La personalidad multifacética del género Klebsiella: El bueno, el malo y el feo
La personalidad multifacética del género Klebsiella: El bueno, el malo y el feo
María Rosete-Enríquez1,2 iD, Verónica Quintero-Hernández1,3 iD, Yolanda Elizabeth Morales-García1,2 iD, Osvaldo Rodríguez-Andrade1 iD, América Paulina Rivera-Urbalejo*1 iD.
1Laboratorio de Ecología Molecular Microbiana (LEMM), Centro de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas (CICM), Instituto de Ciencias (IC), Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), Edificio 103 J, Ciudad Universitaria, San Manuel, Puebla, México. C. P. 72570. 2Facultad de Ciencias Biológicas, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, México. 3CONACYT, LEMM, CICM, IC, BUAP. * america99670@gmail.com
http://doi.org/10.5281/zenodo.5091184
Bajar cita (RIS): Rosete-Enríquez y cols., 2019 AyTBUAP 4(15): 16-35
Editado por: Jesús Muñoz-Rojas (Instituto de Ciencias, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla)
Fecha de Publicación: 3 de octubre de 2019
EOI: https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.04.15.02
URI: https://hdl.handle.net/20.500.12371/9332
Referencia: Rosete-Enríquez M, Quintero-Hernández V, Morales-García YE, Rodríguez-Andrade O, Rivera-Urbalejo AP. La personalidad multifacética del género Klebsiella: El bueno, el malo y el feo. Alianzas y Tendencias BUAP [Internet]. 2019;4(15):16–35. Available from: https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.votxamuryt6s
RESUMEN
La personalidad polifacética del género Klebsiella se pone de manifiesto debido a que las especies Klebsiella variico/a, Klebsiella pneumoniae y Klebsiella oxytoca pertenecientes a este género, han sido clasificadas de manera tradicional como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal, como patógenos o como patobiontes. De hecho, existen numerosas características genéticas, morfológicas y fisiológicas que se emplean para identificar y clasificar a estas especies con base a sus actividades benéficas o perjudiciales desde el punto de vista humano. Sin embargo, dependiendo del fondo genético y de las condiciones ambientales K. varílcola, K. pneumoniae y K. oxytoca pueden remodelar sus actividades y comportarse de manera diferente a lo clásicamente descrito. Por lo tanto, el presente trabajo pretende revisar los atributos de clasificación de éstas tres especies del género Klebsiella, y al mismo tiempo aportar ejemplos que demuestran que estas mismas especies pueden remodelar sus actividades clásicas conocidas para adaptarse a diferentes condiciones. La presentación de estas evidencias invita a la reflexión sobre aspectos generales sobre la clasificación y sobre la plasticidad del intercambio de información entre el genoma y el ambiente para ajustar el metabolismo de las bacterias.
Palabras clave: bacterias benéficas; clasificación; Klebsiella; patobionte; patógeno.
ABSTRACT
The multifaceted personality of genus Klebsiella is evident because the species Klebsiella varílcola, Klebsiella pneumoniae and Klebsiella oxytoca belonging to this genus, have been traditionally dassified as plant growth promoting rhizobacteria, as pathogens or as pathobionts. In fact, there are numerous genetic, morphological and physiological characteristics that are used to identify and classify these spedes based on their activities benefidal or damaging from the human point view. However, depending on genetic background and environmental conditions K. varílcola, K. pneumoniae and K. oxytoca can remodel their activities and behave differently than classically described. Therefore, the objective of this work is to review the classification attributes of these three species of genus Klebsiella, and same time provide examples that demónstrate that these same species can remodel their known classical activities to adapt to different conditions. The presentation of these evidences invites reflection on general aspects about classification and plasticity of exchange of information between the genome and environment to adjust the metabolism of bacteria.
Keywords: beneficial bacteria; classification; Klebsiella; pathobiont; pathogen.
INTRODUCCIÓN
La clasificación polifásica de las bacterias considera aspectos fenotípicos como la morfología, la bioquímica, la reacción a tinciones, la nutrición y el crecimiento, así como marcadores quimiotaxonómicos que incluyen perfil de lípidos polares, poliaminas, quinonas y ácidos grasos [1, 2]. Además, los caracteres genéticos evidenciados por la hibridación ADN-ADN, huellas genéticas, marcadores moleculares y genomas son cruciales para delimitar las especies bacterianas [3, 4, 5]. El mecanismo de colonización como atributo de clasificación también brinda información sobre los diferentes tipos de bacterias benéficas, patógenas o comensales [6]. De esta manera, cada especie bacteriana ha sido estudiada en el contexto de su taxonomía y sistemática para comprender de manera integral su comportamiento, su diversidad y sus relaciones ecológicas y filogenéticas [7]. No obstante, cada género bacteriano ha recibido mayor o menor atención en términos de su importancia médica, económica o ecológica. Por ejemplo, uno de los géneros mayormente estudiados y utilizado como modelo bacteriano es el género Klebsiella, ya que cuenta con especies clasificadas netamente como bacterias benéficas promotoras del crecimiento vegetal, como patógenas y/o como patobiontes [8]. Sin embargo, el uso de aproximaciones polifásicas ha revelado que muchas de las características usadas para la clasificación no son absolutas y que pueden cambiar con las interacciones espacio temporales de las bacterias con su ambiente [6]. Por lo tanto, tomando como patrón el estilo de vida tradicionalmente atribuido a tres especies del género Klebsiella y haciendo uso de una analogía para asignar a cada especie un adjetivo como "el bueno, el malo y el feo", en la presente revisión se expondrán los atributos considerados para la clasificación como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (el bueno), patógenos (el malo) o patobiontes (el feo). Así como, los ejemplos que evidencian que las bacterias pueden moldear y reajustar sus actividades benéficas, patógenas o comensales dependiendo de las interrelaciones de las especies bacterianas con sus ambientes químicos, físicos y biológicos.
Descripción general del género Klebsiella
El género Klebsiella fue nombrado en honor del microbiólogo Edwin Klebs porTrevisan en 1885 [9]. De manera general, el género Klebsiella pertenece a la familia Enterobacteriaceae y se han descrito como bacilos Gram-negativos, anaerobios facultativos, inmóviles y con cápsula de polisacáridos. Su caracterización bioquímica revela que las especies del género Klebsiella son catalasa positivas y oxidasa negativas, lisina descarboxilasa (LDC) positivas y ornitina descarboxilasa (ODC) negativas, positivas a la prueba de Voges- Proskauer, son termentadoras de lactosa y fijadoras de nitrógeno [10, 11]. Aunado a las características bioquímicas, también se han descrito 77 antígenos capsulares K y ocho antígenos O distintivos de las especies de Klebsiella para ser utilizados en la serotipificación sumamente precisa de las especies de este género [12, 13]. Por lo anteriormente dicho, la clasificación de especies del género Klebsiella originalmente se realizó considerando sus atributos de patogenicidad, las reacciones de pruebas bioquímicas, la epidemiología, serotipificación y la prueba de hibridación ADN-ADN [14, 15, 16]. Con base en estas características, se consideró que el género Klebsiella estaba conformado por cinco especies llamadas K. pneumoniae, K. oxytoca, K. terrígena, K. ornithinolytica y K. planticola. Además, de tres subespecies pertenecientes a K. pneumoniae conocidas como K. pneumoniae subespecie (subesp.) pneumoniae, K. pneumoniae subesp. ozaenae y K. pneumoniae subesp. rhinosderomatis [17]. Posteriormente, el análisis filogenético comparativo de secuencias de los genes ARNr 16S, rpoB, gyrA y gyrB, que sirven como marcadores moleculares, evidenciaron que el género Klebsiella es polifilético, por lo tanto, K. terrígena, K. ornithinolytica y K. planticola se reclasificaron a un nuevo género llamado Raoultella [18, 19]. Actualmente, Klebsiella pneumoniae (con sus tres subespecies), Klebsiella oxytoca (con dos subgrupos) y Klebsiella varíicola, son las especies que pertenecen al género Klebsiella [9]. Al igual que diferentes especies de algunos géneros de enterobacterias, las especies de Klebsiella son ubicuas ya que se distribuyen ampliamente en agua, suelo, plantas y animales. Además, las cepas de Klebsiella han sido identificadas principalmente como patógenos o patobiontes de humanos y mamíferos, así como bacterias benéficas promotoras del crecimiento de plantas [20].
El bueno: Klebsiella varíicola como rizobacteria promotora del crecimiento vegetal PGPR
Por medio de evidencia polifásica se demostró que diversos aislados de plantas y humanos de Klebsiella sp. relacionados con K. pneumoniae pertenecen a una especie nueva de este género. La caracterización de 131 aislados obtenidos de humanos (sangre, orina, líquido espinal y secreciones) y plantas (arroz, caña de azúcar y plátano) utilizando pruebas bioquímicas, resistencia/sensibilidad a antibióticos, análisis filogenéticos de seis genes marcadores moleculares, hibridación ADN-ADN, ensayos de fijación de nitrógeno y patrones plasmídicos contribuyeron a describir la nueva especie del género Klebsiella nombrada como K. varíicola. La cepa tipo F2R9T de K. varíicola, así como diferentes aislados de esta especie, se caracterizan porque no fermentan adonitol, son fijadores de nitrógeno, son abundantes en plantas y representan menos del 10% de aislados clínicos [21].
Dadas las características de gran relevancia de las cepas de K. varíicola como su capacidad para colonizar raíces, fijar nitrógeno y para promover el crecimiento de plantas como la caña de azúcar, es evidente su potencialidad para ser utilizada como biofertilizante [22]. Por tal razón, el interés por conocer la secuencia del genoma completo de diferentes cepas de K. varíicola, que son consideradas como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal o cepa de tipo PGPR (por sus siglas en inglés: plant growth promoting rhizobactería}, ha cobrado gran relevancia ya que se podrían conocer detalles del estilo de vida endófito y los mecanismos que utilizan para promover el crecimiento vegetal [6]. Por ejemplo, la secuenciación del genoma de la cepa endófita DX120E de K. varíicola evidenció la presencia de genes que contribuyen para múltiples funciones benéficas para las plantas, entre ellos estarían el operón nif (fijación de nitrógeno), el gen de la indol-3-piruvato descarboxilasa (producción de ácido indol acético), los genes que codifican para las enzimas encargadas de la síntesis del sideróforo enterobactina (entABCDEF), el gen del exportador de enterobactina (entS) y los genes para la síntesis de la pirroquinolina (pqqBCDEF), todos ellos requeridos para la promoción del crecimiento vegetal [23]. En otro trabajo donde se evaluó en ensayos in vitro la promoción del crecimiento vegetal efectuado por seis cepas de K. varíicola aisladas de plantas, se encontró que todas estas cepas fueron capaces de sintetizar auxinas (ácido- 3-indol acético) y giberelinas que potencialmente controlan el crecimiento vegetal, la germinación de semillas, inducen la floración y regulan el crecimiento de los frutos. Sin embargo, estas cepas de K. varíicola no solubilizan fosfatos ni producen quitinasas o proteasas características propias de otras bacterias tipo PGPR [24].
La poderosa actividad PGPR de K. varíicola se ha puesto de manifiesto en el registro de 15 patentes desde el año 2013 hasta 2017, sobre todo en China y Japón (Información recopilada en Patent Inspiration: https://app.patentinspiration.com)
(Figura 1). Al respecto, la patente CN104351255A anota que la cepa K. varíicola SH-1 inocua para las personas, ganado y medio ambiente tiene un efecto notable sobre la promoción del crecimiento del tallo de una orquídea (Dendrobium nobi/é) originaria de Asia [25]. También, la patente CN103031260A describe que la cepa K. varíicola Trb33 libera potasio en cantidades relativamente altas y por lo tanto puede ser usada para la preparación de un fertilizante microbiano que mejora la calidad de suelo y del tabaco [26]. De manera similar, la patente CN106434471A subscribe la formulación de microorganismos que combina Klebsiella varíicola con BaciHus tequilensis, Enterobacter doacae y Enterobacter xiangfangensis para mejorar sustancialmente las características agronómicas del tabaco [27] (Información recopilada en Espacenet: https://worldwide.espacenet.com).
Por otro lado, K. varíicola es también un modelo de estudio de rizobacterias con potencial PGPR y que resisten condiciones de desecación extrema. Al respecto, Pazos-Rojas y colaboradores [28], evaluaron la tolerancia a la desecación de 28 cepas de bacterias rizosféricas durante 18 días, encontrando que la cepa K. varíicola T29A, aislada de caña de azúcar, es tolerante a la desecación y que después de haber sido desecada conserva sus capacidades para colonizar y promover el crecimiento vegetal. Estas evidencias indican que las cepas de K. varíicola poseen ambas propiedades de PGPR y tolerancia a la desecación, que potencialmente pueden ser utilizadas para promover el crecimiento en condiciones adversas por la falta de agua [28].
El malo: Klebsiella pneumoniae como patógeno
Uno de los prototipos de patógeno oportunista es Klebsiella pneumoniae, quien ha alcanzado niveles muy altos de popularidad por ser el agente causal de diversas infecciones nosocomiales como la neumonía, bacteriemias, abscesos hepáticos e infecciones del tracto urinario en humanos [29]. Debido a esto, las cepas de K. pneumoniae han sido ampliamente estudiadas y se ha determinado que sus factores de virulencia son la cápsula, el lipopolisacárido, los sideróforos y las fimbrias [30, 31]. Brevemente, la estrategia utilizada por K. pneumoniae consiste en acciones defensivas más que ofensivas actuando como un patógeno silencioso mediante la evasión del sistema inmune [8]. Con esta estrategia, la cápsula de polisacáridos (antígeno K) protege de las actividades del sistema inmune evitando la fagocitosis [32], previniendo la respuesta inmune temprana y aboliendo la lisis por complemento o péptidos antimicrobianos [33]. El lipopolisacárido salvaguarda de la defensa humoral y las fimbrias son los responsables de la adhesión celular [34]. Además, los sideróforos proveen los metales obtenidos de los hospederos para la supervivencia y propagación en el transcurso de la infección [35]. Sin embargo, se ha demostrado que K. pneumoniae también ejerce acciones ofensivas en contra de las defensas de sus hospederos mediante la atenuación de la inmunidad celular [36]. Los mecanismos ofensivos de K pneumoniae incluyen la inducción de respuestas inmunes defectuosas como la maduración de células dendríticas y producción de citoquinas pro-Thl para obstaculizar la internalización bacteriana [37], manipulación de la maduración del fagosoma vía el eje PI3K-AKt-Rabl4 con subsecuente inducción de la apoptosis de los macrófagos hospederos [38] y citotoxicidad mediada por los polisacáridos capsulares [39].
Figura 1. Patentes de Klebsiella varíicola. Se representa el número de patentes registradas para el periodo de 2012 a 2017. La información fue obtenida de Patent Inspiration (https://app. patentinspiration.com)
Figura 2. Patentes de Klebsiella pneumoniae. Representación gráfica del número de patentes desde el año 1968 hasta 2019. La información fue recopilada de Patent Inspiration (https://app. patentinspiration.com).
Recientemente, K. pneumoniae ha vigorizado su relevancia como patógeno humano ya que se han aislado cepas hipervirulentas y multirresistentes a fármacos las cuales han causado graves problemas de salud a nivel internacional [40, 41, 42]. Desde la década de los 80' se reportaron cepas aisladas a partir de pacientes asiáticos que presentaban un síndrome de sepsis bacteriana con diseminación metastásica. Este raro padecimiento fue causado por K. pneumoniae iniciando como un absceso hepático piógeno con posterior diseminación a pulmones, bazo, ojos, próstata, sistema nervioso central; causando la muerte de los pacientes [43, 44]. Estas cepas hipervirulentas hvKP difieren de las cepas de K. pneumoniae tradicionales cKP en que las primeras presentan un fenotipo hipermucoso, tienen mejor tasa de crecimiento y supervivencia en modelos in vivo, son más resistentes a la actividad del complemento y la acción bactericida por neutrófilos [45]. Además, se ha observado que algunas cepas de K. pneumoniae son multirresistentes a antibióticos ya que expresan |3-lactamasas de espectro extendido (BLEE) y carbapenemasas que ofrecen resistencia a cefalosporinas, monobactámicos y carbapenémicos [46]. La extraordinaria relevancia de K. pneumoniae como patógeno también se ve reflejada en el registro de 1,270 patentes en todo el mundo desde el año 1954 hasta 2019, siendo el año 2017 el más prolífico con 131 patentes (Figura 2). Los países líderes en la producción de patentes de K. pneumoniae son los Estados Unidos de América (247 patentes), China (196 patentes), Francia (157 patentes) y Japón (113 patentes). Debido a que K. pneumoniae es un patógeno oportunista relacionado a padecimientos nosocomiales, las patentes registradas sobre esta bacteria versan fundamentalmente en la producción de anticuerpos y vacunas para la protección en contra de este famoso patógeno (Información recopilada en Patent Inspiration: https://app.patentinspiration.com).
El feo/ Kiebsieiia oxytoca como patobionte
Otro miembro del género Kiebsieiia es Kiebsieiia oxytoca [11]. Esta especie se caracteriza por ser positiva para la producción indol y de ureasa, fermenta lactosa y L-sorbosa, es positiva para la prueba de Voges-Proskauer, realiza descarboxilación de lisina, puede crecer a 10 °C y no puede asimilar histamina [47]. Además, es una enterobacteria ubicua en el ambiente y ha sido aislada de tejidos sanos generando afectaciones clínicas tanto de humanos como en animales [20]. Por tal razón, K. oxytoca ha sido considerada como comensal de la microbiota entérica del humano, detectándose entre el 8 al 10% en intestinos de humanos saludables [48]. Sin embargo, estudios recientes sobre interacciones en las comunidades microbianas intestinales han demostrado que K. oxytoca es más bien un patobionte, que puede proliferar y causar enfermedad cuando las comunidades microbianas intestinales benéficas pierden su homeostasis debido a cambios en la dieta, a procesos inflamatorios o por medicación [49].
Al respecto, se ha propuesto que K. oxytoca probablemente puede causar la colitis hemorrágica asociada a antibióticos (antibiotic-associated hemorrhagic colitis AAHC) cuando la flora intestinal benéfica se encuentra en un estado de desequilibrio llamado disbiosis [50]. El estudio detallado del mecanismo de K. oxytoca para provocar la AAHC ha revelado la producción y secreción de dos enterotoxinas conocidas como tilivalina (TV) y tilimicina (TM) que tienen actividad citotóxica en modelos in vitro e in vivo [51]. En relación con este tema, Darby y colaboradores encontraron que diversas cepas de K. oxytoca aisladas de animales de laboratorio (ratones, ratas, primates y conejillo de indias) producen TV bajo un preciso control ambiental. Las condiciones aerobias y microaerofílicas, así como, extractos de soya estimulan la producción de TV que despliega importante actividad citotóxica en las líneas celulares humanas HeLa y HEp-2 [52]. Aunque, estructuralmente la TV y la TM son muy similares por contener una estructura de pirrolobenzodiazepina tienen efectos distintos sobre sus células blanco. La TV se une a los microtúbulos del citoesqueleto estabilizando su estructura y deteniendo el ciclo celular en la fase G2/M. Mientras que la TM interrumpe la progresión del ciclo celular que se detiene en la fase S, debido a que presenta efectos genotóxicos mediante su unión al ADN. Así mismo, se ha demostrado que la TM provoca rupturas de doble o simple cadena de ADN, conduciendo a una inestabilidad genómica que desencadena la muerte celular por apoptosis en modelos in vitro de cultivos de linajes celulares de humanos [53]. Además, se ha demostrado que K. oxytoca es una de las principales enterobacterias que incrementan considerable su presencia en el intestino de ratones con cáncer y caquexia. En estos modelos murinos se comprobó que el tratamiento con antibióticos agota las bacterias productoras de butirato, cambiando así el metabolismo del huésped, ya que se presenta una reducción de la señalización de PPAR-y y un cambio metabólico de la p-oxidación a la glucólisis anaeróbica que conlleva a una elevada síntesis de ¡NOS y reducción el consumo de oxígeno del huésped. De este modo, los antibióticos aumentan la concentración de receptores de electrones respiratorios derivados del huésped, como el nitrato, que puede conducir a la expansión de K. oxytoca [54].
Con respecto a la anotación de patentes para Klebsiella oxytoca existen 208 patentes entre el año 1984 hasta 2019, siendo el año 2012 el más abundante con 19 patentes (Figura 3). Nuevamente, los Estados Unidos de Norte América llevan la delantera con 61 patentes, seguidos por China y Japón con 45 y 33 registros respectivamente, posteriormente Rusia con 7 patentes y finalmente México, España, Francia, India, Italia y Alemania con un rango de 6 a 3 patentes (Información recopilada en Patent Inspiration: https://app. patentinspiration.com)..
Cambio de personalidad de las especies del género Klebsiella
Las tres especies del género Klebsiella referidas en la presente revisión han sido consideradas de manera tradicional como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal, como patógenos oportunistas y como patobiontes. Considerando está premisa, podríamos hacer uso de una analogía desde un punto de vista antropocéntrico y considerar que Klebsiella variico/a, Klebsiella pneumoniae y Klebsiella oxytoca serían "el bueno, el malo y el feo", respectivamente. No obstante, es ampliamente aceptado que las bacterias pueden moldear su metabolismo y comportamiento para adaptar su estilo de vida a las condiciones imperantes en su medio ambiente. De tal manera, que en ciertas situaciones muy particulares y dependiendo de la información contenida en sus genomas, las bacterias pueden cambiar sus actividades catalogadas como "buenas o malas" para aprovechar los recursos disponibles y asegurar su supervivencia [55, 56]. Al respecto, K. variico/a originalmente descubierta como bacteria benéfica endófita de plantas que promueve el crecimiento vegetal, puede cambiar su comportamiento ya que ha sido aislada de pacientes humanos con infección del torrente sanguíneo por metodologías convencionales que tradicionalmente se usan en los análisis clínicos [21, 57, 58]. Además, la cepa K. variico/a X39 obtenida del esputo de un paciente con infección pulmonar posee en su genoma 155 factores de virulencia (adhesión, cápsula y sideróforos), también es resistente a antibióticos debido a la presencia de genes que codifican para |3-lactamasas y tiene capacidad patogénica in vitro en modelos murinos. Sorprendentemente, la cepa K. variico/a X39 obtenida de un paciente humano puede colonizar raíces, tallos y hojas de plántulas de maíz adaptándose a este ambiente debido a que en su genoma se encuentran genes involucrados en la colonización de plantas, fijación de nitrógeno y defensa contra el estrés oxidativo (genes bcsABCD, nifDHK, SOD, katG, katE). Estas evidencias han llevado a considerar que la cepa K. varilcola X39 podría ser una bacteria "que cruza reinos" ya que tiene el equipamiento genético y las herramientas proteicas para comportarse como un patógeno oportunista infectando humanos con una salud comprometida y también actuar como endófito colonizando plantas para promover el crecimiento [59]. Sin embargo, mediante un análisis in sUico de 31 genomas del género Klebsiella varilcola que se aislaron de plantas, humanos e insectos, se analizaron 84 proteínas y se determinó que existían 20 proteínas que eran determinantes de virulencia y 27 proteínas que eran determinantes para la asociación con plantas. Estas evidencias apuntan a la potencialidad que tienen las cepas de K. variico/a para adaptarse fundamentalmente a ambientes rizosféricos y escasamente a ambientes clínicos. Por lo tanto, debido a su repertorio genético K. variico/a preferentemente sería una bacteria asociada a plantas para promover su crecimiento [24].
Con respecto a K. pneumoniae se conoce extensamente su faceta como patógeno siendo "el malo" desde el punto de vista humano, ya que esta especie ha sido considerada como el agente causal de diversas enfermedades y de la aparición de bacterias hipervirulentas [20]. Pero en un estudio donde se obtuvieron bacterias rizosféricas de garbanzo (Cicer aríetinurrí) con actividad PGPR, se aisló la cepa RS26 que fija nitrógeno, produce amoniaco, solubiliza fosfato y produce ácido indol acético. Interesantemente, la cepa RS26 con este potencial como bacteria tipo PGPR fue identificada por métodos morfológicos, bioquímicos y moleculares como Klebsiella pneumonía y más notable es que esta cepa no es patógena para humanos ya que es incapaz de producir hemolisinas [60]. Contribuyendo a la noción de K. pneumoniae como promotor del crecimiento vegetal existe también una patente para sedimentar microorganismos útiles de la rizosfera vegetal que promuevan el crecimiento y tengan un efecto en el control de lesiones. Dicha patente con número JP20011352973A indica que los microorganismos sedimentados establemente pertenecen tanto a la cepa K. pneumoniae H12 como a la cepa Pseudomonas fiuorescens S272 [61]. Así mismo, la patente JP2001106608A describe que un adyuvante conteniendo polisacáridos obtenidos de cultivos de microorganismos de K. pneumoniae o K. oxytoca en combinación con bacterias pertenecientes a la especie Pseudomonas fiuorescens puede promover el crecimiento vegetal [62]. Otra patente bajo el registro CN103980026A, describe el método de preparación de un fertilizante microbiano mixto capaz de promover el crecimiento y desarrollo de raíces de plántulas de arroz. Este fertilizante se basa en la obtención de líquidos fermentados de cepas de K. pneumoniae, Baciiius Hcheniformis, subespecies de Baciiius amyioiiquefaciens, Heyu delftia y PaenibacHius poiymyxa [63]. Finalmente, hay tres registros de patentes (CA2429751A1, US2002142917A1 y US2004116291A1) en los años 2002 y 2004 donde refieren un inoculante biológico que mejora el crecimiento de cereales. Este inoculante contiene las cepas de Klebsiella pneumoniae 342 y Klebsiella pneumoniae zmvsy, junto con otras cepas bacterianas como Herbaspirillum seropedicae 2A, Pantoea aggiomerans P101, Pantoea aggiomerans P102, Herbaspirillum seropedicae Z152 y G/uconacetobacter diazotrophicus PA15 [64, 65, 66] (Información recopilada en Espacenet: https://worldwide.espacenet.com). Sin embargo, el análisis in silico comparativo de genomas de cepas del género Klebsiella indicó que la cepa K. pneunoniae 342 esta incorrectamente clasificada y que es una cepa de Klebsiella variico/a [24]. Aunque, la cepa Klebsiella pneumoniae zmvsy presente en este inoculante no ha sido reclasificada y por ende se confirma el uso de K. pneumoniae como bacteria PGPR. Otra línea de evidencia que coadyuva a reafirmar el cambio de compartimento de K. pneumoniae considerada clásicamente como bacteria sin motilidad y sin flagelo, es la reciente identificación y caracterización de una cepa de K. pneumoniae denominada como KpBUAP021 que presenta un fenotipo de motilidad parecida a la natación. La cepa KpBUAP021 aislada de pacientes infantiles con sepsis neonatal posee los genes fliC, fiiA y fiiH necesarios para la construcción de flagelos. Además, anatómicamente un flagelo polar fue visualizado y su actividad en la motilidad fue ratificada en medios conteniendo 0.25 % de agar. La presencia de flagelo en una cepa de K. pneumonie que normalmente es inmóvil implica la adquisición y expresión de un sistema complejo que incrementa la capacidad de colonizar o formar biopelículas que expanden las cualidades de patogenicidad de la cepa KpBUAP201 [67].
Hablando de K. oxytoca se ha demostrado su correlación con enfermedades humanas asociadas a la ingesta de antibióticos y su presencia no grata para el humano en la condición de disbiosis, motivo por el cual se le conoce como patobionte y para fines de la analogía utilizada en esta revisión como "el feo" del género Klebsiella. Al igual que K. variico/a y K. pneumoniae, Klebsiella oxytoca también presenta actividades diferentes a las que normalmente se le han atribuido. Para ilustrar esta condición existen invenciones que inscriben a las cepas K. oxytoca LDSS17 (patente CN108587970) y K. oxytoca C1036 (patente KR100800566) como promotoras del crecimiento en condiciones estándar y de sequía específicamente del arbusto codonopsis o de plantas en general, respectivamente [68, 69]. Así mismo, otra invención se refiere al método de preparación de un fertilizante orgánico específico para tomates que tienen un efecto protector en varias enfermedades de este vegetal (patente CN 108409453). La formulación incluye a K. oxytoca además de Bacillus subti/is, Xanthomonas arboricola, Pseudomonas, AzospiriHum Hpoferum, Alcaligenes faecaüs, Bacillus thuringiensis y bacterias fotosintéticas [70]. Con respecto a biofertilizantes la invención patentada para potenciar la producción agrícola (patente US2019077720) especifica un consorcio de microorganismos promotores del crecimiento de plantas que incluyen a K. oxytoca colaborando con Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas denitrifícans, Pseudomonas resinovorans, Pseudomonas brassicacearum, Pseudomonas fíuorescens y Shimwellia blattae [71]. Además, K. oxytoca ha sido vislumbrada como una especie con un extraordinario potencial biotecnología) ya que hay patentes muy diversas que la utilizan en protocolos de biorremediación en la eliminación de aceite bajo diversos rangos de temperatura, de pH, de acidez/alcalinidad y de salinidad (patente CN105779340) [72], hasta el asombroso empleo de la cepa K. oxytoca Z6 en la producción de bioelectricidad mediante la degradación de materias orgánicas y la transmisión de electrones a un aceptar extracelular bajo condiciones anaerobias (patente CN103215201) [73]. Por lo tanto, estas evidencias indican que numerosas cepas de K. vahicola, K. pneumoniae y K. oxytoca pueden tener diversos comportamientos o una personalidad polifacética dependiendo de los límites de su fondo genético y de las condiciones ambientales (Figura 4).
Figura 3. Patentes de Klebsiella oxytoca. Gráfico de 208 patentes inscritas durante el periodo del año l984 hasta 2019. La información fue obtenida de Patent Inspiration (https://app. patentinspiration.com).
CONCLUSIONES
En virtud de la necesidad de conocer y entender de manera consensuada la vasta diversidad biológica sobre el planeta tierra, los científicos han propuesto múltiples formas para identificar, ordenar y catalogar a los organismos [74]. La labor de agrupar a los seres vivos fundamentalmente se ha basado en la búsqueda de diversos atributos ya sea morfológicos, fisiológicos, moleculares o conductuales que permitan el manejo más apropiado a diferentes niveles de clasificación. Como ejemplo, una forma de clasificación de los microorganismos se basa en las actividades benéficas o patogénicas que presentan sobre el humano o especies de interés para el mismo [75]. Considerando estos atributos, las especies del género Klebsiella han sido catalogadas como rizobacterias promotoras del crecimiento {Klebsiella varíicoia), patógenos oportunistas {Klebsiella penumoniaé) y patobiontes {Klebsiella oxytoca). Si bien, estas tres especies fundamentalmente han sido aisladas y caracterizadas cumpliendo sus actividades clásicas, también se han identificado diversas cepas tanto de K. varíicola, como de K. pneumoniae y K. oxytoca que en situaciones muy especiales pueden cambiar su comportamiento y adaptarse a otro estilo de vida. Al respecto, se sabe que esta capacidad no es una condición especial ya que de manera natural las bacterias están dotadas de una vasta diversidad de sistemas de transducción de señales de uno, dos y/o multicomponentes que se encargan de censar las condiciones bióticas y abióticas para adaptar su fisiología asegurando su mantenimiento, supervivencia y reproducción. Por lo consiguiente, las bacterias reiteradamente monitorean sus entornos externos e internos para adquirir, procesar, almacenar y usar la información mediante refinados dispositivos de transducción de señales que controlan sus actividades en pro de su estilo de vida endófito o patógeno [76, 77]. Finalmente, todo este conocimiento ayudará a ampliar nuestras perspectivas para visualizar a las bacterias más allá de las fronteras de los beneficios o peijuicios que estos organismos nos representan. Así mismo, servirá para reflexionar sobre las interacciones del flujo de información entre el genoma y el ambiente para ajustar el metabolismo, permitiendo a los organismos sobrevivir y reproducirse en sus ambientes favorables o muy a menudo hostiles.
AGRADECIMIENTOS
Dra. América Paulina Rivera-Urbalejo participa en el programa de Posdoctorados de PRODEP-SEP y María Rosete-Enríquez es estudiante del programa de maestría del Instituto de Investigaciones en Ciencias Microbiológicas CICM perteneciente al Instituto de Ciencias de la BUAP, por lo que agradecemos a dichas instituciones. Especiales agradecimientos al Dr. Jesús Muñoz-Rojas por su invaluable asesoría en la construcción de la presente revisión.
CONFLICTO DE INTERESES
Los autores declaran no tener conflictos de intereses.
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