¿Alguna vez nos hemos puesto a pensar cómo es que algunas bacterias que siempre habitan en nuestro organismo pueden causarnos enfermedad en algún punto de la vida? Es decir, siempre están ahí, pero no nos causan enfermedad hasta algún momento específico. Ciertamente se trata de una respuesta que va mucho más allá del simple azar. El proceso es tan coordinado y efectivo que da la impresión de que las bacterias se comunican entre sí. Al comienzo, esta idea puede sonar algo incoherente. La realidad es que está comprobado que, en efecto, las bacterias sí se intercomunican para generar comportamientos grupales con el fin de actuar unitariamente y ser más efectivas. Surge de inmediato la siguiente cuestión: ¿cómo es que lo hacen?

Al tratarse de seres vivos, las bacterias deben de ser capaces de responder adecuadamente a su medio ambiente con el fin de adaptarse y mantener su homeostasis. Desde tiempo atrás, se sabe que las especies bacterianas se replican a cierta velocidad dependiendo de la disponibilidad de nutrientes, de los niveles de oxígeno o la temperatura, pero, desde la década pesada, la comunidad científica ha reconocido otro factor que altera los comportamientos bacterianos: la densidad poblacional. Esto quiere decir que cada bacteria está “consciente” de cuántas bacterias tiene a su alrededor y cambia su comportamiento en base a esto. La química detrás de esto es conceptualmente sencilla, las bacterias están liberando constitutivamente moléculas señalizadoras a su medio, las cuales funcionan como activadores de factores de transcripción. Estos compuestos se unen a receptores en otra célula y estos receptores activan la producción de ARN mensajero a partir del ADN de un gen o grupo de genes en específico. Este ARN mensajero se traduce a una o más proteínas, las cuales llevan a cabo funciones específicas en la célula bacteriana y, como resultado final, cambian su comportamiento. Para que esta activación de la transcripción y cambios de comportamiento se lleven a cabo, las moléculas señalizadoras deben alcanzar cierta concentración en el medio bacteriano. La concentración de estas moléculas es directamente proporcional al número de células bacterianas presentes, ya que cada célula libera cierta cantidad de esta sustancia señalizadora. Entonces, la concentración de moléculas señalizadoras liberadas por diez mil bacterias en un milímetro cuadrado probablemente no será capaz de activar estos cambios de comportamientos pero, si por alguna razón (inoculación, compromiso del sistema inmunitario, und so weiter) la cantidad de células bacterianas aumenta, entonces la concentración de las sustancias señalizadores rebasa el umbral y ahora sí se producen los cambios de comportamiento en el grupo de bacterias.

Los científicos han acuñado un elegante término para referirse al proceso de intercomunicación: quorum sensing. Esto significa que las células están contando los votos a favor de algo y cuando este conteo llega a un quórum (cantidad mínima de votos para que se realice una acción específica), se producen los cambios de comportamiento. En esencia, las bacterias detectan cuando han alcanzado un número mínimo de miembros para cambiar su comportamiento y, en el caso de una enfermedad, expresar factores de virulencia que le ayuden a producir una infección.

Los cambios de comportamiento infecciosos son un ejemplo de quorum sensing de relevancia médica; no obstante, existen muchos otros ejemplos en la naturaleza en los cuales los resultados no son patológicos. Uno de los ejemplos más estudiados de quorum sensing es el de la bacteria Vibrio fischeri. Esta bacteria vive en simbiosis con el calamar Euprymna scolopes en un órgano luminiscente altamente especializado. Este calamar de aguas costeras es nocturno. Durante el día, se entierra en la arena y descansa y cuando llega la noche, sale a cazar, pero debe de tener cuidado con la brillante luz de la luna y las estrellas ya que, como vive en aguas poco profundas, puede proyectar una sombra la cual puede ser percibida por cazadores. Esto no es conveniente para él, pero afortunadamente tiene este órgano especializado que utiliza para iluminar la arena, con lo cual contrarresta la oscuridad de su sombra y pasa desapercibido mientras está de cacería. La luz de la luna y las estrellas impacta en unos fotorreceptores dorsales del calamar y éste reacciona al abrir o cerrar un tipo de persianas en el órgano luminiscente con el fin de equiparar la luz de la luna. De esta manera, se asegura de que no produce sombra, pero que tampoco esté iluminando de más ya que, de igual manera, sería fácilmente percibido. Ahora bien, ¿cómo es que este órgano produce luz? No lo hace, ya que la encargada es la bacteria Vibrio fischeri. ¿Cómo interviene el quorum sensing en este proceso? Al final de cada noche, el calamar abre unas compuertas para dejar salir la mayoría de las bacterias Vibrio fischeri ya que no necesita la luz durante el día. Cuando el calamar está descansando bajo la arena, las bacterias que lograron quedarse en el órgano luminiscente se están replicando pero no producen luz. Todo el tiempo están produciendo una molécula denominada acil homoserina lactona (la molécula señalizadora de este sistema de quorum sensing). Cuando el número de V. fischeri ha llegado a un umbral, la concentración de acil homoserina lactona rebasa una cantidad mínima y comienza a activar genes de bioluminiscencia (genes que codifican proteínas para la producción de luz) que cambian el comportamiento de la bacteria para que produzca luz. Esto ocurre aproximadamente al momento del atardecer, ya cuando el calamar necesita la iluminación. Posteriormente, cuando está a punto de amanecer, el calamar deja escapar la mayoría de las bacterias y las que permanecen dentro no producen luz ya que la concentración de acil homoserina lactona está por debajo de la concentración mínima para que las células expresen comportamientos bioluminiscentes. Este sistema de quorum sensing sirve de temporizador para apagar y prender el órgano luminiscente del calamar cuando es necesario.

Bien, los ejemplos que hemos tratado representan quorum sensing entre bacterias de la misma especie y cada especie utiliza una molécula señalizadora distinta, que sirve de código secreto para que exista comunicación entre los miembros de la misma especie. Es importante resaltar el hecho de que también existe quorum sensing entre bacterias de diferentes especies y este tipo de comunicación utiliza una molécula señalizadora genérica a la cual puedan responder todas las especies. Este tipo de quorum sensing podría ser de gran importancia en infecciones mixtas en las cuales actúan múltiples especies bacterianas.

El descubrimiento de este sistema de comunicación ha sido de gran relevancia farmacológica y actualmente se realiza investigación en el aislamiento y producción de antagonistas de receptores de moléculas de quorum sensing. Es decir, se quiere producir moléculas que se parezcan a las sustancias señalizadoras, que se unan a los receptores y los inactiven con el fin de evitar que las bacterias expresen comportamientos virulentos en grupo y evitar infecciones crónicas.

Sin duda, el quorum sensing es otro ejemplo de cómo la naturaleza tiende a confundir al ser humano en su intento de realizar generalizaciones ya que antes se pensaba que las bacterias actuaban estrictamente como entidades unicelulares, pero el descubrimiento de este tipo de comunicación disipa cualquier duda de que también existe desarrollo bacteriano como un ente multicelular.

Autor: David Iruegas – Editor: Gustavo Gutiérrez 

Bibliografía:

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  • Lupp, C., Urbanowski, M., Greenberg, E. P., & Ruby, E. G. (2003). The Vibrio fischeri quorum‐sensing systems ain and lux sequentially induce luminescence gene expression and are important for persistence in the squid host. Molecular   microbiology, 50(1), 319-331.