Especies emergentes de Escherichia y sus implicaciones para la salud animal y pública

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Cuando pensamos en el género Escherichia, inmediatamente viene a la mente Escherichia coli, una bacteria intestinal bien conocida tanto por su papel en la microbiota normal como por su capacidad para causar infecciones. Sin embargo, en los últimos años, la microbiología ha revelado un panorama mucho más amplio: existen nuevas especies emergentes dentro del género Escherichia con características y riesgos propios.

Entre ellas destacan Escherichia albertii, E. fergusonii, E. marmotae, E. ruysiae y E. whittamii, bacterias que, aunque antes pasaban desapercibidas, hoy se reconocen como posibles patógenos en humanos y animales. Además, muchas de ellas albergan genes de resistencia antimicrobiana (RAM), lo que las convierte en un problema de salud global.

📜 Un género en expansión

Históricamente E. coli era la única especie de Escherichia de importancia médica, pero hoy se reconocen al menos cinco especies válidas en este género​. Junto a E. coli (descrita en 1885), figuran E. hermannii (aislada en 1982), E. fergusonii (descrita en 1985), E. albertii (identificada en 2003) y E. marmotae (introducida en 2015)​. Cabe mencionar que E. hermannii ha sido propuesta para reclasificación en un nuevo género (Atlantibacter hermannii), aunque aún sin aprobación formal​. Asimismo, especies antes adscritas al género Escherichia se han reclasificado en otros géneros, como Escherichia vulneris (ahora Pseudescherichia vulneris) y Escherichia blattae (ahora Shimwellia blattae)​.

La expansión del género Escherichia también incluye la identificación de linajes crípticos (denominados clados I a VI) que, si bien genéticamente relacionados a E. coli, difieren lo suficiente para considerarse nuevas especies​. En los últimos años se han asignado nombres a varios de estos linajes: por ejemplo, al clado V se le denominó E. marmotae, al clado II se le propuso el nombre E. whittamii, y recientemente a los clados III/IV combinados se les designó E. ruysiae sp. nov.​. E. ruysiae fue descrita en 2021 tras aislarse de un viajero internacional, mediante secuenciación genómica que confirmó su diferenciación de las especies previas​

Estos hallazgos subrayan que el género Escherichia es más diverso de lo que se pensaba, y que varias cepas antiguamente clasificadas como E. coli en realidad pertenecen a especies distintas. De hecho, incluso el género Shigella es filogenéticamente un subgrupo dentro de E. coli, ilustrando la complejidad taxonómica del grupo. En suma, Escherichia es un género en plena revisión, con nuevas especies emergentes reconocidas gracias a herramientas moleculares modernas.

🧬 Métodos Modernos de Clasificación

🔹 Secuenciación del Genoma Completo (WGS)
🔹 Análisis del Genoma Central (Core Genome Analysis)
🔹 Marcadores moleculares (genes housekeeping como rpoB y gyrB)
🔹 Índice de identidad nucleotídica promedio (ANI > 95% indica la misma especie)

Los estudios recientes han demostrado que especies como E. albertii y E. fergusonii están más relacionadas con E. coli de lo que se pensaba, mientras que E. marmotae y E. ruysiae se agrupan en clados más distantes.

A continuación, se presenta un esquema del árbol filogenético basado en análisis de genoma completo:

🐾 Reservorios animales y transmisión zoonótica

Las especies emergentes de Escherichia han sido aisladas en diversos hospedadores animales, desde aves y mamíferos hasta ambientes acuáticos. Su presencia en estos reservorios implica que pueden transmitirse al ser humano a través del contacto directo, el consumo de alimentos contaminados, o el agua.

🔬 Principales especies y sus reservorios

^📌E. albertii es particularmente relevante en la seguridad alimentaria, ya que puede contaminar productos avícolas y causar brotes de diarrea en humanos.

🧪 Resistencia antimicrobiana

Las especies emergentes de Escherichia están demostrando una notable capacidad para adquirir y diseminar genes de resistencia a antibióticos, lo que complica su tratamiento.

🔬 Genes de resistencia identificados

👉 El gen mcr-1, encontrado en E. fergusonii, confiere resistencia a la colistina, un antibiótico de último recurso para infecciones multirresistentes.

📢 Impacto en la salud pública: La diseminación de estos genes en el medio ambiente y la ganadería puede facilitar la propagación de bacterias resistentes a nivel global.

🔍 Retos diagnósticos y estrategias de identificación

Debido a su similitud con E. coli, las especies emergentes de Escherichia pueden ser mal identificadas en los laboratorios clínicos. A continuación, una comparación de los métodos diagnósticos más utilizados:

🧪 Tabla comparativa de métodos diagnósticos

🔎 Conclusión

Las especies emergentes de Escherichia están redefiniendo nuestra comprensión de este género bacteriano. Su potencial zoonótico, su capacidad de adquirir resistencia antimicrobiana y sus desafíos diagnósticos requieren un enfoque integral basado en One Health.

🔹 Es crucial actualizar los métodos diagnósticos para evitar confusiones con E. coli.

🔹 El monitoreo ambiental y en granjas puede ayudar a detectar brotes antes de que lleguen a los humanos.

🔹 El uso racional de antibióticos en veterinaria es clave para frenar la propagación de resistencias.

📖 Glosario:

• Especie emergente: especie bacteriana identificada relativamente recientemente o cuyo reconocimiento como patógeno es nuevo. Su incidencia o distribución puede estar aumentando, o anteriormente pasaba inadvertida.
• Filogenia: relación evolutiva entre organismos. Un árbol filogenético representa esas relaciones de parentesco basadas en similitudes genéticas.
• WGS (Whole Genome Sequencing): secuenciación completa del genoma. En bacterias, implica obtener la secuencia de todo su ADN cromosómico (y plasmídico) para análisis detallados.
• Genoma central (core genome): conjunto de genes presentes en todos (o casi todos) los miembros de una especie. Se contrasta con el genoma accesorio (genes presentes solo en algunos aislamientos).
• ANI (Average Nucleotide Identity): métrica de comparación genómica que calcula el porcentaje promedio de identidad nucleotídica entre dos genomas completos. Valores de ANI ≥95% suelen indicar que dos aislamientos pertenecen a la misma especie.
• dDDH (DNA-DNA hybridization digital): método in silico (computacional) que estima el porcentaje de hibridación de ADN entre genomas, simulando la técnica experimental de hibridación ADN-ADN. Sirve para definir especies (70% de hibridación suele marcar el límite de especie).
• Marcador molecular: secuencia genética utilizada para identificar o diferenciar organismos. En bacterias, genes como 16S rRNA, rpoB, gyrB, etc., suelen funcionar como marcadores taxonómicos.
• Virulencia: capacidad de un microorganismo de causar daño o enfermedad en un huésped. Los factores de virulencia son moléculas (toxinas, adhesinas, etc.) o estructuras que contribuyen a esa capacidad patogénica.
• Zoonosis: enfermedad infecciosa transmitida de animales a humanos. Una bacteria zoonótica puede residir en animales y ocasionar infección en personas (directa o indirectamente).
• Reservorio: hábitat natural de un patógeno, donde este se mantiene y multiplica. Pueden ser reservorios animales (un tipo de animal portador) o ambientales (agua, suelo, etc.).
• Horizontal (gene) transfer: transferencia horizontal de genes. Mecanismo por el cual una bacteria adquiere material genético de otra (no como herencia vertical de madre a hija, sino “lateralmente”). Incluye transformación, transducción y conjugación.
• Plásmido: elemento genético extracromosómico, típicamente circular y de ADN, que puede replicarse independientemente. Muchos plásmidos portan genes de resistencia u otros rasgos y se transfieren entre bacterias por conjugación.
• Integrón: elemento genético que puede capturar y expresar genes móviles llamados cassettes, a menudo relacionados con resistencia a antibióticos. Facilita la acumulación de múltiples genes de resistencia en tandem.
• Transposón: secuencia de ADN móvil (“gen saltarín”) que puede cambiar de posición dentro del genoma, llevando consigo genes (p. ej. de resistencia). Puede saltar al cromosoma o a plásmidos.
• MALDI-TOF MS: espectrometría de masas por desorción/ionización láser asistida por matriz – Tiempo de Vuelo. Tecnología que identifica microorganismos analizando el perfil de proteínas (principalmente ribosomales) de una colonia, comparándolo con bases de datos.
• One Health (Una Sola Salud): enfoque integrador de la salud humana, animal y ambiental, reconociendo que estan interconectadas. En resistencias y zoonosis, implica coordinar esfuerzos en medicina humana, veterinaria y ecología para un control efectivo.
• ESBL (Extended-Spectrum Beta-Lactamase): β-lactamasa de espectro extendido, enzima que confiere resistencia a penicilinas y cefalosporinas de amplio espectro (3ª generación). Genes como bla_CTX-M codifican ESBL​
• Carbapenemasa: enzima β-lactamasa capaz de inactivar carbapenémicos (antibióticos de amplio espectro). Ejemplos: NDM-1, KPC, OXA-48. Suelen encontrarse en plásmidos y representan resistencia a últimos recursos.
• Metilasa 16S: enzima que agrega grupos metilo al ARN ribosomal 16S en el sitio de unión de aminoglucósidos, impidiendo que el antibiótico se una. Causa resistencia de alto nivel a aminoglucósidos (p. ej. genes armA).
• MCR: familia de enzimas (Mobilized Colistin Resistance) que modifican el lipopolisacárido, otorgando resistencia a colistina. mcr-1 fue el primer gen plasmídico descrito para resistencia a polimixinas.
• Brotes (outbreaks): aparición repentina de múltiples casos de una enfermedad infecciosa en una población específica en un periodo corto. En el contexto bacteriano, la vigilancia genómica ayuda a vincular casos diseminados a un mismo clon epidémico.
• Metagenómica clínica: aplicación de secuenciación directa de ADN/ARN de una muestra clínica (p. ej., heces, sangre) para detectar la presencia de patógenos sin necesidad de cultivo. Permite encontrar secuencias de bacterias emergentes incluso si no se sospechaban.
• Secuenciación de próxima generación (NGS): métodos modernos de secuenciación de ADN que permiten leer millones de fragmentos simultáneamente, reduciendo el costo y tiempo comparado con métodos Sanger tradicionales. Incluye plataformas Illumina, Oxford Nanopore, etc.

📚 Referencias

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Por Víctor Deroncelé