Salud Pública de México

FACTORES DE VIRULENCIA DE SALMONELLA TYPHI EN RELACIÓN AL DESARROLLO DE NUEVAS VACUNAS

FACTORES DE VIRULENCIA DE SALMONELLA TYPHI EN RELACIÓN AL DESARROLLO DE NUEVAS VACUNAS

AUTORES

JOSÉ GARCÍA, Q.F.B.,(1) JORGE PANIAGUA, Q.F.B., M. EN C.,(2) ROSANA PELAYO, Q.F.B., M. EN C.,(1) ARMANDO ISIBASI, M.C., DR. EN C.,(1) JESÚS KUMATE, M.C., DR. EN C.(3)

(1) División de Inmunoquímica, Unidad de Investigación Biomédica, Centro Médico Nacional Siglo XXI, Instituto Mexicano del Seguro Social.
(2) Departamento de Investigación, Instituto Nacional de Higiene, Gerencia General de Biológicos y Reactivos, Secretaría de Salud, México.
(3) Secretaría de Salud, México.

RESUMEN

A pesar de que se han desarrollado diversas preparaciones vacunales para la prevención de la fiebre tifoidea, ninguna de éstas ha sido adecuada para su aplicación masiva en países en vías de desarrollo. Con el fin de generar mejores vacunas, se han estudiado los factores de virulencia tanto de S. typhi como de S. typhitnuriutn De esta manera se han realizado ensayos en los cuales se utilizan los antígenos de superficie de la bacteria o bien cepas mutadas en algiin gen involucrado en la virulencia. En este artículo sepresenta una breve revisión de los avances en el estudio de la virrilencin de la bacteria encaminados a la obtención de nuevas vacunas.

ABSTRACT

Although many vaccines against typhoid fever have been developed, none have been adapted for their jürther application on developing countries. In order to get better vaccines, the virulence factors of both S . typhi and S. typhimurium have been studied. Thus, some protection assays have been mude using surface antigens involved on virulence or using live attenuated vaccines of bacteria mrctated on virulence genes. Here we present a brief review aboict virulence factors studied so far for the development of new vaccines.

Introducción

LA FIEBRE TIFOIDEA es una enfermedad que se considera un buen candidato para el control por inmunización. Las vacunas parenterales actualmente disponibles no son adecuadas para aplicación en gran escala, pues frecuentemente dan lugar a reacciones secundarias indeseables y no generan inmunidad de larga duración. Por otro lado, las vacunas orales disponibles no tienen buena capacidad protectora en regiones endémicas. Es por lo tanto deseable trabajaren el desarrollo deun agente vacunal efectivo y exento de estos inconvenientes.

La fiebre tifoidea tieneuna distribuciónmundial. En la región de las Américas se calculan alrededor de 89 590 casos, que representan una tasa de incidencia de 20.83 casos por cada 100 000 habitantes; el 58.6 por ciento de los casos se presenta en el grupo de 15 a 44 años de edad. Se han registrado brotes debidos a bacterias multirresistentes a los antibióticos. Datos preliminares de la Encuesta Seroepidemiológica Nacional muestran que alrededor del 8.8 por ciento de la población tiene anticuerpos con títulos altos contra Salmonella typhi, los cuales se determinaron por un ensayo inmunoenzimático (ELISA
) semiautomatizado, utilizando antígeno somático de Salmonella typhi O 901.1

La enfermedad es producida por Salmonella typhi 9,12,Vi:d, una enterobacteria gram-negativa. La Salmonella typhi tiene una estructura antigénica de superficie que incluye al antígeno H o flagelar, el antígeno O ó somático y lipopolisacáridos cuya especificidad está dada por la composición de azúcares en la fracción polisacarídica.2 El antígeno Vi forma parte de la membrana externa, está formado por polisacáridos y su presencia es indicadora de virulencia.3 Finalmente, existen muchos otros productos potencialmente antigénicos4 tales como las proteínas de la membrana externa, entre las cuales se encuentran las porinas, la lipoproteína de Braun y otras proteínas con diversas funciones que han sido muy poco estudiadas desde el punto de vista inmunológico.

La infección se adquiere mediante la ingestión de alimentos o agua contaminados, no existen reservorios animales y la principal fuente de la infección son los portadores asintomáticos. El padecimiento tiene un periodo de incubación de aproximadamente 10 días. El cuadro clínico se caracteriza por fiebre, cefalea, malestar general, diarrea o constipación, en ocasiones puede haber exantema, desorientación y estado toxoinfeccioso; el padecimiento puede complicarse con perforación intestinal o choque séptico que pueden llevar a la muerte.5

Las alternativas de prevención mediante saneamiento de agua y alimentos, control y reducción del número de portadores y otras personas infectadas, se deben promover activamente como tareas de salud pública. Sin embargo, el control de la enfermedad mediante estas estrategias no será posible en el corto y mediano plazo en muchos países, debido a la crisis económica que afecta sobre todo a los países en vías de desarrollo, por lo que la obtención de una vacuna mejorada se debe considerar como una opción efectiva de control. Empero, la vacuna candidato deberá ser de alta inocuidad y capacidad protectora para aplicación masiva en niños y adultos. Es por esto que para lograr productos que generen inmunidad efectiva, es necesario comprender con profundidad los mecanismos de virulencia, así como la naturaleza de la respuesta inmune que se monta en contra del microorganismo responsable de la enfermedad.

FACTORES DE VIRULENCIA

Ha pasado más de un siglo desde que Salmonella typhi fue aislada y reconocida como el agente causal de la fiebre tifoidea en humanos y, sin embargo, los mecanismos de virulencia de esta bacteria no hansido entendidos del todo aún. Algunas de las manifestaciones son producidas por la liberación de una endotoxina6 la cual tiene diversos efectos biológicos, incluyendo la inducción de fiebre, hipotensión artenal, cambios en la cuenta leucocitaria y estimulación policlonal de linfocitos B.7-9 La alta especificidad de esta bacteria por su hospedero ha provocado la necesidad del estudio de la infección en ratones por Salmonella typhimurium.

El antígeno Vi de Salmonella typhi ha sido objeto de muchas investigaciones desde los años treinta, época en la que se identificó su importancia en la patogénesis e inmunidad de la enfermedad: invariablemente S. typhi aislada de sangre de pacientes con fiebre tifoidea contenía este antígeno.10 El antígeno Vi parece no actuar como un prerrequisito de invasión a las células epiteliales, sino más bién como un factor protector de los antígenos O contra la acción de los anticuerpos o el complemento.11 Los anticuerpos dirigidos contra el antígeno Vi parecen facilitar la fagocitosis, ya que las bacterias con este antígeno capsular son típicamente resistentes a la fagocitosis en la ausencia de anticuerpos específicos.

Por otra parte, se ha demostrado que el antígeno O aumenta la virulencia de la bacteria cuando la infección ocurre por una ruta en la cual éstas son expuestas a macrófagos capaces de matar a la Salmonella.12 Este efecto parece ser mediado por la activación de la vía alterna del complemento. Los antígenos O que evitanesta activación, por una concentración relativamente baja de los componentes del complemento en los tejidos, escapan de la fagocitosis y muerte. Hay evidencias de que algunas cepas mutantes galE, que carecen de antígeno O pero lo sintetizan parcialmente en medio que contiene galactosa, despiertan una respuesta inmune específica y además son avirulentas;13 sin embargo, también se han informado resultados contrarios, que sugieren que el antígeno O no es esencial para la vimlencia, y que la respuesta inmune que induce no es protectora a la infección con la bacteria.14

En varias especies de Salmonella se ha demostrado que existe un plásanido necesario para causar la infección más allá de las placas de Peyer del intestino, en los nódulos linfáticos mesentéricos y en el bazo.15 Hasta la fecha este tipo de plásmidos no se han estudiado en S. typhi.

Jones y colaboradores16 han propuesto que los plásmidos de virulencia están involucrados en la adherencia e invasión de las células de mamíferos, y que estos plásmidos pueden integrarse en el cromosoma bacteriano, lo que evita la expresión del fenotipo de virulencia. Cuando los plásmidos se escinden del cromosoma, se presenta de nuevo la virulencia bacteriana.

Se han propuesto tres probables mecanismos por los cuales la bacteria evade su destrucciónen el interior de los fagocitos:17 a) inhibición de la fusión fagosoma-lisosoma; b) interferencia con los metabolitos reactivos del oxígeno o con las enzimas lisosomales y, c) transición en el interior del citoplasma.

Se han obtenido evidencias que apoyan la hipótesis de que la sobrevivencia de Salmonella en macrófagos es un factor primordial en la patogenia del microorganismo. Una de ellas es que los mutantes por inserción de transposón en S. typhimurium, que no sobrevivieron intercelularmente en macrófagos cultivados, tienen reducida virulencia en ratones.18

Al respecto, en estudios simultáneos, los gmpos de Mekalanos19 y Heffron,20 demostraronque las S. typhimurium con mutaciones en el locus regulador phoP (responsable de la síntesis de una fosfatasa ácida periplásmica), a virulentas cuando se inyectan en ratones BALB/c, son incapaces de sobrevivir en macrófagos y son extremadamente sensibles a péptidos con actividad antimicrobiana, tales como las defeminas. El locus phoP está compuesto de dos genes presentes en un operón: phoP y phoQ, y las secuencias de aminoácidos de los productos génicos tienen alta homología con otros miembros de reguladores transcripcionales bacterianos de dos componentes que responden a estímulos ambientales, tales como PhoB y OmpR. Se ha propuesto entonces, que el sistema phoP/phoQ regula la expresión de genes involucrados en la virulencia de Salmonella.

Recientemente se identificó un grupo de proteínas de membrana externa (PME), las porinas (denominadas así por constituir poros de difusión), involucradas en la patogénesis de ciertas bacterias. Las porinas de S. typhimurium inducen la activación del complemento por la vía clásica y por la vía alterna;21 son capaces de unirse a leucocitos polimorfonucleares de humanos, afectando la integridad de su membranas y su actividad funcional;22 parecen tener relación con la adherencia e invasión de las bacterias a células epiteliales, y son capaces de inducir la proliferación de linfocitos T.23 La participación de estas proteínas en la patogenecidad apoya su empleo como inmunógenos protectores.

VACUNAS ACTUALMENTE EN USO Y ESTADO DE LAS INVESTIGACIONES

Existen dos vacunas aprobadas por la OMS contra la fiebre tifoidea: la elaborada a partir de bacterias inactivadas por acetona (K) y la proveniente de bacterias inactivadas por calor (L).24 Estas vacunas producen reacciones colaterales debido a la presencia de endotoxinas, y la inmunidad protectora que generan es poco eficiente y de corta duración, por lo que no es recomendable para campañas masivas de vacunación ni para su aplicaciónen niños.

Actualmente se encuentra disponible en el comercio una vacuna oral elaborada a base de bacterias atenuadas de Salmonella typhi Ty21a, deficiente en 4-UDP-galactosa epimerasa.25 Los inconvenientes de esta vacuna son el alto costo y la falta de una protección realmente efectiva y duradera en regiones donde la fiebre tifoidea es endémica.26 Esta vacuna, desarrollada por Germanier, no tiene antígeno Vi e induce respuesta inmune humoral y celular a los antígenos proteicos, incluyendo porinas de S. typhi 9, 12, Vi:d. Recientemente se ha descrito una modificación a S. typhi Ty21a que expresa antígeno Vi, pero su utilidad como inmunógeno no ha sido evaluada.

Robbins y Robbins desarrollaronuna vacuna contra la fiebre tifoidea a partir del antígeno Vi.27 Esta vacuna, actualmente preparada por el Instituto Merieux, ha sido evaluada en estudios de campo en Nepal28 y Africa del Sur.29 Los informes preliminares de los estudios muestran una eficacia de 72 y 64 por ciento, respectivamente. Una desventaja de esta vacuna es que como el polisacárido es un antígeno timo-independiente, no genera respuesta inmune celular ni se desarrollan efectivamente células de memoria para inmunizaciones o retos posteriores.30

Ambas vacunas, las elaboradas con la cepa Ty21a y el polisacárido Vi, han mostrado ser prácticamente inocuas con un buen grado de eficacia. Algunos informes recomiendan su aplicación simultánea en programas de vacunación.14 Esta estrategia podría realizarse en personas de países desarrollados que viajan a regiones donde la fiebre tifoidea es endémica; sin embargo, en los países del Tercer Mundo, incluyendo América Latina y el Caribe, es inaplicable debido a su alto costo y a lo impráctico de su aplicación.

Stocker y colaboradores han desarrollado una mutante de Salmonella typhi auxotrófica aropur para utilizarla como vacuna por vía oral. Los resultados preliminares muestran que su utilización es segura en humanos y es capaz de inducir respuesta inmune celular; sin embargo, la respuesta serológica es pobre aún después de la ingestión de grandes cantidades de bacteria, lo que sugiere que la cepa resulta ser muy atenuada.31

Una de las estrategias usadas recientemente ha consistido en realizar mutaciones a cepas de Salmonella, de modo que a pesar de ser avirulentas, preserven su capacidad inmunogénica, y puedan ser además empleadas como vectores de genes codificantes para diversos antígenos de virulencia de otros microorganismos patógenos.32 Empleando esta estrategia, el grupo de Curtiss ha desarrollado mutantes de S. typhimurium con defectos en el gen regulador crp (que codifica para un receptor del CAMP), o en el gen cya (que codifica para la adenilato ciclasa), que son avirulentas y proveen de cierta protección en el modelo murino.33 Sin embargo, estas cepas pueden revertir al estado virulento, ya que los genes regulados por crp y cya que son necesarios para la virulencia, no se encuentran deletados.32 Por otra parte, el grupo de Mekalanos ha hecho uso de transposones para la generación de cepas mutantes en el gen pagC (responsable de activar al gen de phoP) dando origen a cepas con una atenuación de mil veces en su virulencia.19

Ya que las proteínas de membrana externa (
PME) se encuentran en la superficie de las bacterias gram-negativas y son accesibles a las células del sistema inmune, se considera que pueden ser antígenos importantes en la inducción de una respuesta inmune protectora específica. Varios grupos de investigación han realizado estudios para evaluar la capacidad protectora de las PME de S. typhi o S. typhimurium en modelos murinos con resultados alentadores.34-36
 
Finalmente, la eficacia de las vacunas conjugadas ya ha sido demostrada en la prevención de otras enfermedades, como la meningitis37 y la salmonelsis38 entre otras, por lo que se ha pensado que una vacuna elaborada a partir deconjugados de porinas de Salmonella typhi conacarreadores como toxoide diftérico o tetánico, o bienel antígeno Vi podría generar una respuesta inmunológica más eficiente y duradera. En el caso del conjugado Vi-porinas, se estarían sumando dos antígenos protectores de la misma bacteria, dando origen a una respuesta inmune humoral contra el polisacárido que evitana la infección inicial de la bacteria. Por otra parte, la presencia de células específicas contra la proteína intervendria en el desarrollo de la respuesta anamnésica y de control de la bacteria intracelular.

CONCLUSIONES

A la fecha se han estudiado diversos mecanismos de virulencia de Salmonella que incluyen tanto antígenos superficiales como genes involucrados en la sobrevivencia del microorganismo en el interior del macrófago. El estudio de estos factores ha permitido comprender mejor la relación que establece la bacteria con su hospedero, y por tanto generar nuevas y mejoresvacunas. Sin embargo, no es factible esperar resultados espectaculares en un futuro cercano ya que es necesario conocer a profundidad estos mecanismos.

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