Variación de endotoxinas/LPS entre especies bacterianas
Las endotoxinas, conocidas como lipopolisacáridos (LPS), son componentes de la membrana exterior de las bacterias gramnegativas. Los LPS son un patrón molecular asociado al patógeno (PAMP), por lo que sirven como marcadores para que el sistema inmunológico reconozca invasores bacterianos.
Los LPS están formados por un lípido (grasa), que ancla la estructura a la pared celular, y un oligosacárido (azúcar), que se extiende desde la superficie bacteriana. El resto lipídico, conocido como lípido A, es la estructura principal reconocida por el sistema inmunológico. Específicamente, el lípido A es reconocido por un complejo de dos proteínas del sistema inmunológico: Receptor tipo Toll 4 (TLR4) y MD-2. Al activarse, este complejo desencadena una cascada inmune para combatir el patógeno.
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Tanto los componentes de lípidos y oligosacáridos del LPS varían considerablemente entre diferentes especies de bacterias. Estas variaciones pueden tener un efecto considerable en la capacidad del huésped para reconocer y responder a la infección. El oligosacárido tiende a tener el mayor grado de variabilidad en términos de tamaño y estructura. De hecho, el oligosacárido LPS se usa frecuentemente para clasificar diferentes cepas de bacterias.
En cambio, las variaciones del lípido A entre diferentes especies son más sutiles. La estructura general del lípido A consiste en dos unidades de glucosamina (una forma de azúcar), cada una de las cuales está unida a un grupo fosfato y varias cadenas de acilo (ácido graso).
La variedad más común de lípido A contiene seis cadenas de acilo. Esta forma se encuentra en muchas bacterias gramnegativas comunes, como el E. coli, y es capaz de provocar una respuesta inmunológica intensa mediante el complejo TLR4/MD-4. Sin embargo, otras especies de bacterias manifiestan formas de lípido A con más o menos de seis grupos acilo. Estas formas inusuales de lípido A no estimulan el complejo TLR4 / MD-2 con tanta intensidad.
Por ejemplo, Yersinia pestis, la bacteria responsable de la peste bubónica, cambia la composición del LPS a lo largo de su ciclo. Dentro de una rata, la bacteria tiene una mezcla heterogénea de especies de lípido A con entre tres y seis grupos acilo. Al trasladarse a un huésped humano, las especies de tres y cuatro acilos se manifiestan preferentemente. Esto limita la capacidad del sistema inmunológico para reconocer el patógeno, lo cual le permite multiplicarse muy rápidamente y extenderse por todo el cuerpo.
Otras bacterias comunes usan una estrategia similar para evadir el sistema inmunológico y establecer una infección crónica. Estas incluyen el Helicobacter pylori, que causa úlceras estomacales, y el Porphyromonas gingivalis, que causa la enfermedad de las encías.
Un efecto práctico de la variabilidad de LPS entre especies bacterianas es el control de calidad de productos farmacéuticos y dispositivos médicos. El ensayo de lisado de Amebocito Límulus (LAL) utiliza una reacción de coagulación para cuantificar los niveles de contaminación por endotoxinas en una muestra. En particular, la estructura del LPS puede afectar su detección por el LAL.
Por ejemplo, un estudio determinó que el LAL podía detectar con éxito la mayoría de las formas de LPS, pero que el ensayo quedaba inhibido por una especie específica que contenía solo una unidad de glucosamina y un grupo acilo. Otro grupo informó sobre hallazgos similares, pero argumentó que, dado que estas formas de LPS degradadas químicamente son extremadamente raras en la naturaleza, el ensayo LAL sigue siendo una herramienta fiable para la cuantificación de endotoxinas en estudios médicos.