As bactérias se comunicam umas com as outras?

bactérias se comunicam por meio de quorum sensing, que é um processo dependente da densidade celular usado para se comunicar umas com as outras a fim de regular a expressão gênica.

Lembra-se dos bons velhos tempos em que sair com amigos e família não era uma proposta arriscada? Volte para quando a coordenação de planos para grandes grupos era normal. Por mais alegres que fossem as reuniões de grupo, uma coisa que tenho certeza que ninguém perde é como foi difícil fazer com que as agendas de todos estivessem alinhadas e escolher uma data comum. Não importa fazer com que todos concordem mutuamente com um local ou restaurante. A comunicação em grandes grupos é uma habilidade e tanto!A comunicação parece simples, mas na verdade é bastante complexa. Já perguntou ao seu outro significativo “O que há de errado?” quando eles pareciam estar de mau humor, apenas para eles gritarem “Nada!”?

Os seres humanos, situados no topo da cadeia alimentar com o cérebro e as estruturas sociais mais desenvolvidos, ainda lutam para transmitir suas mensagens a outros de sua espécie. E se eu lhe disser que uma bactéria unicelular humilde já descobriu isso? Eles desenvolveram uma maneira de se comunicarem entre si em perfeita harmonia. Sem argumentos, sem desacordos, apenas transmitindo a mensagem de forma clara. Chocante, não é?

Essa minúscula forma de vida de apenas uma célula, não tem ouvidos ou boca e nenhum grande cérebro para decodificar sinais e símbolos. Como então ele “fala” com outros de sua espécie? Muito simplesmente, as bactérias usam produtos químicos para enviar mensagens umas às outras, em um processo chamado Quorum Sensing (QS).

O que é o sensor de quorum?

O sensor de quorum , como a palavra quorum indica, é uma forma de contar a população bacteriana em um determinado local, a fim de ativar coletivamente certos comportamentos de grupo.

Muitas bactérias tendem a formar um grupo e realizar sua tarefa juntas. Eles têm sistemas que os fazem expressar diferentes comportamentos em diferentes densidades populacionais. O sensor de quorum é como todos eles sabem o quão grande seu grupo é em um determinado local, o que então estimula alguns comportamentos coletivos que são programados em seus genes.

Esses comportamentos coletivos incluem tarefas como bio-luminescência (produção de luz), produção de antibióticos, formação de biofilme, infecção do hospedeiro e até mesmo a troca de informações genéticas (conjugação), só para citar alguns.

Quando esse modo de comunicação foi descoberto?

Em algum momento do século passado, os cientistas estavam intrigados com uma espécie de bactéria bioluminescente – Vibrio Fischeri .

V. fischeri é uma espécie de bactéria bioluminescente marinha que pode ser encontrada flutuando na água do oceano ou em camadas nas lulas. Eles estão em relações simbióticas com diferentes animais marinhos para oferecer essa luz em troca de alimento e abrigo. Durante o dia, eles produzem luz para camuflar seus anfitriões, enquanto à noite, eles tornam mais fácil para seu anfitrião ver.

Essas bactérias em particular produzem sua luz brilhante característica, mas apenas em certas densidades populacionais. Os cientistas não conseguiram fazer com que eles produzissem essa bioluminescência em números menores, o que os deixou coçando a cabeça. Finalmente, em 1970 , eles descobriram a resposta – detecção de quorum.

As lulas têm uma relação simbiótica com V. fischeri , permitindo que vivam em seus corpos. Em troca, as lulas aproveitam a luz que produzem. (Crédito da foto: Narrissa Spies / Wikimedia Commons)

O mecanismo de detecção de quorum

A chave para o sensor de quorum é ter uma congregação bacteriana grande o suficiente para que o comportamento ocorra. Cada bactéria marca sua presença ao liberar moléculas especiais de sinalização conhecidas como auto-indutores no ambiente ao seu redor. Estes são os equivalentes bacterianos das moléculas de hormônios animais.

As bactérias produzem e liberam naturalmente esses autoindutores, que fluem livremente para dentro e para fora da célula pelo processo de difusão. À medida que as bactérias continuam a se multiplicar e aumentar em número, mais dessas moléculas de sinalização são produzidas e liberadas no meio ambiente. Todas as bactérias podem sentir essa quantidade crescente de moléculas de sinalização por meio de receptores em sua superfície. Eventualmente, uma certa concentração, conhecida como concentração limite, é alcançada.

Nesse ponto, a bactéria percebe: “Oh, espere! Existem tantas moléculas de sinalização ao redor e dentro de mim. Isso significa que muitos dos meus amigos estão por perto. É hora de começar a trabalhar em nossa tarefa de grupo. ”

Existem inúmeras formas de moléculas de sinalização. O tipo produzido e liberado depende da espécie de bactéria e da tarefa a ser realizada.

O que faz V. fischeri brilhar?

V. fischeri fabrica uma enzima especial produtora de luz chamada luciferase . Visto que uma única bactéria não pode produzir “luz” suficiente, torna-se um desperdício de recursos fazê-lo sozinha. A natureza é eficiente e programou essas bactérias para produzir sua luz apenas quando estiverem em número suficiente para atingir um brilho.

V. fischeri   produz uma enzima chamada AHL sintase. A AHL sintase produz então AHL (N-acil homoserina lactona), que é o auto-indutor que a bactéria libera em seu ambiente.

Conforme o número de V. fischeri aumenta, a quantidade de AHL aumenta. Eventualmente, a concentração de AHL fora das células torna-se maior do que o número dentro, fazendo com que o gradiente de concentração se reverta e o AHL flua de volta para as células bacterianas.

Assim que o AHL começa a fluir de volta para o interior da célula, ele ativa certos genes responsáveis ​​pela produção da luciferase. Dessa forma, essa espécie de bactéria começa a brilhar apenas em altas densidades populacionais.

Processo de quorum sensing em V. fischeri, que leva à ativação de genes necessários para a bioluminescência. (Crédito da foto: Caroline Dahl / Wikimedia Commons)

Existem outras formas de detecção de quorum?

Assim como os humanos têm linguagens diferentes, as bactérias têm diferentes tipos de moléculas de sinalização. Existem dois tipos de bactérias: gram positivas e gram negativas. A principal diferença entre os dois é em termos de espessura e composição da parede celular. 

O mecanismo de detecção de quorum depende da natureza grama da bactéria. Bactérias gram-negativas como V. fischeri usam autoindutores, como AHLs. Os AHLs usam difusão para movimento para dentro e para fora do corpo bacteriano.

As bactérias Gram-positivas têm um mecanismo ligeiramente alterado. Suas moléculas de sinalização são peptídeos , pequenas cadeias de aminoácidos, no lugar de AHLs. Em vez de se difundir para fora da célula bacteriana, eles são empurrados para fora por bombas de transporte.

Por que as bactérias precisam se comunicar?

Tomemos, por exemplo, uma bactéria patogênica que entrou no corpo e começa a expressar seus genes de virulência (causadores de doenças) e, como resultado, alerta o sistema imunológico do hospedeiro. A pobre bactéria solitária será atacada pelas células do sistema imunológico.

Com o sensor de quorum, no entanto, as bactérias podem esperar, aumentar seu número e então liberar seu domínio sobre o corpo.

As bactérias inicialmente ficam quietas, em modo furtivo, enquanto continuam a se replicar. Depois que a comunidade bacteriana é grande o suficiente, ela ganha confiança para entrar em conflito com o sistema imunológico do hospedeiro. Só então ele ativará os genes necessários para causar doenças.

Outro exemplo é o da bactéria Myxococcus xanthus muito social Essas bactérias estão presentes no solo e se movem em grupos em busca de alimento. Agora, se tudo o que se faz é se mover em uma pequena área e comer o que encontrar lá, eventualmente a comida acaba.

Assim que isso acontecer, essas bactérias começarão a morrer de fome e passarão a transmitir uma nova mensagem dentro de seu grupo: “Junte-se, aproxime-se, fiquem juntos. Forme um corpo coeso para que possamos viajar coletivamente. ” Essa mensagem é obtida por meio de moléculas de sinalização que são liberadas quando as bactérias começam a morrer de fome.

A falta de comida ativa um programa predefinido em seus genes e eles formam o que chamamos de “corpos frutíferos” – um amontoado de esporos bacterianos dormentes – esperando para serem carregados pelo vento para outros locais ricos em alimentos.

Conclusão

Sim, as bactérias se comunicam entre si e desenvolveram sistemas sofisticados de detecção de quorum para fazer isso. Sendo organismos unicelulares, as bactérias se comunicam via quorum sensing para coordenar o comportamento e funcionar como uma unidade multicelular coletiva.

Os cientistas estão descobrindo ativamente como manipular os sistemas QS para desenvolver novas estratégias no combate a doenças e aumentar a produção de antibióticos.

Referências:

  1. Revisões anuais em microbiologia
  2. Cartas de microbiologia FEMS
  3. Jornal internacional de microbiologia alimentar
  4. Revisão anual da genética
  5. Perspectivas de Cold Spring Harbor na medicina
  6. Journal of bacteriology
  7. Livro de microbiologia de Prescott
Gilvan Alves: 23 Anos de idade, Técnico em Rede de Computadores, Sempre em busca de aprender algo novo todos os Dias!

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