En los últimos años se ha descrito que al igual que los organismos pluricelulares, las poblaciones conformadas por organismos unicelulares (Ej. bacterias), las células mantienen un proceso de comunicación con el fin de coexistir de forma equilibrada e intercambiar información que les permita adquirir ciertas características benéficas para la población, tales como resistencia a antibióticos.
Dicho proceso de comunicación celular recibe el nombre de Quorum Sensing, en el cual una acumulación de moléculas encargadas de transmitir señales (autoinductores), permiten que una célula individual perciba el número de bacterias (densidad celular) que tiene a su alrededor, mediante la detección y reacción con estas mismas. Dichos procesos activan la expresión coordinada de genes específicos, lo que afecta el comportamiento celular. Este proceso se lleva a cabo bajo condiciones dónde las células se encuentran en gran número. Por tanto, mientras mayor sea la cantidad de células presentes en el medio, mayor será la concentración de moléculas señal o autoinductores presentes.
Rhizobium etli observada al microscopio
Un organismo unicelular que utiliza el mecanismo Quorum Sensing es la bacteria Rhizobium etli. Este organismo es una bacteria aerobia gram negativa capaz de descomponer el nitrógeno (N2) a su forma reducida (NH4+), y de esta manera convertirlo en un compuesto asimilable para otros seres vivos. Esta bacteria tiene la capacidad de fijar grandes cantidades de nitrógeno en la planta de frijol cuando está en simbiosis con su raíz; dicho proceso es de gran interés ambiental ya que la fijación de nitrógeno es una manera de nutrir a la planta para propiciar su crecimiento, y podrían sustituir a los fertilizantes químicos, los cuales en la mayoría de los casos afectan el ambiente.
A la fecha, se han descrito tres sistemas genéticos de Quorum Sensing que posee R. etli, estos son conocidos como cinRI, raiRI y traRI. La principal función de estos sistemas es controlar la simbiosis que esta bacteria tiene con las raíces de la planta y regular la transferencia de material genético con otras bacterias. En este sistema, participan proteínas conocidas como CinR, RaiR y TraR las cuales se asocian a moléculas autoinductoras para desencadenar la expresión coordinada de genes y afectar diversos procesos celulares.
El uso de herramientas bioinformáticas nos permite analizar conjuntos de secuencias de proteínas homologas (con el mismo origen evolutivo) y de esta manera, identificar patrones de aminoácidos conservados (motivos) en dicho conjunto, los cuales pueden ser responsables de determinar la función específica del grupo de proteínas de interés.
En nuestro análisis, utilizamos una proteína llamada LasR como modelo para la generación de los motivos conservados. Esta proteína posee la capacidad de unirse a moléculas autoinductoras, lo cual le permite funcionar como un activador transcripcional, es decir, activar la expresión de un gen. Una vez identificados los motivos presentes en un conjunto de secuencias homologas a LasR, estos se compararon contra conjuntos de secuencias homologas a tres proteínas participantes en el Quorum Sensing de R. etli (CinR, RaiR y TraR), a partir de lo cual se identificaron motivos o sitios conservados en los tres conjuntos de secuencias.
Esto sugiere que los patrones de aminoácidos identificados son responsables de otorgar a estas proteínas, entre otros mecanismos, la capacidad de unirse a moléculas autoinductoras y de esta manera permitir que R. etli perciba el número de bacterias a su alrededor, para contender con los cambios ambientales.
Referencias
H Zheng, Y Mao, Q Zhu, J Ling, N Zhang, N Naseer, Z Zhong, J Zhua. (2015). The Quorum Sensing Regulator CinR Hierarchically Regulates Two Other Quorum Sensing Pathways in Ligand-Dependent and –Independent Fashions in Rhizobium etli. Journals ASM https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25691531
S. Pillaca (2016). Quorum Sensing: la comunicación microbiana. OpenMind. https://www.bbvaopenmind.com/quorum-sensing-la-comunicacion-microbiana/
M. Rojas (2011). Quorum sensing en la asociación beneficiosa de las bacterias con las plantas. Scielo. Sitio web: http://www.scielo.org.co/pdf/biote/v13n2/v13n2a12.pdf
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