Biopelícula

Las biopelículas bacterianas son grupos de células englobadas en una matriz de exopolisacárido producidas por las bacterias que constituyen la biopelícula, para adherirse a una superficie, esta estructura ofrece ventajas como la protección contra antibióticos, desecación y radiación UV. A. hydrophila forma biopelícula y le permite resistir a antibióticos betalactámicos, tetraciclinas y macrólidos (22). Aeromonas emplea a los flagelos, los LPS, polisacáridos de superficie, la quimiotaxis y los transportadores de Mg2+ para formar las biopelículas (14).

Aeromonas spp. forma biopelícula sobre acero inoxidable, cobre, polibutileno, caucho y las tuberías de distribución de agua potable (3), esto genera preocupación para la salud pública, debido a que pueden contener diferentes especies bacterianas patógenas, y proporciona un sistema de circulación de nutrientes, agua y DNA libre para realizar la transferencia horizontal genético en la biopelícula de Aeromonas (23).

La formación de biopelícula está regulada por QS, el cual confiere a las bacterias la capacidad de liberar, detectar, responder y monitorear su densidad celular, mediante la liberación de las moléculas señal o autoinductoras (24), en las bacterias Gram negativas las moléculas señal son principalmente lactonas de homoserina aciladas (AHL), el autoinductor interactua con el regulador de respuesta y ejercen regulación génica de diversos procesos fisiológicos, cuando la bacteria detecta altas poblaciones en el medio ambiente (25).

En A. hydrophyla se han descrito tres sistemas de QS con su correspondiente autoinductor, el sistema tipo 1 (AI-1) reconoce a los autoinductores: N-butanoil homoserina lactona (C4-AHL) y N -hexanoil homoserina lactona (C6-AHL) (26), el sistema tipo 2 LuxS (AI-2) detecta 4,5-dihidroxi-2,3-pentanodiona (4,5-DPD), la homocisteína y varias furanonas (24) y el sistema tipo 3 QseBC (AI-3) reconoce a una N-acil homoserina lactona (11).

En A. hydrophila el sistema AI-1 regula la expresión de los genes que codifican exoproteasa, hemolisina, amilasa, ADNasa, la capa S y la maduración de la biopelícula (23). Para A. salmonicida el sistema AI-2 regula al gen vapA que expresa la proteína de la capa A, que protege a la bacteria del sistema inmune (6). En A. hydrophila el sistema AI-3 (QseB) regula la motilidad de natación y enjambre, la formación de biopelículas y la hemólisis (11).

Transferencia horizontal de genes

Las bacterias adquieren variabilidad genética con la transferencia horizontal de ADN, en consecuencia, presentan nuevos fenotipos como la resistencia a antibióticos, los metales pesados, la patogenicidad, la simbiosis y la capacidad de metabolizar nuevos sustratos; además contribuye en su evolución y adaptación a distintos ambientes (27, 28).

El agua facilita la transferencia de genes de resistencia a antibióticos entre bacterias (29). Los plásmidos, integrones, transposones, cassettes de resistencia a antibióticos asociados a integrones, bacteriófagos y secuencias de inserción constituyen los elementos genéticos móviles (MGE). Aeromonas spp. presentan diversos MGE, lo que explica su plasticidad genómica, la resistencia a quinolonas (30), adquisición de virulencia y adaptación a diversos ambientes (21).

La capacidad de Aeromonas spp. para transferir genes de resistencia se evidenció con A. hydrophila (aislada de una granja de tilapia) que presentó los genes de resistencia blaOXA-10 y aadA1 albergados en el plásmido pR148, estos mostraron un 100 % de similitud con los genes del genoma de Acinetobacter baumannii que es un patógeno humano (20).

La transferencia genética en Aeromonas procede por conjugación y transformación principalmente. Se evidencio que Aeromonas transfirió genes de resistencia a betalactamasas a Escherichia coli, mediante los plásmidos R, presentes en diferentes especies de Aeromonas (4).

Mecanismos de resistencia a antibióticos

Aeromonas es resistente a los β-lactámicos, porque producen enzimas extracelulares tipo: β-lactamasa, acilasa y penicilinasa; que hidrolizan el enlace amida del anillo β-lactámico, lo que limita la permeabilidad de las membranas citoplasmáticas a estos antibióticos (31).

Aeromonas posee genes que codifican β -lactamasas y estos se albergan en los MGE, como los genes blaCTX-M-3 y blaTEM-1 que forman parte los integrones clase 1 (31); los genes blaPER-1 localizados en el transposón Tn5393k (25). También, el gen blaKPC-2 encontrado en los plásmidos pASP-135, pS44-1 y pWCX23_1 (33); y el gen blaAFM-1 ubicado en el plásmido pSS332-218k (5).

Aeromonas enteropelogenes (acuáticas) A. hydrophila, A. jandaei, A. caviae producen la metalo-β-lactamasa CphA, esta enzima hidroliza selectivamente los penems y carbapenémicos y no reconoce a las penicilinas y cefalosporinas (32).

En bacterias Gram negativas, incluida A. hydrophila, la resistencia a las quinolonas se debe a mutaciones de los genes cromosómicos gyrA y parC que codifican las enzimas ADN girasa y topoisomerasa IV (10, 34).

Las bombas de eflujo participan en la expulsión de sustancias tóxicas para la bacteria, incluidos múltiples fármacos (MDR) tipo antibióticos (21). Se clasifican en cinco familias: la división de nodulación de sustancias (RND), superfamilia de facilitadores Principales (MFS), cassette de unión de ATP (ABC), familia de resistencia (SMR) y obstrucción de compuestos tóxicos y múltiples fármacos (35). Con la secuenciación del genoma de A. hydrophila se encontraron 10 sistemas tipo RND, entre los cuales está el sistema AheABC involucrado en el fenotipo MDR y en la resistencia intrínseca a pristinamicina y trimetoprima (36).

Por otra parte, un estudio proteómico correlacionó la resistencia a oxitetraciclina de A. hydrophila ATCC 7966, con el incremento de la expresión de genes implicados en el metabolismo de manitol y las bombas de eflujo (Tabla 1), en comparación con la cepa sensible; además se observó una disminución en la regulación de los genes implicados en el metabolismo de sulfuro (37).

Tabla 1. Correspondencia entre la resistencia a antibióticos y las vías metabólicas bacterianas.

Significado de siglas: met: metabolismo; BE: bombas de eflujo; OMP: proteínas de la membrana externa; GG: glucólisis/gluconeogénesis; VM: vías metabólicas; CTC: clortetraciclina

En Aeromonas el gen tet(E) codifica una bomba de eflujo para tetraciclina; localizado en el transposón Tn6433 que confiere resistencia a oxitetraciclina, secuencias similares a Tn6433-tet(E) se encontraron en los cromosomas y algunos plásmidos, lo que sugiere que Tn6433 controla la transposición de tet(E) del cromosoma al plásmido pAeca2 y promueve la diseminación de este gen (26).

A. hydrophila ATCC 7966 contiene proteínas de membrana plasmática de la familia TetR (AHA_0023), con actividad de resistencia a acriflavina, son homólogas a la bomba de eflujo AheABC, expresada por el gen AHA_0022, la proteína regula transcripcionalmente el metabolismo general (Tabla 1), QS y la resistencia a antibióticos, se sugirió que estos cambios metabólicos podrían contribuir con la resistencia a antibióticos (37).

En A. hydrophila se describió una elevada expresión de tres genes putativos AHA0021, AHA1320 y AheB, que codifican las bombas de salida tipo RND, con base en la traducción in silico; en las cepas clínicas multirresistente en comparación con la cepa ambiental. Se confirmó que las bombas de eflujo RND reducen las concentraciones de piperacilina/tazobactam, imipenem, eritromicina y polimixina, lo que explicó la multirresistencia de A. hydrophila (46).

Asimismo, en A. hydrophila se reportó que el sistema TonB proporciona la resistencia a macrólidos, la inactivación de TonB inhibe la expulsión del antibiótico mediada por la bomba de eflujo MacA2B2 (47).

Se reportó en A. veronii que el gen Hfq regula de forma positiva la expresión de las bombas de eflujo que expulsan trimetropima y la degradación de adenosina y guanosina (Tabla 1), la complementación de la mutante Hfq con los genes acrA y acrB (que codifican las bombas de eflujo) recuperaron la resistencia a trimetoprima (42).

Las vesículas de membrana externa (OMV) son un mecanismo de resistencia a antibióticos novedoso en especies de bacterias Gram negativas, en A. hydrophila las OMV están relacionadas con la resistencia a oxitetraciclina (48). A partir de A. veronii, P. aeruginosa, Enterobacter cloacae y E. coli se obtuvieron OMV que transportaron el plásmido pLC291 (con genes de resistencia a kanamicina). Las OMV se transfirieron a estos mismos géneros en su carácter de receptores, la velocidad mayor de transferencia la presentó A. veronii y la velocidad superior de recepción la obtuvo P. aeruginosa en comparación con los otros géneros (49).

Resistencia a antibióticos de Aeromonas

La información descrita en este trabajo sugiere una relación entre la presencia de genes, la actividad bioquímica y la influencia del medio ambiente con el incremento de la resistencia a antibióticos del género Aeromonas.

Aeromonas spp. se consideran intrínsecamente resistente a amoxicilina/clavulánico, eritromicina y estreptomicina (50). Las cepas de Aeromonas aisladas de heridas infectadas presentaron resistencia cromosómica o intrínseca a ampicilina y amoxicilina y el tratamiento con estos antibióticos fue ineficaz (51). También, se observó que en la mayoría de los aislados de Aeromonas a partir de agua para beber y residuales presentaron resistencia intrínseca a amoxicilina (52). Asimismo, se reportó la resistencia intrínseca a betalactámicos por la presencia del gen blaSHV-01 en el 68% de las cepas de Aeromonas (30), lo que refuerza que este género es intrínsecamente resistente a betalactámicos.

Varios estudios evaluaron la resistencia a antibióticos de Aeromonas patógenas de peces, mamíferos y aislados ambientales (Tabla 2). En los últimos años A. hydrophila ha registrado cambios e incremento en la resistencia a antibióticos; esto sugiere la participación de proteínas de diferentes vías metabólicas (Tabla 1) que juegan un papel importante en la resistencia a antibióticos (41).

Tabla 2. Resistencia a antibióticos de algunos aislados de Aeromonas documentadas en los últimos 15 años.

Las resistencias se dan por lo genes: mexF, bla: betalactámicos; tet: tetraciclinas; aadA: estreptomicina; floR: florfenicol; sul: sulfonamidas; dfr: trimetoprima: aac, aph, armA, ispE, dxs, ndk, fadA; aminoglucósido; qnr: quinolonas: mcr: colistina; gyr, par: fluoroquinolonas; str: estreptomicina; cat: cloranfenicol; mph: macrólidos. 

Cepas de Aeromonas aisladas de sangre presentaron resistencia a betalactámicos como las penicilinas, cefalosporinas (Tabla 2), y carbapenémicos (53), esto concuerda con la resistencia a betalactámicos observada en aislados clínicos intestinales y extraintestinales de Aeromonas spp., además de la resistencia a tetraciclinas (62) y aminoglucósidos (63).

En contraste, en A. salmonicida aislada de salmón del Atlántico, cultivado en agua dulce (realizado en el periodo 2016 a 2018), se identificó el gen cat contenido en el plásmido pAsa7, que confiere la resistencia a cloranfenicol. Los aislados evaluados en 2019 mantuvieron el plásmido y la resistencia a cloranfenicol; sin embargo, se observaron mutaciones cromosómicas y presentaron resistencia a ciprofloxacina y ofloxacina, esto sugiere que la bacteria se modifica genéticamente y por ende el perfil de resistencia (64).

Por otra parte, los aislados ambientales de Aeromonas spp. presentaron mayor resistencia a betalactámicos (amoxicilina, ampicilina, penicilina) y a lincosamidas (clindamicina); este patrón fue similar a lo reportado en cepas clínicas de humanos, la diferencia es que ninguna de las cepas ambientales mostró resistencia a estreptomicina y gentamicina (31).

En contraste, hay reporte de cepas ambientales multirresistentes, A. hydrophila mostró resistencia a ácido nalidíxico, cefalotina, ticarcilina, tetraciclina y sulfametoxazol; sin embargo, en los dos últimos antibióticos la resistencia fue menor a lo reportado en aislados clínicos de humanos (17), esto podría deberse a las diferentes presiones selectivas por el uso de antibióticos en humanos y ambientes acuáticos (52); además, se han registrado otros perfiles de resistencia de Aeromonas aislada de agua, el 40% de las cepas fueron resistentes a fosfomicina, ácido nalidíxico y cefotaxima, el 27% presentaron resistencia a gentamicina, tobramicina y cotrimoxazol. Asimismo, se encontró que más del 70% de los aislados fueron susceptibles a cloranfenicol, trimetoprim-sulfametoxazol y tetraciclina (1).

Dado que la colistina es considerada como el antibiótico de último recurso en medicina para el tratamiento de patógenos Gram negativos multirresistentes, la propagación de los genes mcr es preocupante porque confiere resistencia a colistina (65). Algunos aislados de A. jandaei obtenidos de agua para beber y residuales albergan a los genes mcr-3 (52), esta especie puede ser un reservorio de los genes mcr-3 y contribuir a la posible propagación en el agua, ambiente idóneo para transferir material genético entre diferentes especies de Aeromonas y géneros bacterianos (17).

La resistencia a antibióticos de diversas especies bacterianas es el resultado de la expresión de genes del resistoma, que incluye a los genes contenidos en los MGE y a los genes intrínsecos cromosómicos que codifican proteínas con actividad metabólica que pueden ser precursoras de genes de resistencia a antibióticos (28).

Otro elemento que favorece la multirresistencia bacteriana es la formación de las biopelículas, se detectó que el uso de antibióticos como florfenicol y la oxitetraciclina aumentaron la formación de biopelículas en A. salmonicida aislada de criaderos de peces, como mecanismo de respuesta a estrés ambiental (62). Las biopelículas de acuíferos recargados con aguas pluviales, donde se aislaron a Aeromonas, Burkholderia, Pseudomonas, Shewanella y Vibrio, presentaron genes de resistencia; cassette de unión a ATP, proteínas de expulsión de compuestos tóxicos, pequeñas bombas de eflujo y complejos de eflujo de múltiples fármacos. En Pseudomonas y Aeromonas se identificaron principalmente los genes que expresan betalactamasas; mientras que los genes que codifican la resistencia a la tetraciclina y vancomicina fueron encontrados en otros géneros, estos resultados sugieren que los microrganismos que crecen en biopelículas pueden servir como reservorio de cepas resistentes a diferentes antibióticos y transferir genes de resistencia entre géneros (21).

Por otra parte, se reveló que LuxS regula la resistencia a los antibióticos, la formación de la biopelícula, el metabolismo central y el QS mediante el sistema AI-2; en las cepas de A. hydrophila se disminuyó la biosíntesis de LuxS con el tratamiento de 1 μg/ml de oxitetraciclina y el inhibidor LuxZ (-)-dimetil(-)-2,3-O-isopropiliden-l-tartrato, y se observó una baja en la tasa de crecimiento de la bacteria (24).

La OMS ha identificado el cambio climático como uno de los principales causantes de las enfermedades infecciosas emergentes a nivel mundial, en estudios poblacionales se observaron que las variaciones de temperatura (66) podrían modificar y acelerar la resistencia a varios antibióticos, asimismo, se documentó que el incremento de 10 °C, puede aumentar la resistencia a los antibióticos en un 4.2%, 2.2% y 2.7%, en E. coli, K. pneumoniae y S. aureus, respectivamente (67); por lo anterior, existe la preocupación de que otras bacterias Gram negativas como Aeromonas tengan un comportamiento similar.

En Aeromonas se sugiere un efecto bifásico de la temperatura y el pH ambiental; por una parte, el crecimiento de Aeromonas se ve favorecido en ambientes ácidos y este cambio se asoció a la modificación del perfil de resistencia antimicrobiana. Por otro lado, la temperatura afecta la transferencia horizontal de genes y las mutaciones de novo (incluida la recombinación), estos cambios ambientales podrían explicar las diferencias en la resistencia a los antibióticos, en ausencia de determinantes (MGE, mecanismos) de resistencia o presión antimicrobiana en el medio ambiente (66).

La tabla 2, muestra los resultados obtenidos de diversos estudios de resistencia en Aeromonas, lo que más destaca es la gran variedad de genes que confieren resistencia a betalactámicos y aminoglucósidos. Otra característica importante es la multirresistencia de los aislados clínicos humanas y patógenas de peces de A. hydrophila y A. veronii en comparación con aislados ambientales.

El género Aeromonas ha retomado cada vez más importancia debido a su amplia distribución y su capacidad de presentar nuevas resistencias a antimicrobianos; sin embargo, esta capacidad se le atribuye principalmente a su plasticidad genética y a la interacción con E. coli, Pseudomonas o Salmonella, en algunos estudios se identificó similitudes genéticas de resistencia entre los géneros como: la bomba de eflujo AheB, los integrones intI1-aadA1-qacEΔ1-Sul1, intI1-dfrA17-qacEΔ1-Sul1; los plásmidos pEX-AheABC, pAr–32 y cassettes de genes como drfA17; y con ello se indica la transferencia horizontal genética entre estos géneros (15, 36).

En Aeromonas se han identificado gran variedad de genes de resistencia antimicrobiana adquirida, que codifican β-lactamasas, aminoglucósidos acetiltransferasas y bombas de expulsión localizados en plásmidos, también estos genes se identificaron en Pseudomonas monteilii, Salmonella enterica o E. coli, lo que sugiere la transferencia horizontal entre estas bacterias (34).

En la secuencia genómica de A. hydrophila NJ-35 se encontraron tres conjuntos de sistemas de transporte TonB, el sistema TonB1 es codificado por los genes tonB1, exbB1 y exbD1; el sistema TonB2 transporta hierro y lo codifican los genes tonB2, exbB2 y exbD2 (reportado en Vibrio cholerae y Vibrio anguillarum), y los genes exbB3-1-exbB3-2-exbD3-tonB3 codifican a TonB3 que participa en la fagocitosis. TonB1 y TonB2 se consideran bombas de eflujo bacterianas para macrólidos como eritromicina y roxitromicina (68); asimismo, el sistema de transporte TonB esta descrito en Vibrio anguillarum, E. coli, y el homólogo de la bomba en P. aeruginosa (27, 47).

La adquisición y presencia de MGE en Aeromonas es inquietante, porque se encontró el plásmido pAsa8 que contienen al Tn721 y un integrón complejo de clase 1, muy similar al integrón In104 localizado en S. enterica y Proteus mirabilis, que confiere resistencia a florfenicol-cloranfenicol (floR), tetraciclinas [tet(G)], sulfonamidas (sul1), ampicilina-carbenicilina (blaPSE-1) y estreptomicina-espectinomicina (aadA2) en A. salmonicida (69).

Las cepas de E. coli aisladas de tilapia, bagre rayado y peces salvajes mostraron multirresistencia a betalactámicos como cefotaxima, meropenem y amoxicilina, por la presencia de los genes blaCTX-M (CTX-M-1, CTX-M-2, CTX-M-8), blaTEM; también son resistentes a sulfametoxazol-trimetoprima porque contiene los genes sul123; y el gen mcr codifica la resistencia a colistina (65), algunos de estos genes de E. coli son compartidos con Aeromonas, como blaCTX-M, blaTEM, sul12, y el gen sul3 (31). De igual forma, la presencia del gen mcr en P. monteilii, S. enterica y E. coli está vinculado con Aeromonas; este género posee el homólogo de mcr, contenido en los plásmidos y los genomas, esto sugiere que las tres bacterias podrían ser la fuente de transmisión de este gen de resistencia (34).

Las resistencias a betalactámicos de Citrobacter freundii, E. coli, A. veronii y A. hydrophila aislados a partir de agua y sanguijuelas, se correlacionó con la presencia de los genes que codifican las β-lactamasas; en ambas especies de Aeromonas se identificaron los genes blaTEM-1 y blaSHV-1, mientras que E. coli presentó únicamente el gen blaTEM-1 y C. freundii el gen blaSHV-1 (29). Las evidencias generadas en los estudios antes mencionados sustentan la transferencia horizontal de genes de resistencia a antibióticos de Aeromonas con otros géneros bacterianos.

CONCLUSIONES

En esta revisión se ha compilado, descrito y comparado las características similares, así como se puntualizaron las diferencias metabólicas de A. hydrophila, A. salmonicida y A. veronii como patógenos oportunistas que presentan una gran variedad de factores de virulencia de tipo estructural, enzimático y extracelular, por lo que estas bacterias pueden representar un riesgo para la salud de organismos inmunodeprimidos, incluido el hombre.

Una característica importante de Aeromonas es la resistencia intrínseca a betalactámicos; además de la resistencia a tetraciclinas y aminoglucosidos, que es sustentada por la presencia de bombas de eflujo, enzimas inactivadoras de antibióticos, vesículas de membrana externa y la participación del metabolismo central que contribuyen a la resistencia a diferentes clases de antibióticos, cabe resaltar que la resistencia a colistina es la más preocupante, porque es considerada como un antibiótico de último recurso.

La transferencia horizontal de genes le permite a Aeromonas adquirir o transferir diferentes genes de resistencia a otras especies o géneros como E. coli, Vibrio, Pseudomonas o Salmonella, este proceso es facilitado por las biopelículas, incremento de la temperatura y pH ácido, estos procesos favorecen la multirresistencia en Aeromonas.

Es de suma importancia generar conciencia respecto al uso indiscriminado de antibióticos en ambientes acuáticos, crianza de peces y administración en humanos, porque se ha descrito que contribuye con la multirresistencia a antibióticos en bacterias incluida Aeromonas, lo que perfila a este género como un patógeno emergente y un riesgo para la salud pública.

REFERENCIAS