El objetivo de este protocolo es cuantificar la producción de violaceína por Chromobacterium violaceum ATCC 12472 como un proxy para evaluar la inhibición de la detección de quórum por compuestos bioactivos.
Artículo de método
El objetivo de este protocolo es cuantificar la producción de violaceína por Chromobacterium violaceum ATCC 12472 como un proxy para evaluar la inhibición de la detección de quórum por compuestos bioactivos.
Las bacterias se comunican a través de un sistema conocido como detección de quórum (QS), que les permite coordinar su comportamiento en respuesta a los cambios en la densidad celular. Este proceso implica la producción, secreción y detección de pequeñas moléculas de señalización extracelular, generalmente llamadas autoinductores (IA). QS regula una amplia gama de genes y funciones, incluida la formación y dispersión de biopelículas, la motilidad del enjambre, la producción de factores de virulencia, la resistencia a los antibióticos y la bioluminiscencia, entre otros. La inhibición de QS se ha convertido en una estrategia antivirulencia prometedora contra bacterias resistentes a los antibióticos, ya que ejerce una presión selectiva más baja en comparación con los antibióticos tradicionales. En la bacteria Chromobacterium violaceum ATCC 12472, las proteínas QS CviI / CviR, que son homólogas a las proteínas QS de tipo LuxI / LuxR de Aliivibrio fisheri, controlan muchos genes, incluidos los responsables de producir el pigmento púrpura violaceína. C. violaceum se ha utilizado ampliamente como cepa biosensora en estudios de inhibición de QS, particularmente en la inhibición de la producción de violaceína. Muchos compuestos tienen el potencial de inhibir QS al unirse a proteínas QS, ya sean homólogas LuxI o LuxR, interrumpiendo los circuitos QS. Este protocolo describe el método para cuantificar la violaceína producida por C. violaceum ATCC 12472 y su inhibición por compuestos bioactivos a concentraciones que no afectan el crecimiento bacteriano. El ensayo descrito aquí demuestra una reducción significativa en la producción de violaceína por parte de los compuestos probados. Este estudio destaca el potencial de usar este protocolo para seleccionar candidatos prometedores en la investigación de inhibición de QS.
Las bacterias pueden comunicarse a través de un sistema conocido como QS, que permite la modulación coordinada de su comportamiento en respuesta a cambios en la densidad celular. Este proceso implica la producción, secreción y detección de pequeñas moléculas de señalización extracelular, también llamadas autoinductores, que permiten la comunicación tanto entre diferentes especies como dentro de la misma especie 1,2.
Esta comunicación es capaz de regular genes y funciones como la formación y dispersión de biopelículas, la motilidad y la adhesión, la proliferación celular, la síntesis de exoenzimas y sideróforos, la esporulación, la resistencia a los ácidos, la transferencia horizontal de genes, la resistencia a los antibióticos, la bioluminiscencia, la producción de exopolisacáridos, entre otros 3,4,5. Dada la relevancia de los fenotipos regulados por QS, existe un gran interés en desarrollar sistemas capaces de interferir en esta comunicación celular. La inhibición de la señalización de QS también se denomina extinción de quórum (QQ)6. QQ puede ocurrir de varias maneras, incluidos inhibidores de la síntesis de autoinductores, inactivación enzimática de estas señales y moléculas con un efecto antagónico sobre estas moléculas 4,7.
La creciente amenaza de la resistencia a los antibióticos ha impulsado la investigación de terapias alternativas, incluidos los inhibidores de detección de quórum (QSI), que interrumpen la comunicación bacteriana sin matar directamente a los patógenos. Estos compuestos pueden mostrar efectos sinérgicos cuando se combinan con antibióticos, lo que mejora la susceptibilidad bacteriana y permite reducir las dosis de antibióticos, lo cual es una estrategia clave para retrasar el desarrollo de resistencia. Por ejemplo, el resveratrol y la kanamicina juntos retrasan el crecimiento de Aeromonas hydrophila 8, mientras que la N-acetilcisteína se sinergiza con la tobramicina para interrumpir las biopelículas de Pseudomonas aeruginosa 5.
Con el uso excesivo de antibióticos y el estancamiento del desarrollo de fármacos, los enfoques antivirulenciales como la inhibición de QS ofrecen un cambio de paradigma9. En lugar de apuntar a la viabilidad, se dirigen a los factores de virulencia, lo que hace que las bacterias sean menos dañinas y más vulnerables a la inmunidad del huésped o a los antibióticos5. Esta estrategia impone una presión selectiva más débil en comparación con los antibióticos tradicionales, minimizando la resistencia y preservando la microbiota beneficiosa10,11. A pesar de los prometedores resultados de laboratorio, la validación en el mundo real a través de ensayos clínicos sigue siendo poco explorada12. La inhibición de QS representa un complemento prometedor para los antibióticos, pero su traducción a la práctica requiere más evidencia de eficacia y seguridad en entornos biológicos complejos.
C. violaceum es una proteobacteria beta que forma colonias violetas con una superficie lisa y brillante. Son bacilos anaerobios facultativos y no forman esporas13. El mecanismo de QS en C. violaceum implica un bucle de retroalimentación positiva basado en el sistema génico análogo al modelo lux de Aliivibrio fisheri, que contiene proteínas CviI (homólogas a LuxI) y CviR (homólogas a LuxR; Figura 1). La violaceína exhibe actividad biocida contra varios organismos, incluidos hongos, bacterias, nematodos y virus, particularmente durante la fase de crecimiento estacionario microbiano, cuando la densidad de población es extremadamente alta y los nutrientes están casi agotados. En consecuencia, la producción de violaceína puede considerarse como una estrategia competitiva para prolongar la supervivencia de la colonia microbiana14.
Las plantas producen compuestos que se originan en el metabolismo secundario, que juegan un papel crucial en el aumento de su capacidad de adaptación a entornos desfavorables. Estos metabolitos, como alcaloides, fenoles, flavonoides, quinonas, taninos, terpenos y lectinas, son ampliamente reconocidos como mecanismos de defensa contra herbívoros y microorganismos15. El potencial de los compuestos derivados de plantas como QSI ha atraído especial atención debido a las interacciones dinámicas entre plantas y microorganismos. Los estudios sobre las interacciones planta-patógeno en la rizosfera han demostrado que las plantas pueden responder a los autoinductores bacterianos secretando compuestos bioactivos capaces de actuar como inhibidores contra los patógenos16.
En este estudio, describimos un método práctico dirigido a cuantificar la producción de violaceína por C. violaceum, centrándonos en su inhibición por compuestos bioactivos. Este método sirve como una herramienta de detección inicial para seleccionar compuestos con posibles actividades de QSI. Proporciona un enfoque rápido y práctico para el desarrollo terapéutico futuro contra bacterias patógenas gramnegativas. Este protocolo estandarizado será útil porque proporciona una descripción detallada que no se ha hecho en estudios anteriores y facilitará la comparación entre diferentes estudios en el futuro 17,18,19.
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1. Preparación del cultivo (Figura 2)
2. Preparación del compuesto
3. Dilución en serie20 y preparación de la placa (Figura 3)
NOTA: La dilución en serie se utiliza para evaluar rápidamente un rango de concentraciones de un compuesto probado. En este proceso, el compuesto se diluye sucesivamente en una proporción constante, en este caso 1:2. Cada dilución reduce la concentración del compuesto a la mitad en comparación con la concentración anterior, lo que da lugar a un rango de concentraciones decrecientes20.
4. Incubación y extracción de violaceína
5. Cuantificación de la producción de violaceína
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Para los resultados que aquí se muestran, se utilizaron tres compuestos bioactivos previamente estudiados por nuestro grupode investigación 8, resveratrol, farnesol y linalool. Cada compuesto fue probado por su capacidad para inhibir la producción de violaceína en C. violaceum ATCC 12472, un fenotipo regulado por el sistema QS sobre el operón vioABCDE 23.
Los resultados validan la eficacia de nuestro protocolo para cuantificar l...
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El primer método para extraer y caracterizar la violaceína de C. violaceum surgió en la década de 1990, centrándose en la identificación de fuentes de carbono adecuadas para la síntesis de pigmentos. En este proceso, la violaceína, junto con las células y el medio de cultivo, se secó, se resuspendió en etanol y luego se separó mediante extracción de sobrenadante. La violaceína, ahora disuelta en etanol, se secó posteriormente de nuevo, produciendo una forma pura y seca del pigme...
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Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos.
Queremos agradecer al Consejo Nacional de Desarrollo Científico (CNPQ) a través de las becas #403661/2023-4 y #444794/2024-7 y la beca #306685/2022-1, y a la Fundación de Apoyo a la Investigación de São Paulo (FAPESP) por las becas #2024/05158-6 y 2023/17090-4 y el apoyo financiero al Centro de Investigación Alimentaria (FoRC) #2013/07914-8.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| DMSO | Sintetizador | ||
| Farnesol | Sigma-Aldrich | F203 | 95% |
| Linalool | Sigma-Aldrich | L2602 | 97% |
| Luria-Bertani Medio | Difco | 244620 | |
| Película adhesiva óptica | Termo Fisher | 4311971 | Microamplificador |
| Resveratrol | Sigma-Aldrich | Referencia R5010 | ≥ 99% (HPLC) |
| Lector multimodo Synergy HTX | Biotek | ||
| Placas de cultivo de tejidos de 96 pocillos | Kasvi | K12-096 |
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