Naturaleza y localización de las endotoxinas
Las endotoxinas son compuestos químicos complejos que ingresan al macroorganismo únicamente tras la muerte y destrucción de la célula bacteriana. Su control genético está a cargo de genes cromosómicos y plásmidos específicos (Col, F, R), en cuya estructura a menudo se integran transposones tox o fagos.
Desde el punto de vista químico, la endotoxina clásica es un lipopolisacárido (LPS). Representa el componente estructural fundamental de la membrana externa de prácticamente todas las bacterias gramnegativas (tanto patógenas como no patógenas). La actividad biológica de esta molécula está determinada por un solo fragmento: el componente hidrófobo denominado lípido A.
Fisiopatología de los efectos del LPS dependientes de la dosis
El mecanismo de activación del proceso patológico al entrar en contacto con los lipopolisacáridos sigue una secuencia clara. Al ingresar al organismo, el LPS actúa sobre los fagocitos. Las células activadas desencadenan una síntesis en avalancha de sustancias biológicamente activas (SBA): interleucinas (IL-1, IL-6, IL-8), factor de necrosis tumoral (FNT), factor activador de plaquetas y óxido nítrico (NO).
Las manifestaciones clínicas dependen del nivel de SBA sintetizadas:
- Nivel bajo: causa un daño tisular selectivo y local. Este es el escenario clásico del desarrollo de la inflamación.
- Nivel moderadamente elevado: se producen reacciones sistémicas, respuesta de fase aguda y fiebre.
- Nivel alto: la concentración de SBA se vuelve crítica. Se desarrolla una alteración funcional con insuficiencia multiorgánica (afectando al corazón, sistema respiratorio y riñones), colapso profundo y choque endotoxémico potencialmente mortal.
Exotoxinas: clasificación y etapas de la lesión celular
A diferencia del LPS, las exotoxinas son liberadas (secretadas) activamente por los microorganismos vivos al medio ambiente durante su actividad vital. Su rasgo principal es su alta especificidad de acción. Son precisamente estas toxinas las que provocan el desarrollo de los síndromes característicos que permiten identificar a un patógeno específico (botulismo, tétanos, difteria).
Según su modo de acción sobre las células eucariotas, las exotoxinas se dividen en dos grupos:
- Las que actúan sobre la membrana superficial: aumentan su permeabilidad y causan la destrucción de la citolema.
- Las que influyen en las estructuras intracelulares: poseen una organización binaria compleja compuesta por una porción receptora y otra catalítica.
El proceso de daño celular por una exotoxina intracelular consta de cuatro etapas:
- Interacción: la porción receptora de la toxina se une a un receptor específico en la membrana celular.
- Internalización: el complejo «toxina-receptor» se invagina, forma una vesícula y penetra en el citosol.
- Translocación: la vesícula que contiene la toxina se desplaza dentro del citosol.
- Efectos intracelulares: la subunidad catalítica ejerce una modulación enzimática (daño) sobre la estructura diana.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿En qué grupos se dividen las exotoxinas según su mecanismo de acción sobre las células diana (citotoxinas, neurotoxinas, etc.)?
Según su efecto sobre las células eucariotas, las fuentes bibliográficas dividen las exotoxinas en dos grupos:
- Las que actúan sobre la membrana superficial celular: aumentan la permeabilidad y provocan la destrucción de la citolema.
- Las que influyen en las estructuras intracelulares: constan de dos partes funcionales: la receptora y la catalítica; la interacción comprende la unión al receptor, la internalización, el desplazamiento en el citosol y los efectos intracelulares.
Las fuentes también señalan tipos o ejemplos específicos de toxinas:
- Enterotoxinas: potencian la secreción de líquidos y sales, activan la adenilciclasa y la guanilciclasa.
- Citotoxinas: dañan las membranas de los epiteliocitos, alteran la síntesis proteica y aumentan la permeabilidad de la pared intestinal.
- La toxina Shiga posee propiedades tanto de enterotoxina como de neurotoxina.
- La neurotoxina de C. botulinum se menciona como ejemplo de mesotoxina.
- El histotoxina del bacilo diftérico se indica como ejemplo de exotoxina verdaderamente secretada.
- Las exotoxinas eritrógenas (piógenas) A, B y C son producidas por cepas altamente toxigénicas de Streptococcus pyogenes en la escarlatina.
¿Qué microorganismos específicos son los principales productores de exotoxinas?
Las exotoxinas son producidas tanto por bacterias grampositivas como gramnegativas. Las fuentes señalan directamente a los siguientes productores o ejemplos de productores de exotoxinas:
- Corynebacterium diphtheriae: histotoxina del bacilo diftérico.
- Clostridium tetani: tetanospasmina.
- Clostridium botulinum: neurotoxina.
- Shigella dysenteriae 1: toxina Shiga.
- Streptococcus pyogenes: exotoxinas eritrógenas (piógenas) de los tipos A, B y C.
- Staphylococcus aureus: figura entre los agentes causantes de toxinfecciones alimentarias; asimismo, la fuente sobre sepsis indica que produce enterotoxina.
- Salmonella: se señalan las exotoxinas como factores de patogenicidad.
- Agentes causantes de toxinfecciones alimentarias que producen exotoxinas en los alimentos: Clostridium perfringens, Proteus vulgaris/mirabilis, Bacillus cereus, especies de Klebsiella, Enterobacter, Citrobacter, Pseudomonas, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus.
Asimismo, la fuente indica que todos los microbios grampositivos segregan exotoxinas proteicas.
Para recordar fácilmente la diferencia en los mecanismos de liberación: las EXOtoxinas son EXPortadas al exterior por la bacteria viva durante su actividad vital. Las ENDOtoxinas están ocultas dentro de la membrana y solo salen al exterior cuando la célula se destruye.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es el principal factor de patogenicidad de las bacterias gramnegativas durante su destrucción masiva?
Durante la destrucción de las bacterias gramnegativas se liberan lipopolisacáridos (LPS), que son un componente de su membrana externa. La actividad biológica de este proceso está determinada enteramente por el componente hidrófobo del LPS: el lípido A.
¿Cuál es el papel de los fagocitos en la patogenia del choque endotoxémico?
Los fagocitos son los primeros en reaccionar ante la aparición de lipopolisacáridos. Bajo el efecto del LPS, inician una síntesis excesiva de sustancias biológicamente activas (interleucinas, FNT, óxido nítrico), cuyas altas concentraciones desencadenan el choque y la insuficiencia multiorgánica.
¿Por qué una exotoxina intracelular necesita dos partes funcionales diferentes?
Cada parte cumple una función estricta. La porción receptora es necesaria para la unión inicial con el receptor específico en la membrana celular, mientras que la porción catalítica se encarga del daño enzimático directo sobre las estructuras intracelulares tras penetrar en el citosol.
Qué más repasar sobre el tema
- El papel de los plásmidos (Col, F, R) y los transposones tox en el control genético de la síntesis de toxinas.
- Mecanismos de destrucción de la citolema por exotoxinas que actúan sobre la membrana superficial.
- Dianas intracelulares específicas en el botulismo, el tétanos y la difteria.
- La cascada de síntesis de interleucinas (IL-1, IL-6, IL-8) y FNT durante la activación de los fagocitos.
- Fisiopatología de la insuficiencia multiorgánica (cardíaca, respiratoria, renal) ante dosis elevadas de LPS.
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