La envoltura celular funciona como la barrera más externa, protegiendo a las bacterias de su entorno exterior. La composición y la arquitectura de la capa externa de una bacteria son cruciales para su interacción con virus, otras bacterias, el sistema inmunitario e incluso los ataques químicos. El lipopolisacárido (LPS), un compuesto lipolipídico azucarado que recubre el exterior de muchas bacterias Gram negativas, es uno de los principales objetivos de la investigación científica.[1]

Estructura de la pared celular bacteriana

La característica que define a las bacterias Gram negativas es su envoltura celular, que presenta dos membranas: una membrana interna (MI) que encierra el contenido citoplasmático y una membrana externa (ME) que separa la célula de su entorno. La mayoría de las bacterias Gram negativas poseen una membrana externa (ME) que no presenta una estructura de bicapa fosfolipídica. En su lugar, la bicapa presenta una gran asimetría, con fosfolípidos que conforman la capa interna y moléculas de lipopolisacárido (LPS) que componen la capa externa.[2]

Estructura bioquímica del LPS  

El LPS es un glicolípido de gran tamaño, que consta de tres partes distintas: el lípido A, similar a la grasa, una cadena compleja de azúcares denominada oligosacárido nuclear, y el antígeno O, que varían entre las distintas bacterias. El lípido A, la parte hidrófoba de la molécula, es un disacárido de glucosamina con enlaces β-1′-6 acilados que constituye la capa exterior de la membrana externa (ME). El oligosacárido nuclear, unido a las glucosaminas del lípido A, es único y no se repite. El antígeno O, un polisacárido complejo, está unido al oligosacárido nuclear.[1, 3]

¿Cómo actúa el LPS?

La patogenicidad del lipopolisacárido procede principalmente del Lípido A, que anteriormente se denominaba catequina. Incluso en pequeñas cantidades, el lípido A puede desencadenar fiebre y cambios metabólicos, lo que indica su fuerte patogenicidad. Los individuos infectados con bacterias Gram negativas lisadas pueden experimentar un rápido aumento de la temperatura corporal (fiebre). La descomposición de la red celular de bacterias Gram negativas libera Lípido A al romperse las paredes celulares, lo que permite su unión a células efectoras, incluidos los macrófagos. Las dosis mortales pueden causar un shock séptico, hipotensión arterial y fiebre. La acción del lípido A en los macrófagos da lugar a la producción de pirógenos, lo que provoca la activación de mediadores como las prostaglandinas.[4]

El impacto de los LPS en diversas pruebas de laboratorio. 

Se utiliza una amplia gama de pruebas de laboratorio para detectar la contaminación por endotoxinas en dispositivos médicos y fármacos, lo que proporciona información crucial sobre su seguridad. La confirmación de la contaminación se establece mediante la reacción entre el reactivo y la endotoxina.

RPT (Prueba de pirógenos en conejos): La prueba de pirógenos en conejos, el primer método aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos para la detección de lipopolisacáridos, se basaba en el sencillo principio de medir la capacidad de una endotoxina para inducir fiebre en un conejo, lo que permitía calibrar eficazmente la potencia de la toxina. 

LAL (Lisado de amebocitos de Limulus): El ensayo LAL, el patrón oro, o test de referencia, para la detección de lípidos A, puede inhibirse por diversos mecanismos y es proclive a la variabilidad. Por ello, la Farmacopea de los Estados Unidos y el Código de Reglamentos Federales han publicado directrices para la fabricación y el ensayo de productos humanos. En caso de presencia de endotoxina bacteriana, el ensayo LAL la detecta desencadenando una serie de reacciones enzimáticas que conducen a la coagulación, lo que constituye una señal clara de contaminación.[5]

MAT (Prueba de Activación de Monocitos): Debido a que utiliza células humanas, la MAT imita más fielmente las reacciones y respuestas de un organismo vivo. La MAT consiste en someter células monocíticas humanas a pirógenos en un entorno controlado, lo que desencadena la activación de las células. Las citocinas proinflamatorias se liberan como resultado de esta activación y pueden detectarse mediante la técnica ELISA.[6]

Efecto del cambio en la conformación molecular del LPS sobre la actividad de la endotoxina

La baja recuperación de endotoxinas (LER) ha suscitado preocupación por la posibilidad de que la prueba de LAL no detecte LPS en determinadas situaciones. Una detección imprecisa de LPS pone en peligro los resultados experimentales y crea un riesgo para la seguridad en aplicaciones industriales en las que el LPS podría pasar desapercibido.[7]

Clasificación de los lipopolisacáridos basada en cambios estructurales

La clasificación del LPS como de elevado (liso) o bajo (rugoso) peso molecular depende de si su estructura incluye un O-antígeno. La ausencia de antígeno O es posible de forma natural o por mutación genética. Aunque todos los mutantes rugosos carecen de antígeno O, la longitud del oligosacárido nuclear difiere en función de los loci génicos implicados.

Cada método detecta lipopolisacáridos, pero sus actividades varían. Los estudios indican perfiles cinéticos similares para LAL y rFC, pero MAT mostró una mayor recuperación de endotoxinas enmascaradas. La alteración de los lipopolisacáridos afecta al enmascaramiento independientemente del ensayo. La susceptibilidad al enmascaramiento se ve influida por la longitud del polisacárido: las cadenas más cortas (LPS rugoso) disminuyen el enmascaramiento debido a su menor relación hidrofílica/hidrofóbica. Además, el aumento de la carga negativa en los mutantes rugosos mejora la unión de los cationes, lo que probablemente contribuye a la estabilidad de los ensamblajes supramoleculares, haciéndolos menos propensos al enmascaramiento que los mutantes lisos.[8]

Las reacciones desencadenadas por los lipopolisacáridos en la naturaleza sirven como referencia principal para crear pruebas de laboratorio precisas. 

Recursos:

1.Bertani, B. and N. Ruiz, Function and Biogenesis of Lipopolysaccharides. EcoSal Plus, 2018. 8(1).

2.Silhavy, T.J., D. Kahne, and S. Walker, The bacterial cell envelope. Cold Spring Harb Perspect Biol, 2010. 2(5): p. a000414.

3.Kalynych, S., R. Morona, and M. Cygler, Progress in understanding the assembly process of bacterial O-antigen. FEMS Microbiol Rev, 2014. 38(5): p. 1048-65.

4.Schultz, C.J.G.I.M.C.I., Lipopolysaccharide, structure and biological effects. 2018. 3(1): p. 1-2.

5.Loreen, R.S., M.M. Heather, and M. Harshini, Detection Methods for Lipopolysaccharides: Past and Present, in <i>Escherichia coli</i>, S. Amidou, Editor. 2017, IntechOpen: Rijeka. p. Ch. 8.

6.Perdomo-Morales, R., et al., Monocyte activation test (MAT) reliably detects pyrogens in parenteral formulations of human serum albumin. Altex, 2011. 28(3): p. 227-35.

7.Gorman, A. and A.P. Golovanov, Lipopolysaccharide Structure and the Phenomenon of Low Endotoxin Recovery. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2022. 180: p. 289-307.

8.Burgmaier, L., et al., The impact of LPS mutants on endotoxin masking in different detection systems. Biologicals, 2025. 89: p. 101808.