Detecção do quórum
As bactérias usam a comunicação entre células para coordenar o comportamento coletivo em resposta às mudanças na densidade celular e composição das espécies comunitárias. Este processo também é chamado de quorum sensing, ou QS, para abreviar. Este processo de comunicação depende da densidade celular e só é eficaz quando a concentração de certas moléculas de sinalização extracelular (ou seja, auto-indutores) emitidas pelas bactérias excede um nível limite no meio. Tais moléculas sinalizadoras, ou IAs, podem desencadear um processo regulador genético, resultando na expressão de informação genética específica na bactéria receptora (isto é, expressão gênica). Este processo já foi demonstrado em mais de 70 bactérias.
Tal como na linguagem humana, estes sinais também variam entre as espécies bacterianas. Por exemplo, algumas bactérias podem interpretar muitos sinais diferentes, enquanto outras respondem apenas a alguns. Com a ajuda deste processo de comunicação, as colónias bacterianas podem desempenhar várias funções: Esporulação (isto é, processo de formação de esporos), bioluminescência (isto é, capacidade de produzir luz), virulência (isto é, capacidade de infectar), conjugação (isto é, transferência de genoma através do contacto celular), competência (isto é, capacidade de absorver DNA e assim transformar), e formação de biofilme (isto é, comunidade de vida com uma matriz parecida com a de uma matriz fina).
Como funciona o QS?
Durante a fase reprodutiva das bactérias, elas desenvolvem IAs. Enquanto as bactérias Gram-negativas produzem os chamados acyl-homoserine-lactones ( HSL para abreviar), em Gram-positive bacteria extracellular pheromones são responsáveis pela comunicação celular. As HSLs podem passar passivamente através da parede celular fina - as feromonas, entretanto, têm que ser transportadas ativamente através da parede celular com a ajuda de energia adicional (isto é, ATP). Em ambos os casos, os AIs saem das células individuais. Com a proliferação de bactérias, a concentração de auto-indutores também aumenta e atinge uma "massa crítica". O efeito deste limiar é que seria energeticamente desfavorável se os IAs continuassem a escapar das células (ou seja, por equilíbrio de difusão ou transporte). Isto aumenta a concentração dentro das células. Quando esta concentração intracelular aumenta, os IAs ligam-se aos receptores da bactéria, desencadeando sinais e resultando na expressão gênica. Em muitas bactérias, a mudança na expressão gênica envolve o fechamento de mais IAs.
QS na coordenação do desenvolvimento da doença
A conhecida bactéria Gram-negativa Vibrio cholerae (ou seja, agente causador da cólera) usa QS para a contagiosa (ou seja, virulência) durante a infecção com cólera. Neste processo, a bactéria constrói biofilmes para transportar mais eficazmente os nutrientes entre as colónias, protegendo-os ao mesmo tempo. Estes processos de comunicação aumentam a capacidade da bactéria de se reproduzir e potencialmente secretar a toxina da cólera, que pode causar doenças diarréicas graves em humanos.
Com os novos conhecimentos, os cientistas estão agora a pesquisar o processo de QS da V. cholerae como uma possibilidade terapêutica. Por exemplo, um estudo publicado em 2015 mostrou que a sobrecarga de bactérias da cólera com os seus auto-indutores poderia parar completamente o processo de formação do biofilme, atrasando potencialmente o processo de infecção. Isto pode permitir que o sistema imunológico humano se recupere durante a fase de infecção, que de outra forma seria rápida. A relevância médica também existe como uma possível solução para o problema do forte aumento da resistência aos antibióticos entre diferentes bactérias.
Relevância médica
Embora a pesquisa de Silverman e Bassler tenha criado uma nova compreensão dos processos das colônias microbianas, isso só foi possível após anos de persuasão e após muitas publicações. Durante muito tempo, os especialistas foram da opinião que a QS era apenas uma expressão especial entre a bactéria Vibrio fischeri e a lula anã e não estava associada a outras bactérias. Hoje, o QS foi detectado várias vezes e também oferece potencial médico. Para combater os germes resistentes a antibióticos, o respectivo sistema de IA destes pode ser perturbado. A fim de combater várias bactérias diferentes em paralelo, frustrar um sistema de IA geralmente eficaz seria mais eficiente. Os cientistas estão actualmente a realizar uma investigação intensiva destes conceitos - no entanto, as substâncias ainda não são suficientemente eficazes para um efeito clínico e não possuem todas as propriedades necessárias para um medicamento. Um efeito contrário também é concebível, disse ele, se a QS poderia ser usada para suportar os mecanismos das bactérias benéficas no intestino ou na pele.
Em 2019, o Bassler mostrou que os fagos (ou seja, vírus que atacam bactérias) também usam QS para experimentar o momento com a maior densidade de bactérias. Se infectam bactérias quando o seu número é mais elevado, a probabilidade de descendência de fagos ser mais elevada também é maior.
Devido à pandemia de Corona, a cerimônia de premiação foi adiada para 14 de março de 2022.
Conclusão:
A descoberta e os sistemas de detecção do quórum em bactérias pode ter sido um dos primeiros passos no desenvolvimento de abordagens microbiológicas e médicas mais eficientes na pesquisa de antibióticos. As últimas pesquisas sobre comunicação microbiana são apenas o começo.
