High Prevalence of Quorum-Sensing and Quorum-Quenching Activity among Cultivable Bacteria and Metagenomic Sequences in the Mediterranean Sea

Disponible en: http://www.mdpi.com/2073-4425/9/2/100

Autora de artículo en Dciencia: Andrea Muras Mora.

INTRODUCCIÓN

Las bacterias, esos “sencillos” seres microscópicos que nos rodean, se comportan como organismos unicelulares a bajas densidades. Sin embargo, cuando las bacterias detectan que son muchas y su población alcanza un número mínimo o quorum, se comunican y cambian su comportamiento haciéndolo más parecido a un organismo multicelular. Este proceso de comunicación bacteriana, también llamado quorum sensing, se lleva a cabo por la producción y liberación al medio de moléculas autoinductoras. Las otras bacterias, poseen unos receptores que son capaces de detectar estas moléculas señal. Cuanto mayor es el número de bacterias en la población, mayor será también la cantidad de moléculas que las bacterias perciban. Cuando se alcanza el nivel umbral (quorum), toda la población cambia de manera simultánea su expresión génica y realiza una acción coordinada como son: la formación de biopelícula, la producción de factores de virulencia o la bioluminiscencia. Esta capacidad de los microorganismos de modular el comportamiento de una población entera a través de la regulación de la expresión génica se ha visto como un mecanismo evolutivo de adaptación a un medio ambiente cambiante.

Existen varios tipos de moléculas autoinductoras. Algunas son producidas por la mayoría de bacterias, en cambio otras son moléculas producidas por un grupo muy concreto de ellas. Esto hace que existan lo que podríamos denominar “conversaciones públicas” y “conversaciones privadas”. Además, se ha observado que existen algunas bacterias que son incapaces de producir sus propias moléculas autoinductoras, pero si responden a la comunicación de sus bacterias vecinas. Es decir, no “hablan” pero son capaces de “escuchar” lo que dice el resto de la población. El caso contrario, en el que la bacteria produce el autoinductor pero no percibe al resto de la comunidad bacteriana, también existen pero no es tan común.

En la actualidad, se conocen un gran número de especies bacterianas que usan estos sistemas de comunicación para activar o desactivar determinados genes, en función de si la población bacteriana es lo suficientemente grande como para que el cambio en la expresión fenotípica resulte rentable.  Patógenos oportunistas, como la bacteria Pseudomonas aeruginosa, se mantienen en un estado “dormido” y solamente expresan sus genes de virulencia cuando la población es lo suficientemente numerosa para vencer las defensas del hospedador.

OBJETIVO

Entender como las bacterias interaccionan unas con otras es esencial para predecir su posible impacto en el medio. A pesar que los sistemas de quorum sensing fueron descubiertos en ambientes marinos, se le ha prestado poca atención a su posible significado ecológico en el mar. Por ello, en nuestro laboratorio tratamos de averiguar si realmente los procesos de comunicación bacteriana son algo común en el mar Mediterráneo.

METODOLOGÍA

A partir de muestras de agua del mar Mediterráneo (37.35361° N, 0.286194° W) aislamos 605 cepas bacterianas, 231 de 90 m y 374 de 2000 m de profundidad. Estas cepas las cultivamos y las pusimos en contacto con unas bacterias sensoras llamadas Chromobacterium violaceum CV026 y VIR07 y Agrobacterium tumefaciens NTL4. Estas cepas sensoras nos indican si las bacterias que aislamos del agua de mar producen moléculas señal de quorum sensing. Además, como las bacterias que podemos crecer en el laboratorio son menos del 1% de las que existen realmente también buscamos genes de quorum sensing en los metagenomas obtenidos de las mismas muestras de agua de mar. Los metagenomas son el conjunto de todos los ADN de todos los microorganismos de una muestra.

Figura. Método para detectar la producción de moléculas de quorum sensing utilizando bacterias indicadoras. En cada pocillo se crece una bacteria de las aisladas en el mar Mediterráneo y luego se añade la bacteria sensora. Las bacterias indicadoras llamadas Chromobacterium violaceum CV026 y VIR07 producen un color violeta cuando detectan señales de quorum sensing, en cambio Agrobacterium tumefaciens NTL4 produce un color azul.

RESULTADOS

Un gran número de las bacterias aisladas fue capaz de activar los sensores. Cabe destacar que hubo grandes diferencias entre las bacterias aisladas de 90 m (37.66%) o de 2000 m (4,01%) que podían producir señales de quorum sensing. En cambio, en la búsqueda de genes se observó que su presencia aumentaba con la profundidad y que eran tan abundantes como otros genes relacionados con el metabolismo normal de las bacterias (amoC, amt, pstA, dsrA, soxB, dmdA).

CONCLUSIONES

La comunicación bacteriana es muy común en el medio marino, lo que indica que probablemente el quorum sensing confiere una ventaja a las bacterias en un ambiente tan competitivo como es el medio marino.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido financiado por una beca predoctoral Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria, Xunta de Galicia (ED481A-2015/311), una beca postdoctoral Valencian Consellería de Educació, Investigació, Cultura i Esport (APOSTD/2016/051), Fundación Ramón Areces (CIVP16A1814), projecto Byefouling (612717), y “Axudas do Programa de Consolidación e Estructuración de Unidades de Investigación Competitivas (GPC)” de la Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria, Xunta de Galicia (ED431B2017/53).