Sinalização por Bactérias

Visão Geral

Às vezes, um grupo de bactérias comporta-se como uma comunidade. Para isso, elas envolvem-se em comunicação por quórum, a percepção de maior densidade celular que resulta em uma mudança na expressão genética. A comunicação por quórum envolve sinalização extracelular e intracelular. A cascata de sinalização começa com uma molécula chamada autoindutor (AI). Bactérias individuais produzem AIs que saem da membrana celular bacteriana para o espaço extracelular. Os AIs podem mover-se passivamente ao longo de um gradiente de concentração para fora da célula, ou ser ativamente transportados através da membrana bacteriana.

A Concentração Extracelular de AIs dá Sinais às Bactérias

Quando a densidade celular nas populações bacterianas é baixa, os AIs difundem-se para longe das bactérias, mantendo a concentração ambiental de AIs baixa. À medida que as bactérias se reproduzem e continuam a excrear AIs, a concentração de AIs aumenta, chegando eventualmente a uma concentração limite. Esse limite permite que os AIs se liguem a receptores membranares nas bactérias, desencadeando mudanças na expressão genética em toda a comunidade bacteriana.

Marcação Gram

Muitas bactérias são amplamente classificadas como gram positivas ou gram negativas. Estes termos referem-se à cor que as bactérias assumem quando tratadas com uma série de soluções de coloração que foram desenvolvidas por Hans Christian Joachim Gram há mais de um século. Se as bactérias apresentarem uma cor roxa, elas são gram positivas; se parecerem vermelhas, elas são gram negativas. Essas cores de marcação são apresentadas pelas bactérias por causa das diferentes químicas das suas paredes celulares. A diferente composição das paredes celulares bacterianas determina a maneira como as bactérias interagem entre si e o seu ambiente e muitas vezes estão diretamente envolvidas na causa de doenças. Por exemplo, as paredes celulares de bactérias gram negativas são feitas principalmente de um lipopolissacarídeo, também conhecido como endotoxina, que causa choque séptico no sangue de pacientes.

Comunicação por Quórum em Bactérias Gram Positivas e Gram Negativas

Em bactérias gram positivas, a comunicação por quórum ocorre mais frequentemente em duas etapas. Primeiro, o AI, um peptídeo autoindutor (AIP), liga-se a um receptor membranar quando a concentração no exterior é suficientemente alta. A ligação ativa enzimas internas, as chamadas quinases segundos mensageiros que fosforilam fatores de transcrição. Os fatores de transcrição regulam então a expressão de diferentes genes.

No caso de muitas bactérias gram negativas, no entanto, a comunicação por quórum ocorre em um processo de uma só etapa. Quando a concentração externa de AI atinge o limiar, o AI atravessa a membrana (através de um transportador) e volta a entrar na célula. Uma vez no interior, pode interagir diretamente com fatores de transcrição para regular a expressão genética. Este tipo de sinalização não requer um intermediário ou segundo mensageiro. O AI em si é o mensageiro. No entanto, mesmo sem um segundo mensageiro, a sinalização intracelular pode ser complicada.

Sinalização em uma Bactéria que Produz Luz

Um exemplo disso é a bactéria Photorhabdus luminescens, que é gram negativa. Ela produz o autoindutor 2 (AI-2) como sinal de comunicação por quórum e como sinal intracelular. As bactérias libertam AI-2 para o ambiente. Quando o AI-2 atinge níveis limite fora das células bacterianas, o AI-2 liga-se a uma cassete de ligação de ATP (ABC) na membrana bacteriana, e é re-internalizado pelo transportador ABC. De seguida, uma quinase intracelular, LsrK, fosforila o próprio AI-2. Uma vez ativado dessa forma, o próprio AI-2 pode funcionar como um fator de transcrição, ativando genes que codificam a enzima luciferase. A luciferase produz luz ao catalisar reações específicas. Assim, apenas quando a população de Photorhabdus luminescens atinge uma densidade crítica é possível ver a sua bioluminescência. Foi sugerido que esta bactéria foi responsável pelo brilho verde-azulado visto nas feridas de alguns soldados da Guerra Civil dos EUA após a batalha de Shiloh.

Comunicação por Quórum e Infecções Bacterianas de Dispositivos Médicos Implantados

A disseminação de bactérias pela superfície dos implantes médicos ocorre através da sinalização por quórum e pode causar infecções fatais. Uma grande quantidade de investigações está em curso, para encontrar maneiras de impedir que biofilmes bacterianos se formem em ambientes médicos. Grande parte desta investigação concentra-se no desenvolvimento de novos materiais que não sejam favoráveis ao crescimento bacteriano. No entanto, compostos biológicos, incluindo substâncias produzidas por alguns tipos de bactérias, também estão a ser investigados pelas suas propriedades de inibição bacteriana.