THE IMPORTANCE OF PHENOTYPIC HETEROGENEITY IN MYCOPLASMAS

Abstract
Members of the genus Mycoplasma have several characteristic features, including small genome size in comparison to most other prokaryotes. The drastic reduction in their genome size during evolution was only possible by the adoption of a parasitic lifestyle, allowing these bacteria to acquire many nutrients from their hosts. As obligatory parasites, they were also forced to develop efficient strategies to avoid their hosts immune surveillance. A number of studies have demonstrated that mycoplasmas which colonize animals and humans are able to change their surface antigen profile at high frequency. Such antigenic variation is proposed to play a key role in the evasion from the host immune response. The mayor variable antigens at the mycoplasma cell surface are lipoproteins, which are also the dominant immunogens during mycoplasmal infections. These lipoprotein, depending upon the species, are encoded by single or multiple genes and undergo frequent phase and size variation during mycoplasma growth. A variety of genetic mechanisms are used to modulate the expression of these lipoprotein genes, including DNA rearrangements, nucleotide insertions and deletions gene conversions, and site specific recombination.

Key words
Mycoplasma, antigenic variation, LAMPs, specific recombination, diagnostic.

Artículo completo

Los micoplasmas son bacterias que no presentan pared celular y tienen un genoma reducido, necesario para la autorreplicación. Más de 100 especies se han aislado de un grupo considerable de huéspedes, y varias de estas especies son reconocidas como patógenas del ser humano (1,2). La información genética limitada se asocia con reducida capacidad biosintética; por consiguiente, estos microorganismos presentan una demanda considerable de nutrientes (3). No obstante estas características «limitantes», los micoplasmas se han destacado como parásitos exitosos. En su genoma se localizan genes que codifican para adhesinas, organelas de ataque y principalmente la variación antigénica, todo dirigido a lograr evadir el sistema inmunológico del huésped (4) (figura 1).

Los mecanismos de evasión a la respuesta inmunológica del huésped aún no han sido descritos en su totalidad. Estudios recientes han demostrado que algunas especies de micoplasmas pueden modificar sus moléculas antigénicas de superficie con elevada frecuencia (9,10). Los cambios rápidos de las moléculas antigénicas de superficie pueden generar heterogeneidad fenotípica durante la propagación de la población de micoplasmas y brindar ventajas no sólo para la evasión del sistema inmune sino también para otros aspectos de la sobrevivencia de los micoplasmas, como la adaptación a ambientes cambiantes.

La mayoría de las moléculas antigénicas de superficie de los micoplasmas son lipoproteínas, y estas moléculas dependiendo de la especie son codificadas por uno o múltiples genes (9,10) Por consiguiente, una variedad de mecanismos genéticos son utilizados para modular la expresión de estos genes, incluyendo arreglos del ADN, inversión de nucleótidos y eliminación, conversión genética y recombinación sitio-específica (11-14) La inversión del ADN es un mecanismo común utilizado por las bacterias para regular la expresión genética y generar variación antigénica. Estos mecanismos de inversión han sido reportados en algunas especies de micoplasmas. 15

La familia de genes que codifican lipoproteínas que promueven la variación antigénica se han reportado en diferentes especies de micoplasmas. Estas son vpl, vsp, vsa, pMGA, vlh y vpma en Mycoplasma hyorhinis, Mycoplasma bovis, Mycoplasma pulmonis, Mycoplasma gallisepticum, Mycoplasma synoviae y Mycoplasma agalactiae, respectivamente.

Dentro de las especies de micoplasmas que se han descrito, las de importancia médica son Mycoplasma pneumoniae, Mycoplasma hominis, Mycoplasma penetrans y Mycoplasma fermentans (16).

Mycoplasma penetrans tiene la capacidad de modificar sus antígenos de superficie y sus proteínas de membrana asociadas a lípidos (LAMPs, lipid-associated membrane proteins), y presenta diferentes perfiles de variación antigénica. La LAMPs más abundantes en Mycoplasma penetrans es la del tipo P35, un antígeno reconocido por el sistema inmunológico humano durante la interacción con este micoplasma. Por medio del estudio con anticuerpos monoclonales se ha detectado a la proteína P35 en las cepas GTU y HF-2 de Mycoplasma penetrans.

Los estudios de perfiles de proteínas permiten observar que la cepa GTU presenta una proteína de 34 kDa, mientras que la cepa HF-2 presenta una proteína de 46 kDa. Ambas proteínas pertenecen a la familia P35 (productos del gen mpl) y son la causa de los diferentes patrones de expresión entre las cepas de Mycoplasma penetrans (17)

Se investigaron los mecanismos de la variación antigénica de la proteína de 46 kDa (P42), analizándose la secuencia de nucleótidos del gen p42 de las cepas GTU y HF-2. Se estableció que una secuencia de ADN de 135 pb se encuentra invertida entre las cepas y ésta es flanqueada por una secuencia repetida e invertida de 12 pb, lo cual sugiere que esta inversión puede producir una recombinación sitio específica entre las secuencias repetidas-invertidas de 12 pb. Se plantea que esta inversión causa la variación antigénica de la proteína P42 y afecta la estructura del promotor u otras secuencias reguladoras. El estudio de la secuencia de ADN de 135 pb revela la presencia de una secuencia parecida al promotor en esta región, dicha secuencia es similar al promotor caracterizado experimentalmente a partir del gen p35 (18)

En la cepa HF-2 la secuencia del promotor fue orientada a transcribir el gen p42, observándose que esta orientación se presenta invertida en la cepa GTU. Estos resultados sugieren que la región del promotor p42 es inversa en la población de la cepa HF-2 durante el cultivo.

La trascripción de p42 ocurre en HF-2 pero no en GTU, lo que demuestra que la inversión del promotor fue la causa de la variación antigénica en la proteína P42. Así se confirma que las LAMPs expresadas por Mycoplasma penetrans son diferentes entre las cepas GTU y HF-2.

Se ha observado que en la cepa GTU proveniente de diferentes laboratorios presenta una variación antigénica causada probablemente por una expresión variable de fase de los genes mpl durante diversos pases en cultivo.17 De tal forma, el sistema del gen mpl de Mycoplasma penetrans puede ser utilizado como modelo para explicar la adaptación al huésped y los mecanismos de evasión de la respuesta inmunológica para diversos micoplasmas.

Por su parte, los elementos repetidos comunes en los genomas de los micoplasmas conducen a recombinaciones homólogas y arreglos del ADN, lo cual tiene un papel importante en la inducción de la variación antigénica de la superficie de los micoplasmas que a su vez se involucra con los mecanismos de interacción micoplasma-huésped (19).

Múltiples factores como la mutación y la regulación genética de señales fisiológicas pueden contribuir también a la variación antigénica; es posible que la alta frecuencia en la variación antigénica contribuya a una gama considerable de respuestas durante un proceso infeccioso.

Demostrar que Mycoplasma fermentans es un patógeno del humano o un cofactor en el síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (sida) ha sido complicado, debido a la complejidad de la variación proteica que expresa este micoplasma (20,21).

Estudios por serología determinan que Mycoplasma fermentans aparentemente difieren antigénicamente entre sus cepas; sin embargo, esta variación ha permitido observar la generación de características fenotípicas inestables que favorecen el establecimiento en su huésped (22,23).

Uno de los principales problemas a resolver es la necesidad de desarrollar sistemas para determinar fenotipos de superficie en las poblaciones de Mycoplasma fermentans, principalmente en pacientes con sida. Ya que diversos estudios muestran inconsistencia en el diagnóstico para micoplasmas debido a la variación antigénica que éstos presentan, principalmente cuando hay más de dos especies de micoplasma en un proceso infeccioso. Y una estrategia común utilizada por los micoplasmas patógenos para adaptarse a sus huéspedes es la rápida diversificación en la expresión de sus proteínas de superficie (24).

Cepas de referencia de Mycoplasma gallisepticum y Mycoplasma bovis que fueron mantenidas por algunos años en diversos laboratorios mostraron diferencias en sus perfiles antigénicos, tales como patrones de expresión y atributos estructurales de antígenos específicos y variación en las propiedades de adherencia y en la capacidad patogénica.

El grupo de García y col. informó que el anticuerpo monoclonal 12D8, específico para Mycoplasma gallisepticum, reconoce una proteína de 79 kDa en la cepa R de su laboratorio. Por su parte Levisohn y col. identificaron en la cepa R de su laboratorio una proteína pero de 67 kDa. Estos resultados controversiales ilustran un problema serio respecto de las alteraciones estructurales de estos microorganismos y en particular por la falta de un método confiable de diagnóstico (25-27).

En 1993 se recolectaron 75 muestras de sueros de pacientes HIV positivos, encontrándose una fuerte respuesta de anticuerpos contra LAMPs de Mycoplasma penetrans. Dos años después, Mycoplasma penetrans fue aislado en estos pacientes, observándose una respuesta humoral considerable pero no suficiente para erradicar al micoplasma del tracto urogenital; es posible que en los pacientes HIV positivos exista un factor predisponente para la persistencia del microorganismo (28).

Se ha observado que las poblaciones de Mycoplasma penetrans presentan diferentes fenotipos de LAMPs, coexistiendo en un mismo hospedero. Se sugirió que la variación en el fenotipo de dichas moléculas está condicionada a una adaptación de los sitios de colonización específicos.

Los ambientes cambiantes, la adaptación a sitios de colonización específicos y los factores predisponentes son elementos esenciales para que los micoplasmas expresen variación antigénica, lo cual no facilita el diagnóstico. Esta problemática plantea la necesidad del desarrollo de técnicas más sensibles, que permitan un diagnóstico confiable al evitar resultados erróneos.

Es importante señalar que no obstante que los micoplasmas presentan reducción considerable en el tamaño de su genoma, estos microorganismos contienen secuencias repetidas con influencia importante durante su evolución; por tanto, hay mucho que hacer en lo que respecta al estudio de los micoplasmas de importancia médica.

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