Seediscussions,stats,andauthorprofilesforthispublicationat:http://www.researchgate.net/publication/259178389

Quorumsensing:“Ellenguajebacteriano”

DATASET·DECEMBER2013

DOWNLOADS

778

VIEWS

1,358

3AUTHORS,INCLUDING:

RomanYesidRamírez

UniversidadPedagógicayTecnológicadeCo…

25PUBLICATIONS4CITATIONS

SEEPROFILE

Availablefrom:RomanYesidRamírez

Retrievedon:13September2015

QUORUM SENSING: “EL LENGUAJE BACTERIANO”

Sandra Galeano Ariza1 Sandra González Buitrago1

Román Yesid Ramírez R2

1Universidad de Boyacá 2Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Resumen

El Quórum Sensing es un mecanismos de comunicación bacteriano que depende de la densidad celular, donde se utiliza la emisión de diversas

moléculas químicas como la acil homoceril lactona (AHL) y la presencia de uno o más autoinductores (dependiendo del sistema), logrando así

la expresión coordinada de genes de respuesta. Los fenómenos fisiológicos regulados por el quórum sensing son diversos, entre ellos

tenemos la formación de biopelículas, el movimiento colectivo

denominado swarming y la expresión de factores de virulencia, este último muy importante en la generación de la patología infecciosa. La

importancia de conocer las vías de comunicación implicadas en la detección de quórum, radica en la implementación de nuevas

estrategias para reprimir la interacción célula-célula, impidiendo la expresión de factores de virulencia y por consiguiente el desarrollo de la

infección.

Palabras clave: Quorum sensing, bacteria, comunicación celular, patogenicidad, virulencia.

Abstract

Quorum sensing is a bacterial communication mechanism depending on

the cell density, which uses the emission of various chemical molecules such as homoceril acyl lactone (AHL) and the presence of one or more

autoinducers (depending on the system), thus achieving coordinated

expression of responsive genes. Physiological phenomena regulated by quorum sensing are diverse, among them are biofilm formation, a

collective motility called swarming and expression of virulence factors, this latter very important in the generation of infectious disease. The

importance of knowing communication routes involved in quorum sensing, lies in the implementation of new strategies to suppress the cell

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

to cell interaction, preventing the expression of virulence factors and therefore the development of infection.

Key words: Quorum sensing, bacteria, cell comunication, patogenicity,

virulence.

Introducción

Hasta hace poco tiempo las bacterias habían sido consideradas como microorganismos no diferenciados y no cooperativos, sin posibilidad de

que existiesen mecanismos de comunicación intercelular. Sin embargo,

recientemente se supo que dichos microorganismos han desarrollado sofisticados mecanismos de comunicación denominados en conjunto

“Quorum Sensing” (QS), lo que les permiten detectar y responder a las condiciones ambientales, incluyendo estímulos como los cambios de

temperatura, la disponibilidad de nutrientes, presión, Oxígeno y pH.[1]

El QS es considerado un mecanismo de comunicación entre bacterias que permite regular procesos importantes como la formación de

biopelículas, la producción de metabolitos secundarios, la expresión de mecanismos de resistencia al estrés y la expresión de factores de

virulencia. [2] Tales fenómenos se llevan a cabo a través de mecanismos de autoinducción de señales químicas presentes tanto en

bacterias grampositivas como en gramnegativas [3].

En 1970 Nealson y Hastings en la universidad de Harvard,

(Massachusetts) aislaron la enzima luciferasa (productora de luz) en la bacteria marina bioluminiscente Vibrio fischeri, descubriendo que dichos

cultivos producían luz sólo cuando había una alta densidad de bacterias, hecho por el cual se supuso que estaba controlado por algún mecanismo

molecular cuya señal era producida por las mismas bacterias [4]. El QS o percepción de quórum (en español) fue descrito por primera vez 1994

Fuqua y colaboradores, su etimología corresponde al término en inglés “quórum” que significa consenso y “sensing” que significa percepción lo

que refiere al fenómeno mediante el cual las bacterias pueden comunicarse entre sí, excretando al medio moléculas señalizadoras qu

son reconocidas por otros microorganismos homólogos [5]. Años más tarde se descubrió que un mecanismo similar al de V. fischeri, mediado

por distintas moléculas de señalización de la misma familia, estaba implicado en la regulación genética de diversos procesos como la

producción de bacteriocinas la liberación de factores de virulencia y la

transferencia conjugacional de plásmidos en Pseudomonas aeruginosa,

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

lo que inició una serie innumerable de descubrimientos que han brindado una nueva visión del mundo microbiano [1,6].

El objetivo de esta revisión es describir de forma general los sistemas de

QS que utilizan las bacterias de manera colectiva.

QUORUM SENSING

Las bacterias tienen la capacidad de comunicarse usando su propio

lenguaje, el cual se basa en la interacción de un conjunto de moléculas químicas, donde los microorganismos tienen la facultad de percibir y

emitir señales al medio que las rodea; siendo esto suficiente para la iniciación de la expresión coordinada de genes, logrando establecer su

propio sistema de comunicación. Es necesario resaltar que para que haya la detección de las señales debe existir una alta densidad

bacteriana, puesto que de lo contario es imposible lograr la trasmisión de la información [7].

Diversidad estructural de las moléculas de señal

La molécula más utilizada en la señalización es la AHL compuesta por

una cadena acil-grasa ligada a una homoserina lactonizada a través de una unión amida. La dimensión de la cadena acílica puede variar de 4-

16 átomos de carbono en números pares, aunque han identificado una

acil homoserín lactona con 7 átomos de carbono en la cadena acílica [8]. El tercer carbono en la cadena acílica puede ser un carbonil totalmente

oxidado, llevar un grupo carboxilo o estar totalmente reducido, variedad que se debe a la derivación de la cadena acílica en la biosíntesis del

ácido graso. Dos de las acil homoseríl lactonas más largas descritas tienen una simple unión insaturada en el medio de la cadena acílica.

(Fig. 1) [7].

Figura1. Diversidad estructural de AHL

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

Fuente: Quorum sensing en la asociación beneficiosa de las bacterias con las plantas.

Existe una diversidad estructural de AHLs que cambia dependiendo de la bacteria o incluso pueden variar en la misma especie, siendo

clasificadas de acuerdo a su origen y composición química. Se considera

que el transporte de las AHLs de cadena corta se da por difusión simple, mientras que para las AHLs de cadena larga (más de 12 átomos de

carbono) ocurre un transporte activo a través de un sistema de eflujo o influjo [9].

Otras moléculas de señalización importantes son los péptidos

autoinductores (AIP), que se utilizan como señales de un sistema de dos componentes, tipo sensor unido a membrana como el receptor

histidín quinasa. En otros sistemas el receptor es una fosfatasa citoplasmática que desfosforila un regulador. Un tercer tipo de receptor

del péptido, que se encuentra en Enterococcus faecalis, es un represor transcripcional. Sin embargo, el uso común de señales peptídicas es

propia de las bacterias grampositivas [10].

SISTEMAS DE QUORUM SENSING

Para poder comprender los sistemas de QS es fundamental establecer

una clasificación teniendo en cuenta la composición química, el número y las posibles interacciones que se establezcan entre las distintas

moléculas autoinductoras [11]. Existe una amplia diversidad de moléculas involucradas en la señalización célula-célula, las cuales de

acuerdo con su estructura química poseen diferentes mecanismos, por ello se ha creado una jerarquización de las diferentes cascadas de

comunicación para diferenciar cada proceso [7].

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

Sistemas de quorum sensing con un autoinductor

Mecanismo en bacterias gramnegativas

En las bacterias gramnegativas el proceso de la señalización ocurre a nivel intracelular y es regulado por proteínas receptoras en el citoplasma

y en general de moléculas de AHL que al interactuar con dichas proteínas inducen su unión al ADN lo que modula la expresión de genes

de respuesta [3]. El ejemplo más conocido de QS con un autoinductor

es el de Vibrio fischeri, que fue la primera bacteria aislada con el fin de estudiar tal fenómeno. Tras los estudios se demostró que V. fisheri

produce un compuesto difusible (AHL) que se acumula en el medio ambiente circundante solo durante la fase de crecimiento exponencial de

la bacteria, lo que hace que se genere la expresión del gen de la luciferasa que (con ayuda del Oxígeno) oxida la luciferina produciendo

oxiluciferina que al volver de su estado excitado a su estado basal emite luz en el medio cultivo (bioluminiscencia) [5].

El sistema desarrollado por esta bacteria es el más conocido y sencillo,

porque tiene un único autoinductor, que corresponde a una molécula de AHL. El sistema está regulado por el operón luxI/luxR, que de forma

constitutiva expresa niveles basales de la proteína LuxI y la proteína receptora del Lux R [12].

Cuando la concentración de la bacteria es muy baja la molécula autoinductora (LuxI) se produce en muy baja concentración y es

secretada por difusión simple al medio extracelular donde se acumula pero no llega a concentraciones significativas. En estas condiciones, la

bacteria no produce luz. Cuando los microorganismos se reproducen y alcanzan una alta densidad microbiana, la concentración del

autoinductor es directamente proporcional a la cantidad de bacterias acumuladas, es estas circunstancias LuxI entra al interior de la bacteria,

también por difusión y se une a su proteína receptora LuxR, momento en el que se induce la expresión del operón luxI/luxR sintetizándose la

proteína receptora LuxR y la sintetasa del autoinductor LuxI, produciéndose una autoinducción del sistema. La unión del autoinductor

a su proteína receptora LuxR induce también la expresión del operón luciferasa (luxCDABE) con la correspondiente producción de

bioluminiscencia (Fig. 2) [11]. Figura2. Sistema de QS con un autoinductor en Vibrio fischeri

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

Fuente: Marquina, D., Santos, A. Sistemas de quorum sensing en bacterias.

Mecanismo en bacterias grampositivas

La señalización en las bacterias grampositivas ocurre de manera externa, es decir que las moléculas de señalización se caracterizan por

no atravesar la membrana plasmática y por ello necesitan de

receptores que se localizan en la pared celular. Teniendo en cuenta lo anterior, el primer evento de señalización ocurre afuera de la bacteria

para luego interiorizarse por medio de un sistema de transducción, (el cual está conformado por dos moléculas: la histidín cinasa y la fosfatasa

citoplasmática) encargadas de mediar la respuesta [13]. Los sistemas de QS de bacterias grampositivas se describieron con posterioridad a los

presentes en bacterias gramnegativas, esto es debido en parte a que no utilizan autoinductores de tipo AHL.

Las moléculas autoinductoras en bacterias grampositivas son pequeñas

fracciones de oligopéptidos modificados, que al igual que las AHLs son muy específicos y confieren a la cepa bacteriana que las posee

capacidad de comunicarse de forma intraespecífica. Estos oligopeptidos no se difunden a través de la membrana plasmática, y necesitan un

transportador específico, que generalmente modifica la estructura del

autoinductor. También necesita dos receptores; una histidín-quinasa de membrana y una proteína (regulador) que interacciona con el DNA y

activa la transcripción [14].

El ejemplo más sencillo de estos sistemas de QS es el descrito en Staphylococcus aureus. Se trata de una bacteria que generalmente se

encuentra haciendo parte de la microbiota normal del ser humano, y

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

que en determinadas circunstancias se convierte en patógena e invade los tejidos. Cuando se encuentra en bajas concentraciones, S. aureus

expresa factores proteicos que le permiten adherirse y colonizar superficies, sin embargo, a elevadas concentraciones celulares la

síntesis de estos factores se reprime y la bacteria comienza a secretar factores de virulencia que afectan la integridad del tejido, siendo

relevante mencionar que todos estos procesos están regulados por el sistema de QS denominado Agr [13].

El sistema Agr de S. aureus, está constituido por cuatro genes agr que codifican la expresión de cuatro proteínas: AgrD que sintetiza el

autoinductor peptídico, AgrC el cual sintetiza la histidín-quinasa encargada de transmitir la señal desde la membrana plasmática hasta la

molécula reguladora de la respuesta transcripcional, AgrA que está encargada de sintetizar la molécula reguladora de la respuesta

transcripcional y finalmente AgrB proteína excretora que modifica el anillo de tiolactona del autoinductor peptídico (Fig. 3) [15].

Cuando la concentración de S. aureus es muy baja, el sistema Agr está

funcionando de forma constitutiva, produciendo niveles basales de las proteínas mencionadas anteriormente. De esta forma el autoinductor

sale al medio extracelular, y se producen los factores de adhesión y colonización a superficies. Cuando los niveles de S. aureus aumentan, el

autoinductor peptídico se une a la histidín-quinasa de membrana lo

produce una señal de fosforilación del regulador transcripcional que se une al DNA con dos efectos: uno es inducir la transcripción de un ARN

de regulación, el ARN III que permite la expresión de los factores de virulencia y reprime la expresión de los factores de colonización y

adhesión a superficies. El otro induce la expresión del operón Agr (D,C,A,B) con lo que se produce la reactivación del sistema [14,16].

Figura 3. Mecanismo de QS en Staphylococcus aureus.

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

Fuente: Listening in on bacteria: acyl-hoserine Lactona signalling

SISTEMAS DE QUORUM SENSING CON DOS O MAS INDUCTORES

Existen sistemas bacterianos de regulación por QS considerados más complejos que los anteriormente descritos; dentro de estos sistemas

podemos encontrar dos tipos en función de la forma en que actúan los autoinductores, siendo denominados sistemas cooperativos y sistemas

competitivos [17].

Sistemas cooperativos: Dentro de estos encontramos, los circuitos en paralelo donde se desarrolla un proceso químico de comunicación,

que utiliza dos genes de transcripción homólogos denominados AphA y LuxR, propios de Vibrio harveyi, encargados de activar y reprimir la

expresión génica [18]. Esta bacteria en condiciones de alta densidad

celular usa tres autoinductores, los cuales se unen a receptores afines. La interacción se inicia con una primera señal donde se encuentra la

AHL llamada HAI-1 (3OHC4-homoserinalactona), que utiliza la proteína LuxM (que aunque no es homóloga con LuxI, está encargada de

catalizar la misma reacción bioquímica) y la LuxN que actúa como receptor de membrana para HAI. La segunda señal es la AI-2, que

requiere la producción de la enzima LuxS/AI-2, ligada al periplasma para LuxP. La tercera señal es una molécula denominada 3-

hydroxytridecan-4-ona (CAI-1), que se produce por la enzima CqsA, y de nuevo, esta señal interactúa con un sensor histidina quinasa unida a

la membrana. Esta unión provoca la defosforilación de LuxU, que a su vez transmite la señal al LuxO. La cascada de señalización celular

regulada por esta molécula induce la expresión del sistema luxI/luxR, induciendo la expresión del operon luxCDABE lo que genera la emisión

de luz en el sistema [14].

Otro sistema cooperativo son los circuitos en serie, propios de

Pseudomonas aeruginosa, microorganismo de gran importancia clínica debido a que se adhiere con facilidad a materiales que se usan en

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

procesos invasivos actuando como patógeno oportunista, capaz de formar biopelículas resistentes a los antibióticos. [19]

P. aeruginosa es el modelo más estudiado para la detección de quórum en la regulación de procesos patológicos, utilizando al menos tres vías

de señalización diferentes. Dos de estos sistemas emplean AHLs como molécula de marcaje; siendo específicamente, N-(3-oxododecanoil)-L-

homoserina lactona (OdDHL) que se une al receptor LasR lactona y N-butanoil-L-homoserina (BHL) con el RHLR que es el receptor afín. El

segundo en actuar es el circuito rhli/rhlR, que también posee dos genes,

el gen rhli y el gen rhlR; El gen rhli: produce la proteína Rhli que sintetiza el segundo autoinductor (C4 homoserin lactona); rhlR: codifica

para la proteína RhlR que es el receptor de la C4 homoserin lactona (Fig. 4). El total entendimiento de este mecanismo podría generar una

alternativa para el tratamiento de infecciones por P. aeruginosa tras el bloqueo del mismo. La activación de los factores de virulencia depende

de la expresión del QS en el organismo huésped, es decir que cuando la bacteria expresa sus factores de patogenicidad es porque hay una alta

cantidad de autoinductores. [8,20]

Figura 4. Circuito en serie de QS en Pseudomonas aeruginosa

Fuente: Gobbetti, M. y cols. Cell–cell communication in food related bacteria.

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

Sistemas competitivos: Estos mecanismos de comunicación se identifican por poseer reguladores pépticos que se encuentran en las

complejas vías de señalización, incluida la vía de desarrollo para la esporulación bacteriana y la competencia por señales, así que algunas

bacterias liberan sustancias como las proteasas que destruyen los receptores específicos para dichas moléculas. Dentro de las bacterias

que utilizan dicha señalización alternativa se encuentra Bacillus subtilis, el cual posee vías de señalización reguladas por las proteínas Rap-PHR.

Los genes rapA y rapB se encuentran involucrados en la transcripción y

controlan las condiciones de crecimiento y la esporulación. rap y phr son genes homólogos que codifican para la familia de las proteínas Rab,

usando pequeños péptidos derivados del gen phr, siendo secretados por la célula al medio externo y posteriormente captados por un

oligopeptido (Opp) encontrado en la membrana celular, donde son transportados por permeasas hasta el citoplasma y luego de ser

interiorizado, cada péptido phr interactúa con proteínas que inhiben o activan la esporulación dependiendo de los requerimientos de la bacteria

[14,20].

PAPEL DEL QUORUM SENSING EN LOS FENOMENOS COLECTIVOS BACTERIANOS

Las bacterias mantienen una comunicación permanente entre ellas,

dentro de los diferentes ambientes o microambientes donde permanecen y conviven. Esta compleja interacción de microorganismos

se lleva cabo gracias a la señalización bioquímica que les permite reconocer cuando se alcanza el umbral poblacional para desarrollar

funciones inherentes al comportamiento social como la formación de biopelículas o movimientos colectivos como el swarming. [21]

La participación colectiva ayuda a las bacterias como P. aeruginosa a

sobrevivir en una amplia gama de ambientes. Las infecciones por este microganismo son difíciles de erradicar, debido a la gran resistencia que

poseen a los antibióticos y desinfectantes, y al crecimiento de biopelículas, tanto estos fenómenos como la síntesis de productos

tóxicos y degradativos son posibles debido a los sistemas de

autoinducción [22].

Se cree que S. aureus posee dos mecanismos independientes en la formación de biopeliculas, la primera consiste en un polisacárido

extracelular, llamado PAI (polisacárido adhesina intercelular) y el

segundo es independiente a polisacáridos, posiblemente con la

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

participación de proteínas de adhesión y regulado por genes agr, que le confiere a la bacteria la capacidad de formar de biopeliculas [23].

La bacteria Vibrio cholerae por lo general habita en ambientes acuáticos

naturales, pero es mejor conocida como el agente causante del cólera, una enfermedad diarreica grave. Dos factores de virulencia son la

toxina colérica (TC) y toxina reguladora de pilis (TCP), las cuales juegan un papel importante en la producción de la enfermedad, Tales

toxinas son producidas solo de manera colectiva y su regulación se da por dos proteínas (autoinductores) ToxR y TCPP [24].

Biopelículas: Se definen como una comunidad de microorganismos que

crecen en una matriz de exopolímeros adheridos a una superficie inerte o a un tejido vivo. Los procesos relacionados con la formación de

biopelículas están regulados por sistemas de QS, y el tipo de señales

químicas que usan para su formación puede variar dependiendo del microorganismo [11]. Un gran número de infecciones en el humano son

causadas por estas asociaciones bacterianas incluyendo la caries dental, la enfermedad periodontal, otitis media, infecciones músculo-

esqueléticas, infección del tracto biliar, endocarditis bacteriana y neumonía en pacientes con fibrosis quística [25].

En la formación de las biopelículas ocurren diferentes fases de desarrollo

que son: acondicionamiento, adhesión, síntesis de matriz extracelular, maduración y dispersión, lo que lleva a la formación de una estructura

en forma de depósitos homogéneos y acumulaciones viscosas celulares rodeadas de una matriz de polímeros con canales abiertos para el

movimiento de agua. En la primera fase de formación las bacterias deben vencer las fuerzas de repulsión hasta lograr la adsorción

irreversible al material al cual se van a adherir, seguida de la formación

de una microcolonia [26]. Cabe mencionar que al alcanzar una densidad de población determinada, se induce la síntesis de metabolitos

secundarios que produce la formación del exopolisacárido que se extiende hasta lograr la maduración de la biopelícula. La disgregación

permite la formación de una nueva colonia o su eliminación [27].

Con el desarrollo de la tecnología médica, aparecieron materiales que permiten ser implantados en el organismo sin causar reacciones

adversas, pero estos no están exentos de contaminación bacteriana y la formación de biopelículas en ellos [23].

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

Swarming: Es uno de los fenómenos de movimiento colectivo bacteriano muy característico de algunas especies, el cual se desarrolla

en un medio de cultivo sólido. Dicho fenómeno puede evidenciarse macroscópicamente por formación de una película sobre la superficie del

medio que se extiende hasta cubrir toda la placa. Para que las bacterias puedan formar colonias con movimiento de tipo swarming en medios

sólidos, se tienen que producir tres procesos secuenciales: a. La formación de una colonia regular en el punto de inoculación del medio

de cultivo. b. La diferenciación de las células del borde de la colonia, de

forma que se vuelven más largas (hasta 50 μm) y desarrollan flagelos varias veces más largos que las de las células basales. c. Lo anterior

origina un movimiento direccional hacia delante sobre la superficie del medio de cultivo.

En el género en que mejor se ha estudiado este desplazamiento es en el Proteus, cuyo movimiento de swarming se desarrolla por la formación

de círculos a partir del punto de inoculación, que le brindan un aspecto notorio a la colonia, este fenómeno solo se da cuando hay alta densidad

de bacterias. Proteus induce una respuesta con la molécula de AHL para el reconocimiento de superficies, así pueden moverse rápida y

coordinadamente sobre la superficie en la cual se establecen [28,29].

APLICACIONES DEL ESTUDIO DE QUORUM SENSING

Inhibición del quorum sensing

Al conocer los mecanismos moleculares de interacción que desarrollan

las bacterias se abren nuevas puertas terapéuticas para el tratamiento

de las infecciones bacterianas, que quizás puedan resolverse algún día sin acudir a los antibióticos; los cuales no siempre son eficaces por la

resistencia que hacen algunos patógenos y por el uso excesivo e indiscriminado de los mismos [16]. El conocimiento acumulado de los

sistemas de comunicación bacteriana y su dinámica de coordinación para formar biopelículas, expresar factores de virulencia, moverse

colectivamente, etc, hace posible pensar en la implementación de inhibidores naturales o sintéticos del QS para el tratamiento de las

infecciones bacterianas causadas por Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae y Escherichia coli

entre bacterias en las cuales ya se conocen los sistemas de QS [28].

El proceso de QS puede ser interrumpido por diferentes mecanismos como reducir la actividad de la AHL utilizando una enzima del grupo de

las lactonasas cuya función es hidrolizar el anillo de lactona de las

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

AHLs, este mecanismo interfiere en los sistemas de QS de bacterias gramnegativas, pero no afecta a las grampositivas que tienen

oligopéptidos ciclicos como moléculas autoinductoras. Otro mecanismo de bloqueo es la disminución de la concentración de AHL activa en el

medio. Así, las AHLs se degradan de modo espontáneo por hidrólisis alcalina a pHs elevados aunque esta disminución de la concentración de

AHL puede también deberse a mecanismos enzimáticos. Se han descrito algunas bacterias con capacidad de degradar señales AHL, por lo que las

bacterias responsables podrían ser utilizadas en el bloqueo de

comunicación bacteriana y sus enzimas tienen gran interés para su uso en aplicaciones biotecnológicas. Existen otros compuestos químicos que

actúan como inhibidores enzimáticos, uno de estos es el Triclosan que es capaz de inhibir la enoil-ACPO reductasa, cuyo producto es

fundamental en la biosíntesis de las AHLs (Fig. 5) [1].

Otro mecanismo que se puede usar es el bloqueo de la transducción de la señal de QS que se puede lograr por la presencia de un antagonista

de la AHL capaz de competir o interferir con la unión de la señal a su receptor LuxR. Los antagonistas competitivos serían lo suficientemente

similares, estructuralmente, a las AHLs para permitir su unión al receptor pero no activarían la transducción de señal posterior, mientras

que los antagonistas no competitivos mostrarían baja o ninguna similitud estructural con las AHLs, ya que se unirían a sitios distintos del

receptor LuxR. Se ha observado que los antagonistas pueden acelerar la

degradación de LuxR por la célula cuando se unen a esta [30,31,32].

Figura 5: A) Cuatro posibles modos de degradación enzimática de AHLs. Los números indican la posición de corte de las enzimas: 1)

Lactonasa; 2) Descarboxilasa; 3) Deaminasa y 4) Acilasa. B) Modo de

acción de los dos tipos principales de enzimas de QQ conocidos. Las lactonasas hidrolizan el anillo HSL de la AHL mientras que las acilasas

rompen el enlace amida entre el anillo HSL y el ácido graso.

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

Fuente: Dong, Y. et al. (2005). Quorum Sensing and Quorum-Quenching Enzymes

AUTOINDCUTORES EN CELULAS EUCARIOTAS

Según investigaciones realizadas en los últimos años, se ha

comprobado, que los autoinductores pueden influir en diversos procesos

realizados en las células eucariotas; fenómeno denominado señalización

inter-reino, siendo uno de los casos más mencionados el de la N-3-oxo-

decanoil-HSL producida por P.aeruginosa, que actúa en células de

mamíferos, promoviendo actividad inmunorreguladora, ya que inhibe la

interleuquina 12 (IL12) y a su vez activando el factor de necrosis

tumoral alfa (FNT ). En otros estudios in vitro se ha podido indagar que

la N-3-oxo-decanoil-HSL, favorece la actividad pro-inflamatoria y acelera

la apoptosis en varios tipos celulares, incluyendo macrófagos,

neutrófilos y células de carcinoma de seno; indicando así la importancia

de plantear una posible alternativa terapéutica contra el cáncer,

utilizando N-3-oxo-decanoil-HSL con el fin de inducir apoptosis en

aquellas células que han sido alteradas en su ciclo celular. Por otro lado,

es interesante resaltar, que se ha descrito el efecto farmacológico de

dicho componente molecular (N-3-oxo-decanoil-HSL), en la inhibición de

la vasoconstricción de arterias coronarias de cerdo y la producción de

bradicardia [3,33,34].

CONCLUSIONES

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

El QS es un mecanismo de comunicación celular desarrollado a través

de señales químicas, que permite a las bacterias desempeñar diversos

mecanismos de interacción en presencia de una alta biomasa

poblacional para realizar actividades colectivas.

El conocer la capacidad de comunicación entre microorganismos permite

desarrollar alternativas de solución encaminadas a aplicar métodos de

control que impidan el desarrollo de factores de virulencia facilitando el

trabajo del sistema inmunológico.

Los diferentes mecanismos de señalización bioquímica utilizados por las bacterias son específicos dependiendo del microorganismo que lo utilice,

permitiendo así establecer vías de comunicación para el desarrollo de sus actividades fisiológicas y metabólicas. Esta característica permitiría

crear monoterapias o adyuvantes específicos para diferentes infecciones producidas por diferentes bacterias.

Con el conocimiento del “lenguaje bacteriano” el hombre podrá crear

herramientas con las que podrá interferir dicha comunicación, haciendo imposible la acción comunitaria de las bacterias que es la clave de su

éxito sobre organismos superiores.

REFERENCIAS

1. Romero, M.; Otero, A. 2010. Interceptación de señales de

comunicación bacteriana en bacterias aisladas del medio marino. Revista Real Academia Galega de Ciencias, [en línea] [último acceso 24 marzo

2013] Vol.24: 129-206. Disponible en: http://www.ragc.cesga.es/ RRAGC/revista2010/pdf/interceptacion.pdf

2. Barreto, A. Quorum Sensing: Sistemas de comunicación

bacteriana. 2011. Ciencia actual [en línea] [último acceso 21 marzo

2013] 1(1)58-69 Disponible en: http://letravirtual.usbctg.edu.co/ index.php/cienciaactual/article/viewFile/159/152

3. Flores, M.; Aguilar, G.; Cabrera, C.; Guzmán. J.; Flores, M. 2011.

El impacto biológico de los autoinductores bacterianos. Revista de la Sociedad Venezolana de Microbiología [en línea] [último acceso 21

Marzo 2013] 31:104-111. Disponible en: http://www.scielo.org. ve/pdf/rsvm/v31n2/art05.pdf

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

4. Nealson, K.; Platt, T.; Hastings, C. 1970.Cellular control of the synthesis and activity of the bacterial luminescent system. J. Bacteriol.

104(1):313-22

5. Fuqua, W.; Winans, S.; Greenberg, P. 1994. Quorum Sensing in Bacteria: the LuxR-LuxI family of cell density-responsive transcriptional

regulators. J. Bacteriol 176(2):269-275

6. Gray, K.; Passador, L.; Iglewski, B.; Greenberg, P. 1994.

Interchangeability and specificity of components from the quorum-sensing regulatory systems of Vibrio fischeri and Pseudomonas

aeruginosa. J. Bacteriol. 176(10):3076–3080.

7. Rojas, M. Quorum sensing en la asociación beneficiosa de las

bacterias con las plantas. 2011. Rev. Colomb. Biotecnol. 13(2):135-143.

8. Fuqua, C. 2006. The QscR Quorum-Sensing Regulon of Pseudomonas aeruginosa: an Orphan Claims Its Identity. J. Bacteriol

188(9):3169.

9. Fuqua, C.; Greenberg, P. 2002. Listening on bacteria: acyl-homoserine lactone signalling. Nat Rev Mol Cell Bio. 3:685-697.

10. Debler, E.; Kaufmann, G.; Kirchdoerfer, R.; Mee, JM.; Janda,

KD. 2007. Crystal Structures of a Quorum-quenching Antibody. J Mol Bio 18:1392–1402.

11. Marquina, D.; Santos, A. 2010. Sistemas de quorum sensing en

bacterias. Reduca 3(5):39-55.

12. Eboigbodin, K.; Robinson, G. 2009. Monitoring bacterial Cell-to-Cell communication “Quorum sensing” using Fluostar Optima.BMG-

Labtech. [en línea] [último acceso 20 Abril 2013]. Disponible en: http://www.bmglabtech.com/db_assets/applications/downloads/

applications/199-quorum sensing.pdf

13. Sprague, G.; Winans, S. 2006. Eukaryotes learn how to count: quorum sensing by yeast. Genes & Dev 20:1045–1049

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

14. Waters, C.; Bassler, B. Quorum sensing: Cell to Cell Communication in Bacteria. Annual Reviews and Cellular Developmental

Biology. 21:319-346.

15. Schertzer, J.; Whitele, M. 2012. Bilayer-Couple Model of Bacterial Outer Membrane Vesicle Biogenesis. [en línea] [fecha de acceso 11

marzo 2013] Disponible en: http://mbio.asm.org/content/3/2/e00297-11.full.pdf+html

16. Cámara, M.; Williams, P.; Hardman, A. 2002. Controlling infection by tuning in and turning down. Lancet Infect Dis. 2(11):667-676.

17. Kessel, J.; Rutherford, S.; Shao, Y.; Utria, A; Bassler, B. 2005

Individual and Combined Roles of the Master Regulators AphA and LuxR in Control of the Vibrio harveyi Quorum-Sensing Regulon. J. Bacterol

195(3):436–443.

18. Gobbetti, M.; Angelis, M.; Cagno, R.; Minervini, F.; Limitone, A.

2007. Cell–cell communication in food related bacteria. International Journal of Food Microbiology. 120:34–45

19. Galloway, W.; Hodgkinson, J.; Bowden, S.; Welch, M.; Spring, D.

2012. Applications of small molecule activators and inhibitors of quorum sensing in Gram-negative bacteria. Trends in Microbiol. [en línea]

[último acceso 14 Abril 2013]. Disponible en: http://www.sinab.unal.edu.co:2053/science/article/pii/S0966842X12001

138

20. Bongiorni, C.; Ishikawa, S.; Stephenson, S. 2005. Synergistic Regulation of Competence Development in Bacillus subtilis by Two Rap-

Phr Systems. J. Bacteriol. 187(13):4353-61

21. Díaz, A.; Vivas, R.; Puerta, LA.; Húmedo, M.; Arévalo, L.;

Cabrales, et al. 2010. Biopelículas como expresión del mecanismo de quorum sensing: Una revisión. Av Periodon Implantol. 23(3):195-201.

22. Arráiz, N. 2001. “Quorum sensing” y virulencia en Pseudomonas

aeruginosa (Revisión). Kasmera. 29(1):97-118.

23. Caetano, M.; Ferreira, R.; Buckner, M.; Finlay, B. 2010. Quorum

sensing in bacterial virulence. Microbiology. 156:2271–2282.

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved

24. Zhu, J.; Miller, M.; Vance, R.; Dziejman M.; Bassler, B. et al. 2002. Quorum-sensing regulators control virulence gene expression in

Vibrio cholerae. PNAS. 99(5):3129–3134.

25. Agustino, A.; Soberon, G. 2002. El complejo lenguaje de las bacterias. Revista de la Academia Mexicana de Ciencias. 53(1):60-67.

26. Betancourth, M.; Botero, J.; Rivera, S. 2004. Biopelículas: una

comunidad microscópica en desarrollo. Colombia Médica. 35(3):312-

315.

27. Castrillón, L.; Palma, A.; Padilla, M. 2010. Importancia de las biopelículas en la práctica médica. Dermatol Rev Mex. 54(1):14-54.

28. Kirov, S. 2003. Bacteria that express lateral flagella enable dissection of the multifunctional roles of flagella in pathogenesis. FEMS

Microbiol Letters. 224:151-159.

29. Díaz, D.; Santos, A. 2010. Procesos biológicos regulados por quorum sensing. Reduca 3(5):56-74.

30. Kalia, V. 2012. Quorum sensing inhibitors: An overview.

Biotechnology Advances 31:224–245.

31. Hmelo, L.; Mooy, V. 2009. Kinetic constraints on acylated

homoserine lactone-based quorum sensing in marine environments, Aquat Microb Ecol 54:127–133.

32. Fozard, J.; Lees, M.; King, J.; Logan, B. 2012. Inhibition of

quorum sensing in a computational biofilm simulation. Science. 109:105–114.

33. Park, JM.; Kim, JH. 2012. Leukotriene B4 Receptor-2 Promotes

Invasiveness and Metastasis of Ovarian Cancer Cells through Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3)-dependent Up-

regulation of Matrix Metalloproteinase. J Biol Chem. [en línea] [último acceso 3 Abril 2013] Disponible en: http://www.jbc.org/

content/287/17/13840.full.pdf+html

34. Wynendaele, E.; Pauwels, E.; Wiele, C.; Burvenich, C.; De

Spiegeleer, B. 2012. The potential role of quorum-sensing peptides in oncology. Medical Hypotheses. 78(6):814–817.

Wor

king

pape

r. All r

ights

rese

rved