ESCUELA DE TECNOLOGÍA MÉ DICA - UPCH

ACTIVIDAD OBLIGATORIA

Bacilos gram positivos formadores de endosporas

Objetivos

Reconocer la importancia de Bacillus anthracis como agente causante de enfermedad.

Conocer la morfología, tinción, requerimientos nutricionales, pruebas bioquímicas, serológicas y patogenia, las características de Bacillus anthracis
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Tamashiro Vargas Rumi Samantha

Familia: Bacillaceae Género: Bacillus

01.- Mencionar las características principales de la Familia Bacillaceae y del Género Bacillus.

Familia Bacillaceae:

 Son bacterias Gram positivas.

 Presentan forma de bastón (bacilos) y forman endosporas centrales o subterminales, estructuras altamente resistentes a condiciones adversas como calor, desecación, etc.

 Pueden ser aerobios obligados o anaerobios facultativos.

 Su hábitat natural incluye el suelo, el agua y la materia orgánica en descomposición. Algunas especies son comensales o patógenas para animales y humanos.

Género Bacillus:

 Tamaño variable (0.5 a 10 μm)

 Catalasa positivos.

 La mayoría son móviles gracias a flagelos perítricos, aunque Bacillus anthracis es una excepción y no es móvil.

 Crecen en una amplia variedad de temperaturas.

 Se utilizan en aplicaciones industriales, como la producción de enzimas (amilasas, proteasas) y antibióticos (como bacitracina).

02.- Especificar sus principales características culturales y cuáles son los medios que se utilizan para el aislamiento de Bacilus anthracis. Especificar las características de

las colonias.

Características culturales:

 No es exigente nutricionalmente y se desarrolla entre 25-37ºC.

 En agar sangre, Bacillus anthracis forma colonias grandes, viscosas, de bordes irregulares

que asemejan una "cabeza de medusa"

 Las colonias son opacas, grisáceas y no hemolíticas, lo que ayuda a diferenciarlo de otras

especies del género. Su incapacidad para producir motilidad y hemólisis son características

clave para su identificación.

 Para la demostración de su cápsula se debe cultivar en medios con bicarbonato e incubarlos

al 6% de CO2.

Medios de cultivo y características de las colonias:

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 Agar sangre de caballo u oveja 5%: Medio enriquecido que contiene nutrientes básicos y sangre. Permite el crecimiento de B. anthracis, que forma colonias grandes, no

hemolíticas, con bordes irregulares (aspecto de "cabeza de medusa"). Este medio también ayuda a diferenciarlo de otras bacterias del género Bacillus, que suelen ser

hemolíticas.

 Agar nutritivo: Contiene fuentes básicas de carbono y nitrógeno, como extracto de carne y peptona. Favorece el crecimiento general de bacterias, incluyendo B. anthracis,

produciendo colonias opacas de bordes irregulares.

 Medio PLET (Polimixina, Lisozima, EDTA, Tiotimolina): Es un medio selectivo diseñado para el aislamiento de B. anthracis en muestras contaminadas, como suelo o

tejidos. Contiene antibióticos (polimixina) y lisozima, que inhiben el crecimiento de otras bacterias, pero permiten el desarrollo de B. anthracis. Es utilizado principalmente en

contextos ambientales o clínicos donde se necesita enriquecer el crecimiento del patógeno.

03.- Enumerar y describir los Factores de virulencia del Bacillus anthracis.

1. Cápsula de ácido poli-D-glutámico: Cápsula densa alrededor de la bacteria que inhibe la fagocitosis por macrófagos y neutrófilos. En este sentido, protege a la bacteria de

la acción del sistema inmunológico, facilitando su diseminación en los tejidos. Está codificado por el gen cap ubicado en el plásmido pXO2.

2. Toxina del carbunco:

a. Antígeno protector (PA): Es la subunidad encargada de unirse a los receptores celulares del huésped (receptores TEM8 y CMG2). Tras la unión, PA se cliva

y forma un complejo heptamérico que actúa como un canal para la entrada de las otras dos toxinas.

i. Factor edema (EF): Es una adenilato ciclasa dependiente de calmodulina.

ii. Factor letal (LF): Es una metaloproteasa que escinde proteínas de señalización MAP quinasa (MAPK).

04.- Toxinas: enumerarlas y definir la actividad de las mismas por separado y en conjunto. Mecanismo de patogenicidad.

1. Antígeno Protector (PA): Es el componente encargado de reconocer y unirse a los receptores celulares del huésped (receptores TEM8 y CMG2). PA se cliva por una proteasa

celular (furina) en dos fragmentos: PA20 (fragmento menor que se disocia) y PA63 (fragmento activo). PA63 se ensambla en un complejo heptamérico o octamérico que forma un

poro en la membrana celular. Este poro facilita la internalización de los otros dos factores tóxicos (EF y LF) en el citoplasma.

2. Factor Edema (EF): Incrementa los niveles de AMPc dentro de las células huésped al convertir ATP en AMPc. El aumento excesivo de AMPc altera el equilibrio de agua y

electrolitos, lo que resulta en edema severo (acumulación de líquido). Causa daño tisular localizado y contribuye a la inmunosupresión al alterar las funciones de las células

inmunes.

3. Factor Letal (LF): Cliva proteínas de señalización de la familia MAPK (quinasa activada por mitógenos). Al interrumpir estas vías, LF induce apoptosis (muerte celular programada)

en macrófagos y otras células inmunes. Además, la muerte de macrófagos libera mediadores proinflamatorios que contribuyen a una inflamación sistémica grave y shock.

4. EF (Factor Edema) + PA (Antígeno Protector): Este complejo forma la toxina edematogénica, donde PA permite la entrada del EF a la célula. EF, al actuar como adenilato

ciclasa, incrementa los niveles de AMPc intracelular, causando un desequilibrio en el transporte de agua y electrolitos. Produce edema significativo en los tejidos afectados,

especialmente en la piel (en el carbunco cutáneo).

5. LF (Factor Letal) + PA (Antígeno Protector): Este complejo constituye la toxina letal, donde PA facilita la entrada de LF al citoplasma celular. LF actúa como una metaloproteasa

que degrada las proteínas de señalización MAPK, interrumpiendo rutas críticas para la supervivencia celular. Induce la muerte (apoptosis) de células inmunes clave, como

macrófagos y células dendríticas, lo que causa supresión inmune, inflamación sistémica y necrosis.

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6. PA (Antígeno Protector) + LF (Factor Letal) + EF (Factor Edema): Este conjunto forma la combinación más letal, donde PA permite la entrada simultánea de EF y LF. EF

aumenta los niveles de AMPc, causando edema masivo y alteración de las funciones celulares. LF induce apoptosis de células inmunes, causando inflamación sistémica, necrosis

tisular y disfunción multiorgánica. Produce edema severo, necrosis y muerte del huésped si no se trata.

Mecanismo de patogenicidad

Inicialmente, el antígeno protector (PA) reconoce receptores específicos del huésped, como TEM8 y CMG2, ubicados en la superficie celular. Tras su activación por la proteasa celular

furina, PA forma un complejo heptamérico que actúa como un canal para la entrada de los otros factores tóxicos. Posteriormente, los factores edema (EF) y letal (LF) se unen a este

complejo y son internalizados en la célula mediante endocitosis. En el ambiente ácido del endosoma, el complejo de PA facilita la translocación de EF y LF al citoplasma.

Una vez dentro de la célula, EF actúa como una adenilato ciclasa dependiente de calmodulina, aumentando los niveles intracelulares de AMPc. Esto genera edema severo y altera las

funciones celulares normales. Por su parte, LF, una metaloproteasa dependiente de zinc, degrada las proteínas de señalización MAPK, interrumpiendo rutas críticas para la supervivencia

celular y provocando apoptosis en células inmunes clave. Finalmente, la acción combinada de estas toxinas conduce a disfunción tisular masiva, inflamación sistémica, supresión inmune

y, si no se trata a tiempo, la muerte del huésped.

05.- Diagnóstico de laboratorio.

1. Tinción de Gram: Bacilo Gram positivo, con un tamaño grande y característico.

2. Medios de cultivo: Al cultivarlo en medios de agar enriquecido, se identifican características de crecimiento distintivas, como colonias rugosas, opacas y con bordes irregulares, lo

que lo diferencia de otros bacilos. En condiciones aeróbicas, la bacteria forma esporas, lo cual se confirma observando estas estructuras con tinciones específicas, como la de

esporas de Schaeffer-Fulton.

3. Movilidad: A diferencia de muchas especies del género Bacillus, Bacillus anthracis es inmóvil, lo que puede confirmarse mediante pruebas de motilidad en medios semisólidos.

4. Formación de cápsula: Se detecta en medios específicos como agar bicarbonato bajo con 6% de CO2.

5. Sensibilidad a penicilina: Característica útil para su identificación, ya que Bacillus anthracis es inhibido por este antibiótico, a diferencia de otros bacilos Gram positivos.

6. PCR: Si es necesario, se puede complementar con métodos moleculares como PCR para identificar genes específicos relacionados con su virulencia, como los genes de la toxina

y de la cápsula.

06.- Infecciones o enfermedades que producen

1. Carbunco Cutáneo (Forma más común):

Transmisión: Se produce por el contacto directo de la piel con esporas de Bacillus anthracis presentes en animales infectados, productos animales contaminados o suelo contaminado.

Signos y síntomas: Inicia con una lesión indolora tipo pápula que rápidamente se convierte en una úlcera rodeada de edema severo. Posteriormente, desarrolla una escara negra central

(escarótica), característica del carbunco. Aunque es la forma menos grave, si no se trata, puede diseminarse sistémicamente y volverse mortal.

Tasa de mortalidad: Aproximadamente 20% sin tratamiento, pero menos del 1% con antibióticos adecuados.

2. Carbunco Pulmonar (Inhalación):

Transmisión: Ocurre al inhalar esporas de Bacillus anthracis, generalmente en trabajadores expuestos a productos animales (como lana, pieles o huesos contaminados).

Signos y síntomas: Los síntomas iniciales son inespecíficos (fiebre, tos, malestar general), similares a los de una gripe. En etapas avanzadas, progresa rápidamente a dificultad

respiratoria severa, derrame pleural, choque séptico y meningitis. Tiene una evolución rápida y alta letalidad si no se trata.

Tasa de mortalidad: Hasta 85-90% sin tratamiento; con tratamiento intensivo, puede reducirse a aproximadamente el 45%.

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3. Carbunco Gastrointestinal:

Transmisión: Resulta de la ingestión de carne contaminada con esporas.

Signos y síntomas: Causa úlceras en el tracto digestivo, con síntomas que incluyen dolor abdominal severo, náuseas, vómitos (a menudo con sangre), diarrea hemorrágica y fiebre.

Puede progresar a peritonitis, septicemia y choque.

Tasa de mortalidad: Entre el 25% y el 60%, incluso con tratamiento.

07.- Resumir el rol de arma biológica para Bacillus anthracis

Bacillus anthracis es considerado uno de los agentes biológicos más peligrosos y ha sido utilizado como arma biológica debido a sus características únicas. Sus esporas son altamente

resistentes a condiciones ambientales adversas, como calor, desecación y radiación, lo que las hace ideales para su almacenamiento, transporte y dispersión. Además, las esporas son

fáciles de producir en grandes cantidades y, al ser inhaladas, pueden causar carbunco pulmonar, una forma altamente letal de la enfermedad. Igualmente, pueden crecer a temperatura

ambiente y no son exigentes nutricionalmente.

Históricamente, Bacillus anthracis se ha utilizado en programas de guerra biológica y terrorismo, como en los ataques con ántrax por correo en 2001 en Estados Unidos. Su capacidad

para provocar infecciones graves y letales, junto con su fácil diseminación por aerosoles, lo ha clasificado como un agente bioterrorista de categoría A según los Centros para el Control y

la Prevención de Enfermedades (CDC).

El uso de Bacillus anthracis como arma biológica representa una amenaza significativa debido a su potencial para causar brotes masivos, generar pánico y sobrecargar los sistemas de

salud pública. Por ello, existen protocolos estrictos de bioseguridad y programas de vacunación para poblaciones en riesgo, como trabajadores expuestos y personal militar.