Bacillus anthracis

Bacillus anthracis

Dades
Malaltia	carboncle
Tinció de Gram	Grampositiu
Taxonomia
Regne	Bacillati
Fílum	Bacillota
Classe	Bacilli
Ordre	Caryophanales
Família	Bacillaceae
Gènere	Bacillus
Espècie	Bacillus anthracis

Bacillus anthracis és un bacteri grampositiu i en forma de bacil que causa el carboncle o àntrax maligne,^[1] una malaltia mortal per al bestiar i, ocasionalment, per als humans. La seva infecció és un tipus de zoonosi, ja que es transmet dels animals als humans.^[2]

Va ser descobert pel metge alemany Robert Koch el 1876 i es va convertir en el primer bacteri en demostrar-se experimentalment que era patogen. El descobriment també va ser la primera evidència científica de la teoria microbiana de les malalties.^[3]

El nom específic de l'espècie, anthracis, prové del grec anthrakis (ἄνθραξ), 'carbó', i es refereix al carboncle cutani, la malaltia humana més comuna produïda pel bacteri, on es formen lesions negres a la pell. La inhalació de les espores, però, pot causar el carboncle pulmonar, una greu malaltia que pot ser mortal perquè ja que des dels pulmons els bacteris poden difondre's a tot el cos, on causa dany mitjançant la toxina que produeix, formada per tres proteïnes codificades per un plasmidi.^[4] La infecció per Bacillus anthracis també causa malaltia (carboncle bacteridià) en animals com vaques, ovelles i cabres que poden ser font de contagi per als humans.^[5]

Descripció

Bacillus anthracis és un bacteri en forma de bacil d'aproximadament 3 a 5 μm de llarg i d'1 a 1,2 μm d'amplada. Quan es cultiven tendeixen a formar llargues cadenes de bacteris (com en forma de canya de bambú). A les plaques d'agar, formen colònies grans de diversos mil·límetres de diàmetre que generalment són de color blanc o crema. La majoria de les soques de B. anthracis produeixen una càpsula que dona a les colònies un aspecte viscós semblant al moc.^[6]

Té una semblança genotípica i fenotípica amb Bacillus cereus i Bacillus thuringiensis. Les tres espècies comparteixen dimensions i morfologies cel·lulars. Tots formen espores ovalades situades a centre del bacteri no inflat. Les endòspores de B. anthracis, en particular, són molt resistents, sobreviuen a temperatures extremes, en ambients baixos en nutrients i sotmeses a tractaments químics durs durant dècades o segles.^[7]

És un dels pocs bacteris coneguts que pot sintetitzar una càpsula proteica feblement immunitària i antifagocítica d'àcid poli-D-gamma-glutàmic. La presència de càpsula proporciona un avantatge evolutiu a B. anthracis. Els polisacàrids estan associats amb l'adhesió de defensines secretades pels neutròfils que inactiven i degraden els bacteris.^[8] En no tenir aquesta macromolècula a la càpsula, B. anthracis pot evadir un atac neutròfil i continuar propagant la infecció. La diferència en la composició de la càpsula també és significativa perquè s'ha plantejat la hipòtesi que l'àcid poli-D-gamma-glutàmic crea una càrrega negativa que protegeix la fase vegetativa dels bacteris envers la fagocitosi dels macròfags.^[9][10]

Igual que Bordetella pertussis, forma una exotoxina adenilat ciclasa dependent de la calmodulina, coneguda com a factor d'edema d'àntrax, juntament amb el factor letal d'àntrax.

Estructura genòmica

Bacillus anthracis té un únic cromosoma que és una molècula d'ADN circular de 5.227.293 pb.^[11] També té dos plasmidis d'ADN circular extracromosòmic de doble cadena, pXO1 i pXO2. Tant els plasmidis pXO1 com pXO2 són necessaris per a la virulència total i representen dues famílies de plasmidis diferents.^[12]

Característica	Cromosoma	pXO1	pXO2
Mida (pb)	5.227.293	181.677	94.829
Nombre de gens	5.508	217	113
Replicons codificants (%)	84,3	77,1	76,2
Longitud mitjana dels gens (nt)	800	645	639
Contingut G+C (%)	35,4	32,5	33
Operons rRNA	11	0	0
tRNAs	95	0	0
sRNAs	3	2	0
Gens fàgics	62	0	0
Gens transposons	18	15	6
Marc de lectura interromput	37	5	7
Gens amb funció assignada	2.762	65	38
Gens hipotèticament conservats	1.212	22	19
Gens amb funció desconeguda	657	8	5
Gens hipotètics	877	122	51

Plasmidi pXO1

El plasmidi pXO1 (182 kb) conté els gens que codifiquen els components de la toxina àntrax: pag (antigen protector, PA), lef (factor letal, LF) i cya (factor edema, EF). Aquests factors es troben dins d'una illa de patogenicitat (PAI) de 44,8 kb. La toxina letal és una combinació de PA amb LF i la toxina de l'edema és una combinació de PA amb EF. El PAI també conté gens que codifiquen un activador transcripcional AtxA i el repressor PagR, tots dos regulen l'expressió dels gens de la toxina de l'àntrax.^[12]

Plasmidi pXO2

El plasmidi pXO2 codifica un operó de cinc gens (capBCADE) que sintetitza una càpsula d'àcid poli-γ-D-glutàmic (poliglutamat). Aquesta càpsula permet a Bacillus anthracis evadir el sistema immunitari de l'hoste protegint-se de la fagocitosi. L'expressió de l'operó de la càpsula és activada pels reguladors transcripcionals AcpA i AcpB, situats a l'illa de patogenicitat pXO2 (35 kb). L'expressió AcpA i AcpB estan sota el control d'AtxA de pXO1.^[12]

Aspectes clínics

Patogènesi

Bacillus anthracis té una càpsula antifagocítica essencial per a la virulència i també produeix tres exotoxines codificades per plasmidi:^[13][14]

• El factor edema, una adenilat ciclasa depenent de la calmodulina que provoca l'elevació de l'AMPc intracel·lular i que és responsable de l'edema greu que s'observa habitualment en les infeccions per B. anthracis
• Una toxina letal que és responsable de provocar la necrosi dels teixits
• L'antigen protector, anomenat així pel seu ús en la producció de vacunes protectores contra l'àntrax, que media l'entrada cel·lular del factor edema i la toxina letal.

Manifestacions de la malaltia en humans

Els símptomes del carboncle depenen del tipus d'infecció i poden trigar des d'un dia a més de dos mesos en aparèixer. Tots els tipus de carboncle tenen el potencial, si no es tracten, de propagar-se per tot el cos i causar malalties greus, i fins i tot la mort.^[15]

Es coneixen quatre formes de malaltia de carboncle humà segons el seu lloc d'entrada:^[15]

• Cutània. És la forma més freqüent (95%), causa una lesió localitzada, inflamatòria, negra i necròtica (escar). Molt sovint, la nafra apareix a la cara, el coll, els braços o les mans. El desenvolupament pot ocórrer entre un i set dies després de l'exposició.
• Inhalació. És una forma rara però altament mortal. Es caracteritza per símptomes semblants a la grip, molèsties al pit, diaforesis i dolors corporals. El desenvolupament es produeix generalment una setmana després de l'exposició, però pot trigar fins a dos mesos.
• Gastrointestinal. És un tipus rar però també mortal (causa la mort al 25 per cent dels afectats) i resulta de la ingestió d'espores. Els símptomes inclouen: febre i calfreds, inflor del coll, deglució dolorosa, ronquera, nàusees i vòmits (especialment vòmits amb sang), diarrea, enrogiment i ulls vermells, i inflor de l'abdomen. Els símptomes es poden desenvolupar en 1-7 dies.
• Injecció. Els símptomes són similars als de l'àntrax cutani, però l'àntrax per injecció es pot estendre per tot el cos més ràpidament i pot ser més difícil de reconèixer i tractar en comparació amb l'àntrax cutani. Els símptomes inclouen febre, calfreds, un grup de petites protuberàncies o butllofes que poden picar, que apareixen on s'ha injectat el patogen. També poden aparèixer abscessos profunds sota la pell o en el múscul on es va injectar el patogen.

Prevenció i tractament

S'han desenvolupat diverses vacunes contra el carboncle per ús preventiu en bestiar i humans. La vacuna adsorbida per l'àntrax (AVA) pot protegir contra els tipus cutani i per inhalació. Tanmateix, aquesta vacuna només s'utilitza en adults en risc abans de l'exposició a l'agent patogen i no s'ha aprovat per utilitzar-la després de l'exposició.^[16] Les infeccions per B. anthracis es poden tractar amb antibiòtics β-lactàmics com ara la penicil·lina o d'altres que són actius contra els bacteris grampositius. El B. anthracis resistent a la penicil·lina es pot tractar amb fluoroquinolones com ara la ciprofloxacina o amb tetraciclines com ara la doxiciclina.^[17]

Referències

1. Què cal saber? Fitxes lexicogràfiques de la Societat Catalana de Biologia 1-250, p. 93. 
2. Spencer, R. C. «Bacillus anthracis» (en anglès). Journal of Clinical Pathology, 56, 3, 01-03-2003, pàg. 182–187. DOI: 10.1136/jcp.56.3.182. ISSN: 0021-9746. PMC: PMC1769905. PMID: 12610093.
3. Blevins, Steve M.; Bronze, Michael S. «Robert Koch and the ‘golden age’ of bacteriology». International Journal of Infectious Diseases, 14, 9, 9-2010, pàg. e744–e751. DOI: 10.1016/j.ijid.2009.12.003. ISSN: 1201-9712.
4. Schaechter, Moselio; Ingraham, John L.; Neidhardt, Frederick C. Microorganismes. Barcelona: Reverté, 2008, p. 451-452. ISBN 978-84-291-1860-5 [Consulta: 16 octubre 2021]. 
5. Madigan M, Martinko J (editors).. Brock Biology of Microorganisms. 11a ed.. Prentice Hall, 2005. ISBN 0-13-144329-1. 
6. Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria (en anglès). Wiley, 2015-09-14. DOI 10.1002/9781118960608.gbm00530. ISBN 978-1-118-96060-8. 
7. Driks, Adam «The Bacillus anthracis spore» (en anglès). Molecular Aspects of Medicine, 30, 6, 12-2009, pàg. 368–373. DOI: 10.1016/j.mam.2009.08.001.
8. Choo, Min-Kyung; Sano, Yasuyo; Kim, Changhoon; Yasuda, Kei; Li, Xiao-Dong «TLR sensing of bacterial spore-associated RNA triggers host immune responses with detrimental effects». The Journal of Experimental Medicine, 214, 5, 11-04-2017, pàg. 1297–1311. DOI: 10.1084/jem.20161141. ISSN: 0022-1007. PMC: PMC5413331. PMID: 28400473.
9. Choudhury, Biswa; Leoff, Christine; Saile, Elke; Wilkins, Patricia; Quinn, Conrad P. «The Structure of the Major Cell Wall Polysaccharide of Bacillus anthracis Is Species-specific». Journal of Biological Chemistry, 281, 38, 9-2006, pàg. 27932–27941. DOI: 10.1074/jbc.m605768200. ISSN: 0021-9258.
10. Makino, Sou‐ichi; Watarai, Masahisa; Cheun, Hyeng‐il; Shirahata, Toshikazu; Uchida, Ikuo «Effect of the Lower Molecular Capsule Released from the Cell Surface of Bacillus anthracis on the Pathogenesis of Anthrax» (en anglès). The Journal of Infectious Diseases, 186, 2, 15-07-2002, pàg. 227–233. DOI: 10.1086/341299. ISSN: 0022-1899.
11. Read, Timothy D.; Peterson, Scott N.; Tourasse, Nicolas; Baillie, Les W.; Paulsen, Ian T. «The genome sequence of Bacillus anthracis Ames and comparison to closely related bacteria» (en anglès). Nature, 423, 6935, 5-2003, pàg. 81–86. DOI: 10.1038/nature01586. ISSN: 1476-4687.
12. Kolstø, Anne-Brit; Tourasse, Nicolas J.; Økstad, Ole Andreas «What Sets Bacillus anthracis Apart from Other Bacillus Species?» (en anglès). Annual Review of Microbiology, 63, 1, 01-10-2009, pàg. 451–476. DOI: 10.1146/annurev.micro.091208.073255. ISSN: 0066-4227.
13. Lowe, David E.; Glomski, Ian J. «Cellular and Physiological Effects of Anthrax Exotoxin and Its Relevance to Disease». Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2, 2012. DOI: 10.3389/fcimb.2012.00076. ISSN: 2235-2988. PMC: PMC3417473. PMID: 22919667.
14. Liu, Shihui; Moayeri, Mahtab; Leppla, Stephen H. «Anthrax lethal and edema toxins in anthrax pathogenesis» (en anglès). Trends in Microbiology, 22, 6, 6-2014, pàg. 317–325. DOI: 10.1016/j.tim.2014.02.012. PMC: PMC4041834. PMID: 24684968.
15. «Symptoms of Anthrax | CDC» (en anglès americà), 19-11-2020. [Consulta: 28 gener 2024].
16. «How to Prevent Anthrax | CDC» (en anglès americà), 14-12-2020. [Consulta: 28 gener 2024].
17. Barnes, J. M. «Penicillin and B. anthracis» (en anglès). The Journal of Pathology and Bacteriology, 59, 1-2, 1-1947, pàg. 113–125. DOI: 10.1002/path.1700590113. ISSN: 0368-3494.