INTRODUCCIÓN
Existen diferentes enfermedades infecciosas que afectan a rumiantes y otras especies, de las cuales algunas son causadas por bacterias, entre las que se encuentran los géneros Leptospira y Mycobacterium. Estas enfermedades bacterianas ponen en peligro la salud del animal y la productividad ganadera (1). La leptospirosis es una zoonosis bacteriana distribuida a nivel mundial, con una mayor incidencia en las regiones tropicales y subtropicales, debido a que cuentan con las condiciones ambientales que favorecen la presencia de la enfermedad, especialmente en las temporadas de lluvias. Además, representa un problema, tanto epidemiológico como social y económico (2). El agente etiológico de la infección es una espiroqueta patógena del género Leptospira que pertenece a la familia Leptospiraceae y al orden Spirochaetales (3). Dentro del género Leptospira, las bacterias se clasifican en saprófitas y patógenas. La especie patógena más común es Leptospira interrogans, de la que actualmente se conocen 20 serogrupos y más de 250 serovariedades (4).
La infección es común en animales domésticos y silvestres, aunque en ocasiones, puede llegar a infectar al hombre. La leptospirosis puede ocurrir en animales domésticos como los perros y en los de granja, como los cerdos y las ovejas, por lo que es un riesgo para la salud pública, ya que, una vez infectados, eliminan la bacteria por medio de la orina al ambiente, actuando así como una fuente de infección (5). En el ganado bovino, la enfermedad se asocia principalmente con abortos, mortinatos, muertes, reducción en la producción de la leche, nacimientos de terneros débiles y, por último, infertilidad. Estos problemas generan grandes pérdidas económicas en los hatos ganaderos (6).
Por su parte, las bacterias del género Mycobacterium, clasificadas como bacilos aerobios acidorresistentes, no móviles, también comprenden especies saprófitas que habitan en suelos y medios acuáticos y patógenas que infectan a humanos y animales. Entre las especies de este género se encuentran las causales de la tuberculosis (7). Dentro del complejo de Mycobacterium tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis complex, MTBC), se ubican las principales especies causantes de la tuberculosis humana y de mamíferos (M. tuberculosis, M. canetti, M. microti, M. caprae, M. bovis, M. africanum y M. pinnipedii) (8). La Tuberculosis bovina (TBB), es una enfermedad crónica de distribución mundial, su prevalencia varía según la región o país. El ganado bovino es su reservorio principal y su agente etiológico es el bacilo Mycobacterium bovis, una bacteria que afecta a una amplia gama de animales domésticos y silvestres (9).
La tuberculosis tiene repercusiones económicas, debido a las pérdidas en la producción de leche, por la muerte del ganado y restricciones en la comercialización. Además, esta enfermedad posee un carácter zoonótico, por lo que resulta una preocupación fundamental en la salud pública (10). La tuberculosis bovina está asociada a la pérdida de apetito, debilidad, pérdida de peso, fiebre fluctuante, tos seca intermitente y linfonódulos grandes y prominentes (11).
En cuanto al diagnóstico, MAP y la leptospirosis tienen como prueba de oro el cultivo y la microaglutinación (MAT), respectivamente; sin embargo, en cuanto al cultivo, debido a la naturaleza de la micobacteria, resulta muy fastidioso por ser de crecimiento lento y la MAT tiene sus dificultades en la variación del título y las reacciones cruzadas, de ahí que el método de PCR muestre ventajas, como mayor rapidez en el diagnóstico y detección directa del microrganismo (12). El diagnóstico basado en PCR puede ser usado en una amplia variedad de matrices, como son leche, productos lácteos, carne, agua, orina, y muestras ambientales, así como de heces (13).
La ganadería es la principal actividad económica del departamento de Sucre, la cual representa 84,9 % del uso de su territorio (14). Los Palmitos, Sucre, se ubican en una zona que tiene las condiciones biológicas, ecológicas, agrícolas y ganaderas que facilitan la existencia de bacterias patógenas responsables de enfermedades infecciosas. Además, la información es escasa con respecto a las infecciones provocadas por los géneros Mycobacterium y Leptospira en el ganado bovino en el departamento de Sucre. Por lo que el presente estudio tuvo como objetivo detectar la presencia de Leptospira spp. y Mycobacterium spp. mediante técnicas moleculares, en ganado bovino del municipio Los Palmitos, Sucre-Colombia.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
El municipio Los Palmitos se encuentra ubicado a los 9°22′52″ de latitud norte y 75°16′17″ de longitud oeste del departamento de Sucre-Colombia; cuenta con una altura de 175 m.s.n.m y su temperatura promedio anual es de 28°C. Los Palmitos tiene una extensión geográfica de 125 km2, de los cuales 55 km2 corresponden al área rural y los 70 km2 restantes al área urbana (15).
Selección de las muestras
Se analizaron 172 muestras de sangre almacenadas a -20°C por un año en el banco de muestras del laboratorio de Investigaciones Biomédicas. Las muestras se colectaron en 12 fincas ganaderas, con previo consentimiento informado por parte del propietario del ganado. Las muestras de sangre se tomaron de la vena yugular con una jeringa de 5 mL y se depositaron en tubos de Vacutainer® con el anticoagulante ácido etilendiamina tetraacético (EDTA). Clínicamente, al momento de la toma de muestras los animales gozaban de buena salud.
Extracción de ADN
Se realizó la extracción de ADN genómico total a partir del método de altas concentraciones de sales (16), con algunas modificaciones, como se describe a continuación. De cada muestra de sangre se tomaron 200 μL, a los cuales se les adicionaron dos volúmenes de solución tampón SAE (0,075M NaCl, 0,024M EDTA), se centrifugaron a 4500 rpm por 15 minutos a 4°C. Seguidamente, el sobrenadante se descartó y se adicionaron 500 µL de buffer de lisis (TENS: 10 mM Tris-Cl pH. 10 mM EDTA, 50 mM NaCl, 10 % SDS, pH 7,5) al precipitado. Las muestras se sometieron a digestión enzimática con un volumen de 3 µL de proteinasa K (200 mg/mL), por 2 horas a 55°C (activación enzimática) y se inactivó a 95 C por 1 minuto; luego, se centrifugó a 12000 rpm por 10 minutos y el sobrenadante se transfirió a un nuevo vial, al cual se le adicionó 300 µL de acetato de potasio 5M, mezclando por inversión en hielo durante 15 minutos. Nuevamente las muestras se centrifugaron a 12000 rpm por 10 minutos y el sobrenadante resultante se pasó a otro vial; se agregaron 0,6 volúmenes de isopropanol frío y se incubó a -20°C durante toda la noche.
Al día siguiente, se centrifugó a 12000 rpm por 10 minutos a 4°C. Se realizó un lavado con 1 mL de etanol a 70 %; se centrifugó a 12000 rpm por 10 minutos y se descartó el etanol. Finalmente, se dejó secar el precipitado a temperatura ambiente y se resuspendió en 30 µL de agua ultra pura. Las muestras se cuantificaron en un espectrofotómetro Nanodrop 2000 ™ (Thermo Fisher Scientific) para estimar la concentración de ácidos nucleicos y los niveles de contaminación con ARN y proteínas.
Detección de Leptospira spp. y Mycobacterium spp. por PCR
Para la amplificación de ADN de Mycobacterium spp. se usaron los cebadores KY específicos para un fragmento entre 565 y 590 pb de la región del gen ARNr 16S, KY18 (5'-CACATGCAAGTCGAACGGAAAGG-3') y KY75 (5-'GCCGTATCGCCCGCACGCTC ACA-3') (17). La PCR se realizó en un volumen final de 25 μL que contenía: 1X buffer de PCR, 1,5 mM de MgCl2, 0,2 mM de dNTP’s, 0,3 pmol de ambos cebadores, 1 U/μl de Taq ADN polimerasa, 3 μL de ADN y agua destilada para completar el volumen final. En cada reacción de PCR se usaron un control positivo aislado de una vaca positiva para MAP y uno negativo; para el control positivo se utilizó ADN de una especie de Mycobacterium aislada de un bovino en Antioquia y para el control negativo agua estéril. La reacción se incubó en un termociclador Applied Biosystems Veriti 96-Well. El perfil de amplificación térmica empezó con una desnaturalización a 95°C durante 5 minutos, seguido de 35 ciclos de desnaturalización a 94°C durante 20 segundos, alineación a 65ºC por 30 segundos y extensión a 72ºC por 45 segundos; se finalizó con una extensión de 72ºC por 10 minutos.
Los cebadores que se utilizaron para detectar la presencia de cepas patógenas de Leptospira fueron: 2For (5'-TGAGCCAAGAAGAAACAAGCTACA-3') y 504Rev (5'- MATGGTTCCRCTTTCCGA AGA-3') que amplifican una región de 502 pb en la subunidad B del gen que codifica para la ADN girasa. La amplificación por PCR se realizó en un volumen de 25 µL, bajo las siguientes condiciones: 1X buffer de PCR, 2,5 mM de MgCl2, 0,2 mM de dNTP’s, 0,5 pmol de ambos cebadores, 1 U/μL de Taq ADN polimerasa, 2 μL de ADN y agua destilada para completar el volumen final. Un control positivo y uno negativo se usaron en cada reacción de PCR; para el control positivo se utilizó ADN de Leptospira interrogans y para el control negativo agua estéril. La mezcla de reacción fue incubada en un termociclador Bio-rad bajo los parámetros descritos a continuación. Con un ciclo térmico de desnaturalización a 94°C durante 10 minutos, seguido de 35 ciclos de 94°C durante 30 segundos, alineación a 60°C durante 30 segundos y extensión a 72°C durante 30 segundos y con una extensión final a 72°C durante 10 minutos (18).
Electroforesis en gel de agarosa y análisis de imágenes
Todos los productos amplificados por PCR obtenidos de la región del gen ARNr 16S y del marcador taxonómico gyrB, se sometieron a separación mediante electroforesis en gel de agarosa a 1,8 % con previa tinción con GelStar®. Se tomaron 5 µL de cada producto y se mezclaron con 3 µL de solución tampón de carga Green y estos se depositaron en los pozos del gel. El corrido electroforético se estableció a 80 V durante 60 minutos. La fotodocumentación de los geles se realizó a través de un transiluminador QUANTUM-ST4 versión 15.18 para Windows copyright© 2004-2011 (VilberLourmat).
Los productos de PCR se consideraron como positivos cuando se presentaron amplicones del tamaño esperado para el gen de interés, utilizando como referentes los controles positivos de PCR (ADN de una especie Mycobacterium aislado de un bovino y ADN de un aislado de Leptospira interrogans) y un marcador de peso molecular de 100 pb (Promega™).
Purificación y secuenciación de los productos de PCR
De los productos positivos por PCR, se seleccionaron tres de Leptospira spp. y 12 de Mycobacterium spp. para los estudios posteriores, teniendo en cuenta la intensidad de la banda en el gel de agarosa y la concentración de ADN una vez purificado. La cantidad de ADN se cuantificó y se purificó con el kit de extracción rápida de gel PureLink®, siguiendo las instrucciones del fabricante. Posteriormente, las muestras se enviaron a secuenciar, en ambos sentidos de la cadena de nucleótidos, a la empresa MacrogenInc (Seúl, Corea del Sur); procedimiento que se realizó mediante el sistema de electroforesis capilar (analizador de ADN ABI 3730xl), basado en el método de terminación de cadena con dideoxinucleótidos marcados con diferentes grupos fluorescentes (19). En la reacción de secuenciación se usaron los cebadores descritos en la PCR original.
Análisis filogenético
Los electroforegramas obtenidos se editaron en el programa MEGA® versión 7.0 (20). Posteriormente, se revisaron de forma manual para obtener las secuencias consenso que se compararon con secuencias registradas en la base de datos GenBank, mediante la herramienta de búsqueda de alineamiento local básica (BLAST) (21) y, teniendo en cuenta los criterios de identidad y cobertura, se seleccionaron las secuencias con mayor porciento de identidad respecto a las secuencias de interés.
Posteriormente, se determinó el modelo de evolución que mejor explica la relación filogenética entre las secuencias; resultó ser el modelo de Kimura-2 parámetros. Finalmente, se realizó la reconstrucción filogenética con el método de Neighbor-Joining (22-24).
RESULTADOS
De las 172 muestras analizadas por PCR, 35 fueron positivas para Mycobacterium spp. (Fig. 1), pues evidenciaron productos de amplificación del tamaño esperado. De este resultado, 28,57 % (10/35) pertenece al mismo predio y 71,42 % (25/35) procedía de cinco fincas distintas de las 12 muestreadas. Con respecto a Leptospira spp., el 1,74 % (3/172) fue positiva y todas provenían de un mismo predio (Fig. 2). Además, solo en seis fincas de las 12 muestreadas (50 %) no se obtuvieron muestras positivas para las bacterias patógenas investigadas en este estudio. También, es importante resaltar que la finca con mayor positividad (10/35) para el género Mycobacterium, no fue la misma en la cual se detectaron muestras positivas para Leptospiras pp.
De las muestras positivas para Mycobacterium spp. por PCR, se enviaron 12 a secuenciar, y ocho secuencias permitieron hacer la confirmación de estas muestras (Fig. 3). Mientras, de las tres secuencias de las muestras positivas para Leptospira spp., solamente una se pudo recuperar, debido a que el tamaño de las otras dos secuencias no fueron informativas, lo cual se podría asociar a la calidad del ADN obtenido una vez que se realizó el proceso de purificación y secado de las muestras.
Los resultados en el árbol filogenético muestran la composición del clado de Mycobacterium spp., como se indica en el recuadro rojo y su relación con otro clado, donde algunas de las muestras se agruparon con el género Dietzia (cuadro azul) (Fig. 3). En la base de cada clado se muestra el soporte de rama, expresado como el porcentaje de veces en que el análisis produjo la misma asociación entre las secuencias analizadas. La barra de escala indica 0,10 sustituciones por posición de nucleótido.
Los triángulos azules indican las muestras correspondientes a este estudio; el cuadro verde indica el control positivo y los triángulos rojos hacen referencia a las especies con las que se relacionan las muestras.
Como era de esperar, teniendo en cuenta la especificidad de los cebadores para identificar hasta nivel de especie del género Leptospira, el análisis por BLAST de las secuencia obtenida permitió confirmar que se trataba de la especie Leptospira interrogans, al obtenerse una identidad de 100 % y cobertura de 99 % con secuencias registradas en la base de datos GenBank (número de acceso CP020414, CP022539, entre otros).
DISCUSIÓN
Las micobacterias se dividen en dos grupos, las de crecimiento rápido y las de crecimiento lento (25,26). Los resultados del presente estudio demuestran que el 20 % (35/172) de la población bovina analizada, que habita el municipio Los Palmitos-Sucre, está infectada con bacterias patógenas del género Mycobacterium. Es de suponer que, al detectar ADN de Mycobacterium spp. en un individuo, se debe considerar en estado infeccioso, así mismo, todo el predio se debe considerar en riesgo. Con respecto al análisis filogenético basado en el gen ARNr 16S, las muestras secuenciadas se relacionan con el grupo de bacterias de crecimiento rápido; entre estas especies están: Mycobacterium abscessus, Mycobacterium flavescens, Mycobacterium phlei, Mycobacterium saopaulense y Mycobacterium chelonae (Fig. 3). Actualmente hay descritas más de 80 especies de microbacterias de crecimiento rápido (MCR), que pueden causar un amplio espectro de infecciones que afectan principalmente a los pulmones, la piel y los tejidos blandos (27).
En el presente estudio, las muestras que resultaron positivas para Mycobacterium spp. por PCR, en el análisis de la secuenciación del gen ARNr 16S, se identificaron seis secuencias que están relacionadas con cuatro especies del género Dietzia (Fig. 3). Es importante mencionar que el género Dietzia es un microorganismo emergente poco conocido, hasta la fecha no ha sido muy estudiado. En cuanto al gen ARNr 16S, es una de las dianas comúnmente utilizadas para la identificación de bacterias o para construir relaciones filogenéticas bacterianas; sin embargo, su utilidad es limitada debido al alto porcentaje de similitud de secuencias entre especies estrechamente relacionadas (28). Mycobacterium spp., al igual que el género Dietzia, pertenecen a la clase Actinobacterias y al orden Actinomycetales. Las actinobacterias se caracterizan por ser un tipo de microorganismos ácido alcohol-resistentes (29). Dietzia spp. es un patógeno oportunista que puede causar infecciones localizadas y sistémicas, tanto en humanos como en animales (30).
En cuanto a la identificación de las especies D. aerolata, D. lutea, D. maris y D. aurantiaca, la presente investigación pone en evidencia un nuevo agente en la zona de estudio. Tales resultados requieren una investigación para determinar la prevalencia y el factor de riesgo a este tipo de infección, debido a que las bacterias del género Dietzi aparecen estar ampliamente distribuidas en el medio ambiente (31). En estudios recientes en el municipio Sincelejo, hay indicios de la presencia de otra especie del género Dietzia (Dietzia timorensis) en fincas ganaderas (32).
Con respecto al árbol filogenético, uno de sus clados muestra la relación de Mycobacterium avium subespecies paratuberculosis (MAP) con la muestra BIMCSLP-112; resultado que no es sorprendente, debido a que BIMCSLP-112 es el control positivo que se utilizó para detectar Mycobacterium, control que procedía de la cepa Mycobacterium avium subespecies paratuberculosis aislado de un bovino del departamento Antioquia. Además, Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis no presenta una asociación con el clado de las especies Mycobacterium abscessus, Mycobacterium flavescens, Mycobacterium phlei, Mycobacterium saopaulense y Mycobacterium chelonae; esto se atribuye a que MAP pertenece al grupo de bacterias de crecimiento lento y al complejo Mycobacterium avium (33). Este grupo de microorganismo de crecimiento lento engloba a las micobacterias de mayor importancia veterinaria y de salud pública. En este grupo se encuadra el complejo M. tuberculosis, que incluye todas las especies causantes de la tuberculosis humana y en mamíferos (34). MAP es un patógeno con la capacidad de causar lesión intestinal crónica (enfermedad de Johne) en muchas especies, incluido el ganado bovino, ovino, caprino y venado de granja (35).
Por otro lado, en una de las fincas ganaderas estudiadas se encontró que tres bovinos estaban infectados por la bacteria del género Leptospira, identificada por PCR convencional, que se localizan en un mismo predio. Posiblemente, porque estas fincas tienen las condiciones apropiadas como zonas enmontadas, presencia o cercanía con arroyos que podrían facilitar la transmisión de la bacteria (36). En un estudio realizado por Jafari et al. (37), se detectaron especies del género Leptospira a partir de muestras de plasma en ganado mediante PCR;posiblemente estos animales estaban en la primera etapa de la enfermedad y su sistema inmunológico aún no había eliminado por completo las bacterias de la sangre. Considerando los datos anteriores, podría decirse que estos animales positivos estarían participando en la transmisión de la bacteria; la existencia de Leptospira interrogans en Los Palmitos-Sucre es de preocupar, debido a que es un microorganismo patógeno para los mamíferos, tanto domésticos como silvestres, y también puede afectar al hombre (36).
Las bacterias patógenas inducen grandes pérdidas económicas en la producción pecuaria, debido a sus consecuencias en la disminución de la producción lechera, mayor predisposición al desarrollo de otras patologías, menor valor comercial de los animales y el aumento de las tasas de sacrificio, del mismo modo es un problema para la salud pública (38).
CONCLUSIONES
Especies de los géneros Mycobacterium y Leptospira están presentes en bovinos del municipio los Palmitos, lo cual indica un riesgo para la producción ganadera, los humanos y las distintas especies animales que habitan en la zona, debido a la patogenicidad de las especies detectadas. Se muestra la presencia de especies del género Dietzia en ganado bovino del municipio los Palmitos, Sucre-Colombia.