Durante gran parte de mi vida, supongo que al igual que la mayoría de la gente, he considerado a las bacterias como seres sencillos y aburridos. Sin embargo, estos seres microscópicos no son tan simples como podría parecer pues han desarrollado complejos sistemas de señales que les permiten comunicarse entre sí. Gracias a estos sistemas de comunicación las bacterias son capaces de coordinarse para obtener alimentos, para crear refugios (biopelículas), para hacer ataques conjuntos o para organizar sus defensas. Aunque esta capacidad de coordinarse se observó en la década de los 70 del siglo pasado, fue considerado como algo anecdótico y no se le prestó atención hasta que a principios de los 90 se descubrió que ciertas bacterias causantes de enfermedades utilizaban la comunicación bacteriana para “atacar” a su huésped solamente cuando eran lo suficientemente numerosas como para tener éxito.
La producción de bioluminiscencia en la bacteria Vibrio harveyi está controlada por los sistemas de quorum sensing
Durante los últimos 20 años se han ido produciendo descubrimientos que han cambiado por completo la visión del mundo microbiano, de forma que se ha empezado a hablar de la sociomicrobiología bacteriana. Los comportamientos colaborativos que se producen dentro de las poblaciones bacterianas son muy parecidos a los que hacen los organismos multicelulares pero solo se realizan cuando las bacterias están en densidades altas. Esto es posible porque cuando la población bacteriana alcanza un nivel mínimo (quorum), se produce una comunicación entre las células que hace que cambien su comportamiento todas a la vez. Este proceso de comunicación dependiente de la densidad celular, llamado quorum sensing, se lleva a cabo por la monitorización del tamaño de la población mediante la producción y detección de moléculas autoinductoras. Las bacterias tienen unos receptores que detectan estas moléculas. Cuanto mayor es el número de bacterias en la población, mayor será también la cantidad de moléculas que las bacterias detecten. Al alcanzar el nivel umbral, las bacterias “sienten” que están en comunidad y toda la población cambia de forma simultánea la expresión de sus genes realizando una acción coordinada como puede ser la producción de bioluminiscencia.
Los microorganismos han desarrollado no solo uno sino varios lenguajes que les permiten hacer acciones coordinadas como un organismo multicelular. De esta forma, existen varios tipos de moléculas autoinductoras que regulan los sistemas de quorum sensing. Hay tres tipos de moléculas que son considerados los más “generales”: unas se consideran típicas de las bacterias Gram-negativas* (acil-homoserín lactonas, AHLs) y otras de bacterias Gram-positivas* (péptidos señal, AIPs). En cambio, el tercer tipo de molécula llamada autoinductor-2 (AI-2) es producida por ambos tipos de bacterias.
Clasificación de los principales tipos de moléculas de quorum sensing (Remy et al., 2018)
Algunas de las moléculas de quorum sensing son producidas por la mayoría de bacterias, en cambio otras son solamente producidas por un grupo muy concreto de ellas. Además, en muchos casos una misma bacteria puede tener varios sistemas de quorum sensing diferentes, específicos que le permiten saber la cantidad de bacterias que hay de su especie y otros más genéricos que le permiten contar las bacterias de otras especies que hay a su alrededor. Esto hace que existan lo que podríamos denominar “conversaciones públicas” y “conversaciones privadas”. Por si fuera poco, también hay bacterias “mudas” que son incapaces de producir sus propias moléculas autoinductoras, pero si “escuchan” la comunicación de sus bacterias vecinas. El caso contrario, en el que la bacteria produce el autoinductor, es decir “habla”, pero no percibe al resto de la comunidad bacteriana (“oye”), también se da en la naturaleza pero es mucho menos común.
A pesar de que los sistemas de comunicación intercelular más estudiados son principalmente bacterianos, cada vez se descubren más sistemas mixtos en donde se produce una comunicación cruzada entre las bacterias y un organismo más complejo (hongos, plantas e incluso animales). Se sabe que hay hormonas que actúan como señales de quorum sensing que les indican a las bacterias a que superficies del hospedador deben adherirse. Por ejemplo, muchas bacterias de la microbiota intestinal producen una molécula llamada AI-3 que al ser muy similar a las hormonas adrenalina y noradrenalina es capaz de interaccionar con los receptores intestinales de estas hormonas. De igual forma, la adrenalina y la noradrenalina pueden activar los genes de las bacterias controlados por la señal AI-3 favoreciendo la formación de biopelícula y/o la producción de factores de virulencia. Además, las señales de quorum sensing también alteran el comportamiento de nuestro sistema inmune. En algunos casos como cuando se produce una infección por Pseudomonas aeruginosa y hay altas concentraciones de señales quorum sensing, estas moléculas pueden activar demasiado el sistema inmune que acaba por causar daños en los pulmones. En otros casos, las moléculas de quorum sensing favorecen por ejemplo que se curen heridas y/o el proceso de cicatrización.
Dado que se ha visto que una gran cantidad de bacterias patógenas utiliza sistemas de quorum sensing para activar sus factores de virulencia, el entender cómo se comunican las bacterias será esencial en los próximos años para poder desarrollar una alternativa viable a uso de los antibióticos. Pero ese ya es otro tema.
*Las bacterias se pueden clasificar en dos grandes grupos en función de la estructura de su pared celular: Gram-positivas y Gram-negativas.
Bibliografía
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