Según el artículo de Fenghao Zhang publicado en Frontiers in Cellular and Infection Microbiology el 25/01/2021 y divulgado en #OKILAB
Papel de Lactobacillus en la infertilidad femenina Via modulación esperma de aglutinación y de Inmovilización
Resumen
La infertilidad se ha convertido en un problema común en las últimas décadas. La patogenia de la infertilidad es variable, pero los factores microbiológicos explican una gran proporción de ella. Según se informa, la disbiosis de la microbiota vaginal está asociada con la infertilidad femenina, pero la influencia de la microbiota vaginal normal sobre la infertilidad no está clara. En esta revisión, resumimos las características fisiológicas del tracto vaginal y las comunidades de microbiota vaginal. Nos centramos principalmente en la adherencia bacteriana de especies vaginales de Lactobacillus . Dado que el efecto adherente juega un papel crucial en la colonización de bacterias, planteamos la hipótesis de que el efecto adherente del Lactobacillus vaginaltambién puede influir en la fertilidad del huésped. También analizamos los efectos de aglutinación e inmovilización de otras bacterias, especialmente Escherichia coli , sobre los espermatozoides eyaculados, y especulamos sobre los posibles efectos de la microbiota vaginal normal sobre la fertilidad femenina.
Introducción
La infertilidad se ha convertido en un problema común en las últimas décadas. Los factores microbiológicos explican una gran proporción de la infertilidad, pero la atención se ha centrado principalmente en la patogénesis y la infección causada por patógenos. Con una mayor comprensión de la relación huésped-microbio, la interacción entre el microbioma normal del cuerpo y las células huésped se ha considerado importante con respecto a la etiología. En las mujeres, la microbiota vaginal juega un papel en la infertilidad femenina. La vagina tiene una microbiota intrínseca. La disbiosis de la microbiota vaginal o la invasión de patógenos pueden afectar la fertilidad de los seres humanos al disminuir directamente la motilidad y vitalidad de los espermatozoides ( Monga y Roberts, 1994 ; Sellami et al., 2014).), o indirectamente al inducir lesiones orgánicas del sistema reproductivo. Sin embargo, las influencias de la microbiota vaginal normal sobre la fertilidad femenina no están claras. Lactobacillus es el género bacteriano dominante en el tracto vaginal. La evidencia ha demostrado que los Lactobacillus vaginales juegan un papel esencial en la prevención de la invasión de bacterias extrañas y la disbiosis de la microbiota intrínseca, pero rara vez se ha informado de su efecto sobre los espermatozoides eyaculados. La adherencia bacteriana es un proceso de colonización esencial para Lactobacillus y Lactobacillus vaginales .las especies con fuertes efectos adherentes pueden proporcionar más beneficios a los huéspedes. Sin embargo, el mismo efecto adherente también puede modular las propiedades químicas y físicas de los espermatozoides eyaculados. Este fenómeno puede explicar algunos casos de infertilidad inexplicable y proporcionar un mecanismo de selección de esperma único para el cuerpo humano.
Infertilidad e inflamación
La infertilidad es la condición de no poder tener descendencia. La Organización Mundial de la Salud la define como ‘una enfermedad del sistema reproductivo definida por la imposibilidad de lograr un embarazo clínico después de 12 meses o más de relaciones sexuales regulares sin protección’ ( Zegers-Hochschild et al., 2017 ). Afecta alrededor del 8% al 12% de las parejas en todo el mundo; esta prevalencia ha aumentado en las últimas décadas ( Kumar y Singh, 2015 ). Dado que el 95% de la población mundial considera que convertirse en padre es parte de su desarrollo adulto, la infertilidad es una interrupción de su curso de vida ( Bahamondes y Makuch, 2014 ). También induce sufrimiento psicológico y discordia en la relación conyugal ( Bahamondes y Makuch, 2014 ;Ahmadi Forooshany et al., 2014 ). En las parejas que padecen infertilidad, entre el 26% y el 30% de los casos son causados por factores masculinos, mientras que entre el 45% y el 60% son causados por factores femeninos ( Lindsay y Vitrikas, 2015 ). La infertilidad masculina se debe comúnmente a deficiencias en los espermatozoides y el semen. La patogénesis de la infertilidad masculina incluye inflamación e infección, lesiones y cirugía, tabaquismo, bebida, variación anatómica, defecto (s) genético, trastorno inmunológico, enfermedad sistémica y envejecimiento. La infección y la inflamación del tracto urogenital representan más del 12% de la infertilidad masculina ( Dohle, 2003 ). Chlamydia trachomatis y Neisseria gonorrhoeae son los patógenos más comunes en la infección urogenital de transmisión sexual ( Pellati et al., 2008) y Escherichia coli uropatógena (UPEC) son responsables de la mayoría de los casos de infecciones urogenitales ascendentes ( Pellati et al., 2008 ). La infertilidad femenina se debe principalmente a infecciones e inflamación como salpingitis y vaginitis. N. gonorrhoeae y C. trachomatis son los patógenos notificados con mayor frecuencia que provocan salpingitis. También se han reportado otros patógenos, como Mycoplasma genitalium y Trichomonas vaginalis ( Mitchell y Prabhu, 2013 ; Tsevat et al., 2017 ; Arustamyan et al., 2017).). La vaginitis bacteriana (VB) es la vaginitis más prevalente entre las mujeres en edad reproductiva; aproximadamente el 40% -50% de los casos de vaginitis son VB ( boletín técnico ACOG, 1996 ; Onderdonk et al., 2016 ). La candidiasis vaginal (20% -25%) y la tricomoniasis (15% -20%) son la segunda y tercera vaginitis más frecuentes ( boletín técnico ACOG, 1996 ). En particular, entre el 10% y el 20% de los casos de infertilidad son inexplicables ( Lindsay y Vitrikas, 2015 ): la infertilidad no tiene una inflamación clínica o enfermedades relacionadas. Dado que los factores microbiológicos explican una gran proporción de la infertilidad conocida, es racional estudiar la infertilidad inducida microbiológicamente en condiciones no inflamatorias.
Tipos y propiedades probióticas del microbioma vaginal
Se sabe desde hace mucho tiempo que la vagina contiene su propia microbiota. La interacción entre el huésped y la microbiota vaginal proporciona el microambiente único del tracto vaginal.
Lactobacillus : género dominante del microbioma vaginal en condiciones fisiológicas
El perfil del microbioma vaginal difiere según la edad, pero para la mayoría de los casos de mujeres sanas en edad reproductiva, las especies de Lactobacillus son las bacterias vaginales dominantes ( Martin y Marrazzo, 2016 ; Godha et al., 2017 ). Lactobacillus en la vagina está muy limitado a ciertas cepas ( Nunn y Forney, 2016 ). En la mayoría de los casos, Lactobacillus crispatus , Lactobacillus gasseri , Lactobacillus jensenii y Lactobacillus iners dominan el microbioma vaginal ( Nunn y Forney, 2016). Uno de los factores importantes que influyen en el perfil de la microbiota vaginal es la concentración de estrógenos locales. Una alta concentración de estrógeno puede inducir una mucosa vaginal más gruesa, regular al alza la secreción de protones por parte de las células epiteliales vaginales y acelerar la deposición de glucógeno en el epitelio vaginal ( Semmens y Wagner, 1982 ; Gorodeski et al., 2005 ; Godha et al., 2017 ). Todos estos cambios enriquecen la microbiota vaginal, especialmente las especies de Lactobacillus . El nivel de pH de la cavidad vaginal mantiene una estabilidad dinámica a lo largo de la edad reproductiva, y la acumulación de ácido láctico liberado por las especies de Lactobacillus juega un papel importante en el proceso de acidificación.
Tipos de perfil y estado comunitario del microbioma vaginal
En términos de las especies bacterianas dominantes, la microbiota vaginal se puede dividir en cinco tipos de estados comunitarios (CST). El microbioma dominado por L. crispatus , L. gasseri , L. iners y L. jensenii se clasifica por separado como CST I, II, III y V, respectivamente ( Ravel et al., 2011 ; Nunn y Forney, 2016 ). Los casos que están dominados por más de una especie de Lactobacillus son muy raros en mujeres negras pero comunes en mujeres caucásicas y asiáticas ( Zhou et al., 2010 ). El tipo de comunidad final (CST IV) está dominado por otras bacterias anaeróbicas como Gardnerella vaginalis , Prevotella ,Atopobium y Megasphaera en lugar de Lactobacillus ( Ravel et al., 2011 ). CST IV se puede dividir en CST IV-A y CST IV-B. CST IV-A no tiene un género bacteriano dominante obvio y está compuesto por bajas proporciones de especies de Lactobacillus y otras especies anaerobias como Anaerococcus, Corynebacterium, Finegoldia y Streptococcus , mientras que CST IV-B está dominado por Atopobium y acompañado por especies de Prevotella, Parvimonas, Sneathia, Gardnerella, Mobiluncus o Peptoniphilus ( Gajer et al., 2012). Muchas especies bacterianas presentes en CST IV se consideran patógenos de la VB. Por tanto, la presencia de CST IV puede indicar una VB subclínica y es más probable que CST IV-B se convierta en una infección clínica debido a su baja proporción de colonización por Lactobacillus . Se han informado diferencias raciales en la microbiota vaginal. Fettweis y col. mostró que las mujeres blancas tenían más probabilidades de desarrollar una microbiota vaginal dominante de Lactobacillus en comparación con las mujeres negras ( Fettweis et al., 2014 ). Zhou y col. mostró que las mujeres japonesas y caucásicas tenían más probabilidades de desarrollar una microbiota vaginal dominada por múltiples especies de Lactobacillus en comparación con las mujeres negras ( Zhou et al., 2010). Como resultado, las mujeres negras tienen más probabilidades de desarrollar un microbioma vaginal con una menor proporción de especies de Lactobacillus .
Efecto probiótico de los lactobacilos vaginales
Los lactobacilos vaginales juegan un papel esencial en el mantenimiento de un sistema genital femenino saludable. Los beneficios protectores del Lactobacillus vaginal se han informado ampliamente. Estos beneficios protectores se pueden atribuir a sustancias bactericidas, ocupación de nichos ecológicos y efectos inmunomoduladores. Allí, el ácido láctico secretado por los lactobacilos vaginales juega un papel importante. Los beneficios protectores del ácido láctico se han informado ampliamente. Algunos estudios han demostrado que una concentración fisiológica de ácido láctico en la vagina puede inactivar eficazmente el VIH e inhibir el crecimiento de bacterias uropatógenas y patógenos asociados a la VB ( Aldunate et al., 2013a ; Gong et al., 2014 ; Leccese Terraf et al. , 2017). La inactivación directa es el principal efecto responsable de este beneficio ( Aldunate et al., 2013b ), y el efecto inmunomodulador juega un papel controvertido en este proceso ( Witkin et al., 2011 ; Hearps et al., 2017 ). El peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ) había sido descrito como la principal sustancia bactericida producida por Lactobacillus vaginal , pero estudios recientes han contradicho el efecto del H 2 O 2 ( Eschenbach et al., 1989 ; Mitchell et al., 2015 ; Tomás et al., 2015 ; Tomás et al. al., 2016 ; Tachedjian et al., 2018 ). Por lo tanto, las capacidades productoras de ácido deLas especies de Lactobacillus se han convertido en el principal criterio a la hora de evaluar sus beneficios probióticos. Según una prueba in vitro , L. crispatus acumula una mayor concentración de ácido láctico en comparación con L. iners ( Witkin et al., 2013 ). Por tanto, L. crispatus tiene un efecto probiótico más potente en comparación con L. iners . Las especies vaginales de Lactobacillus también previenen la aparición y el desarrollo de células cancerosas. En varios estudios, las pacientes con neoplasia intraepitelial cervical tenían más probabilidades de tener una concentración baja de especies vaginales de Lactobacillus ( Mitra et al., 2016).). Otros autores han demostrado el efecto antitumoral de L. gasseri ; este efecto está mediado por la inhibición directa de la proliferación de células tumorales ( Wang et al., 2017 ), o indirectamente promoviendo la eliminación del virus del papiloma humano (VPH) ( Brotman et al., 2014 ). En particular, el efecto inhibidor de L. gasseri sobre las células tumorales es independiente del nivel de pH y del lactato ( Motevaseli et al., 2013 ); Los exopolisacáridos (EPS) producidos por Lactobacillus pueden jugar un papel esencial en este proceso ( Sungur et al., 2017). El beneficio protector contra otros patógenos y la inflamación también reduce el riesgo de cánceres de cuello uterino, y también se puede observar un beneficio similar en otros cánceres ginecológicos ( Ghosh et al., 2016 ; Ramchander y Crosbie, 2018 ).
La disbiosis del microbioma vaginal indica una condición vulnerable
La disbiosis de la microbiota vaginal a menudo se presenta como VB. La característica principal de la VB es el cambio de una flora dominante de Lactobacillus a una flora polimicrobiana en el tracto vaginal ( Onderdonk et al., 2016 ). A diferencia de otras formas de vaginitis, la VB es un síndrome complejo que no es causado por un patógeno específico. Esta patogenicidad indeterminada dificulta el diagnóstico mediante un único criterio. Hasta la fecha, la puntuación de Nugent y los criterios de Amsel son dos medidas de uso común para evaluar la VB ( Kenyon y Osbak, 2014 ). La puntuación de Nugent se centra en los morfotipos de bacterias en el frotis vaginal ( Nugent et al., 1991 ), mientras que los criterios de Amsel se centran en las características físicas de los frotis vaginales (Amsel y col., 1983 ; Kenyon y Osbak, 2014 ). La VB tiene una fuerte asociación con la infertilidad ( Salah et al., 2013 ; Babu et al., 2017 ). La infección ascendente de las bacterias asociadas a la VB perjudicará la función y la barrera inmunitaria del sistema genital superior ( Racicot et al., 2013 ; Ravel y Brotman, 2016 ). Además, se ha informado de un efecto de deterioro directo de los patógenos asociados a la VB en los espermatozoides eyaculados. Este fenómeno proporciona algunas pistas sobre la interacción entre el microbioma vaginal y los espermatozoides eyaculados.
Tipos y propiedades patogénicas del microbioma del semen
El semen de machos sanos se había considerado una condición estéril porque el cultivo bacteriano tradicional proporciona una caracterización incompleta del perfil completo del microbioma del semen. Con el desarrollo de la secuenciación de alto rendimiento, se han revelado gradualmente conocimientos sobre el microbioma del semen, pero los estudios disponibles aún son insuficientes.
Uropatógenos, calidad del semen y dispermia
Según estudios recientes, la mayoría del semen normal contiene bacterias y el 30% de las muestras de semen normal contienen bacterias manifiestas que pueden cultivarse ( Vilvanathan et al., 2016 ; Zeyad et al., 2018 ). La inflamación y la infección causadas por uropatógenos juegan un papel esencial en la infertilidad. Los uropatógenos más comunes están asociados con la dispermia: pueden influir en la calidad del semen en la espermatogénesis, reserva y fertilización ( Farsimadan y Motamedifar, 2020 ). Algunos uropatógenos pueden afectar directamente el rendimiento de los espermatozoides (tabla 1), pero la mayoría de los uropatógenos deterioran la calidad del semen durante la espermatogénesis. Sin embargo, el efecto espermicida se evalúa in vitro y este enfoque puede diferir del estado fisiológico. Aunque se han identificado los factores virulentos de muchos uropatógenos comunes, sigue siendo controvertido si la presencia de estos uropatógenos puede afectar la calidad del semen. Algunos estudios han demostrado que la presencia de estos patógenos es incompatible con los parámetros anormales del semen ( Filipiak et al., 2015 ; Vilvanathan et al., 2016 ). Dado que un macho maduro puede liberar miles de millones de espermatozoides activables en una pareja, la bacteriospermia asintomática con una carga bacteriana baja probablemente no causaría una disminución importante en la calidad del semen (Vilvanathan et al., 2016 ). Las moléculas bactericidas en el semen también inhiben el efecto espermicida bacteriano ( Schulze et al., 2020 ).
Lactobacillus seminal , tipos de comunidades y especies dominantes
Al considerar la prevalencia de especies bacterianas en el microbioma del semen en machos sanos, es fundamental detallar el perfil del microbioma del semen. Queda por investigar la importancia de las comunidades bacterianas del semen; en estudios anteriores, los investigadores se habían inclinado a considerar la bacteriospermia asintomática como una condición preinflamatoria, mientras que en estudios recientes, los investigadores han considerado algunos uropatógenos como parte de la flora normal en el semen ( Farsimadan y Motamedifar, 2020 ). Farahani y col. resumió los estudios recientes sobre el microbioma del semen utilizando secuenciación de alto rendimiento ( Farahani et al., 2020 ). Los autores demostraron que algunos uropatógenos comunes como Ureaplasma urealyticum , Enterococcus faecalis yMycoplasma hominis tiene una fuerte asociación con la infertilidad masculina, mientras que otros uropatógenos, como C. trachomatis , E. coli y Staphylococcus aureus no están asociados con una baja calidad del semen, aunque sus efectos espermicidas se han informado ampliamente ( Farahani et al., 2020 ) . Las comunidades de semen reportadas en diferentes estudios son dispares y su influencia en la calidad del semen ha sido controvertida. Monteiro y col. reveló que Enterococcus era un género dominante entre 118 muestras de semen normal, semen de baja concentración de espermatozoides, semen de baja motilidad de los espermatozoides y semen de morfología anormal, y Lactobacillusrepresentó un porcentaje muy bajo de la microbiota del semen en todas las muestras (0,5%) ( Monteiro et al., 2018 ). Hou y col. separó la microbiota del semen de 77 muestras con seis CST según el índice de Calinski-Harabasz. Las CST IV y V fueron predominantes por Ralstonia y Lactobacillus, mientras que otras CST se caracterizaron por una variedad de bacterias sin un género dominante. El semen de pacientes infértiles no tuvo diferencias significativas en las CST en comparación con las muestras normales, lo que indica que el efecto probiótico de Lactobacillus en la calidad del semen es limitado ( Hou et al., 2013 ). Otros dos estudios han destacado el efecto probiótico del Lactobacillus seminal. Weng y col. separó el microbioma de semen de 96 muestras en tres CST, en las que predominaron Pseudomonas , Lactobacillus y Prevotella , respectivamente. La mayoría de las muestras con calidad de semen normal estuvieron dominadas por Lactobacillus ( Weng et al., 2014 ). Baud y col. separó el microbioma de semen de 94 muestras en tres CST, que se caracterizaron por altos niveles de Prevotella y Lactobacillus y una representación equilibrada de Corynebacterium , Staphylococcus y Planococcaceae . Las muestras con morfología espermática normal tenían un nivel más alto de Lactobacillus, pero las muestras con baja movilidad y vitalidad de los espermatozoides tenían el mismo nivel de Lactobacillus en comparación con sus contrapartes ( Baud et al., 2019 ). Generalmente, un porcentaje relativamente alto de Lactobacillus seminal se asocia positivamente con la calidad del semen, lo que indica que las especies de Lactobacillus pueden desempeñar un papel probiótico en el tracto genético masculino.
Escherichia coli uropatógena, aglutinación e inmovilización de espermatozoides
En estudios anteriores, los investigadores se han centrado principalmente en la respuesta inflamatoria causada por una infección en lugar del efecto espermicida directo de los patógenos. UPEC es el uropatógeno más ampliamente informado y presenta un efecto espermicida directo. Ya en 1931, Rosenthal había demostrado un efecto de aglutinación de E. coli sobre los espermatozoides, y estudios posteriores también han demostrado su efecto de inmovilización sobre los espermatozoides. Se han aislado varias proteínas y moléculas que contribuyen a estos efectos. Las fimbrias son la estructura principal responsable del efecto de aglutinación de E. coli . Dos tipos de fimbrias están presentes en la superficie de E. coli : pili tipo 1 y pili tipo P ( Monga y Roberts, 1994). Los pili tipo 1 pueden reconocer el grupo α-D manosa en la cabeza de los espermatozoides, mientras que los pili tipo P pueden reconocer el grupo aD-galp-1-4-9-D-galp en la cola de los espermatozoides. Tanto las fimbrias de tipo 1 como las de tipo P presentan un efecto de adhesión hemofílica; por tanto, las bacterias que contienen estas dos fimbrias producen un efecto de aglutinación sobre los espermatozoides. Diferentes bacterias o incluso diferentes cepas de E. coli muestran una amplia diversidad en las categorías y números de fimbrias. Bartoov y col. indicó que los pili de tipo 1 podrían desempeñar un papel importante en la infección urogenital ( Bartoov et al., 1991 ). Aucky y col. aisló una proteína hemaglutinina (32,2 kDa) en la terminal de las fimbrias, que podría ser responsable de la adhesión de E. coli a los espermatozoides ( Aucky Hinting DMS, 2013).
A pesar del efecto adherente de los espermatozoides, se ha detallado adecuadamente el efecto espermicida directo de E. coli . La inmovilización de esperma es un proceso sofisticado que puede verse interrumpido por una variedad de factores. Algunos estudios han demostrado el efecto del lipopolisacárido (LPS) en este proceso; El LPS es una endotoxina común presente en la superficie de E. coli que puede unirse al receptor tipo Toll 4 (TLR4), presente en la membrana de los espermatozoides y, en consecuencia, disminuir la motilidad de los espermatozoides ( Fujita et al., 2011).). El posible mecanismo de este deterioro es que la activación de la cascada de señalización de TLR aumenta el nivel de especies reactivas de oxígeno (ROS) y, por lo tanto, altera la conformación de la membrana de los espermatozoides. Esta alteración puede verse obstaculizada por captadores de ROS como la superóxido dismutasa (SOD) ( Urata et al., 2001 ; Fujita et al., 2011 ). Las exotoxinas también juegan un papel en este proceso. Una exotoxina común de E. coli , la hemolisina, puede mejorar la inmovilización de espermatozoides mediada por E. coli patógena ( Boguen et al., 2015 ). E. coli hemolíticasegún se informa, las cepas inmovilizan los espermatozoides en una concentración más baja en comparación con las cepas no hemolíticas. También pueden inducir un mayor nivel de ROS intracelular y un menor potencial de membrana mitocondrial de los espermatozoides (Δψm) ( Boguen et al., 2015 ). La α-hemolisina (HlyA) es la hemolisina notificada con mayor frecuencia en UPEC; esta proteína de 110 kDa contiene varias repeticiones de la familia de toxinas ( Wiles y Mulvey, 2013 ). HlyA puede insertarse en la membrana de algunos tipos de células y ensamblarse en un poro transmembrana. Los estudios han demostrado que varios receptores pueden mediar este efecto transmembrana, por ejemplo, LFA-1 en la superficie de los leucocitos, pero el efecto transmembrana generalmente se considera no específico ( Wiles y Mulvey, 2013 ). En particular, α-HlyA de E. colies transportado por un mecanismo de secreción de tipo I, y este mecanismo transporta hemolisina solo cuando la bacteria entra en contacto directo con las células ( Kim et al., 2008 ). Por lo tanto, estos factores de inmovilización se aíslan del cuerpo bacteriano y solo ejercen un efecto cuando las bacterias se adhieren al esperma. Además de los cuerpos bacterianos, también se puede observar la inmovilización de espermatozoides en el sobrenadante o filtrado de una suspensión bacteriana. Un estudio preliminar informó sobre un factor de inmovilización de espermatozoides soluble pequeño (SIF), una molécula pequeña termoestable, en un filtrado de E. coli ( Paulson y Polakoski, 1977 ). En estudios recientes, los investigadores han informado que E. colicontiene un SIF grande, una proteína termolábil de 56 kDa que puede reconocer un receptor específico de 113 KDa presente en la membrana de los espermatozoides ( Prabha et al., 2010 ; Kumar et al., 2011 ). Este SIF tiene un efecto inhibidor significativo sobre la actividad de la ATPasa dependiente de Mg 2+ y la reacción del acrosoma inducida por el ionóforo de calcio ( Vander et al., 2013 ).
Efecto espermicida de otros patógenos
En estudios de aglutinación e inmovilización de espermatozoides en otras bacterias, los investigadores también han aislado algunas moléculas relacionadas. Prabha y col. aisló un SIF de 20 KDa a partir de filtrados de S. aureus ; esta proteína termolábil puede reconocer un receptor específico de 62 kDa en la superficie de los espermatozoides ( Prabha et al., 2009a ). Inhibe la actividad de la ATPasa dependiente de Mg 2+ y la reacción del acrosoma en menor grado en comparación con E. coli ( Gupta y Prabha, 2012 ). Estos datos indican que la ATPasa dependiente de Mg 2+ juega un papel importante en la función de motilidad de los espermatozoides. Pant y col. aisló un factor de aglutinación de esperma de 80 kDa de Staphylococcus warneri ; también inhibe el MgActividad de ATPasa dependiente de 2+ y mostró un potente efecto anticonceptivo en modelos de ratón ( Pant et al., 2019 ). Ohri y col. aisló una proteína de 70 kDa del cultivo celular de S. aureus ; esta proteína media una aglutinación de espermatozoides de cola a cola ( Ohri y Prabha, 2005 ). La β-hemolisina aislada de Enterococcus también altera la motilidad de los espermatozoides, similar a HlyA; impacta la integridad de la membrana y por lo tanto contribuye a su efecto tóxico ( Qiang et al., 2007 ). Se ha demostrado la aglutinación e inmovilización de espermatozoides para otros patógenos, como C. trachomatis , especies de Mycoplasma y T. vaginalis (Monga y Roberts, 1994 ; Sellami et al., 2014 ). Los efectos de aglutinación e inmovilización de las bacterias en los espermatozoides humanos son simultáneos y reversibles en la mayoría de los casos, pero las concentraciones elevadas de algunos factores, como la hemolisina y el LPS, pueden reducir notablemente la vitalidad de los espermatozoides. Los espermatozoides aglutinados a menudo muestran alteraciones en la morfología de la membrana. Un nivel elevado de ROS y una Δψm reducida se asocian con necrosis y apoptosis de los espermatozoides. En conclusión, el efecto de deterioro de los espermatozoides de las bacterias es multifactorial y está mediado por una variedad de mecanismos.
Funciones de Lactobacillus en la fertilidad
El efecto probiótico de Lactobacillus en el tracto genital masculino y femenino se ha discutido anteriormente. Dado que el Lactobacillus presenta un efecto probiótico tanto en los gametos como en el microambiente, es fácil asumir que Lactobacillus también juega un papel positivo en la fertilidad. Sin embargo, la fertilización es un proceso dinámico que requiere que los gametos mantengan la vitalidad en varios microambientes, un factor que generalmente se ignora durante los estudios in vitro .
Concentración bacteriana y efecto adherente
Durante años, los lactobacilos vaginales se habían considerado componentes totalmente beneficiosos del sistema genital, mientras que los lactobacilos seminales seguían siendo controvertidos. Un punto esencial que se había ignorado en los estudios anteriores es que las concentraciones de Lactobacillus vaginal y Lactobacillus seminal son totalmente diferentes. Los espermatozoides eyaculados permanecen en el tracto vaginal durante un período antes de la fertilización. Incluso si los Lactobacillus seminales tienen un efecto positivo sobre los espermatozoides, sigue siendo dudoso que los Lactobacillus vaginales , que tienen una concentración mucho mayor, ejerzan un efecto positivo sobre los espermatozoides eyaculados.
La capacidad de adherencia es una propiedad crucial; varía con la alteración de la concentración bacteriana. La capacidad de adherencia es un criterio importante para evaluar el efecto probiótico o patógeno de los microbios. La adhesión bacteriana es el primer paso en la colonización. Determina la capacidad invasiva de los patógenos y el potencial de los probióticos. El efecto adherente de las especies vaginales de Lactobacillus se ha estudiado ampliamente. Las especies con un fuerte efecto adherente se consideran más beneficiosas para el cuerpo humano, y los probióticos con mayor adherencia a las células o la matriz extracelular, como Lactobacillus rhamnosus y Lactobacillus fermentum , se utilizan con mayor frecuencia para el tratamiento clínico ( Shokryazdan et al., 2014 ;Verdenelli et al., 2014 ; Homayouni et al., 2014 ).
Con una concentración alta, la adherencia del Lactobacillus vaginal a los espermatozoides puede diferir de la del Lactobacillus seminal .Los espermatozoides eyaculados son células planctónicas móviles. Dado que la motilidad de los espermatozoides es un criterio crítico para evaluar la fertilidad, la adherencia bacteriana puede aumentar la carga de espermatozoides y por tanto afectar la motilidad de los espermatozoides. Los espermatozoides con menor movilidad tienen más posibilidades de adherirse y la unión de bacterias aumenta la carga de células y, a su vez, reduce su movilidad. Con altas concentraciones de bacterias en el tracto vaginal, estos espermatozoides pueden depositarse y perder su vitalidad. Las bacterias que se adhieren a los espermatozoides en algunos sitios específicos pueden inducir efectos negativos. Las bacterias que se adhieren al acrosoma de los espermatozoides pueden bloquear los mecanismos críticos de fertilización. Por tanto, las especies con preferencia de adhesión al acrosoma pueden presentar un fuerte efecto negativo. Los espermatozoides inmovilizados pueden actuar como un núcleo que atrae a las bacterias planctónicas para formar complejos. Cuando la concentración de bacterias planctónicas alcanza un umbral, numerosos complejos pueden aglutinarse y formar una enorme estructura de red que puede interceptar la natación de los espermatozoides normales. La aglutinación generalizada de cuerpos bacterianos puede inducir la secreción de EPS e iniciar la formación de biopelículas. A pesar de la unión directa, la liberación de algunas exotoxinas puede inmovilizar a los espermatozoides y afectar su capacidad de fertilización. Todos estos efectos negativos requieren una alta concentración bacteriana, que es inusual en el semen pero común en el tracto vaginal ( numerosos complejos pueden aglutinarse y formar una enorme estructura de red que puede interceptar la natación de los espermatozoides normales. La aglutinación generalizada de cuerpos bacterianos puede inducir la secreción de EPS e iniciar la formación de biopelículas. A pesar de la unión directa, la liberación de algunas exotoxinas puede inmovilizar a los espermatozoides y afectar su capacidad de fertilización. Todos estos efectos negativos requieren una alta concentración bacteriana, que es inusual en el semen pero común en el tracto vaginal ( numerosos complejos pueden aglutinarse y formar una enorme estructura de red que puede interceptar la natación de los espermatozoides normales. La aglutinación generalizada de cuerpos bacterianos puede inducir la secreción de EPS e iniciar la formación de biopelículas. A pesar de la unión directa, la liberación de algunas exotoxinas puede inmovilizar a los espermatozoides y afectar su capacidad de fertilización. Todos estos efectos negativos requieren una alta concentración bacteriana, que es inusual en el semen pero común en el tracto vaginal (Figura 1).
Propiedades adherentes de Lactobacillus a los espermatozoides
Rara vez se ha informado de la adherencia de Lactobacillus a los espermatozoides. En un estudio in vitro reciente , las cepas vaginales de Lactobacillus presentaron un efecto adherente mucho más fuerte sobre los espermatozoides en comparación con Enterococcus , Bacteroides , Bifidobacterium y Enterobacteriaceae ( Wang et al., 2019 ). En una prueba de co-incubación de una sola especie bacteriana y espermatozoides eyaculados, este efecto adherente afectó significativamente la motilidad de los espermatozoides ( Wang et al., 2019 ).
El mecanismo de adherencia bacteriana es complicado. En general, los pili, las adhesinas afimbriales y la energía libre interfacial pueden desempeñar un papel en este proceso. pili son apéndices similares a pelos en la superficie de las bacterias. SpaCBA y LrpCBA son dos tipos principales de pili observados en la superficie de algunas especies de Lactobacillus . SpaCBA es un tipo de pilus común que se observa en variedades de bacterias Gram positivas. Desempeña un papel en la colonización al unirse a las células epiteliales del huésped, la mucina, el colágeno mucoso e inducir la agregación bacteriana. Este pilus se observa en Corynebacterium seminal , y estos pili pueden estar asociados con un efecto de deterioro exclusivo de los espermatozoides sobre la motilidad de los espermatozoides sin afectar la morfología y vitalidad de estas células ( Turk et al., 2007 ;Mashaly et al., 2016 ). LrpCBA se puede observar en la mayoría de las cepas de L. ruminis . Este pilus tiene una tendencia a unirse al colágeno de tipo I, la fibronectina y las células epiteliales del huésped, pero carece de la capacidad de interacción homofílica. Algunas de las especies de Lactobacillus (L. casei, L. paracasei y L. rhamnosus ) contienen el operón del pilus de antera llamado SpaFED, SpaFED recombinante muestra una propiedad adhesiva similar con SpaCBA, pero este pilus carece de expresión en condición nativa (Tabla 2) ( Segers y Lebeer, 2014 ; von Ossowski, 2017 ). Un supuesto gen de lectina de unión a manosa se identifica en el genoma de L. plantarum . Dado que las lectinas de unión a manosa de los pili de E. coli tipo 1 median el efecto de adherencia a los espermatozoides de UPEC, este gen puede mediar el efecto de adherencia a los espermatozoides de Lactobacillus speices ( Malik et al., 2016 ). Además, la estructura fibrosa larga de un pilus también contribuye al proceso de adherencia. Dado que la fuerza de la energía libre interfacial está asociada con el área de la superficie, un pilus puede perforar fácilmente la barrera de energía entre dos superficies debido a sus pequeños radios ( Hori y Matsumoto, 2010 ).