Ya sea que crezcan en un charco de agua sucia o dentro del cuerpo humano, grandes grupos de bacterias deben coordinar su comportamiento para realizar tareas esenciales que no podrían realizar individualmente. Las bacterias logran esta coordinación a través de un proceso llamado detección de quórum en el que los microorganismos producen y secretan pequeñas moléculas llamadas autoinductores que pueden ser detectadas por las células bacterianas vecinas. Solo cuando hay una gran cantidad de bacterias, los niveles de autoinductor secretado pueden acumularse hasta el punto en que la comunidad puede detectarlos y responder como un grupo coordinado.
En un artículo publicado el mes pasado en Patógenos PLoSun equipo de investigadores dirigido por la investigadora asociada postdoctoral Sampriti Mukherjee y la profesora Bonnie Bassler del Departamento de Biología Molecular de la Universidad de Princeton reveló la existencia de una nueva molécula de detección de quórum que aumenta la virulencia de la bacteria patógena. Pseudomonas aeruginosa. El hallazgo podría ayudar a los investigadores a desarrollar nuevos medicamentos antimicrobianos para tratar las infecciones graves causadas por esta bacteria.
P. aeruginosa es un organismo increíblemente adaptable que puede crecer en ambientes que van desde el suelo y el agua dulce hasta los tejidos de plantas y animales. Prospera en las superficies de los equipos médicos y, por lo tanto, es una de las principales causas de infecciones adquiridas en los hospitales, lo que provoca afecciones potencialmente mortales, como neumonía y sepsis, en pacientes vulnerables. La bacteria se ha vuelto resistente a los antibióticos de uso común, por lo que el desarrollo de nuevos antimicrobianos es una prioridad tanto para los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades como para la Organización Mundial de la Salud.
La detección de quórum es crucial para P. aeruginosala adaptabilidad. El proceso regula el desarrollo de biopelículas, las estructuras tridimensionales formadas por grandes comunidades bacterianas que promueven su capacidad para establecer y mantener infecciones. «P. aeruginosa las cepas que albergan mutaciones en la maquinaria de detección de quórum se atenúan para la virulencia y, por lo tanto, interferir con la detección de quórum es una promesa para el desarrollo de nuevas terapias antimicrobianas», dijo Bassler, profesor Squibb de Biología Molecular en la Universidad de Princeton y miembro de Howard Hughes Investigador del Instituto Médico.
P. aeruginosa posee una maquinaria de detección de quórum similar a otras especies de bacterias. Por ejemplo, produce una enzima llamada RhlI que sintetiza una molécula autoinductora conocida como N-butanoil-L-homoserina lactona o C4-HSL. Esta molécula puede unirse y activar una proteína llamada RhlR que regula la expresión de múltiples genes que P. aeruginosa necesita formar una biopelícula y/o infectar a un huésped.
En teoría, la eliminación de RhlI o RhlR debería tener el mismo efecto en P. aeruginosa células, ya que esta última proteína no debería poder funcionar sin el autoinductor producido por la primera. Pero los investigadores, dirigidos por el becario postdoctoral Sampriti Mukherjee, notaron que las colonias bacterianas que carecían de RhlI formaban biopelículas inusualmente suaves, mientras que las cepas que carecían de RhlR formaban biopelículas mucho más arrugadas de lo normal.
Los investigadores continuaron demostrando que en las biopelículas, muchos genes solo dependían de RhlR, no de RhlI. «Eso sugirió que RhlR puede ser activado por una molécula alternativa, además de C4-HSL», dijo Bassler.
Los investigadores encontraron que las bacterias que carecen de RhlI, que por lo tanto no pueden sintetizar el autoinductor C4-HSL, todavía secretan una molécula capaz de activar RhlR. Bassler y sus colegas aún no saben qué es esta molécula, pero parece ser bastante diferente de C4-HSL. «Actualmente estamos trabajando para purificar e identificar esta molécula», dijo Bassler.
Crucialmente, la activación de RhlR por esta molécula desconocida puede ser importante para P. aeruginosaCapacidad de infectar a los animales. Mukherjee y el equipo encontraron que las bacterias que carecen de RhlI eran tan efectivas como las bacterias de tipo salvaje para infectar tanto a los gusanos redondos como a los ratones. Pero las bacterias que carecían de RhlR eran mucho menos virulentas y mucho menos capaces de crecer dentro de estos animales. «Apuntar a RhlR con inhibidores de molécula pequeña podría proporcionar un camino emocionante para el desarrollo de nuevos fármacos antimicrobianos», dijo Bassler.
La capacidad de RhlR para ser activado por distintas moléculas también podría ayudar a explicar P. aeruginosala adaptabilidad. Bassler y sus colegas especulan que diferentes ambientes podrían estimular niveles discretos de producción de diferentes moléculas autoinductoras, cada una de las cuales podría activar RhlR, o una proteína relacionada llamada LasR, para inducir la expresión de los genes específicos que las bacterias necesitan para prosperar en ese lugar en particular.
