Bacillus sppBacillus spp

Siever Morales CautiMédico Veterinario – UNMSMLaboratorio de Microbiología

Género Género BacillusBacillusCaracterísticas generalesCaracterísticas generales

Bacilos grampositivos esporuladosBacilos grampositivos esporulados Aerobios o anaerobios facultativosAerobios o anaerobios facultativos Ubicuos en la naturalezaUbicuos en la naturaleza Especies más importantes:Especies más importantes:

B. anthracisB. anthracis: : CarbuncoCarbunco

B. cereusB. cereus: : Intoxicaciones alimentariasIntoxicaciones alimentarias

Bacillus anthracisBacillus anthracis Grampositivo bacilo

Anaerobio Facultativo

1 - 1.2µm ancho x 3 - 5µm largo

Pertenece a la familia B. cereus• Requiere para su

crecimiento Thiamin• capsula de Glutamyl-

polypeptido• No movil

Endosporas de forma oval y central

http://www.bact.wisc.edu/Bact330/lectureanthrax

CaracterísticasCaracterísticas No móvil AerobioAerobio Encapsulado Forma esporas que no produce

ensanchamiento de la bacteria, mide aprox. 1 u

Colonias grandes, blancas grisáceas, de Colonias grandes, blancas grisáceas, de bordes ondulados “cabeza de medusa”bordes ondulados “cabeza de medusa”

Existen colonias lisas, rugosas y mucoides; Existen colonias lisas, rugosas y mucoides; la rugosa es la más virulenta. la rugosa es la más virulenta.

Bacillus anthracis

Bacillus cereus

Bacillus subtillis

Motilidad - + +

Hemólisis - + +

TSA Cabeza de medusa

Rugosas irregulares

Grisáceas dentadas

TSB Copos de algodón

TUR. SED PEL. TRU SED

Cápsula + - -

Hidrólisis dela gelatina LENTA RAPIDA

-

Penicilina SENSIBLE NO SENSIBLE

Patogenicidad +++ -/+ -

EndosporaEndospora

Oxigeno necesario para la esporulación

Celulas deshidratadas• Altamente resistente al calor,

frio, desinfectantes quimicos, periodos secos

El protoplasto contiene la información para la siguiente célula vegetativa

La corteza proporciona resistencia a la radiacion

La pared porporciona resistencia quimica y desinfectantes

http://www.gsbs.utmb.edu/microbook/ch015.htm

GenéticaGenética 1 cromosoma

• 5.2 million bp• Ames strain sequenced

2 plasmidos• px01

184 kbp Isla de

patogenicidad• pX02

95.3 kbp Cápsula

gib.genes.nig.ac.jp/single/ main.php?spid=Bant_AME

Where is Anthrax?Where is Anthrax?

http://www.vetmed.lsu.edu/whocc/mp_world.htm

AnthraxAnthrax De la palabra griega anthrakos para carbónDe la palabra griega anthrakos para carbón Causado por esporasCausado por esporas Primariamente una enfermedad de: Primariamente una enfermedad de:

Herbivoros como ovinos, bovinos, equinos, cabrasHerbivoros como ovinos, bovinos, equinos, cabras..

Reservorio natural el Reservorio natural el suelo:suelo:• No depende de un reservorioNo depende de un reservorio• No puede ser cultivado de suelo, cuando no es No puede ser cultivado de suelo, cuando no es

endémico endémico • Ocurre esporadicamente en diversas zonas.Ocurre esporadicamente en diversas zonas.

Zonas de AnthraxZonas de Anthrax• Suelo rico en materia organica (pH < 6.0) Suelo rico en materia organica (pH < 6.0) • Cambios dramáticos de climaCambios dramáticos de clima

Anthrax Infección - DiseminaciónAnthrax Infección - Diseminación

Puede ser difundido por corrientes, insectos, Puede ser difundido por corrientes, insectos, animales silvestres, aves, desechos, etc.animales silvestres, aves, desechos, etc.

Animales infectados por agua, alimento, o Animales infectados por agua, alimento, o mordedura de algun insecto.mordedura de algun insecto.

• El riesgo de una infección natural es de El riesgo de una infección natural es de 1/100,0001/100,000

• Ocurre en areas endémicas, despues de un Ocurre en areas endémicas, despues de un brote en ganaderiabrote en ganaderia

Muerte súbitaMuerte súbita

Tres formas de AnthraxTres formas de Anthrax

CutaneoCutaneoanthraxanthrax• Piel Piel • Mas comunMas comun• Las esporas entran a traves de pequeñas lesionesLas esporas entran a traves de pequeñas lesiones

InhalacionInhalacion anthraxanthrax• Las esporas son inhaladasLas esporas son inhaladas

GastrointestinalGastrointestinal (GI) (GI) anthraxanthrax• Esporas por ingestionEsporas por ingestion• Oral, faringeal, y abdominalOral, faringeal, y abdominal

Bacillus cereusBacillus cereus

Desarrollo en agar sangre a las 24 horasDesarrollo en agar sangre a las 24 horas

Bacillus subtillis B. anthracis/B. subtillis

Bacillus anthracisBacillus anthracis- 1769: Se describe por primera vez, la enfermedad en animales y en el

hombre

- 1847: Se describe el Carbunclo humano en Argentina (Dr. Francisco Muñiz)

- 1850: Daver y Davaine observan al microscopio formas bacilares en sangre.

- 1865: Davaine demuestra que como agentes causales de la enfermedad.

- 1876: Koch efectúa el primer cultivo puro.

- 1878: Koch demuestra la presencia de esporos.

- 1880-81: Pasteur prepara la vacuna.

- 1910: Ascoli y Valente efectúan la prueba de termoprecipitación.

Bacillus anthracisBacillus anthracis

El ántrax o carbunco es una enfermedad infecciosa El ántrax o carbunco es una enfermedad infecciosa aguda que normalmente afecta a animales como aguda que normalmente afecta a animales como

bovinos, ovinos, caprinos, camellos, y otros bovinos, ovinos, caprinos, camellos, y otros herbívorosherbívoros, pero también puede afectar a , pero también puede afectar a humanos cuando se exponen a animales humanos cuando se exponen a animales

infectados o tejidos de animales infectados, infectados o tejidos de animales infectados, mientras que las mientras que las aves y los reptilesaves y los reptiles por su por su

temperatura corporal son resistentes.temperatura corporal son resistentes.

Bacillus anthracis: Factores de Virulencia

Factores de VirulenciaFactores de Virulencia

Los bacilos de ántrax expresan dos factores de Los bacilos de ántrax expresan dos factores de virulencia:virulencia:

Capsula.Capsula. ToxinaToxina

Todas las cepas de Todas las cepas de B. anthracis B. anthracis reportadas como reportadas como virulentas son portadoras de los plásmidos virulentas son portadoras de los plásmidos PXO1 PXO1 yy PXO2. PXO2.

La falta de uno de los dos da lugar a cepas La falta de uno de los dos da lugar a cepas atenuadas que son las que se utilizan para la atenuadas que son las que se utilizan para la producción de vacuna.producción de vacuna.

PXO2 PXO2 96 kb96 kb

capB

capC

capA

Gen regulador dep

Cápsula

Genes estructurales

ácido poliácido poli

D-glutámicoD-glutámico

Síntesis

CápsulaCápsula

Acido D-glutámico, Acido D-glutámico, es un polipéptido de alto peso molecular

Forma una cápsula, que envuelve la pared celular Forma una cápsula, que envuelve la pared celular y contribuye con la patogenicidad permitiendo:y contribuye con la patogenicidad permitiendo:

• La evasión de los mecanismos de inmunidad y defensa La evasión de los mecanismos de inmunidad y defensa como la fagocitosis. como la fagocitosis.

• Convierte en incoagulable la sangre Convierte en incoagulable la sangre

• Responsable de las reacciones inflamatorias y Responsable de las reacciones inflamatorias y necróticas.necróticas.

Antígeno Protector

Factor Letal

Factor de Factor de EdemaEdema

PXO1 - 181 kb

Toxina edematizante

Muerte

Toxina letal

Edema en piel.

Individualmente cada uno de los factores no exhiben una actividad biológica significativa, necesita la combinación de 2 o 3 para producir su efecto.

ToxinaToxina La La toxina edematosatoxina edematosa es una adenilciclasa es una adenilciclasa

dependiente de calmodulina que aumenta el nivel del dependiente de calmodulina que aumenta el nivel del AMP cíclico, perturbando la homeostasis del agua.AMP cíclico, perturbando la homeostasis del agua.

• Se piensa que es la responsable del edema masivo por Se piensa que es la responsable del edema masivo por alteración del metabolismo del agua que se observa en las alteración del metabolismo del agua que se observa en las formas cutáneas. formas cutáneas.

La La toxina letaltoxina letal es una zinc metaloproteasa que es una zinc metaloproteasa que inactiva MAPKK. (la proteína kinasa-kinasa mitógeno inactiva MAPKK. (la proteína kinasa-kinasa mitógeno activada) activada)

• La toxina letal estimula en el macrófago la liberación de TNF La toxina letal estimula en el macrófago la liberación de TNF alfa y de lL-1beta que son en parte responsables de la muerte alfa y de lL-1beta que son en parte responsables de la muerte súbita en los enfermos de ántrax.súbita en los enfermos de ántrax.

CápsulaCápsula GlicocalixGlicocalix

• Adhesivo, Polimero Adhesivo, Polimero externo de la pared externo de la pared celularcelular

pX02 plasmidopX02 plasmido

De De acido D-glutamicoacido D-glutamico

Rol importante durante Rol importante durante el el establecimiento de la establecimiento de la enfermedadenfermedad• Proteje contra la Proteje contra la

fagocitosis & Lisis en fagocitosis & Lisis en estado vegetativoestado vegetativo

http://textbookofbacteriology.net/BSRP.html

ToxinasToxinas pX01 plásmidopX01 plásmido AB modelAB model

• BindingBinding• ActivatingActivating

Protective antigenProtective antigen (PA), (PA), edema factoredema factor (EF) & (EF) & lethal factorlethal factor (LF) (LF)

Individually non-toxicIndividually non-toxic• PA+LF PA+LF letal actividad letal actividad• EF+PA EF+PA edema edema • EF+LF EF+LF inactive inactive

• PA+LF+EF PA+LF+EF edema & necrosis edema & necrosis letal. letal.

http://www.rcsb.org/pdb/molecules/pdb28_1.html

Mechanism of Infection Mechanism of Infection

http://kugi.kribb.re.kr/KUGI/Pathways/BioCarta/anthraxPathway/

ReguladoresReguladores

Bicarbonato o Bicarbonato o COCO22 estimula capsula y formacion de estimula capsula y formacion de PAPA

LF requiere iones LF requiere iones zinczinc

EF requiere EF requiere calmodulinacalmodulina, a major intracellular , a major intracellular calcium receptorcalcium receptor

Regulador transcripcional Regulador transcripcional AcpAAcpA en pX02, controla en pX02, controla expresión de la cápsulaexpresión de la cápsula

atxAatxA en pX01 es un regulador necesario para la en pX01 es un regulador necesario para la transcripción de los genes de todas las toxinas.transcripción de los genes de todas las toxinas.

Mecanismos de EsporulaciónMecanismos de Esporulación

Tres formas clinicas de Anthrax

3 types of anthrax infection occur in humans:

1) Cutaneous

2) Inhalation

3) GI

Anthrax cutaneoAnthrax cutaneo

The most common naturally occurring form of The most common naturally occurring form of anthrax. anthrax.

Ulcers are usually 1-3 cm in diameter.Ulcers are usually 1-3 cm in diameter.

Incubation period:Incubation period:• Usually an immediate response up to 1 dayUsually an immediate response up to 1 day

Case fatality after 2 days of infection: Case fatality after 2 days of infection: • Untreated (20%)Untreated (20%)• With antimicrobial therapy (1%)With antimicrobial therapy (1%)

Inhalation Anthrax Inhalation Anthrax The infection begins with The infection begins with

the inhalation of the the inhalation of the anthrax spore.anthrax spore.

Spores need to be less than Spores need to be less than 5 microns (millionths of a 5 microns (millionths of a meter) to reach the meter) to reach the alveolus.alveolus.

Macrophages lyse and Macrophages lyse and destroy some of the spores.destroy some of the spores.

Survived sporesSurvived spores are are transported to lymph transported to lymph nodes.nodes.

At least At least 2,500 spores2,500 spores have have to be inhaled to cause an to be inhaled to cause an infection.infection.

Inhalation Anthrax, Introduction, DRP, Armed Forces Institute of PathologyInhalation Anthrax, Introduction, DRP, Armed Forces Institute of Pathology

Inhalation Anthrax (2)Inhalation Anthrax (2)

Disease immediately follows Disease immediately follows germination.germination.

Spores replicate in the Spores replicate in the lymph nodes.lymph nodes.

The two lungs are separated The two lungs are separated by a structure called the by a structure called the mediastinummediastinum, which , which contains the heart, trachea, contains the heart, trachea, esophagus, and blood esophagus, and blood vessels.vessels.

Bacterial toxins released Bacterial toxins released during replication result in during replication result in mediastinal widening and mediastinal widening and pleural effusions pleural effusions (accumulation of fluid in the (accumulation of fluid in the pleural space)pleural space)..

Inhalation Anthrax, Introduction, DRP, Armed Forces Institute of PathologyInhalation Anthrax, Introduction, DRP, Armed Forces Institute of Pathology

Inhalation Anthrax (3)Inhalation Anthrax (3)

Death usually results 2-3 days after the onset of Death usually results 2-3 days after the onset of symptoms.symptoms.

Natural infection is extremely rare (in the US, 20 Natural infection is extremely rare (in the US, 20 cases were reported in last century).cases were reported in last century).

Inhalation Anthrax is the Inhalation Anthrax is the most lethal typemost lethal type of of Anthrax.Anthrax.

Incubation period:Incubation period:• 1–7 days1–7 days• Possibly ranging up to 42 days (depending on how Possibly ranging up to 42 days (depending on how

many spores were inhaled).many spores were inhaled).

Case fatality after 2 days of infection: Case fatality after 2 days of infection: • Untreated (97%)Untreated (97%)• With antimicrobial therapy (75%)With antimicrobial therapy (75%)

Gastrointestinal Anthrax Gastrointestinal Anthrax

GI anthrax may follow GI anthrax may follow after the consumption after the consumption of contaminated, of contaminated, poorly cooked meat.poorly cooked meat.

There are 2 different There are 2 different forms of GI anthrax:forms of GI anthrax:1) Oral-pharyngeal1) Oral-pharyngeal2) Abdominal2) Abdominal

Abdominal anthrax is Abdominal anthrax is more common than more common than the oral-pharyngeal the oral-pharyngeal form.form.

http://science.howstuffworks.com/anthrax1.htmhttp://science.howstuffworks.com/anthrax1.htm

Ocasiona el AOcasiona el Antrax llamado ntrax llamado también también carbunco carbunco bacteridianobacteridiano, fiebre carbonosa, pústula maligna, fiebre carbonosa, pústula maligna

es primariamente una enfermedad de los herbívoros, es primariamente una enfermedad de los herbívoros, en particular del ganado vacuno y ovino, y en en particular del ganado vacuno y ovino, y en

menor extensión en caballos, cerdos y cabras. menor extensión en caballos, cerdos y cabras.

Los perros y otros carnívoros son relativamente Los perros y otros carnívoros son relativamente inmunes a la infección espontánea. inmunes a la infección espontánea.

CultivoCultivo

Aerobio y anaerobio facultativo 24 horas.Aerobio y anaerobio facultativo 24 horas.

pH 7 a 7,4 y 37°C.pH 7 a 7,4 y 37°C.

Colonias grandes, blancas, opacas de Colonias grandes, blancas, opacas de bordes irregulares “cabeza de medusa”bordes irregulares “cabeza de medusa”

Cultivos con Temp mayor de 43 produce Cultivos con Temp mayor de 43 produce cepas inactivascepas inactivas

Crece facilmente en agar simpleCrece facilmente en agar simple No presenta hemolisis*No presenta hemolisis*

TransmisiónTransmisión

Se propaga por suelos, alimento, agua contaminada Se propaga por suelos, alimento, agua contaminada LLos suelos arenosos absorben y filtran el agua, os suelos arenosos absorben y filtran el agua, mientras que los arcillosos, permiten que el agua mientras que los arcillosos, permiten que el agua refluya a la superficie, llevando consigo esporas que refluya a la superficie, llevando consigo esporas que pueden estar en capas más profundaspueden estar en capas más profundas. .

Micrografía electrónica que

muestra las partes

principales de una endospora

Continuación.....Continuación.....

Se multiplican activamente en bazo, Se multiplican activamente en bazo, alterando el parénquima esplénico. Luego alterando el parénquima esplénico. Luego se produce una septicemia tardía y muerte se produce una septicemia tardía y muerte del animal. del animal.

Una vez muerto el animal la temperatura Una vez muerto el animal la temperatura en el cadáver sigue subiendo hasta 44 0 en el cadáver sigue subiendo hasta 44 0 45° C, durante unos 30 minutos por la 45° C, durante unos 30 minutos por la fermentación del glucógeno.fermentación del glucógeno.

Diagnostico del laboratorioDiagnostico del laboratorio

Examen microscopico directo de la sangre Examen microscopico directo de la sangre mediante coloración GRAM, azul de mediante coloración GRAM, azul de metileno, Wright o Giemsametileno, Wright o Giemsa

Hemocultivo en agar simple o TSA, agar Hemocultivo en agar simple o TSA, agar sangresangre

Inoculación en ratonesInoculación en ratones ELISAELISA Western BlotWestern Blot ensayo cromatográficoensayo cromatográfico Pruebas de ácido fluorescentes.Pruebas de ácido fluorescentes. PCRPCR

http://http://www.sumanasinc.com/webcontent/awww.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/ani_anthrax.htmlnisamples/ani_anthrax.html

http://http://www.bt.cdc.gov/training/historyofbt/iwww.bt.cdc.gov/training/historyofbt/index.aspndex.asp