Cómo funciona el quorum sensing. Laboratorio Bassler.
El pasado noviembre, la revista Nature publicaba un artículo en el que se explicaba el descubrimiento llevado a cabo por un equipo de investigadores del laboratorio Bassler, de la Universidad norteamericana de Princeton. Liderado por la científico Bonni Bassler, que también trabaja en el Instituto Médico Howard Hughes, este equipo ha conseguido desentrañar el lenguaje molecular que las bacterias del cólera emplean para coordinar sus actividades infecciosas, por ejemplo, para señalarse entre ellas su presencia, planear en grupo el momento de ser más virulentas o para trasladarse de un huésped a otro.
Las bacterias son capaces de saber que no están solas en un medio gracias a mensajeros químicos que pasan a través de las membranas de sus células. Así se comunican entre ellas. Estos intercambios de mensajes les permiten evaluar su densidad y saber si son suficientemente numerosas para actuar conjuntamente y adoptar comportamientos grupales. En algunos animales estas comunicaciones bacterianas provocan el efecto conocido como bioluminiscencia. En otros casos permiten a las bacterias ser más virulentas y formar biopelículas que les permiten resistir mejor a las acción de los antibióticos.
Según explican los científicos norteamericanos en su artículo, si se detiene esa «conversación» química, se puede detener la virulencia del cólera, una enfermedad endémica en África, Asia y Latinoamérica que se contagia bebiendo agua contaminada, y que provoca graves diarreas, a menudo fatales.
Pero los resultados de esta investigación no atañen sólo a esta enfermedad, sino que además abren una puerta para el tratamiento de una amplia gama de otras enfermedades bacterianas, explica el Howard Hughes Institute en un comunicado.
Escuchando a las bacterias
Bassler y sus colaboradores pasaron más de una década «escuchando» a las bacterias, es decir, observando una especie de conversación química que se produce entre ellas y que recibe el nombre de quórum sensing o autoinducción. Mediante este proceso, las bacterias del cólera liberan en su entorno un producto químico que utilizan para la transmisión de mensajes entre ellas: el CAI-1.
Los investigadores han conseguido aislar la molécula de CAI-1 en laboratorio, informa la universidad de Princeton en un comunicado, demostrando que puede ser utilizado a su vez artificialmente para desestabilizar la comunicación que existe entre las bacterias del cólera, e incluso para detener el progreso de la enfermedad.
La importancia del descubrimiento radica en que podría suponer la creación futura de una nueva clase de antibióticos. Los científicos aseguran que conocer este vocabulario químico permite interferir en la comunicación entre las bacterias y, por tanto, controlar las infecciones.
Explorando la manera en que la comunicación entre las bacterias conformaba el comportamiento del grupo, el equipo de investigadores pudo determinar los medios químicos que hacían posible el sabotaje de dicha comunicación.
Gran avance
El hallazgo ha supuesto un gran paso hacia la comprensión científica de los efectos del quórum sensing, un tema relativamente nuevo en el estudio de las bacterias. El quórum sensing está relacionado con la capacidad de una bacteria unicelular para percibir que se encuentra rodeada por una densa población de otras bacterias.
Éstas comunican su presencia emitiendo mensajes químicos que son reconocidos por sus iguales. Cuando la cantidad de mensajes químicos alcanza un cupo, las bacterias responden en masa, actuando en grupo.
Algunos de los comportamientos grupales de estos organismos minúsculos resultan muy dañinos, como en la formación de la biopelícula antes mencionada, consistente en un ecosistema microbiano organizado que posee características funcionales y estructuras complejas. En el caso del cólera, una vez que sus bacterias forman su biofilme en el intestino humano, sólo es cuestión de horas que la enfermedad alcance el estadio infeccioso más devastador para el huésped.
Asimismo, cuando las señales químicas así lo indican –es decir, cuando el número de bacterias ha crecido lo suficiente- las bacterias “notan” que son suficientes, y se disponen a abandonar el cuerpo para contagiar a otros individuos. El equipo de Bassler se percató por tanto de que el cólera empleaba señales químicas cuando llegaba el momento de detener el proceso reproductor de bacterias y dejar el organismo infectado. Pero, hasta ahora, nadie había descifrado dichas señales.
Lenguaje imitado
Según Bassler, en general se comprendía que las bacterias se comunican siguiendo el proceso de quórum sensing, pero los científicos no sabían qué producto químico específico empleaba para ello el cólera. Finalmente, ella y sus colaboradores consiguieron aislar el CAI-1, y posteriormente determinaron la manera de hacer esa misma molécula en el laboratorio, es decir, un CAI-1 sintético.
Una serie de pruebas demostraron que dicha molécula servía para controlar el comportamiento del cólera porque, cuando faltaba el CAI-1 sintético, las bacterias de esta enfermedad actuaban como patógenos. Sin embargo, cuando estas mismas bacterias detectaban una cantidad suficiente de este producto químico, dejaban de producir las biopelículas y soltaban toxinas, como si “se dieran cuenta” de que era el momento de abandonar al huésped.
Por tanto, los tests realizados demostraron que si se suministra CAI-1 al cólera, puede detenerse el avance de la enfermedad, aseguran los científicos. En principio fueron llevados a cabo en cultivos de bacterias del cólera, pero los investigadores planean ya probarlo en ratones infectados con esta enfermedad para comprobar su eficacia.
Con estos nuevos experimentos pretenden contestar a algunos interrogantes pendientes sobre la molécula CAI-1, como si perdura en el intestino, si es estable, cuáles deben ser las dosis del tratamiento o si se debe modificar su estructura para hacerla más o menos potente.
También otras enfermedades
El descubrimiento de esta funcionalidad del CAI-1 podría asimismo inspirar trabajos encaminados a controlar la detección de quórum sensing para el tratamiento de otras enfermedades bacterianas. Según explica Bassler en el comunicado del Howard Hughes Institute: el cólera utiliza el quórum sensing de una forma distinta a la mayoría del resto de las bacterias: se mete en el huésped, causa una infección aguda, y luego sale, por lo que su estrategia es utilizar el quórum sensing para reprimir la virulencia cuando las células bacterianas alcanzan números altos.
Por el contrario, otras bacterias que causan infecciones persistentes utilizan el quórum sensing para activar la virulencia sólo cuando alcanzan números altos, para evitar que el sistema inmune las detecte antes de que se hayan reproducido con éxito. Luego lanzan su ataque en masa.
Por lo tanto, los tratamientos para otras bacterias que tienen como blanco de ataque el quórum sensing deberían centrarse en el desarrollo de medicamentos que bloquearan los autoinductores. De cualquier forma, si es posible engañar a las bacterias imitando su lenguaje químico, señala Bassler, se abriría un nuevo objetivo terapéutico viable de gran importancia, dado el fracaso de tantos antibióticos tradicionales.
Con este descubrimiento se consolida una línea de investigación a la que ya nos referimos en otro artículo. Según este nuevo enfoque terapéutico, en el futuro no será necesario destruir las bacterias, como hacen los antibióticos, sino que será suficiente engañarlas haciéndoles creer que no son suficientemente numerosas para desencadenar un ataque. A la comunicación inteligente de los organismos biológicos, se le opone así una estrategia humana no menos inteligente y mucho más prometedora para la salud humana.
Las bacterias son capaces de saber que no están solas en un medio gracias a mensajeros químicos que pasan a través de las membranas de sus células. Así se comunican entre ellas. Estos intercambios de mensajes les permiten evaluar su densidad y saber si son suficientemente numerosas para actuar conjuntamente y adoptar comportamientos grupales. En algunos animales estas comunicaciones bacterianas provocan el efecto conocido como bioluminiscencia. En otros casos permiten a las bacterias ser más virulentas y formar biopelículas que les permiten resistir mejor a las acción de los antibióticos.
Según explican los científicos norteamericanos en su artículo, si se detiene esa «conversación» química, se puede detener la virulencia del cólera, una enfermedad endémica en África, Asia y Latinoamérica que se contagia bebiendo agua contaminada, y que provoca graves diarreas, a menudo fatales.
Pero los resultados de esta investigación no atañen sólo a esta enfermedad, sino que además abren una puerta para el tratamiento de una amplia gama de otras enfermedades bacterianas, explica el Howard Hughes Institute en un comunicado.
Escuchando a las bacterias
Bassler y sus colaboradores pasaron más de una década «escuchando» a las bacterias, es decir, observando una especie de conversación química que se produce entre ellas y que recibe el nombre de quórum sensing o autoinducción. Mediante este proceso, las bacterias del cólera liberan en su entorno un producto químico que utilizan para la transmisión de mensajes entre ellas: el CAI-1.
Los investigadores han conseguido aislar la molécula de CAI-1 en laboratorio, informa la universidad de Princeton en un comunicado, demostrando que puede ser utilizado a su vez artificialmente para desestabilizar la comunicación que existe entre las bacterias del cólera, e incluso para detener el progreso de la enfermedad.
La importancia del descubrimiento radica en que podría suponer la creación futura de una nueva clase de antibióticos. Los científicos aseguran que conocer este vocabulario químico permite interferir en la comunicación entre las bacterias y, por tanto, controlar las infecciones.
Explorando la manera en que la comunicación entre las bacterias conformaba el comportamiento del grupo, el equipo de investigadores pudo determinar los medios químicos que hacían posible el sabotaje de dicha comunicación.
Gran avance
El hallazgo ha supuesto un gran paso hacia la comprensión científica de los efectos del quórum sensing, un tema relativamente nuevo en el estudio de las bacterias. El quórum sensing está relacionado con la capacidad de una bacteria unicelular para percibir que se encuentra rodeada por una densa población de otras bacterias.
Éstas comunican su presencia emitiendo mensajes químicos que son reconocidos por sus iguales. Cuando la cantidad de mensajes químicos alcanza un cupo, las bacterias responden en masa, actuando en grupo.
Algunos de los comportamientos grupales de estos organismos minúsculos resultan muy dañinos, como en la formación de la biopelícula antes mencionada, consistente en un ecosistema microbiano organizado que posee características funcionales y estructuras complejas. En el caso del cólera, una vez que sus bacterias forman su biofilme en el intestino humano, sólo es cuestión de horas que la enfermedad alcance el estadio infeccioso más devastador para el huésped.
Asimismo, cuando las señales químicas así lo indican –es decir, cuando el número de bacterias ha crecido lo suficiente- las bacterias “notan” que son suficientes, y se disponen a abandonar el cuerpo para contagiar a otros individuos. El equipo de Bassler se percató por tanto de que el cólera empleaba señales químicas cuando llegaba el momento de detener el proceso reproductor de bacterias y dejar el organismo infectado. Pero, hasta ahora, nadie había descifrado dichas señales.
Lenguaje imitado
Según Bassler, en general se comprendía que las bacterias se comunican siguiendo el proceso de quórum sensing, pero los científicos no sabían qué producto químico específico empleaba para ello el cólera. Finalmente, ella y sus colaboradores consiguieron aislar el CAI-1, y posteriormente determinaron la manera de hacer esa misma molécula en el laboratorio, es decir, un CAI-1 sintético.
Una serie de pruebas demostraron que dicha molécula servía para controlar el comportamiento del cólera porque, cuando faltaba el CAI-1 sintético, las bacterias de esta enfermedad actuaban como patógenos. Sin embargo, cuando estas mismas bacterias detectaban una cantidad suficiente de este producto químico, dejaban de producir las biopelículas y soltaban toxinas, como si “se dieran cuenta” de que era el momento de abandonar al huésped.
Por tanto, los tests realizados demostraron que si se suministra CAI-1 al cólera, puede detenerse el avance de la enfermedad, aseguran los científicos. En principio fueron llevados a cabo en cultivos de bacterias del cólera, pero los investigadores planean ya probarlo en ratones infectados con esta enfermedad para comprobar su eficacia.
Con estos nuevos experimentos pretenden contestar a algunos interrogantes pendientes sobre la molécula CAI-1, como si perdura en el intestino, si es estable, cuáles deben ser las dosis del tratamiento o si se debe modificar su estructura para hacerla más o menos potente.
También otras enfermedades
El descubrimiento de esta funcionalidad del CAI-1 podría asimismo inspirar trabajos encaminados a controlar la detección de quórum sensing para el tratamiento de otras enfermedades bacterianas. Según explica Bassler en el comunicado del Howard Hughes Institute: el cólera utiliza el quórum sensing de una forma distinta a la mayoría del resto de las bacterias: se mete en el huésped, causa una infección aguda, y luego sale, por lo que su estrategia es utilizar el quórum sensing para reprimir la virulencia cuando las células bacterianas alcanzan números altos.
Por el contrario, otras bacterias que causan infecciones persistentes utilizan el quórum sensing para activar la virulencia sólo cuando alcanzan números altos, para evitar que el sistema inmune las detecte antes de que se hayan reproducido con éxito. Luego lanzan su ataque en masa.
Por lo tanto, los tratamientos para otras bacterias que tienen como blanco de ataque el quórum sensing deberían centrarse en el desarrollo de medicamentos que bloquearan los autoinductores. De cualquier forma, si es posible engañar a las bacterias imitando su lenguaje químico, señala Bassler, se abriría un nuevo objetivo terapéutico viable de gran importancia, dado el fracaso de tantos antibióticos tradicionales.
Con este descubrimiento se consolida una línea de investigación a la que ya nos referimos en otro artículo. Según este nuevo enfoque terapéutico, en el futuro no será necesario destruir las bacterias, como hacen los antibióticos, sino que será suficiente engañarlas haciéndoles creer que no son suficientemente numerosas para desencadenar un ataque. A la comunicación inteligente de los organismos biológicos, se le opone así una estrategia humana no menos inteligente y mucho más prometedora para la salud humana.