Diagnóstico de infección por Escherichia coli en cerdos: tipificando aislados de E. coli

E. coli (EC) – cultivo y serotipificación

E. coli es una bacteria gram-negativa en forma de bacilo que tiene multitud de variantes. Además de cepas comensales, que de manera natural se encuentran en la flora intestinal de todos los mamíferos, también existen cepas patógenas clasificadas como E. coli intestinal (InPEC) o extraintestinal (ExPEC). Sin embargo, la diferenciación de estas variantes ha planteado durante mucho tiempo un problema de diagnóstico debido a que diferentes patotipos o patovares no pueden ser identificados con métodos fenotípicos sencillos.

E. coli puede detectarse en cerdos con relativa facilidad mediante el cultivo en agar sangre (figura 1) o medios diferenciales (p. ej., agar Gassner o MacConkey) de muestras adecuadas (intestino delgado, heces) de animales con infección aguda. Años atrás se había utilizado con éxito la tipificación de serotipos o serovares para diferenciar aislados de E. coli, debido a que ciertos serotipos se asocian frecuentemente con determinadas enfermedades (tabla 1). Por ello, en veterinaria es habitual determinar los antígenos O y F, por aglutinación rápida en placa utilizando sueros poli- o monovalentes (los antígenos O son componentes de los LPS de la pared celular bacteriana y son también endotóxicos; los antígenos F [fimbrial] son adhesinas que facilitan la adhesión huésped-específica para colonizar las células epiteliales del intestino delgado). Aunque este método es rápido, está sujeto a errores por reacciones cruzadas, enmascaramiento de antígenos diana o incapacidad de las fimbrias para desarrollarse in vitro, lo que puede conducir a clasificaciones erróneas. Por otro lado, desde hace décadas la serofórmula O:K:H ha sido y sigue siendo el estándar para una determinación completa de todos los serotipos, p. ej., para determinar no sólo los antígenos O, sino también los K (polisacárido capsular) y H (proteína flagelar).

Tabla 1: Patógenos E. coli intestinales en cerdos

Patotipos	Enfermedades causadas por E. coli	Serotipos de antígeno O frecuentemente asociados	Serotipos fimbriales frecuentemente asociados
E. coli patógeno intestinal (InPEC)	Diarrea por E. coli en lechones	O8, O108, O138, O139, O141, O147, O149 y O157	F4, F5, F6 y F41
	Diarrea por E. coli en cerdos destetados	O8, O108, O138, O139, O141, O147, O149 y O157	F4, F18ac
	Enfermedad de los edemas en cerdos destetados	O138, O139 y O141 (O147, O157 y rutinariamente no serotipables)	F18ab

 

E. coli (EC) – patotipos y virotipificación

Otros avances en métodos de biología molecular y mejoras en el análisis biológico molecular de E. coli han llevado a la identificación de muchos genes que codifican factores de virulencia (tabla 2): por un lado, factores de virulencia clásicos con efectos nocivos (toxinas) y, por el otro, aquellos que directa o indirectamente facilitan la colonización y la supervivencia de E. coli en el hospedador. La identificación de estos genes, por ejemplo, por PCR o técnica array, hace que ahora sea posible determinar la virulencia potencial de aislados de E. coli y distinguir entre diferentes patotipos (tabla 3). La identificación de estos marcadores de virulencia y, por lo tanto, de sus genes diana se llama virotipificación.

 

Tabla 2: Ejemplos de genes diana detectados en E. coli y los factores de virulencia 
(fimbrias, adhesinas, toxinas) para los que codifican

Genes diana	Factores de virulencia
faeG (F4)	Fimbrias F4
fanC (F5)	Fimbrias F5
fasA (F6)	Fimbrias F6
fedA (F18)	Fimbrias F18
fim41A (F41)	Fimbrias F18
fimH (F1)	Fimbrias tipo 1
fimA (F1)	Fimbrias tipo 1
papC	Fimbrias P
aidA (AIDA)	Adhesina autotransportadora AIDA-I
paa	Factor de adherencia porcino
eaeA (intimina)	Intimina
eltB (LTI)	Enterotoxina sensible al calor
estA (STI)	Enterotoxina resistente al calor
est B (STII)	Enterotoxina resistente al calor
estA (EAST)	Enterotoxina resistente al calor
stx2e	Shigatoxina variante 2e
cdtB	Toxina citoletal distensora
cnf1	factor citotóxico necrotizante tipo 1
iucD	Aerobactina
escV	Sistema de secreción tipo III
pic	Autotransportador serin proteasa

 

Tabla 3: Genes diana para la identificación de patotipos de E. coli en cerdos

Patotipos		Fimbrias y adhesinas (genes diana)	Toxinas (genes diana)	Síntomas
E. coli patógeno intestinal (InPEC)	E. coli enteropatogénica (EPEC)	fimA/fimH paa intimina	escV pic cdtB	diarrea por malabsorción
	E. coli enterotóxica (ETEC)	F4, F5, F6, F18, F41 fimA/fimH AIDA paa	STI, STII, EAST LTI Stx2e hemolisina	diarrea por hipersecreción
	Enfermedad de los edemas por E. coli (EDEC)	F18 AIDA	Stx2e hemolisina	enfermedad de los edemas
	E. coli formadora de Shigatoxina (STEC)	fimA, fimH intimina	Stx2e EAST escV pic, cdtB hemolisina	diarrea catarral-hemorrágica
E. coli patógeno extraintestinal(ExPEC)	E. coli septicémica (SEPEC)	papC	iucD	septicemia hemorrágica
	E. coli uropatogénica (UPEC)	papC fimA, fimH	cnf1, iucD hemolisina	mastitis por coliformes en cerdas

 

No obstante, los aislados de E. coli patógeno siempre contienen una combinación de fimbrias y adhesinas, además de toxinas. Varias toxinas y adhesinas pueden estar presentes a la vez, y en diferentes combinaciones. La determinación de estos diversos marcadores de virulencia y la identificación de sus genes proporciona información sobre el patotipo de E. coli aislado del cultivo celular (tabla 3). Hay que destacar que los E. coli hemolizantes no son los únicos que son patógenos (figura 1), y de hecho los E. coli no hemolizantes, en particular, son determinados con frecuencia como causa de enfermedad clínica. Por otra parte, los E. coli hemolizantes no suelen poseer genes relevantes para fimbrias y toxinas. Por lo tanto, si es posible, todas las variantes de aislados de E. coli identificadas por cultivo deben virotipificarse con el fin de asegurar que el patógeno responsable puede también ser identificado. La información sobre los tipos y toxinas fimbriales de E. coli patógeno determinados también es útil en la selección de vacunas adecuadas con los antígenos correspondientes.

Figura 1: Diferentes morfologías coloniales de aislados de E. coli patógenos en agar sangre (Columbia) identificados tras virotipificación por PCR múltiple. No sólo los E. coli hemolizantes (derecha) son patógenos.

En la interpretación de los resultados de diagnóstico hay que tener en cuenta que los patotipos de E. Coli también pueden aislarse en huéspedes sanos (infección latente), sobre todo de la flora intestinal. Por lo tanto, la evaluación de los resultados sólo puede hacerse teniendo en cuenta tanto los hallazgos clínicos en el animal como la concentración de los patógenos aislados con el patotipo identificado.

La interpretación del virotipificado se vuelve complicada cuando los marcadores de virulencia se detectan directamente en el material de la muestra, p. ej. heces, sin necesidad de tipificar los aislados individuales. Aunque esto es técnicamente posible y se realiza bajo demanda, cuando diferentes patotipos de E. coli están presentes en la muestra, también se obtiene una mezcla de todos los factores detectables, que puede conducir a la identificación de falsos patotipos y una combinación de marcadores de virulencia que no existe como tal. Además, también es posible que se detecten marcadores de virulencia de otras bacterias intestinales presentes en la muestra de heces, ya que estas bacterias tienen genes similares. En este caso, se detectarán posibles marcadores de virulencia de E. coli, que de hecho no son factores de virulencia para el E. coli detectado en la muestra. Por lo tanto, se debe tener un especial cuidado en la interpretación de los resultados obtenidos en el virotipificado de muestras.

En combinación con el examen clínico y el a menudo necesario examen patológico (descrito con anterioridad) y con diagnósticos diferenciales apropiados, el virotipificado de los aislados de E. coli proporciona una notable mejora en el diagnóstico de infecciones por E. coli en el cerdo.