sábado, 24 de marzo de 2012

Espiando bacterias.







Las bacterias tienen complejos sistemas de comunicación, quizás no tan complejos como los que poseemos los craneatas, aunque yo personalmente más que de complejidad prefiero hablar de "variedad". Estrategias muy distintas para la comunicación entre individuos.

Uno de estos sistemas se llama: quorum sensing.



Existen multitud de manuales, textos divulgativos e información general al respecto de los mecanismos moleculares que están tras el quorum sensing (QS). Por ello no entraré en temas técnicos.


Las bacterias no tienen ojos ( ¡ y no vale la Bacteriorodopsina como excusa ! ) tampoco oídos ni correo electrónico. Viven en apariencia incomunicadas, aisladas del mundo que les rodea... Sin embargo continuamente vemos que son capaces de colonizar todo tipo de medios, de estar en el lugar adecuado y muchas veces dar el golpe de gracia en el momento preciso a organismos mucho más "complejos" que ellas. Y no sólo esto, existen muchos ejemplo de comunidades bacterianas que viven "colaborando" y modificando el medio que les rodea como si se tratase de pequeñas ciudades, iluminando grandes extensiones de océano y colonizando tejidos sin que el sistema inmune se de ni cuenta.

Tanto las pequeñas ciudades bacterianas (Biopelículas) como los fenómenos de luminiscencia, y tantos otros fenómenos "macroscópicos" que pueden realizar las bacterias dependen casi siempre de QS.

¿Qué es el QS en pocas y nada científicas palabras?

Imaginad que estáis en un lugar oscuro, no veis absolutamente nada y queréis saber si estáis solos o no. ¿Qué podrías hacer? , ¿gritar?

- ¿ Hay alguien por aquiiiií ?

Pues eso es básicamente el QS, bacterias que "gritan" esperando respuesta de otras compañeras. Su forma de gritar es sintetizar unas moléculas llamadas AHLs, que se transcriben de forma constitutiva. Cada vez que una bacteria detecta la presencia de AHLs, sabe que hay más individuos cerca. Llegado el momento detectará si los individuos cercanos son los suficientes para que pasar de actuar como un individúo a actuar como una comunidad sea rentable. Básicamente evita trabajar en equipo si sabe que no hay bastantes miembros que aseguren el éxito de la operación.


Biofilm formado por Pseudomona aeruginosa. |Wiki


Como en la foto de arriba, ¿qué sentido tiene malgastar tus recursos en producir sustancias que cementen una ciudad...si estás solo? Las biopelículas formadas por muchas bacterias incluso de distintas especies, necesitan comunicación constante para su formación y mantenimiento.

Para la guerra ocurre algo similar, si las bacterias deciden iniciar un ataque, ya sea contra otras bacterias o contra un organismo al que invaden, deben hacer la batalla todas a la vez y siempre que sean las suficientes como para eludir las defensas del hospedador. Por eso gracias al QS, son capaces de esperar pacientes el momento idóneo, como si de estrategas militares se tratase, esperando ser suficientes unidades para que la batalla sea victoriosa.

El caso de la bioluminiscencia, es sin duda, de los más conocidos y estudiados. Podéis buscar bastante información tan sólo nombrando la bacteria Vibrio fischeri, la cual también hace uso de su luminiscencia por mecanismos de QS. Tiene poco sentido invertir energía en producir luz cuando eres un organismo microscópico y vives en el inmenso océano.... pero la cosa cambia cuando sois innumerables bacterias flotando juntas. Sobre la utilidad de la bioluminiscencia, existen numerosas hipótesis, por mi parte me quedo con una que explican en este vídeo (¡Aunque el vídeo se refiere a dinoflagelados, no a bacterias!)


Quizás en el caso de las bacterias el sentido último sea otro totalmente distinto, pero la solución del vídeo me parece tan elegante...

No hay que confundir nunca los fenómenos de luminiscencia con los de fluorescencia, aunque la fluorescencia también depende de densidad celular para ser visible, no siempre depende de QS para producir los distintos pigmentos fluorescentes (que no luminiscentes)

En otras palabras, la producción de sustancias que sean fluorescentes puede ser parte del metabolismo secundario de los microorganismos, y estar activa siempre aunque sólo sea visible cuando la densidad celular es muy elevada. Mientras que la luminiscencia es una propiedad emergente obligada, que requiere de QS para activarse en la mayoría de las bacterias.




Recapitulando, el idioma de las bacterias se llama quorum sensing (QS), en lugar de sonidos y palabras usan unas moléculas llamadas AHLs (no en el caso de muchas gram positivas). Cada especie posee un "idioma" o "dialecto" para hablar entre ellas, y otros que usan, quizás, para comunicarse con bacterias de otras especies y géneros.































¿Como saber si una bacteria produce QS?, pues... ante tanta palabra y tanto grito en idiomas incomprensibles... lo mejor es: ¡ una bacteria chivata !

Chromobacterium violaceum es en este caso la elegida, esta bacteria produce un pigmento llamado violaceina al detectar AHLs (no todos por supuesto). Tomando un característico tomo violeta cuando detecta estas moléculas en una concentración adecuada.
Usando un mutante incapaz de producir sus propias AHLs pero con el resto de mecanismos totalmente funcionales podremos detectar, sin mucho problema AHLs de otras bacterias...

El resultado es este:

Prueba para AHLs usando CV| Raven Microbiología US


Podemos observar como dos de los huecos dan color violeta, (ambos cerca de las letras rojas de LB) C. violaceum crece ocupando toda la superficie, mientras que en los huecos lo que hay es sobrenadante de las bacterias que queremos estudiar. Por eso las C. violaceum que cambian de color cerca de estos son las que han detectado AHLs, y por ello actividad QS.

Esta prueba no es definitiva, puede que las bacterias que estudiamos hablen un idioma que C. violaceum no domine, o puede que hablen muy muy bajito....

Por ello existen otras pruebas más sensibles, usando otras bacterias que tienen por ejemplo actividad beta galactosidasa. Estas bacterias comienzan a mostrar esta actividad cuando detectan las moléculas de AHLs contenidas en los sobrenadantes, generando ese color azul tan conocido en los laboratorios.


Prueba para AHLs usando actividad Bgal en NT1 | Raven Microbiología US


En la foto podemos ver distintos grados de actividad, cuanto más grande el circulo azul, podríamos suponer que la bacteria más "fuerte habla", o "grita", según se mire.
Esta prueba no depende como ya decíamos de C. violaceum, en este caso la bacteria chivata se llama Agrobacterium tumefaciens, y viene equipada con un detector que cuando localiza AHLs inicia la actividad beta galactosidasa lo que produce ese color verdeazulado.


Como podemos ver, las bacterias no son organismos aislados ajenos al exterior y que van vagando de aquí por allá sin rumbo ni objetivo. Todo lo contrario, las bacterias se comunican, se coordinan, trazan planes de conquista, y urbanizan tus dientes haciendo de cada muela que pueden ocupar un auténtico complejo hotelero.

La comunicación y la actitud "social" no son monopolio, como muchas veces nos quieren hacer creer, de los seres "complejos". Hace muchos años que se conoce la existencia de los microorganismos, y sin embargo hasta principios de los 90 no se comenzó a hablar de comunicación entre bacterias. Existen en mi opinión prejuicios ante todo bicho que no tenga un encéfalo, la manía de considerar estúpido todo aquello que no se parezca a nosotros... Pero todos vivimos en la misma "placa de petri" por ello cada vez cobra más importancia conocer las interacciones (microbiómica, metagenómica, interactómica...) que existe entre los componentes de este juego, y me temo aunque a muchos duela, las bacterias son una pieza fundamental.

PD: Agradecimientos a Ramón A. Bellogin, por ayudarme y enseñarme con tanta paciencia a montar los test.

6 comentarios:

  1. Gracias por este fantástico post. Lo he compartido en http://www.upnews.es/ciencia/espiando-bacterias-/, espero que no te importe.

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    1. No hay problema, gracias por pasar y comentar :)

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  2. Supongo que ya habrán pensado en métodos para inhibir esta asimilación, o limpiar estas moléculas para evitar que prosperen en seres humanos.

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    1. Si, por ejemplo en la fibrosis quística, se lucha contra la formación de biofilms por Pseudomona aeruginosa. Además apostaría a que en el intestino muchos de los problemas que se dan tienen alguna relación con fenómenos de QS ( http://microgaia.blogspot.com.es/2010/08/clostridium-difficile-y-el-inicio-de-la.html )

      Saludos

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  3. Supongo que ya habrán pensado en métodos para inhibir esta asimilación, o limpiar estas moléculas para evitar que prosperen en seres humanos.

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  4. Para buscar sobre las metodologias utilizadas para inhibiir quorum sensing, deben buscarlo como el concepto de "Quorum Quenching". Saludos

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