MECANISMOS DE LA PATOGENICIDAD BACTERIANA

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138 © 2014. Elsevier España, S.L. Reservados todos los derechos
14Mecanismos de patogenicidad bacteriana
Para la bacteria, el cuerpo humano es un conjunto de nichos ambientales que le proporcionan el calor, la humedad y 
el alimento necesarios para el crecimiento. Las bacterias han 
adquirido características genéticas que les permiten entrar en 
(invadir) el ambiente, permanecer en un nicho (adherir o co-
lonizar), lograr el acceso a las fuentes de nutrientes (enzimas 
degradativas) y evitar las respuestas protectoras inmunitarias 
y no inmunitarias del hospedador (p. ej., cápsula). Cuando 
hay un número suficiente de bacterias (quórum), ponen en 
marcha funciones para sustentar la colonia, entre ellas la 
producción de una biopelícula. No obstante, muchos de los 
mecanismos que las bacterias utilizan para mantener sus 
nichos y los productos derivados del crecimiento bacteriano 
(p. ej., ácidos, gas) producen daños y problemas en el hos-
pedador humano. Muchos de estos rasgos son factores de 
virulencia que aumentan la capacidad de las bacterias para 
producir enfermedad. Aunque muchas bacterias producen 
enfermedad a través de la destrucción directamente de los 
tejidos, algunas liberan toxinas que se diseminan mediante la 
sangre para producir una patogenia sistémica (cuadro 14-1). 
Las estructuras de la superficie de la bacteria constituyen 
unos poderosos estimuladores de las respuestas del hos-
pedador (fase aguda: interleucina 1 [IL-1], IL-6, factor de 
necrosis tumoral a [TNF-a]), que pueden ser protectores 
pero que a menudo representan factores contribuyentes 
importantes de los síntomas de la enfermedad (p. ej., sep-
ticemia). La enfermedad se produce como consecuencia de 
la combinación de las lesiones ocasionadas por las bacterias 
y las secuelas de la respuesta innata e inmunitaria frente a la 
infección (cuadro 14-2).
No todas las bacterias producen enfermedad, pero algunas 
siempre causan enfermedad una vez que ocurre la infección. 
El organismo humano se encuentra colonizado por numero-
sos microorganismos (flora normal), muchos de los cuales 
desempeñan importantes funciones para sus hospedadores, 
como ayudar en la digestión de la comida, producir vitaminas 
(p. ej., vitamina K) y proteger al organismo hospedador frente 
a la colonización con microorganismos patógenos y activar 
las respuestas innatas e inmunitarias del hospedador. Aun-
que muchas de estas bacterias endógenas pueden producir 
enfermedad, normalmente residen en localizaciones como el 
aparato digestivo (GI), la boca, la piel y el aparato respiratorio 
superior, las cuales se encuentran teóricamente fuera del 
organismo (fig. 14-1). La composición de la flora normal 
puede desestructurarse por el tratamiento con antibióticos, la 
alimentación, el estrés y los cambios en la respuesta del hos-
pedador a la flora. La pérdida de bacterias controladoras con 
el tratamiento con antibióticos de amplio espectro permite a 
menudo el crecimiento excesivo de Clostridium difficile, que 
causa colitis seudomembranosa. Una flora normal alterada 
puede llevar a unas respuestas inmunitarias inapropiadas, lo 
que produce enfermedades intestinales inflamatorias.
La flora bacteriana normal produce enfermedad cuando 
invade zonas del organismo que normalmente son estériles. 
Las bacterias virulentas tienen mecanismos que favorecen 
su crecimiento en el hospedador a expensas de los tejidos de 
éste o de la función del órgano. Las bacterias oportunistas 
aprovechan las condiciones preexistentes que potencian la 
vulnerabilidad del paciente, como la inmunodepresión, para 
desarrollarse y originar una enfermedad grave. Por ejemplo, 
los quemados y los pulmones de los pacientes aquejados 
de fibrosis quística tienen un mayor riesgo de infección por 
Pseudomonas aeruginosa, mientras que los afectados por el 
síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) son muy 
susceptibles a la infección por bacterias de crecimiento in-
tracelular, como las micobacterias.
La enfermedad es el resultado del daño o la pérdida de 
función de un tejido u órgano debido a la infección o respues-
ta inflamatorias por parte del hospedador. Los signos y sínto-
mas de una enfermedad están determinados por el cambio 
en el tejido afectado. Las respuestas sistémicas se deben a la 
acción de toxinas y citocinas fabricadas como respuesta a la in-
fección. La gravedad del proceso depende de la importancia 
del órgano afectado y la extensión del daño causado por la 
infección. Las infecciones del sistema nervioso central son 
siempre graves. Igualmente, la cepa bacteriana y el tamaño 
del inóculo son factores fundamentales en la aparición de una 
enfermedad; puede existir desde un inóculo relativamente 
pequeño (p. ej., menos de 200 Shigella para la shigelosis) 
hasta inóculos de gran tamaño (p. ej., 108 microorganismos de 
Vibrio cholerae o Campylobacter para producir enfermedad 
del aparato digestivo). Los factores del hospedador también 
pueden desempeñar una función. Por ejemplo, aunque son 
necesarios un millón de microorganismos de Salmonella o 
más para que se produzca una gastroenteritis en una persona 
sana, tan sólo son necesarios unos millares de microorganis-
mos en una persona cuyo pH gástrico haya sido neutralizado 
con antiácidos u otros medios. Los defectos congénitos, los 
estados de inmunodeficiencia (v. cap. 10) y las alteraciones 
producidas por otras entidades pueden incrementar también 
la susceptibilidad de un individuo a la infección. Cuanto 
más tiempo permanece una bacteria en el organismo, mayor 
es su número, su capacidad de diseminarse y su capacidad 
de producir lesiones tisulares y enfermedad y mayor será la 
respuesta del hospedador.
Muchos de los factores de virulencia son estructuras o 
actividades complejas que sólo se expresan en condiciones 
especiales (v. fig. 13-9). Los componentes de estas estructuras 
se suelen codificar todos juntos en un islote de patogenicidad. 
Los islotes de patogenicidad son grandes regiones genéticas en 
el cromosoma o en plásmidos que contienen grupos de genes 
que codifican numerosos factores de virulencia, que pueden 
requerir una expresión coordinada. Estos genes se pueden ac-
tivar por un estímulo único (p. ej., la temperatura intestinal, 
el pH del lisosoma). Un islote de patogenicidad suele estar 
en el interior de un transposón y se puede transferir como 
una unidad a distintos lugares dentro del cromosoma o a otras 
bacterias. Por ejemplo, el islote de patogenicidad SPI-2 de 
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Salmonella se activa por el pH ácido de una vesícula fagocítica 
dentro de un macrófago. Se promueve así la expresión de unas 
25 proteínas que se ensamblan en un dispositivo molecular 
a modo de jeringa (dispositivo de secreción de tipo III), que 
inyecta las proteínas tóxicas en la célula del hospedador para 
facilitar la supervivencia intracelular y el crecimiento de las 
bacterias. De un modo similar, la biopelícula producida por 
Pseudomonas se activa cuando existen suficientes bacte-
rias (hacen quórum) que producen cantidades suficientes de 
N-acil homoserina lactona (AHL) para activar la expresión 
de los genes para la producción de polisacáridos.
entrAdA en el orgAnismo HumAno
Para que se produzca una infección, las bacterias deben entrar 
primero en el organismo humano (tabla 14-1; v. fig. 14-1). 
Los mecanismos y las barreras de defensa naturales, como 
la piel, la mucosidad, el epitelio ciliado y las secreciones que 
contienen sustancias antibacterianas (p. ej., lisozima, defen-
sinas), dificultan la entrada en el organismo de las bacterias. 
Sin embargo, algunas veces estas barreras se alteran (p. ej., un 
desgarro cutáneo, un tumor o una úlcera intestinal), lo que 
crea una vía de entrada para las bacterias, o bien éstas pueden 
tener los medios para perturbar la barrera e invadir el organis-
mo. Durante el proceso de invasión, las bacterias pueden viajar 
a travésdel torrente sanguíneo a otras partes del organismo.
La piel posee una gruesa capa córnea de células muertas 
que protege al organismo de la infección. Sin embargo, los 
cortes en la piel, producidos de forma accidental o quirúrgica 
o por introducción de catéteres u otros dispositivos qui-
rúrgicos, crean una vía de entrada al tejido subyacente sus-
ceptible para las bacterias. Por ejemplo, Staphylococcus aureus 
y Staphylococcus epidermidis, los cuales forman parte de la 
flora normal de la piel, pueden ingresar en el organismo a 
través de grietas de ésta y plantear un problema importante 
en personas con sondas y catéteres vasculares.
La boca, la nariz, el aparato respiratorio, los oídos, los 
ojos, el aparato urogenital y el ano son los sitios a través de 
los cuales pueden entrar las bacterias en el organismo. Es-
tas aberturas naturales de la piel y sus cavidades corporales 
asociadas están protegidas por defensas naturales como la 
mucosidad y el epitelio ciliado que tapiza el aparato respira-
torio superior, la lisozima y otras secreciones antibacterianas 
en las lágrimas y en la mucosidad y los ácidos y la bilis en el 
aparato digestivo. Sin embargo, muchas bacterias no se ven 
afectadas o disponen de ciertos mecanismos para eludir estas 
defensas. Por ejemplo, la membrana externa de las bacte-
rias gramnegativas incrementa la resistencia de estas bacterias 
CUADRO 14-1
Mecanismos de virulencia bacteriana
Adherencia
Invasión
Metabolitos del crecimiento (gas, ácido)
Toxinas
Enzimas degradativas
Proteínas citotóxicas
Endotoxina
Superantígeno
Inducción de inflamación excesiva
Evasión de la respuesta inmune y fagocítica
Cápsula
Resistencia a los antibióticos
Proliferación intracelular
CUADRO 14-2
Producción de una enfermedad bacteriana
1. La enfermedad se debe a las lesiones provocadas por 
las bacterias más las consecuencias de las respuestas 
innatas e inmunitarias frente a la infección.
2. Los signos y los síntomas de la enfermedad vienen 
determinados por la función e importancia del tejido 
afectado.
3. La duración del período de incubación es el tiempo 
necesario para que la bacteria, la respuesta del 
hospedador o ambas produzcan lesiones suficientes 
para ocasionar malestar o interferir con funciones 
fundamentales.
Figura 14-1 Las superficies corporales como zonas de infección y de 
diseminación bacteriana. Las flechas rojas indican infección; las flechas 
moradas indican difusión. (Modificado de Mims C y cols.: Medical micro-
biology, Londres, 1993, Mosby-Wolfe.)
Tabla 14-1 Puerta de entrada de las bacterias
Vía Ejemplos
Ingestión Género Salmonella, género Shigella, 
Yersinia enterocolitica, Escherichia 
coli enterotoxigénica, género Vibrio, 
género Campylobacter, Clostridium 
botulinum, Bacillus cereus, género 
Listeria, género Brucella
Inhalación Género Mycobacterium, género 
Nocardia, Mycoplasma pneumoniae, 
género Legionella, Bordetella, 
Chlamydia psittaci, Chlamydophila 
pneumoniae, género Streptococcus
traumatismo Clostridium tetani
Venopunción Staphylococcus aureus, género 
Pseudomonas
Picadura de artrópodos Rickettsia, Ehrlichia, Coxiella, Francisella, 
género Borrelia, Yersinia pestis
transmisión sexual Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia 
trachomatis, Treponema pallidum
140 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
frente a la lisozima, las secreciones ácidas y la bilis. Por eso las 
enterobacterias son capaces de colonizar el aparato digestivo. 
Una brecha en la barrera normal puede permitir la entrada 
de estas bacterias endógenas a localizaciones normalmen-
te estériles del organismo, como el peritoneo y el torrente 
circulatorio, y causar enfermedad. Un ejemplo de esto es el 
paciente al que se le diagnostica un tumor de colon después 
de la detección de una septicemia (infección de la sangre) 
producida por bacterias entéricas.
colonizAción, AdHesión e inVAsión
Diferentes bacterias colonizan diferentes partes del organis-
mo. Este lugar de colonización puede estar muy próximo al 
punto de entrada o deberse a la presencia de unas condiciones 
de crecimiento óptimo en dicha localización. Por ejemplo, se 
inhala el microorganismo Legionella y crece en los pulmones, 
pero no se disemina con facilidad debido a que es incapaz 
de soportar temperaturas altas (por encima de 35 °C). La 
colonización de localizaciones que normalmente son estériles 
implica la existencia de un defecto en un mecanismo de 
defensa natural o la creación de una nueva vía de entrada. 
Los pacientes con fibrosis quística presentan este defecto 
como consecuencia de la reducción de la función ciliar mu-
coepitelial y la alteración de las secreciones mucosas, lo que 
hace que sus pulmones sean colonizados por S. aureus y 
P. aeruginosa. En algunos casos, la colonización requiere unas 
estructuras y funciones especiales para permanecer en dicho 
sitio, sobrevivir y obtener alimento.
Las bacterias pueden utilizar diferentes mecanismos pa-
ra adherirse y colonizar las diversas superficies corporales 
(tabla 14-2). Cuando son capaces de adherirse a las células 
epiteliales o endoteliales que revisten la vejiga, el intestino y 
los vasos sanguíneos, no se pueden eliminar y su capacidad de 
adhesión les permite colonizar distintos tejidos. Por ejemplo, 
la función natural de la vejiga elimina cualquier bacteria que 
no se encuentre adherida a la pared vesical. Escherichia coli 
y otras bacterias poseen adhesinas que se unen a receptores 
específicos de la superficie tisular para evitar su eliminación. 
Muchas de estas proteínas de adhesión están presentes en los 
extremos de unas estructuras denominadas fimbrias (pili) y se 
unen fuertemente a los azúcares específicos en el tejido diana; 
esta actividad de unión a azúcares define a estas proteínas co-
mo lectinas. Por ejemplo, la mayoría de las cepas de E. coli que 
originan pielonefritis produce una adhesina fímbrica conocida 
como fimbria P. Esta adhesina se puede unir a los receptores 
de a-d-galactosil-b-d-galactósido (Gal-Gal), la cual forma 
parte de la estructura antigénica del grupo sanguíneo P en 
los eritrocitos y las células uroepiteliales humanas. Los pili 
de Neisseria gonorrhoeae también son factores importantes 
de virulencia; se unen a receptores de oligosacáridos en las 
células epiteliales. Los microorganismos de Yersinia, Bordete­
lla pertussis y Mycoplasma pneumoniae expresan proteínas 
de adhesión que no se localizan en las fimbrias. Streptococcus 
pyogenes utiliza el ácido lipoteicoico y la proteína F (la cual 
se une a la fibronectina) para unirse a las células epiteliales.
Una adaptación bacteriana especial que facilita la coloni-
zación, especialmente de los dispositivos quirúrgicos como 
las válvulas artificiales o los catéteres permanentes, es una 
biopelícula. En ella, las bacterias se encuentran englobadas 
por una membrana viscosa de polisacáridos que mantiene 
a las células unidas entre sí y a la superficie. La producción 
de una biopelícula requiere una cifra suficiente de bacterias 
(quórum). Cuando los microorganismos de P. aeruginosa 
determinan que el tamaño de la colonia es suficientemente 
grande, producen una biopelícula (quorum sensing). La placa 
dental constituye otro ejemplo de una biopelícula. La matriz 
de la biopelícula puede proteger también a las bacterias frente 
a las defensas del hospedador y la acción de los antibióticos.
Aunque las bacterias carecen de mecanismos que les per-
mitan atravesar la piel, algunas especies bacterianas pueden 
atravesar las membranas mucosas y otras barreras tisulares 
para entrar en regiones normalmente estériles y en tejidos más 
susceptibles. Estas bacterias invasivas destruyen las barreras o 
penetran en las células que conforman dicha barrera. Los mi-
croorganismos pertenecientes a los géneros Shigella, Salmonella 
y Yersinia son bacterias entéricas que emplean fimbrias para 
unirse a células M (micropliegues) del colon y, a continuación, 
inyectarles proteínas que estimulan a la célula para que se 
invagine y capte las bacterias. Estas bacterias provocan un dis-positivo de secreción de tipo III que se parece a una jeringa mo-
lecular que inyecta factores generadores de poros y moléculas 
efectoras dentro de las células del hospedador. Las proteí-
nas efectoras pueden facilitar la captación e invasión, promover 
la supervivencia intracelular y la replicación de las bacterias o la 
muerte por apoptosis de la célula hospedadora. E. coli entero-
patógena secreta proteínas en la célula hospedadora que crean 
un sistema de anclaje portátil para su propio uso y Salmonella 
emplea este dispositivo para fomentar su captación en una 
vesícula, lo que le permite vivir dentro de los macrófagos 
(v. las animaciones desarrolladas por el Howard Hughes 
Medical Institute; sitio web en las referencias). Shigella utiliza 
un dispositivo de secreción de tipo III para entrar en las células y 
una vez dentro de ellas, el germen determina la polimerización 
de la actina celular y el paso de Shigella a la célula adyacente. 
Listeria monocytogenes induce la polimerización de la actina en 
la parte posterior de la célula para poder propulsar la bacteria 
alrededor de la célula y hacia una célula adyacente.
Acciones PAtógenAs de lAs BActeriAs
Destrucción tisular
Los productos generados como consecuencia del crecimiento 
bacteriano, especialmente de la fermentación, dan lugar a la 
producción de ácidos, gases y otras sustancias que son tóxicas 
para los tejidos. Además, muchas bacterias liberan enzimas 
Tabla 14-2 Ejemplos de mecanismos bacterianos 
de adherencia
Microorganismo Adhesina Receptor
Staphylococcus aureus LtA Desconocido
Género Staphylococcus Capa de limo Desconocido
Streptococcus, grupo A Complejo LtA-M Fibronectina
Streptococcus 
pneumoniae
Proteína N-acetilhexosamina- 
galactosa
Escherichia coli Fimbrias de tipo 1 d-manosa
Fimbrias antígeno 
factor de 
colonización
GM-gangliósido 1
Fimbrias P Glucolípido del 
grupo sanguíneo P
Neisseria gonorrhoeae Fimbrias GD1-gangliósido
Treponema pallidum P1, P2, P3 Fibronectina
Chlamydia trachomatis Lectina de la 
superficie celular
N-acetilglucosamina
Mycoplasma 
pneumoniae
Proteína P1 Ácido siálico
Vibrio cholerae Pili tipo 4 Fucosa y manosa
LTA, ácido lipoteicoico.
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degradativas que disgregan los tejidos, proporcionando así 
el alimento para el crecimiento de los microorganismos y 
facilitando la extensión de las bacterias. Por ejemplo, mi-
croorganismos como Clostridium perfringens forman parte 
de la flora normal del aparato digestivo, pero son patógenos 
oportunistas que pueden provocar una infección en tejidos 
pobres en oxígeno y ocasionar una gangrena gaseosa. Estas 
bacterias anaerobias fabrican enzimas (p. ej., fosfolipasa C, 
colagenasa, proteasa, hialuronidasa), varias toxinas y ácido y 
gases derivados del metabolismo bacteriano, que destruyen el 
tejido. Los estafilococos producen muchas enzimas diferentes 
que modifican el medio tisular, como la hialuronidasa, la fibri-
nolisina y las lipasas. Los estreptococos generan también di-
versas enzimas, entre las que se encuentran las estreptolisi-
nas S y O, las hialuronidasas, las ADNasas y las estreptocinasas.
Toxinas
Las toxinas son componentes bacterianos que dañan di-
rectamente los tejidos o bien ponen en marcha actividades 
biológicas destructivas. Las toxinas y las actividades de otras 
sustancias similares se deben a la acción de diversas enzimas 
degradativas que ocasionan la lisis celular y de proteínas que 
se unen a receptores específicos que inician reacciones tóxicas 
en un tejido diana específico. Por otra parte, la endotoxina (el 
lípido A del lipopolisacárido) y las proteínas superantígeno 
promueven una estimulación excesiva o inapropiada de las 
respuestas innatas o inmunitarias. En muchos casos, la toxina 
es la única responsable de los síntomas característicos de la 
enfermedad. Por ejemplo, la toxina preformada que está pre-
sente en los alimentos da lugar a la intoxicación alimentaria 
provocada por S. aureus y Bacillus cereus y del botulismo 
causado por Clostridium botulinum. Los síntomas produci-
dos por la toxina preformada aparecen en una fase bastante 
anterior que en otras formas de gastroenteritis, debido a que 
el efecto es semejante al de ingerir un producto tóxico y las 
bacterias no necesitan proliferar para dar lugar a los síntomas. 
La toxina se puede extender de manera sistémica a través de 
la sangre, de modo que los síntomas pueden aparecer en zonas 
alejadas del foco de la infección, como sucede en el caso del 
tétanos, producido por Clostridium tetani.
Exotoxinas
Tanto las bacterias grampositivas como las gramnegativas son 
capaces de fabricar exotoxinas, entre las que se encuentran 
enzimas citolíticas y proteínas de unión a receptores que 
alteran una función o destruyen la célula. En muchos casos, el 
gen de la toxina está codificado por un plásmido (la toxina del 
tétanos en C. tetani, las toxinas termolábil (TL) y termoes-
table (TE) de E. coli enterotoxigénica) o un fago lisogénico 
(Corynebacterium diphtheriae y C. botulinum).
Las toxinas citolíticas incluyen las enzimas capaces de 
romper la membrana, como la a-toxina (fosfolipasa C) produ-
cida por C. perfringens, que rompe la esfingomielina y otros 
fosfolípidos de la membrana. Las hemolisinas se insertan en 
Figura 14-2 A-C, Mecanismo de acción de las exotoxinas diméricas A-B. 
Con frecuencia, las toxinas bacterianas A-B constan de una molécula de 
dos cadenas. La cadena B se une y facilita la entrada de la cadena A en las 
células y la cadena A tiene una actividad inhibitoria de algunas funciones 
vitales. ACH, acetilcolina; AMPc, monofosfato de adenosina cíclico. (Modi-
ficado de Mims C y cols.: Medical microbiology. Londres, 1993, Mosby-Wolfe.)
142 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
los eritrocitos y otras membranas celulares y las rompen. 
Las toxinas generadoras de poros, como la estreptolisina O, 
pueden inducir la salida de iones y agua de las células y alterar 
las funciones celulares o inducir la lisis de la célula.
Muchas toxinas son dímeros formados por una subuni-
dad A y una subunidad B (toxinas A-B). La porción B de 
las toxinas A-B se une al receptor específico de la superficie 
celular, y posteriormente la subunidad A se transfiere al in-
terior de la célula, donde actúa para promover daño celular 
(B de binding y A de action, en inglés). Los tejidos diana de 
estas toxinas están muy bien definidos y limitados (fig. 14-2; 
tabla 14-3). Los objetivos bioquímicos de las toxinas A-B 
incluyen los ribosomas, los mecanismos de transporte y las 
señales intracelulares (la producción de monofosfato cíclico 
de adenosina [AMPc], la función de la proteína G), con efec-
tos que comprenden desde la diarrea hasta la pérdida de la 
función neuronal y la muerte. Las propiedades funcionales 
de las exotoxinas citolíticas y otras exotoxinas se explica más 
detalladamente en los capítulos que tratan cada una de las 
enfermedades específicas. En www.StudentConsult.com se 
puede acceder a gráficos que representan los mecanismos de 
acción de diversas toxinas.
Los superantígenos conforman un grupo especial de to-
xinas (fig. 14-3). Estas moléculas activan los linfocitos T al 
unirse de manera simultánea al receptor del linfocito T y a la 
molécula del complejo principal de histocompatibilidad de 
clase II en una célula presentadora de antígeno sin necesidad 
de participación de un antígeno. Esta forma de activación 
Figura 14-3 Unión del superantígeno a las regiones externas del recep-
tor del linfocito t y a las moléculas del complejo principal de histocompa-
tibilidad (MHC) de clase II.
Tabla 14-3 Propiedades de las toxinas bacterianas del tipo A-B
Toxina Microorganismo
Localización 
del gen
Estructura de la 
subunidad
Receptor de la célula 
diana Efectos biológicos
toxinas del 
carbunco
Bacillus anthracis Plásmido tres proteínas 
separadas (EF, 
LF, PA)
Marcador endotelial 
tumoral 8 (tEM-8); 
proteína2 de la 
morfogenia capilar 
(CMG2)
EF + PA: aumento en los valores de 
AMPc de la célula diana, edema 
localizado;
LF + PA: muerte de las células diana y 
de los animales de experimentación
Bordetella Género Bordetella Cromosómica A-B Desconocido, 
probablemente 
glucolípido
toxina adenil ciclasa. Aumento en los 
valores de AMPc de la célula diana, 
modificación de la función celular o 
muerte celular
toxina botulínica Clostridium 
botulinum
Fago A-B Polisialogangliósidos 
más sinaptotagmina 
(correceptores)
Disminución en la liberación 
presináptica periférica de 
acetilcolina, parálisis flácida
toxina colérica Vibrio cholerae Cromosómica A-B5 Gangliósido (GM1) Activación de la adenil ciclasa, 
aumento en los niveles de AMPc, 
diarrea secretora
toxina diftérica Corynebacterium 
diphtheriae
Fago A-B Precursor de receptor de 
factor de crecimiento
Inhibición de la síntesis de proteínas, 
muerte celular
Enterotoxinas 
termolábiles
Escherichia coli Plásmido Similar o idéntica a 
la toxina colérica
toxina de la tos 
ferina
Bordetella pertussis Cromosómica A-B5 Glucoproteínas de 
superficie con residuos 
de ácido siálico 
terminales
Bloqueo de las señales 
de transducción mediadas 
por las proteínas G diana
Exotoxina A de 
Pseudomonas
Pseudomonas 
aeruginosa
Cromosómica A-B Receptor para 
a2-macroglobulina 
(a2MR)
Similar o idéntico a la toxina diftérica
toxinas Shiga Shigella 
dysenteriae
Cromosómica A-B5 Globotriaosil ceramida 
(Gb3)
Inhibición de la síntesis de proteínas, 
muerte celular
toxinas de tipo 
Shiga
Género Shigella, 
Escherichia coli
Fago Similar o idéntica a 
la toxina Shiga
toxina tetánica Clostridium tetani Plásmido A-B Polisialogangliósidos más 
glucoproteína de 15 
kDa (correceptores)
Disminución de la liberación 
de neurotransmisores de neuronas 
inhibitorias, parálisis espástica
Modificada de Mandell G, Douglas G, Bennett J: Principles and practice of infectious disease, 3.ª ed., Nueva York, Churchill Livingstone, 1990.
AMPc, monofosfato de adenosina cíclico; EF, factor de edema; LF, factor letal; PA, antígeno protector.
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inespecífica de los linfocitos T puede desencadenar respuestas 
de tipo autoinmunitario que pongan en peligro la vida al es­
timular la liberación de grandes cantidades de interleucinas 
(tormenta de citocinas), como la IL-1, el TNF y la IL-2. Esta 
estimulación de los linfocitos T por un superantígeno puede 
originar también la muerte de los linfocitos T activados, lo 
que da lugar a la pérdida de clones específicos de linfocitos T 
y la desaparición de sus respuestas inmunitarias. Los supe-
rantígenos incluyen la toxina del síndrome del shock tóxico 
por S. aureus, las enterotoxinas estafilocócicas y la toxina 
eritrogénica A o C de S. pyogenes.
Endotoxina y otros componentes 
de la pared celular
La presencia de componentes de la pared celular de la bac-
teria constituye una poderosísima señal de alarma para el 
organismo que indica infección y pone en marcha los sistemas 
protectores del hospedador. Los patrones moleculares aso-
ciados a patógenos (PAMP) se unen a moléculas receptoras 
tipo toll (TLR) y otras moléculas y estimulan la producción de 
citocinas (v. capítulos 8 y 10). En algunos casos, la respuesta 
del hospedador es excesiva y puede incluso poner en peligro 
su vida. La porción de lípido A del lipopolisacárido (LPS) 
producida por bacterias gramnegativas es un activador pode-
roso de las reacciones de fase aguda e inflamatorias y recibe la 
denominación de endotoxina. Es importante tener en cuenta 
que la endotoxina no equivale a la exotoxina y que únicamente 
las bacterias gramnegativas fabrican endotoxinas. Pueden 
producirse respuestas más débiles similares a las producidas 
por endotoxinas en estructuras de bacterias grampositivas, 
que incluyen los ácidos teicoico y lipoteicoico.
Las bacterias gramnegativas liberan endotoxinas durante la 
infección. La endotoxina se une a los receptores específicos 
(CD14 y TLR4) de los macrófagos, los linfocitos B y otras 
células con el fin de estimular la producción y la liberación 
de citocinas de fase aguda, como IL-1, TNF-a, IL-6 y pros-
taglandinas (fig. 14-4). La endotoxina estimula, igualmente, 
la proliferación (mitógena) de los linfocitos B.
A concentraciones bajas, la endotoxina estimula también 
el desarrollo de respuestas protectoras como la fiebre, la 
vasodilatación y la activación de las respuestas inmunitaria e 
inflamatoria (cuadro 14-3). Sin embargo, las concentraciones 
de endotoxinas en la sangre de los pacientes con septicemia 
(bacterias en la sangre) por bacterias gramnegativas pueden 
ser muy elevadas, y las respuestas a las mismas pueden ser 
devastadoras, llegando a producir shock septicémico e in-
cluso la muerte. Las elevadas concentraciones de endotoxinas 
pueden activar también la vía alternativa del complemento y 
la producción de anafilotoxinas (C3a, C5a), lo que contribuye 
a la vasodilatación y fuga capilar. Combinadas con TNF e IL-1 
esto puede determinar hipotensión y shock. También se 
puede producir una coagulación intravascular disemina-
da (CID) como consecuencia de la activación de las vías de 
la coagulación de la sangre. La fiebre elevada, las petequias 
(lesiones cutáneas provocadas por la extravasación capilar) y 
los síntomas potenciales de shock (consecuencia del aumento 
de la permeabilidad vascular) que se asocian a la infección 
por Neisseria meningitidis están relacionados con las grandes 
cantidades de endotoxina que se liberan durante la infección.
inmunoPAtogeniA
En muchos casos, los síntomas de la infección bacteriana se 
producen porque la infección causa unas excesivas respuestas 
inmunitarias e inflamatorias. Cuando está limitada y controla-
da, la respuesta de fase aguda frente a los componentes de la 
pared celular, especialmente la endotoxina, es una respuesta 
antibacteriana protectora. Sin embargo, cuando sucede como 
respuesta sistémica descontrolada, la respuesta de fase aguda 
y la inflamación pueden originar síntomas potencialmente 
mortales asociados a septicemia o meningitis (v. fig. 14-4). 
Los neutrófilos activados, los macrófagos y el complemen-
to pueden provocar lesiones en el lugar de la infección. La 
activación del complemento induce también la liberación 
de anafilotoxinas, que inician la permeabilidad vascular y la 
rotura de los capilares. Las tormentas de citocinas ocasionadas 
por los superantígenos y la endotoxina pueden provocar shock 
y alteraciones de la función corporal. La formación de gra-
nulomas inducida por los linfocitos T CD4 y los macrófagos 
frente a Mycobacterium tuberculosis también puede ser causa 
de destrucción tisular. Las respuestas autoinmunitarias se 
Figura 14-4 Las múltiples actividades de los lipopolisacáridos (LPS). La 
endotoxina bacteriana activa casi todos los mecanismos inmunitarios, así 
como las rutas de la coagulación, lo que de forma conjunta convierte al 
LPS en uno de los estímulos antigénicos más poderosos que se conocen. 
CID, coagulación intravascular diseminada; IFN-g, interferón g; IgE, inmuno-
globulina E; IL-1, interleucina 1; PMN, leucocitos (neutrófilos) polimorfonu-
cleares; TNF, factor de necrosis tumoral. (Modificado de Mims C y cols.: 
Medical microbiology. Londres, 1993, Mosby-Wolfe.)
CUADRO 14-3
Toxicidad mediada por endotoxinas
Fiebre
Leucopenia seguida de leucocitosis
Activación del complemento
Trombocitopenia
Coagulación intravascular diseminada
Disminución de la circulación periférica y de la perfusión 
a los órganos principales
Shock
Muerte
144 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
pueden activar por proteínas bacterianas, como la proteína M 
de S. pyogenes, que se parece a nivel antigénico al tejido 
cardíaco. Los anticuerpos frente a la proteína M muestran una 
reactividad cruzada con el corazón y pueden empezar su daño 
en la fiebre reumática. Los inmunocomplejos depositados en 
los glomérulos renalesproducen la glomerulonefritis postes-
treptocócica. En el caso de Chlamydia, Treponema (sífilis), 
Borrelia (enfermedad de Lyme) y otras bacterias, la res-
puesta inmunitaria del hospedador es la principal causa de 
los síntomas de la enfermedad en los pacientes.
mecAnismos de eVAsión de lAs 
defensAs del orgAnismo HosPedAdor
Las bacterias son parásitos y la evasión de las respuestas pro-
tectoras del hospedador supone una ventaja selectiva. Lógi-
camente, cuanto mayor es el período en que una infección 
bacteriana permanece en el hospedador, mayor es el tiempo 
del que las bacterias disponen para proliferar y producir daño. 
Por tanto, las bacterias que pueden evitar o inutilizar las 
defensas del hospedador presentan una mayor capacidad 
potencial de producción de enfermedad. Las bacterias han 
desarrollado diversos mecanismos para eludir las principales 
defensas antibacterianas, al eludir su reconocimiento y des-
trucción por las células fagocíticas, inactivar o evitar el sis-
tema de complemento y anticuerpos, e incluso mediante la 
proliferación intracelular con el fin de esconderse de estas 
respuestas del hospedador (cuadro 14-4).
La cápsula constituye uno de los factores de virulencia 
más importante (cuadro 14-5). Estas estructuras funcionan 
protegiendo a las bacterias frente a las respuestas inmunitarias 
y fagocíticas. Por lo general, las cápsulas están formadas por 
polisacáridos, los cuales son poco inmunógenos. La cápsula de 
S. pyogenes, por ejemplo, se compone de ácido hialurónico, 
el cual remeda al tejido conectivo humano para enmascarar 
a las bacterias y eludir que sean reconocidas por el sistema 
inmunitario. Esta cápsula actúa también como una «camiseta 
de fútbol resbaladiza», la cual resulta difícil de asir y se rasga 
cuando un fagocito la toma. Igualmente, la cápsula protege a 
la bacteria de su destrucción en el interior de un fagolisosoma 
de un macrófago o un leucocito. Todas estas propiedades 
pueden ampliar el período de permanencia de las bacterias 
en la sangre (bacteriemia) antes de ser eliminadas por las 
respuestas del hospedador. Los mutantes de las bacterias 
normalmente encapsuladas que pierden la capacidad de for-
mar una cápsula pierden también su virulencia, como se ha 
descrito en el caso de Streptococcus pneumoniae y N. menin­
gitidis. La formación de una biopelícula, la cual se compone 
de material capsular, puede evitar la acción de los anticuerpos 
y el complemento sobre las bacterias que lo integran.
Las bacterias pueden eludir la respuesta humoral por 
variación antigénica, por inactivación de anticuerpos o por 
crecimiento intracelular. N. gonorrhoeae puede modificar la 
estructura de sus antígenos de superficie con el fin de eludir la 
acción de los anticuerpos y produce una proteasa que degrada 
la inmunoglobulina A (IgA). S. aureus fabrica una proteína de 
unión a la IgG, la proteína A, que previene que el anticuerpo 
active el complemento o sea una opsonina y enmascara a 
la bacteria frente a la detección. Las bacterias que crecen 
intracelularmente incluyen micobacterias, franciselas, bruce-
las, clamidias y rickettsias (cuadro 14-6). A diferencia de la 
mayoría de las bacterias, el control de estas bacterias requiere 
que las respuestas inmunitarias mediadas por los linfocitos T 
cooperadores activen los macrófagos para destruir o crear una 
pared (granuloma) alrededor de las células infectadas (como 
en el caso de M. tuberculosis).
Las bacterias eluden la acción del complemento pre-
viniendo el acceso de los componentes a la membrana, 
CUADRO 14-4
Defensas microbianas frente a los mecanismos 
inmunológicos del hospedador
Encapsulación
Mimetismo antigénico
Enmascaramiento antigénico
Cambio antigénico
Producción de proteasas antiinmunoglobulinas
Destrucción de los fagocitos
Inhibición de la quimiotaxis
Inhibición de la fagocitosis
Inhibición de la fusión fagolisosómica
Resistencia a las enzimas lisosomales
Replicación intracelular
CUADRO 14-5
Ejemplos de microorganismos encapsulados
Staphylococcus aureus
Streptococcus pneumoniae
Streptococcus pyogenes (grupo A)
Streptococcus agalactiae (grupo B)
Bacillus anthracis
Bacillus subtilis
Neisseria gonorrhoeae
Neisseria meningitidis
Haemophilus influenzae
Escherichia coli
Klebsiella pneumoniae
Género Salmonella
Yersinia pestis
Campylobacter fetus
Pseudomonas aeruginosa
Bacteroides fragilis
Cryptococcus neoformans (levadura)
CUADRO 14-6
Ejemplos de patógenos intracelulares
Género Mycobacterium
Género Brucella
Género Francisella
Género Rickettsia
Género Chlamydia
Listeria monocytogenes
Salmonella typhi
Shigella dysenteriae
Yersinia pestis
Legionella pneumophila
MECANISMOS DE PAtOGENICIDAD BACtERIANA 145
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 enmascarándose y por inhibición de la activación de la cas-
cada. El grueso peptidoglucano de las bacterias grampositivas 
y el antígeno O de gran longitud del LPS de la mayoría de las 
bacterias gramnegativas (no especies de Neisseria) previenen 
que el complemento acceda a la membrana bacteriana y la 
protegen frente al daño. Al degradar el componente C5a del 
complemento, S. pyogenes puede limitar la quimiotaxia de 
los leucocitos al sitio de infección. Para compensar la falta de 
antígeno O, N. gonorrhoeae une el ácido siálico a su lipooligo-
sacárido (LOS) para inhibir la activación del complemento.
Los fagocitos (neutrófilos, macrófagos) representan la 
defensa antibacteriana más importante, si bien un gran nú-
mero de bacterias puede burlar la fagocitosis a través de 
diversos mecanismos. Pueden producir enzimas capaces de 
lisar las células fagocíticas (p. ej., la estreptolisina producida 
por S. pyogenes o la a-toxina fabricada por C. perfringens). 
Pueden inhibir la fagocitosis (p. ej., como consecuencia de 
la presencia de la cápsula y de la proteína M producidas 
por S. pyogenes) o bien inhibir la destrucción intracelular. 
Los mecanismos bacterianos de protección frente a la des-
trucción intracelular incluyen la inhibición de la fusión del 
fagolisosoma, evitando así el contacto con sus contenidos 
bactericidas (especies de Mycobacterium), la resistencia 
mediada por la cápsula o por enzimas a las enzimas o las sus-
tancias lisosómicas bactericidas o la capacidad para pasar del 
fagosoma al citoplasma del hospedador antes de exponerse a 
las enzimas lisosomales (tabla 14-4 y fig. 14-5). Por ejemplo, 
los estafilococos producen catalasa, una enzima que reduce 
la eficacia del sistema de la mieloperoxidasa. Muchas de las 
bacterias que son fagocitadas pero sobreviven a la fagocitosis 
pueden utilizar la célula como un lugar para proliferar y 
eludir las respuestas inmunitarias, así como un medio para 
diseminarse por todo el organismo.
Por otra parte, S. aureus puede eludir las defensas del 
hospedador separando con una pared la zona de la infección. 
S. aureus puede producir coagulasa, una enzima que facilita 
la conversión de la fibrina en fibrinógeno para producir una 
barrera tipo coágulo; esta característica distingue a S. aureus 
de S. epidermidis. S. aureus y S. pyogenes y otras bacterias 
son piógenas (formadoras de pus), y la formación de pus con 
la muerte de los neutrófilos limita el acceso de anticuerpos 
o de antibióticos a las bacterias. M. tuberculosis es capaz de 
sobrevivir en el hospedador al promover la creación de un 
granuloma, en el que las bacterias viables pueden subsistir 
durante toda la vida del individuo infectado. Las bacterias 
pueden reanudar su proliferación cuando se produce cual-
quier alteración del estado inmunitario del hospedador.
resumen
Los factores de virulencia primarios de las bacterias son la 
cápsula, las adhesinas, las invasinas, las enzimas degradati-
vas, las toxinas y los mecanismos para evadir la acción de las 
defensas del hospedador. Las bacterias pueden poseer un 
único mecanismo de virulencia. Por ejemplo, C. diphtheriae 
dispone de un único mecanismo de virulencia basado en la 
toxina diftérica. Otras bacterias expresandiversos factores de 
virulencia. S. aureus es un ejemplo de este tipo de bacteria, 
ya que expresa adhesinas, enzimas degradativas, toxinas, 
catalasas y coagulasas, las cuales originan un abanico de es-
tados patológicos. Además, diferentes cepas dentro de una 
especie bacteriana pueden expresar distintos mecanismos 
de virulencia. Por ejemplo, los síntomas y las secuelas de la 
gastroenteritis (diarrea) producida por E. coli pueden com-
prender desde la invasión y las heces sanguinolentas, la diarrea 
acuosa similar a la del cólera, hasta incluso una enfermedad 
hemorrágica grave dependiendo de la cepa específica im-
plicada en la infección.
Tabla 14-4 Métodos para evitar la muerte 
por fagocitosis
Método Ejemplo
Inhibición de la fusión 
del fagolisosoma
Género Legionella, Mycobacterium 
tuberculosis, género Chlamydia
Resistencia a las enzimas 
lisosomales
Salmonella typhimurium, género 
Coxiella, género Ehrlichia, 
Mycobacterium leprae, género 
Leishmania
Adaptación a la replicación 
citoplásmica
Listeria, Francisella, género Rickettsia
Figura 14-5 Mecanismos bacterianos para escapar al ataque fagocítico. 
Se exponen ejemplos seleccionados de bacterias que usan los mecanismos 
antifagocíticos indicados.
146 MICROBIOLOGÍA MÉDICA
PREGUNtAS
1. Nombre tres rutas mediante las que los patógenos exógenos 
pueden infectar a un individuo. Enumere cinco ejemplos de 
microorganismos que utilizan cada una de las rutas.
2. ¿Cómo son capaces los microorganismos de resistir la 
respuesta inmunitaria? Enumere al menos un ejemplo 
específico de cada mecanismo.
3. ¿Cuáles son los dos tipos generales de exotoxinas? Enumere 
ejemplos de cada tipo.
Las respuestas a estas preguntas están disponibles en 
www.StudentConsult.es.
Visite www.StudentConsult.com para ver una animación que 
muestra las funciones de C. diphtheriae, B. anthracis, B. pertussis, 
P. aeruginosa, V. cholerae, E. coli (enterotoxigénica), C. botulinum, 
C. tetani y C. difficile.
BIBLIOGRAFÍA
Bisno AL, Brito MO, Collins CM: Molecular basis of group A strepto-
coccal virulence, Lancet Infect Dis 3:191-200, 2003. 
Bower S, Rosenthal KS: Bacterial cell walls: the armor, artillery and 
Achilles heel, Infect Dis Clin Pract 14:309-317, 2006. 
Brodell LA, Rosenthal KS: Skin structure and function: the body's 
primary defense against infection, Infect Dis Clin Pract 16:113-117, 
2008. 
Cohen J, Powderly WC: Infectious diseases, ed 2, London, 2004, Mosby. 
Desvaux M, et al: Type III secretion: what's in a name? Trends Microbiol 
14:157-160, 2006. 
Finlay BB, Falkow S: Common themes in microbial pathogenicity revi-
sited, Microbiol Mol Biol Rev 61:136-169, 1997. 
Groisman EA, Ochman H: How Salmonella became a pathogen, Trends 
Microbiol 5:343-349, 1997. 
Lee CA: Pathogenicity islands and the evolution of bacterial pathogens, 
Infect Agents Dis 5:1-7, 1996. 
Mandell GL, Bennet JE, Dolin R, editors: Principles and practice of 
infectious diseases, ed 6, Philadelphia, 2005, Churchill Livingstone. 
McClane BA, et al: Microbial pathogenesis: a principles­oriented ap­
proach, Madison, Conn, 1999, Fence Creek. 
Papageorgiou AC, Acharya KR: Microbial superantigens: from structure 
to function, Trends Microbiol 8:369-375, 2000. 
Reading N, Sperandio V: Quorum sensing: the many languages of bac-
teria, FEMS Microbiol Lett 254:1-11, 2006. 
Rosenthal KS: Are microbial symptoms “self-inflicted”? The consequen-
ces of immunopathology, Infect Dis Clin Pract 13:306-310, 2005. 
Excellent videos, prepared by the Howard Hughes Medical Institute, 
of the action of E. coli and Salmonella type III secretion devices pro-
moting adhesion and intracellular growth can be seen at: www.hhmi.
org/biointeractive/disease/ecoli.html www.hhmi.org/biointeractive/
disease/salmonella.html A video of Salmonella virulence mechanisms: 
www.youtube.com/watch?v=j5GvvQJVD_Y