Interceptación de señales de comunicación bacteriana tipo N-acilhomoserín lactonas (AHLs) en bacterias aisladas del medio marino

Resumo

¿Interceptación de señales de comunicación bacteriana tipo N-acilhomoserín lactonas (AHLs) en bacterias aisladas del medio marino¿ Muchas especies bacterianas responden a los cambios del medio mediante un sistema de comunicación basado en la producción y liberación de pequeñas moléculas señal denominadas ¿autoinductores¿ que controlan la expresión de diferentes genes, incluidos factores de virulencia. Este mecanismo es conocido como ¿Quorum Sensing¿ (QS). La principal familia de autoinductores descrita es la de las N-Acilhomoserín lactonas (AHLs) basadas en un anillo lactona al que se une por un enlace amida un acido graso a modo de cadena lateral. Son empleadas por bacterias Gramnegativas y difieren en el tamaño y sustituyentes de la cadena lateral haciéndolas específicas para cada especie bacteriana. Puesto que las poblaciones bacterianas coordinadas por mecanismos de QS presentan ventajas competitivas en las múltiples interacciones que se producen en la naturaleza tanto con otros procariotas como eucariotas, los competidores han desarrollado sistemas, conocidos como ¿Quorum Quenching¿ (QQ), para desarmar los mecanismos de QS. El QQ se ha convertido de esta forma en una interesante alternativa a los problemas de resistencia a antibióticos en salud humana y en la acuicultura. Con el objetivo de estudiar la frecuencia de cepas bacterianas con actividad QQ sobre AHLs en el medio marino y obtener aislados con posibles aplicaciones biotecnológicas, se procedió al aislamiento, en diferentes medios de cultivo y temperatura, de bacterias procedentes de: sedimento de tanque de cultivo de peces, biopelícula de tanque reservorio de agua de mar filtrada, el alga Fucus vesiculosus en la zona intermareal, muestra agua de mar de estuario y de alta mar a 0 y 10 metros de profundidad. Los resultados de aislamiento de bacterias marinas de este trabajo indicaron que el QQ podría ser una actividad de elevada prevalencia en el medio marino entre las bacterias cultivables, como demuestra la elevada frecuencia de aislados con capacidad de degradación enzimática de señales de quorum sensing (QS) tipo AHL, obtenidos tanto de comunidades bacterianas costeras como de muestras de agua de mar. De un total de 630 bacterias aisladas, 109 presentaban actividad enzimática degradadora al menos sobre una de las AHLs probadas, lo que representa un 17,3% del total de los aislados analizados, porcentaje casi un orden de magnitud más elevado que el descrito para aislados de suelo. Sólo ha sido posible identificar un aislado capaz de antagonizar la actividad AHL sin degradarla, aunque esta actividad debe ser todavía caracterizada. El medio de cultivo y la temperatura de aislamiento no afectaron al número de bacterias aisladas con actividad QQ, mientras que el origen de la muestra afecta fuertemente a la actividad, siendo mayor en el alga Fucus vesiculosus (39,4% de especies activas) y en muestras de alta mar a 0 y 10 metros de profundidad (27,7 y 21,7% respectivamente). Se han identificado 19 aislados capaces de degradar un amplio espectro de AHLs, 15 de ellos de comunidades bacterianas densas y 4 de agua de mar, en su mayoría pertenecientes a géneros estrictamente marinos. Además de ser más frecuentes, los aislados con actividad QQ de amplio espectro presentaron una mayor variabilidad taxonómica entre los aislados de comunidades bacterianas costeras, perteneciendo a 10 géneros encuadrados en los phyla ¿-; ¿-Proteobacteria (6, incluyendo una nueva especie próxima a Phaeobacter); Actinobacteria (1); Firmicutes (2) y Bacteroidetes (1). Los aislados de agua de mar pertenecieron a ¿-Proteobacteria (1) y Bacteroidetes (2), incluyendo una nueva especie próxima a Maribacter. Existe una fuerte discrepancia entre el número de aislados con actividad QQ en aguas marinas y la frecuencia de las secuencias homólogas a enzimas de QQ conocidos en metagenomas del medio marino. Esta discrepancia puede ser atribuida a la baja homología existente entre secuencias de enzimas de QQ o a la existencia de actividades enzimáticas todavía no descritas. La caracterización de la actividad QQ del aislado 20J, obtenido de la muestra de sedimento de tanque de cultivo de peces e identificado como Tenacibaculum discolor (99% ID), revela que esta cepa presenta dos tipos de actividad de tipo enzimático, siendo una de ellas una lactonasa que se excreta al medio de cultivo. La enzima lactonasa es más activa sobre AHLs de cadena corta. Esta actividad QQ de amplio espectro sobre AHLs está conservada en las especies del género Tenacibaculum, con la excepción de T. maritimum NCIMB 2154T que únicamente degrada AHLs largas. Miembros del género Tenacibaculum, pertenecientes al phylum Bacteroidetes, producen C4- HSL. Esta AHL podría controlar el modo de crecimiento en biopelícula de T. maritimum NCIMB 2154T y puede ser detectada in vivo en el patógeno T. discolor DSM 18842.