Percepción de cuórum

Quorum sensing, detección de quórum o autoinducción es un mecanismo de control de expresiones genéticas dependiente de la densidad celular.

Este fenómeno es el responsable de que un conjunto de células independientes, bajo la generación de señales extracelulares, desarrolle comportamientos sociales coordinados. Entra dentro de los fenómenos de la multicelularidad, al igual que el patrón de la formación de colonias o la formación de cuerpos fructíferos en las mixobacterias.

Es en células procariotas donde más se ha estudiado; no obstante, se ha encontrado también en células eucariotas, y no sólo en organismos unicelulares, sino también en pluricelulares, ya que incluso hay ejemplos de este comportamiento descritos en células del ser humano.

Mecanismo de funcionamiento

Diagrama del quorum sensing. A la izquierda, la población de células y la concentración de la molécula autoinductora (puntos azules) son bajas, por lo que la sustancia (puntos rojos) no se produce. Esto sí sucede cuando la población ha aumentado y la concentración del autoinductor es alta (derecha de la imagen)

Una aproximación al mecanismo de funcionamiento es el siguiente: las células detectan la concentración de las denominadas señales químicas autoinductoras, llamadas así porque incluso pueden actuar sobre la célula que las liberó. Esto les da información acerca de la densidad de células en el ambiente: cuanto mayor sea la población, mayor será la concentración de estas señales. Cuando se alcanza una concentración umbral, esto indica que la población ha llegado al quorum y se empiezan a expresar una serie de genes, lo que desata acciones poblacionales concertadas, como ataques a organismos al que hospedan (Salmonella) o liberación de tóxicos que matan a peces de los cuales se alimentan posteriormente (Pfiesteria).

El porqué del fenómeno

Si la producción y posterior liberación de una sustancia, como por ejemplo una enzima, es realizada por unas solas pocas células, la concentración de la misma alcanzada en el medio puede resultar ineficaz. Gracias al quorum sensing esta sustancia no se liberará hasta que no se alcance una determinada población de células. Al hacerlo en ese momento, la concentración obtenida sí será la adecuada para que la sustancia pueda ejercer su función.

En el caso de un microorganismo patógeno, este fenómeno le permite alcanzar un nivel de población lo suficientemente elevado como para que, llegado el momento de producir los factores de virulencia tras alcanzar el quorum, pueda contrarrestar las defensas del huésped e invadir otras regiones de ese organismo con mayor probabilidad.

Por ello, el quorum sensing juega un importante papel a la hora de que se produzcan relaciones simbióticas o parasitarias entre un microorganismo y su huésped.

Quorum sensing en bacterias Gram negativas

Estructura general de las acil-homoserina-lactonas

El fenómeno del quorum sensing fue descubierto en bacterias Gram negativas, y es en ellas en las que más se ha estudiado.

Normalmente, las moléculas sensoras que intervienen en estas bacterias son las acil-homoserina-lactonas (acil-HSL). Están compuestas por una cadena acilo de 4 a 14 átomos de carbono unida por enlace amida a una homoserina lactona. En el tercer carbono de la cadena acilo puede haber un grupo ceto o un grupo hidroxilo.

Funcionamiento

El mecanismo de acción habitual de las acil-HSL es el siguiente: estas moléculas difunden al interior de la célula diana y, cuando están en concentración suficiente, se unen a unos receptores especiales provocando un cambio en su conformación. El complejo entre la sustancia y el receptor se une a sitios específicos del ADN y ello conduce a que se transcriban determinados genes y se produzcan las proteínas quorum-dependientes.

Entre los genes que se transcriben, en ocasiones están los responsables de la producción de las acil-HSL. Ello lleva a que se genere una mayor cantidad de estas moléculas sensoras y el efecto se amplifique.

Ejemplos

Una de las bacterias en las que más se ha estudiado el quorum sensing es Pseudomonas aeruginosa. Se sabe que, en ella, este fenómeno regula la síntesis y liberación de factores de virulencia. También interviene en la inducción y formación de biopelículas maduras, lo que juega un papel importante en la fibrosis quística.

Algunos de los otros muchos ejemplos que se han estudiado del quorum sensing en bacterias Gram negativas son los siguientes:

• Procesos conjugativos encaminados a la transferencia de material genético por Agrobacgterium tumefaciens.
• Síntesis de antibióticos por Erwinia carotovora y Pseudomonas aureofaciens.
• Generación de bioluminiscencia por Vibrio fischeri.

Quorum sensing en bacterias Gram positivas

En las bacterias Gram positivas la señal autoinductora que interviene es normalmente un oligopéptido, y no las acil-HSL.

Se han encontrado ejemplos de este fenómeno en:

• La conjugación por Enterococcus faecalis.
• La estimulación de la esporulación por Bacillus subtilis.
• La síntesis de factores de virulencia, como numerosas toxinas, por Staphylococcus aureus.
• El desarrollo del micelio aéreo de Streptomyces griseus. En vez de un oligopéptido, la molécula que interviene en este ejemplo parece ser una gamma-butirolactona.

Referencias

• Lansing M. Prescott, John P. Harley y Donald A. Klein (2004). «Quorum sensing y poblaciones microbianas». Microbiología (Quinta edición) (pp. 141-142). España: McGraw-Hill-Interamericana de España. ISBN 84-486-0525-X. 

Bibliografía

• Varios autores (2004). Quorum sensing: El lenguaje de las bacterias. Zaragoza: Acribia Editorial. ISBN 9788420010465. 

Enlaces externos

• The quorum sensing site Web sobre el quorum sensing de la Universidad de Nottingham (en inglés)
• Comunicación entre bacterias (Artículo en formato PDF de Maritrini Colón-González y Jorge Membrillo-Hernández, de la Universidad Nacional Autónoma de México)

• Científicos norteamericanos descubren como manipular el quórum sensing que regula las infecciones