6.2: Señalización bacteriana

Visión general

A veces, un grupo de bacterias se comporta como una comunidad. Para lograr esto, se involucran en la detección de quórum, la percepción de una mayor densidad celular que resulta en un cambio en la expresión génica. La detección de quórum implica señalización extracelular e intracelular. La cascada de señalización comienza con una molécula llamada autoinductor (IA). Las bacterias individuales producen AIs que salen de la membrana celular bacteriana en el espacio extracelular. Los AI pueden moverse pasivamente a lo largo de un gradiente de concentración fuera de la célula, o ser transportados activamente a través de la membrana bacteriana.

La concentración extracelular de las AI da señales a las bacterias

Cuando la densidad celular en las poblaciones bacterianas es baja, las IA se difunden lejos de las bacterias, manteniendo la concentración ambiental de AIs baja. A medida que las bacterias se reproducen y continúan excretando AIs, la concentración de AIs aumenta, llegando finalmente a una concentración umbral. Este umbral permite que las IA adhi a los receptores de membrana en las bacterias, desencadenando cambios en la expresión génica en toda la comunidad bacteriana.

Gram Staining

Muchas bacterias se clasifican ampliamente como gramo positivo o gramo negativo. Estos términos se refieren al color que las bacterias toman cuando se tratan con una serie de soluciones de tinción que fueron desarrolladas por Hans Christian Joachim Gram hace más de un siglo. Si las bacterias recogen un color púrpura, son gram-positivas; si se ven rojos, son gramnegativas. Estos colores de las manchas son recogidos por las bacterias debido a las diferentes químicas de sus paredes celulares. La diferente composición de las paredes celulares bacterianas determina las formas en que las bacterias interactúan entre sí y su entorno y a menudo están directamente involucradas en la causa de la enfermedad. Por ejemplo, las paredes celulares de las bacterias gramnegativas están hechas principalmente de lipopolisacárido, también conocido como endotoxina, que causa shock séptico en la sangre de un paciente.

Sensibilización de quórum en bacterias Gram positivas y Gram negativas

En las bacterias grampositivas, la detección de quórum ocurre con mayor frecuencia en dos pasos. En primer lugar, la IA, un péptido autoinductor (AIP), une un receptor de membrana cuando la concentración externa es lo suficientemente alta. La unión activa las enzimas internas, las llamadas quinasas mensajeras del segundo mensajero que fosforilan los factores de transcripción. Los factores de transcripción regulan la expresión de diferentes genes.

En el caso de muchas bacterias gramnegativas, sin embargo, la detección de quórum tiene lugar en un proceso de un solo paso. Cuando la concentración externa de IA alcanza el umbral, la IA cruza la membrana (a través de un transportador) y vuelve a entrar en la célula. Una vez dentro, puede interactuar directamente con factores de transcripción para regular la expresión génica. Este tipo de señalización no requiere un intermediario o un segundo mensajero. La IA en sí es el mensajero. Sin embargo, incluso sin un segundo mensajero, la señalización intracelular puede ser complicada.

Señalización en una bacteria que produce luz

Un ejemplo de esto es la bacteria Photorhabdus luminiscens,que es gram negativo. Produce autoinducer 2 (AI-2) como señal de detección de quórum y como señal intracelular. Las bacterias liberan AI-2 en el medio ambiente. Cuando la IA-2 alcanza niveles umbral fuera de las células bacterianas, la AI-2 se une a un transportador de casete de unión ATP (ABC) en la membrana bacteriana, y es re internalizada por el transportador ABC. Entonces, una quinasa intracelular, LsrK, fosforila la propia AI-2. Una vez activado de esta manera, AI-2 sí mismo puede funcionar como un factor de transcripción, activando genes que codifican la enzima luciferasa.La luciferasa produce luz al catalizar reacciones específicas. Por lo tanto, sólo cuando la población de luminarias Fotohabdus alcanza una densidad crítica se puede ver su bioluminiscencia. Se ha sugerido que esta bacteria fue responsable del resplandor verde azulado visto en las heridas de algunos soldados de la Guerra Civil de los Estados Unidos después de la batalla de Shiloh.

Señalización de quórum e infecciones bacterianas de dispositivos médicos implantados

La propagación de bacterias a través de la superficie de los implantes médicos se produce a través de la señalización del quórum y puede causar infecciones potencialmente mortales. Una gran cantidad de investigación está en curso para encontrar maneras de detener la formación de biopelículas bacterianas en entornos médicos. Gran parte de esta investigación se centra en el desarrollo de nuevos materiales que no son susceptibles al crecimiento bacteriano. Sin embargo, compuestos biológicos, incluyendo sustancias producidas por algunos tipos de bacterias, también están siendo investigados por sus propiedades de inhibición bacteriana.