¿Qué es el quorum sensing?

La palabra “quórum” proviene del latín “quorum”, que es el número de individuos necesario para tomar una decisión determinada y cuyo uso principal se ha referido a la política; por otro lado “sensing”, proviene del inglés “sense” y significa “detección” o “percepción”, por lo que podemos decir que el “quorum sensing” se interpreta como la detección de un determinado número de individuos. Entonces en términos biológicos el “quorum sensing” es la percepción de cuórum o autoinducción de una población de bacterias que regula su comportamiento dependiente de la densidad poblacional.

Las bacterias y otros microorganismos ¿se pueden comunicar entre sí?

Ahora sabemos que las bacterias forman comunidades llamadas colonias y que algunas presentan un estilo de vida libre, también hay simbióticas porque se asocian a un organismo sin causar daño, y otras son patógenas, porque causan infecciones a diversos organismos como las plantas. Con diversas investigaciones se determinó que las bacterias no actúan de manera independiente, que las asociaciones que ellas hacen no solo dependen de la disponibilidad de nutrientes, sino que su poder de infección se ha relacionado con la densidad de población, es decir, que generan una infección en un organismo o tejido hasta que alcanzan un cierto número de bacterias. Es por ello, que este comportamiento bacteriano generó varias preguntas, ¿cómo saben los individuos de una colonia cuando tienen un número suficiente para realizar una infección? ¿los individuos actúan de manera aislada o actúan de manera coordinada? Estas interrogantes solo se pueden responder si las bacterias cuentan con un mecanismo de comunicación, que les permita percibir la cantidad de los miembros de su población (densidad poblacional) y de esta manera realizar acciones de manera coordinada. Este mecanismo de comunicación fue descubierto hace tres décadas y se denomina “quorum sensing” (ver Saber Más 34:31-32).

 

¿Cómo se lleva a cabo el “quorum sensing”?

La comunicación entre bacterias se produce a través de moléculas químicas que sirven como señal, también llamadas “autoinductores”, que son muy variadas y su estructura depende de la especie bacteriana que los produce. En ciertas condiciones, una célula bacteriana las produce y libera a su entorno, a medida que aumenta la densidad poblacional, también incrementa la cantidad de señales, hasta que éstas sobrepasan un límite, lo que lleva a activar otras vías de señalización que inducen la expresión de genes específicos, que modifican el comportamiento de la población. De esta manera, las bacterias pueden realizar acciones de forma coordinada, por ejemplo, las relacionadas a la invasión de organismos como su movilidad y la producción de toxinas.

 

¿Qué tipos de “quorum sensing” existen?

Los tipos de quorum sensing se pueden separar en dos grades grupos. En el primer grupo está el empleado por bacterias Gram positivas, que utilizan moléculas señal formadas por “oligopéptidos” (pequeñas cadenas formadas por aminoácidos, los bloques con los que se construyen las proteínas), cuya estructura depende de la secuencia de aminoácidos y la longitud de la cadena. Un ejemplo de bacteria que utiliza este sistema es Staphylococcus aureus, que es ampliamente conocida por causar enfermedades como infecciones de piel y huesos, endocarditis (infección cardiaca), intoxicación intestinal, neumonía y síndrome de shock tóxico (infección generalizada grave que puede causar la muerte). El otro grupo, las bacterias Gram negativas, utilizan una gran variedad de moléculas señal, como las acil homoserina lactonas (formadas por un anillo de lactona enlazado por una amida a una cadena acilada de 4 hasta 14 átomos de carbono), que son ampliamente estudiadas. Existen muchas otras señales que se producen, dependiendo las condiciones ambientales de los microorganismos.

 

¿El “quorum sensing” se lleva a cabo sólo entre organismos de la misma especie?

El “quorum sensing” es un mecanismo de comunicación tan importante, que se considera esencial para la supervivencia bacteriana. Como sabemos, en la naturaleza existen comunidades microbianas que coexisten en el mismo ambiente, por lo que es determinante que sean percibidos por los organismos vecinos, ya sea de la misma especie o de especies diferentes. Las bacterias deben reconocer las señales químicas producidas por las diferentes especies de su entorno, incluso hay percepción de estas moléculas señal entre organismos diferentes a las bacterias, como los hongos, las plantas e incluso animales mamíferos, que pueden reconocer las señales de las bacterias y así diferenciar si son organismos benéficos o nocivos, que les permite activar o no sus mecanismos de defensa para combatirlas. Este tipo de interacciones entre diferentes organismos se puede encontrar en los seres humanos, donde cohabitamos con una gran diversidad de microorganismos que conocemos como la microbiota, que habita en nuestra piel y mucosas, y es necesario que nuestros tejidos detecten a estos microorganismos para saber si pueden causar algún daño o no.

 

Importancia de estudiar el “quorum sensing”

Las aplicaciones del estudio de “quorum sensing” son muy diversas. Por ejemplo, la producción de antibióticos está regulada por este mecanismo, entonces podemos incrementar la producción de antibióticos o incluso modificarlos para mejorarlos. O en este sentido, bloquear la comunicación entre los organismos patógenos para disminuir infecciones. Para esto se han encontrado moléculas que interfieren con la comunicación, como algunos extractos de plantas y hongos, o moléculas diseñadas artificialmente. A este proceso de interrupción del “quorum sensing” se le denomina “quorum quenching”, un área de estudio relativamente nueva.

Otra aplicación, es la identificación de cepas patógenas, variaciones de una especie bacteriana que no es considerada una especie diferente. Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli es parte de nuestra microbiota, sin embargo existen cepas de ésta, que se consideran muy peligrosas por su patogenicidad, como la E. coli O157:H7,  que responde de manera rápida a pequeñas cantidades de moléculas señal.

Aunque el “quorum sensing” fue descubierto recientemente, es un mecanismo ancestral y determinante en la selección y evolución de los microorganismos, por lo que es esencial su estudio para comprender la construcción de nuestro ecosistema actual.

Para Saber Más:  

Rojas-Badía M.M. (2011). Quorum sensing en la asociación beneficiosa de las bacterias con las plantas. Revista Colombiana de Biotecnología, 13(2):135-143.

https://revistas.unal.edu.co/index.php/biotecnologia/article/view/27959/38328

 

Marquina-Díaz D. y Santos de la Sen A. (2010). Sistemas de quorum sensing en bacterias. Reduca (Biología). Serie Microbiología, 3(5):39-55.

http://revistareduca.es/index.php/biologia/article/view/820/835

 

Flores-Encarnación M., Aguilar-Gutiérrez G.R., Cabrera-Maldonado C., Guzmán-Flores J.E. y Flores-Encarnación M.S. (2011). El impacto biológico de los autoinductores bacterianos. Revista de la Sociedad Venezolana de Microbiología, 31(2):104-111.

http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1315-25562011000200005

 

M.C. Omar González López es estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas opción Biología Experimental, Laboratorio de Biotecnología Molecular de Plantas del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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D.C. Homero Reyes de la Cruz es Profesor e Investigador del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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