SENSOR DE QUÓRUM EN LAS BACTERIAS

SENSOR DE QUÓRUM EN LAS BACTERIAS[pic 1]

Melissa B. Miller and Bonnie L. Bassler

Departamento de Biología Molecular, Universidad de Princeton, Princeton, Nueva Jersey

08544-1014; correo electrónico: mmiller@molbio.princeton.edu, bbassler@molbio.princeton.edu

Palabras clave autoinductor, homoserina lactona, sistema regulador de dos componentes, comunicación célula-célula, virulencia

■ Resumen La detección de quórum es la regulación de la expresión génica en respuesta a fluctuaciones en la densidad de la población celular. Las bacterias que detectan el quórum producen y liberan moléculas de señales químicas llamadas autoinductores que aumentan la concentración en función de la densidad celular. La detección de un umbral mínimo de concentración estimulante de un autoinductor conduce a una alteración en la expresión génica. Las bacterias grampositivas y gramnegativas utilizan circuitos de comunicación de detección de quórum para regular una amplia gama de actividades fisiológicas. Estos procesos incluyen simbiosis, virulencia, competencia, conjugación, producción de antibióticos, motilidad, esporulación y formación de biofilm. En general, las bacterias gramnegativas utilizan homoserina lactonas aciladas como autoinductores, y las bacterias grampositivas usan oligo-péptidos procesados ​​para comunicarse. Los avances recientes en el campo indican que la comunicación célula-célula a través de autoinductores se produce tanto dentro como entre las especies bacterianas. Además, hay datos crecientes que sugieren que los autoinductores bacterianos provocan respuestas específicas de los organismos huésped. Si bien la naturaleza de los signos químicos, los mecanismos de retransmisión de señales y los genes de destino controlados por los sistemas de detección del quórum bacteriano son diferentes, la capacidad de comunicarse entre sí permite que las bacterias coordinen la expresión del gen, así como las partes de las partes de las partes o las partes de las partes de las partes o partes de las partes o partes de las partes o partes de las partes o partes de las partes o partes de las partes o partes de las partes. Ha sido uno de los primeros pasos en el desarrollo de la multicelularidad.

INTRODUCCIÓN

La detección de quórum se descubrió y describió hace más de 25 años en dos especies luminosas de bacterias marinas, Vibrio fi scheri y Vibrio harveyi (104). En ambas especies, las enzimas responsables de la producción de luz están codificadas por el operón estructural de luciferasa luxCDABE (32,98), y se determinó que la emisión de luz se produce solo a una alta densidad de población celular en respuesta a la acumulación de moléculas de señalización del autoinductor secretadas (104) . Hasta hace poco, solo se conocían algunos otros casos de regulación bacteriana de la expresión génica en respuesta a la señalización célula-célula. Por ejemplo, la producción de antibióticos por Streptomyces spp. (21), la conjugación en Enterococcus faecalis (25) y el desarrollo del cuerpo fructífero en Myxococcus xanthus (27) también se reconocieron como controlados por señalización intercelular. Estos sistemas de comunicación bacterianos se consideraron anómalos y, en general, no se creía que las bacterias en su conjunto utilizaran la comunicación célula-célula. Más bien, se asumió que el intercambio de señales químicas entre células / organismos es un rasgo altamente característico de los eucariotas. La reciente explosión de avances en el campo de la comunicación célula-célula en las bacterias ahora ha demostrado que muchas o la mayoría de las bacterias probablemente se comunican utilizando moléculas químicas secretadas para coordinar el comportamiento del grupo. Además, ahora sabemos que se emplea una gran variedad de diferentes clases de señales químicas, que las especies individuales de bacterias utilizan más de una señal química y / o más de un tipo de señal para comunicarse, que los complejos circuitos reguladores jerárquicos han evolucionado para integrarse y procesar la información sensorial, y que las señales se pueden utilizar para diferenciar entre especies en consorcios. Parece claro ahora que la capacidad de comunicarse tanto dentro como entre las especies es fundamental para la supervivencia bacteriana y la interacción en hábitats naturales.

BACTERIA GRAMNEGATIVA: SENSOR DE QUÓRUM LUXI / TIPO LUXR

En la última década, se han identificado circuitos de detección de quórum en más de 25 especies de bacterias gramnegativas (para una revisión, ver 5,22,41,111). En todos los casos, excepto los de V. harveyi y M. xanthus, los circuitos de detección de quórum identificados en bacterias Gramnegativas se parecen al circuito de detección de quórum canónico de la bacteria simbiótica V. fischeri. Específicamente, estos circuitos de detección de quórum bacterianos Gram-negativos contienen, como mínimo, homólogos de dos proteínas reguladoras de V. fischeri llamadas LuxI y LuxR. Las proteínas tipo LuxI son responsables de la biosíntesis de una molécula de señalización de lactona de homoserina acilada específica (HSL, por sus siglas en inglés) conocida como autoinductor. La concentración del autoinductor aumenta con aumento de la densidad de la población celular. Las proteínas similares a LuxR se unen a los autoinductores HSL afines que han alcanzado una concentración umbral crítica, y los complejos autoinductores LuxR también activan la transcripción del gen diana (31-33). Usando este mecanismo de detección de quórum, las bacterias gramnegativas pueden reducir de manera eficiente la expresión de las fluctuaciones en la densidad de la población celular. Entre las 25 especies de bacterias que median en el quórum sensingbymeansofaLuxI / LuxR-typecircuit, los sistemas V.fischeri, Pseudomonasaeruginosa, Agrobacterium tumefaciens y Erwinia carotovora son los mejores entendidos, y las descripciones de cada uno de estos sistemas se proporcionan a continuación. En estas descripciones hemos intentado eliminar de nuevo estas similitudes y las diferencias entre las redes reguladoras. Presumiblemente, las diferencias en la regulación de los diversos circuitos tipo LuxI / LuxR reflejan la evolución del circuito progenitor LuxI / LuxR a redes modernas que se adaptan con precisión para una bacteria en particular que vive en un nicho especializado.

EL SISTEMA DE BIOLUMINISCENCIA VIBRIO FISCHERI LUXI / LUXR

El sistema de detección de quórum más estudiado intensamente es el de la bacteria marina bioluminiscente V. fischeri. Esta bacteria vive en asociación simbiótica con una serie de huéspedes eucarióticos. En cada caso, el huésped ha desarrollado un organigrama ligero especializado, habitado por la cultura de la cultura de una cepa específica de V.fischer, y una densidad celular alta. En estas asociaciones simbióticas, el anfitrión eucariota proporciona V. fischeri con un ambiente rico en nutrientes en el lugar de la vida.Theroleof.fischeriistoprovide thehost withlight (forreviewsee135,136,163) las costas de los animales en las costas de los Estados Unidos. En la asociación fischeri, el calamar ha desarrollado una estrategia de antipredación en la que se ilumina utilizando la luz de V. fischeri. La contrailuminación permite que los calamares eviten proyectar una sombra debajo de ellas en noches claras y brillantes cuando la luz de la luna y las estrellas penetran en el agua de mar (136,163). En contraste, el pez Monocentris japonicus usa la luz producida por V. fischeri para atraer a una pareja. En este caso, existen dos regiones luminiscentes en los peces que aparentemente son seductoras para los peces del sexo opuesto. También se han documentado otros usos para la luz de V. fischeri, como alejar a los depredadores y atraer presas (104).

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