prominente entre los trabajadores postales. De no tratarse, el progreso a un desenlace fatal suele ser muy veloz una vez desarrollada la bacteriemia. Una forma intestinal de carbunco se deriva de la ingestión de alimentos contaminados, normalmente carnes. Se caracteriza por dolor abdominal, ascitis y choque.
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El carbunco pulmonar se adquiere por la inhalación de esporas.
Fiebre y tos progresan a cianosis y muerte.
Mediastinitis y meningitis hemorrágicas.
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Los cultivos de lesiones cutáneas, esputo, sangre y CSF son los medios principales para diagnosticar el carbunco. Dada alguna sospecha con bases epidemiológicas, la tinción de Gram del esputo u otros líquidos biológicos que muestran grandes números de bacilos grampositivos puede sugerir un diagnóstico. En septiembre de 2001, el diagnóstico del primer caso en Florida se logró acelerar por un especialista en enfermedades infecciosas que sabía que ese tipo de bacilos eran extremadamente inusuales en el líquido cefalorraquídeo. Los bacilos grampositivos de gran tamaño también son inusuales en el esputo. Bacillus anthracis y otras especies de Bacillus no son difíciles de cultivar. De hecho, es frecuente que los laboratorios clínicos aíslen especies distintas al carbunco como contaminantes ambientales. Las especies saprófitas suelen ser betahemolíticas y móviles, características que no se encuentran en B. anthracis, pero la mayoría de los laboratorios clínicos no tienen la pericia para separar las especies de Bacillus. En la mayor parte de los casos de carbunco pulmonar los cultivos de sangre son positivos.
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Los frotis con bacilos grampositivos de gran tamaño son indicativos.
La hemólisis y motilidad excluyen B. anthracis.
Los cultivos de esputo y sangre son positivos en la pulmonía.
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El tratamiento antimicrobiano tiene pocos efectos sobre el curso del carbunco cutáneo, pero sí protege en contra de la diseminación. Casi todas las cepas de B. anthracis son susceptibles a penicilina, doxiciclina y ciprofloxacino. Aunque desde hace mucho que la penicilina ha sido el tratamiento de elección para todas las formas de carbunco, la experiencia obtenida durante el brote de 2001 ha ocasionado que la recomendación de primera línea cambie a doxiciclina o ciprofloxacino. Estos antibióticos también se recomiendan para quimioprofilaxis en caso de exposición conocida o sospechada.
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Las medidas preventivas de mayor importancia son aquellas que erradican el carbunco animal y que limitan las importaciones de áreas endémicas. Las vacunas también resultan útiles. La vacuna de Pasteur utilizó una cepa viva atenuada mediante subcultivos repetidos que provocaban la pérdida de un plásmido que codifica la producción de toxina. Una vacuna viva similar sigue siendo efectiva para animales. La vacuna humana autorizada en Estados Unidos se prepara mediante la extracción de cultivos de una cepa no virulenta y no encapsulada de B. anthracis. El extracto consta casi exclusivamente del componente de antígeno protector de la toxina. En 2002, el Institute of Medicine publicó un análisis detallado de estudios humanos y animales y declaró que la vacuna era tanto segura como eficaz. Los expertos también piensan que es muy poco probable que los artífices de guerras biológicas pudieran producir las cepas de B. anthracis contra las cuales la vacuna no proteja. En Rusia y China se utiliza una vacuna viva en que las esporas se inoculan por escarificación.
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La erradicación del carbunco animal es de vital importancia.
Hay disponibilidad de vacunas vivas y desactivadas.
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Otras especies de Bacillus
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Las esporas de Bacillus se encuentran dispersas en el ambiente y el aislamiento de una de las más de 20 especies de Bacillus además de B. anthracis a partir de materiales clínicos habitualmente representa la contaminación de la muestra. En ocasiones, B. cereus, B. subtilis y algunas otras especies producen infecciones genuinas, incluyendo infecciones de los ojos, tejidos blandos y pulmón. Por lo general, las infecciones se asocian con inmunosupresión, traumatismos, catéteres permanentes o contaminación de equipos complejos. La resistencia relativa de las esporas de Bacillus a los desinfectantes las ayuda a sobrevivir en dispositivos médicos que no pueden esterilizarse mediante calor.
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Las esporas aumentan la supervivencia en los dispositivos médicos.
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Bacillus cereus merece mención especial. Esta especie es la que tiene más probabilidades de causar infección oportunista, lo que sugiere una virulencia intermedia entre la de B. anthracis y las otras especies. Se han detectado genes y plásmidos similares a los que se encuentran en B. anthracis y tiene una toxina piógena destructiva. Bacillus cereus también puede causar intoxicación alimentaria mediante producción de enterotoxina.
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B. cereus produce toxina piogénica y enterotoxina.
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CASO CLÍNICO GARGANTA IRRITADA Y CONFUSIÓN DESPUÉS DEL CAMPAMENTO DE VERANO
Una niña de nueve años de edad desarrolló letargo y una irritación de garganta 10 días después de llegar a un campamento de verano operado por un grupo religioso que no acepta inmunizaciones. Cuatro días después, la niña regresó a casa en un camión del campamento junto con otros niños y adultos no inmunizados que también habían asistido al campamento. Un médico evaluó a la paciente por la irritación de garganta. Se tomó un frotis faríngeo y se le recetó penicilina oral. A la paciente se le hospitalizó con irritación faríngea persistente, disminución en ingesta de líquidos y sangrado gingival. Los análisis de laboratorio revelaron un recuento de leucocitos de 26 500/mm3 con 92% de células polimorfonucleares, nitrógeno ureico en sangre de 214 mg/dL, creatinina 12.4 mg/dL y un recuento de plaquetas de 10 000/mm3. Se informó que el cultivo del frotis mostró flora normal, estreptococos betahemolíticos del grupo A y grandes números de difteroides. Se transfirió a la paciente a un hospital infantil de cuidados terciarios.
A su ingreso, no presentaba fiebre y tenía una moderada obstrucción de las vías aéreas superiores, equimosis difusa, sangrado de nariz y encías, adenopatía cervical prominente e inflamación de la quijada y garganta. La faringe reveló una grave amigdalitis hemorrágica y necrótica; no se observó membrana de ningún tipo. Se instituyó tratamiento con penicilina G, gentamicina, diálisis peritoneal y transfusiones de plaquetas. El curso hospitalario se complicó por una coagulación intravascular diseminada, anormalidades de la conducción cardiaca y confusión mental. La paciente falleció dos semanas después del inicio de la irritación de garganta. Más tarde, se confirmó que el aislamiento de una especie de Corynebacterium del cultivo faríngeo era una cepa toxígena de C. diphtheriae.