Comunicação química em bactérias (regulação Quorum Sensing)

I A. Khmel, IMGRAS

Nos últimos anos, a atenção de numerosos pesquisadores que trabalham com microrganismos em diversas áreas da biologia e da medicina tem sido atraída para um fenômeno denominado Quorum Sensing (QS). Quorum Sensing (QS) é um tipo especial de regulação da expressão gênica bacteriana, dependendo da densidade de sua população. Os sistemas QS incluem moléculas sinalizadoras de moléculas pequenas chamadas autoindutores, que se difundem facilmente através da parede celular, e proteínas reguladoras às quais os autoindutores (AI) se ligam. À medida que a população bacteriana aumenta e atinge um nível crítico, os IAs acumulam-se até ao valor limite requerido e interagem com as proteínas reguladoras correspondentes, o que leva a uma activação acentuada (indução) da expressão de certos genes em bactérias. Com a ajuda da IA, é realizada a comunicação bacteriana - transferência intercelular de informações entre indivíduos bacterianos pertencentes à mesma ou a diferentes espécies, gêneros e até famílias; Portanto, moléculas sinalizadoras são consideradas “palavras” nessa “linguagem” peculiar das bactérias. Graças à regulação do QS, as bactérias são capazes de controlar de forma coordenada a expressão genética em toda a comunidade. Este comportamento das bactérias apresenta semelhanças com organismos multicelulares; as bactérias aproveitam o comportamento “social” que não estava disponível para elas como células individuais. A transferência de informação de célula para célula através de sistemas QS, que leva à indução de conjuntos especializados de genes, contribui para a rápida adaptação das populações bacterianas às mudanças nas condições ambientais e à sua sobrevivência em condições naturais.

A regulação do QS foi descoberta e descrita pela primeira vez no início dos anos 70 em uma bactéria marinha luminosa Vibrio peixe. Nesta bactéria, a capacidade de bioluminescência devido à síntese de luciferase é codificada Luxo operon ( luxo CDABE), e a bioluminescência ocorre apenas em altas densidades populacionais bacterianas (até 10¹¹ células/ml). V. peixe vive em simbiose com alguns animais marinhos, no órgão de luz especializado do animal. Nesta associação simbiótica, o animal hospedeiro fornece à bactéria um meio rico em nutrientes e a bactéria hospedeira fornece luz. Cada organismo eucariótico usa luz para seus propósitos específicos. Por exemplo, um caracol Euprimna escolopes iluminando-se com V. peixe, não projeta sombras à luz da lua e das estrelas, o que a ajuda a escapar dos inimigos. Peixe Monocentris japonês usa luz para atrair um parceiro [3].

Durante muito tempo acreditou-se que a regulação do QS era um caso muito raro, no entanto, nos últimos anos tornou-se claro que este tipo de regulação é generalizado em bactérias de vários grupos taxonômicos. Atualmente, a regulação do QS foi encontrada em mais de 50 espécies bacterianas. Uma grande variedade de compostos é usada por bactérias como autoindutores de sistemas QS; o número de IAs recentemente descobertas está aumentando. Além disso, uma espécie de bactéria pode usar e reconhecer mais de um tipo de moléculas sinalizadoras.

Foi agora demonstrado que os sistemas reguladores do tipo QS desempenham um papel fundamental num grande número de processos celulares bacterianos. Eles estão envolvidos na interação de muitas bactérias com organismos superiores, animais e plantas, na regulação da virulência bacteriana, na formação de biofilmes, na regulação da expressão gênica associada à síntese de várias exoenzimas, toxinas, antibióticos e outros metabólitos secundários, conjugação, etc. O uso de métodos transcriptômicos nos últimos anos e análises proteômicas mostraram que os sistemas QS funcionam como fatores regulatórios globais. O estudo dos sistemas reguladores do QS, seu papel no metabolismo e interação das bactérias define uma abordagem completamente nova para o estudo do comportamento das bactérias em condições naturais; esses estudos podem ser de grande importância prática.

O papel dos sistemas QS é especialmente grande na regulação dos processos de interação de bactérias patogênicas com um organismo eucariótico - o hospedeiro. O processo infeccioso ocorre quando são atingidas populações suficientemente grandes de bactérias patogênicas; ao mesmo tempo, um aumento na concentração de moléculas sinalizadoras no meio ambiente leva à síntese síncrona de fatores de virulência que contribuem para a destruição dos tecidos corporais. Esta estratégia ajuda as bactérias a superar com sucesso a resposta imunológica do organismo hospedeiro.

A capacidade das bactérias de formar biofilmes é um fator significativo na sua patogenicidade. Biofilmes são estruturas físicas com características únicas formadas por comunidades microbianas associadas à superfície. A formação de biofilmes é uma das principais estratégias que aumentam a sobrevivência das bactérias no ambiente, incluindo o hospedeiro. A capacidade das bactérias existirem como parte de biofilmes cria grandes dificuldades para a prática médica, pois aumenta significativamente a resistência das bactérias à ação de medicamentos antibacterianos, bem como aos efeitos de desinfetantes, fatores ambientais desfavoráveis, como baixo ou alto Níveis de pH, alta força osmótica, etc., e o efeito da defesa imunológica do hospedeiro. A formação de biofilmes bacterianos em equipamentos implantáveis ​​(por exemplo, cateteres, válvulas cardíacas artificiais, lentes, etc.) é a causa de uma série de doenças crônicas graves e extremamente difíceis de tratar. Foi demonstrado que a regulação QS desempenha um papel crítico na formação de biofilme

O facto de o QS poder ser um factor importante na regulação da virulência bacteriana levou a uma nova direcção de investigação envolvendo a utilização da regulação do QS como um alvo potencial para a luta contra doenças infecciosas. A hipótese é que a inibição do funcionamento dos sistemas QS pode fornecer novos tratamentos, levando à transformação real de bactérias patogênicas em não patogênicas, sem o uso de antibióticos e outros medicamentos comumente usados. Atualmente, esta abordagem é considerada uma nova estratégia promissora para terapia antimicrobiana. Um grande número de laboratórios procura e estuda substâncias que suprimem o QS. A seguir consideraremos os sistemas QS conhecidos em bactérias e as perspectivas de criação de uma nova geração de medicamentos voltados diretamente para a supressão da patogenicidade das bactérias.

Quorumde detecção sistemas em bactérias elesmecanismos moleculares

Suas ações

QSsistemas bacterianos gram-negativosLuxo- LuxRtipo.

Nas bactérias Gram-negativas, os sistemas QS mais bem estudados são aqueles que funcionam com a participação de autoindutores de N-acil-homosserina lactona (AHL, ou AI-1). AHLs incluem um anel lactona homosserina e grupos acil laterais. Mais de 40 AHLs foram descritos, diferindo no comprimento das cadeias acil na molécula. A especificidade da ação AHL é determinada pelo número de grupos acil (de C4 a C16) e pela presença de alguns grupos adicionais. AHLs contendo cadeias acil curtas difundem-se livremente através das membranas celulares; AHLs com cadeias acil longas requerem transporte ativo para sair das células. AHL interage com proteínas reguladoras homólogas à proteína LuxR Vibrio peixe, que constituem a família de proteínas do tipo LuxR. As moléculas dessas proteínas contêm dois domínios que determinam a ligação da proteína ao AHL e ao DNA. Quando o AHL se liga, a configuração da proteína semelhante a LuxR muda, permitindo que ela se ligue ao DNA e funcione como um ativador de transcrição.

A biossíntese de AHL em várias bactérias estudadas a este respeito envolve S-adenosil metionina (SAM) (formação do anel lactona homosserina) e a proteína transportadora do grupo acil ACP.

Sistemas QS funcionando com a participação de AHL foram encontrados em um grande número de bactérias gram-negativas, incluindo os gêneros Agrobactéria, Aeromonas, Burkholderia, Cromobactéria, Citrobacter, Enterobactérias, Erwinia, Háfnia, Pantoéia, Pseudomonas, Ralstonia, Rodobacter, Rizóbio, Serratia, Vibrio, Yersínia etc. Entre elas estão bactérias patogênicas e fitopatogênicas.

A regulamentação QS foi estudada em mais detalhes Luxo operon Vibrio peixe. Envolve dois componentes reguladores principais: 1) Proteína LuxI (sintase

autoindutor) é responsável pela produção de N-(3-oxohexanoil)-homosserina lactona (3OC12-HSL); 2) A proteína LuxR liga o autoindutor e, em seguida, o complexo LuxR-3OC12-HSL, ligando-se ao promotor Luxo operon, ativa sua transcrição, o que leva à síntese da luciferase e à emissão de luz. Quando a cultura Vibrio peixe cresce, o 3OC12-HSL acumula-se até um nível limite, que é suficiente para ativar LuxR e ligá-lo à região promotora Luxo operon e indução deste operon. Porque o gene autoindutor sintase LuxI faz parte deste operon, a quantidade de AI sob essas condições aumenta acentuadamente, o que leva a mais indução Luxo síntese de operon e luciferase.

Das bactérias patogênicas, os sistemas QS são os mais bem estudados Pseudomonas aeruginosa. Nas células Pseudomonas aeruginosa, um patógeno humano oportunista que causa infecções graves do trato respiratório, um grande número de genes, incluindo genes responsáveis ​​pela síntese de fatores de virulência, são ativados por dois sistemas QS do tipo LuxI-LuxR: LasI-LasR e RhlI-RhlR. A proteína LasI é responsável pela produção do autoindutor N-3 (oxododecanoil) homoserina lactona (3OC12-HSL), a proteína RhlI é uma N-butanoil homoserina lactona (C4-HSL) sintase e está envolvida na regulação da formação de biofilme. O sistema LasI-LasR regula a síntese de fatores de virulência secretados responsáveis ​​pela destruição dos tecidos do hospedeiro ao iniciar um processo infeccioso: a elastase, codificada pelo gene lasB, uma protease codificada por lasA, uma exotoxina codificada toxA, fosfatase alcalina codificada pelo gene abrilA. O sistema LasR-LasI QS também ativa a expressão de genes do segundo sistema QS P. aeruginosa, RhlI-RhlR, levando à sua indução. O complexo da proteína RhlR com o autoindutor correspondente C4-HSL induz a expressão de dois genes regulados pelo sistema QS do primeiro tipo, lasB E abrilA, E. vários outros genes importantes para a virulência das bactérias e sua sobrevivência em condições naturais. Foi demonstrado que a expressão de mais de 600 genes P. aeruginosa controlado pela QS.

Foi demonstrado que o 3OC12-HSL pode ter um efeito direto no corpo: as moléculas de 3OC12-HSL interagem com componentes do sistema imunológico, como as interleucinas, modulando a resposta imunológica do corpo à infecção P. aeruginosa; inibir a proliferação de linfócitos, diferenciação de células T, produção de citocinas, reduzir a produção de fatores de necrose tumoral; injeções deste composto induziram um processo inflamatório em camundongos.

você P. aeruginosa foi descoberto um autoindutor de natureza diferente - 2-heptil-3-hidroxi-4-quinolona (denominado PQS). PQS regula parcialmente a expressão do gene da elastase lasB juntamente com os dois sistemas QS descritos acima. A expressão do PQS requer a proteína LasR, e o PQS, por sua vez, ativa a transcrição gênica rhlI.

Assim, os sistemas QS estão envolvidos no controle da virulência P. aeruginosa em uma rede regulatória complexa e hierárquica.

O exame microscópico dos pulmões de pacientes com fibrose cística (FC) revelou que P. aeruginosa vive lá principalmente como parte de biofilmes. Foi demonstrado que as células P. aeruginosa, carregando laseu mutação, não formam biofilmes maduros, a formação de biofilmes para no estágio de microcolônia. Estas mutações poderiam ser complementadas pela adição exógena do autoindutor 3OC12-HSL. Pesquisa realizada com P. aeruginosa, mostraram que a formação de biofilme pode ser um fator crítico na colonização pulmonar por esse patógeno.

Outra bactéria patogênica na qual o papel do QS na regulação da virulência está sendo ativamente estudado é Burkholderia cepacia, contém o sistema CepI-CepR QS envolvido na regulação de fatores de patogenicidade (exoprotease, sideróforos). A síntese dos autoindutores de regulação QS N-octanoil-homosserina lactona (C8-HSL) e N-hexanoil-homosserina lactona (C6-HSL) nesta bactéria é muito fraca. Foi mostrado. que na maioria dos casos de pacientes com fibrose cística os pulmões foram infectados ao mesmo tempo B. cepacia E P. aeruginosa. Ao mesmo tempo, a comunicação interespécies entre estas bactérias poderia aumentar a patogenicidade B. cepacia. Assim, adicionando fluido de cultura P. aeruginosa para culturas B. cepacia levou a um aumento significativo na atividade de exoprotease e na produção de sideróforos. Este foi o primeiro exemplo em que uma bactéria conseguiu regular a produção dos seus factores de patogenicidade através da síntese de IA por outra bactéria. O estudo de tais características do comportamento das bactérias em condições naturais abre novos aspectos importantes para a epidemiologia. Na verdade, a epidemiologia não leva em consideração situações completamente possíveis em que a interação de bactérias não patogênicas - produtoras de AHL e bactérias fracamente patogênicas (ou praticamente não patogênicas em determinadas condições) pode levar ao desenvolvimento de infecção. Os dados actualmente disponíveis levantam urgentemente a questão da necessidade de investigação séria sobre a comunicação de várias bactérias em condições naturais e os mecanismos moleculares dessa comunicação.

QSem bactérias gram-positivas

Nas bactérias gram-positivas, vários sistemas envolvidos no controle da virulência em Estafilococos áureo, na regulação da competência (ou seja, a capacidade de aceitar DNA exógeno durante a transformação) em Estreptococo pneumoniae, regulação de competência e esporulação em Bacilo sutilis. Peptídeos secretados, AIP, são usados ​​como autoindutores de sistemas QS em bactérias gram-positivas. Entre eles estão peptídeos lineares e peptídeos contendo um anel tiolactona. Eles são reconhecidos por receptores específicos – histidina quinases sensoriais de dois componentes ligadas à membrana. As moléculas sinalizadoras peptídicas não se difundem através da membrana celular; Aparentemente, os exportadores de peptídeos são responsáveis ​​pela sua liberação da célula para o meio ambiente. Na maioria dos casos, ocorre processamento e modificação de peptídeos. Diferentes bactérias gram-positivas sintetizam diferentes moléculas de sinalização peptídica. O mecanismo de sinalização opera através de uma cascata de fosforilação/desfosforilação. A quinase sensora é fosforilada, após o que o grupo fosforil é transferido para a proteína correspondente - o regulador de resposta. O regulador de resposta fosforilado liga-se ao DNA e ativa a transcrição do gene alvo.

O sistema mais bem estudado é o QS. Estafilococos áureo. S. áureo usa uma estratégia bifásica para infecção de um macroorganismo. Em baixas densidades populacionais bacterianas (o primeiro estágio da infecção), as células produzem fatores proteicos que promovem sua fixação e colonização; em alta densidade populacional (segundo estágio), as bactérias reprimem a síntese desses fatores, e nelas começa a secreção de toxinas e proteases; esta etapa é regulada pelo sistema Agr QS. O sistema inclui o peptídeo autoindutor AIP e agrBDCA-operon. Gene agrD codifica genes AIP agrC E agrA- duas proteínas de dois componentes, quinases sensoras, AgrC e AgrA. Gene agrB codifica uma proteína que exporta e modifica AIP (adiciona um anel de tiolactona). A ligação de AIP a AgrC resulta na fosforilação de AgrA. AgrA fosforilada induz a expressão de RNA regulador (RNAIII), que suprime a expressão de fatores de adesão celular durante o segundo estágio da infecção. AgrA ativado também induz expressão agrícola operon, que causa a indução da síntese de AIP.

Quatro grupos são conhecidos S. áureo, sintetizando AIPs com sequências diferentes. Curiosamente, cada tipo de AIP activa o seu próprio receptor AgrC, mas inibe a activação de proteínas receptoras nos outros três grupos devido à ligação competitiva a estas proteínas; como resultado, a AIP de cada grupo de estafilococos suprime a ativação da cascata de virulência dos outros três grupos S. áureo. De acordo com esta estratégia, o peptídeo AIP purificado de estafilococos do grupo II suprime a virulência S. áureo grupo I durante a infecção de camundongos.

O segundo mecanismo QS operando em S. áureo, inclui a proteína RAP (também conhecida como proteína ribossômica L2) e a proteína TRAP; o último é um fator de transcrição citoplasmático. TRAP em seu estado fosforilado ativa o RNA III; sua fosforilação é estimulada pela proteína RAP. Virulência S. áureo pode ser inibido pelo peptídeo RIP (peptídeo inibidor de RNA III). O peptídeo RIP inibe a fosforilação da proteína TRAP, levando à inibição da síntese de RNA III, o que leva à supressão da síntese de toxinas e à redução da virulência celular. A fosforilação de TRAP também pode ser inibida na presença de AIP; isso mostra que uma complexa rede de transdução de sinal está envolvida na regulação da patogênese S. áureo.

Em outras bactérias gram-positivas, os estreptomicetos, entre os quais estão os principais produtores de substâncias antibióticas utilizadas na medicina, compostos de natureza diferente - γ-butirolactonas - são utilizados como autoindutores de sistemas QS. O QS nestas bactérias está envolvido na regulação da sua diferenciação morfológica e na produção de metabolitos secundários. Curiosamente, as moléculas sinalizadoras dos estreptomicetos são estruturalmente semelhantes às lactonas N-acil0-homosserina de bactérias Gram-negativas. Não se sabe, no entanto, se existe comunicação na natureza entre estes grupos de bactérias taxonomicamente distantes utilizando estas moléculas de sinalização.

QSsistema usando autoindutorIA-2

O autoindutor AI-2 foi descoberto pela primeira vez em células Vibrio Harveyi; É um composto de estrutura incomum, um diéster de borato de furanosil. O AI-2 acumula-se na segunda metade da fase de crescimento exponencial, mas o seu conteúdo diminui acentuadamente quando a cultura entra na fase estacionária.

AI-2 sintase é a proteína LuxS codificada pelo gene luxoS; genes luxoS altamente homólogo em diferentes bactérias. Na verdade, o gene luxoS presente em metade de todos os genomas bacterianos sequenciados.

AI-2 é produzido a partir de S-adenosilmetionina através de três etapas; O substrato da LuxS sintase é a S-adenosil-homocisteína, que é posteriormente convertida em adenina, homocisteína e 4,5-di-hidroxi-2,3-pentanodiona (DPD). O DPD, um produto altamente reativo que se reorganiza facilmente e entra em reações adicionais, pode formar moléculas sinalizadoras que vários tipos de bactérias reconhecem como AI-2. A estrutura de outra molécula sinalizadora, AI-2, foi determinada recentemente. Salmonela Typhimurium; esta substância de natureza furânica é diferente do AI-2 V. Harveyi, Incluindo, não contém um átomo de boro. Foi demonstrado que estes dois AI-2 e seus precursores formados a partir de DPD podem estar em equilíbrio sob condições naturais e facilmente interconverter-se. Acredita-se que o aparecimento do boro na molécula AI-2 V. Harveyi pode ser devido à alta concentração deste elemento na água do mar onde vive esta bactéria; ao mesmo tempo, a sua concentração nas condições de vida S. Typhimurium Muito mais baixo. A presença de boro na molécula AI-2 V. Harveyi e sua ausência no AI-2 S. Typhimurium, Aparentemente, são essenciais para a ação desses autoindutores nas células dos organismos que os produzem.

Assim, esses ainda poucos estudos de sistemas QS incluindo autoindutores do tipo AI-2 mostraram que, usando uma via biossintética conservadora usando a enzima LuxS, as bactérias sintetizam intermediários de moléculas sinalizadoras, cujo destino posterior pode ser determinado pelas características de o ambiente.

você Vibrio Harveyi a proteína do sensor receptor é LuxP, que se liga diretamente ao AI-2. O complexo LuxP-AI-2 interage com a histidina quinase LuxQ ligada à membrana. Em baixas densidades populacionais bacterianas, LuxQ é fosforilado e o fosfato é transferido para a proteína citoplasmática LuxU, e depois desta proteína para a proteína reguladora de ligação ao DNA LuxO. Em seguida, ocorre uma cadeia complexa de eventos, incluindo a ativação de genes que codificam cinco pequenos RNAs reguladores pela proteína fosfo-LuxO e pela subunidade sigma 54 da RNA polimerase; esses RNAs interagem com a proteína chaperona de RNA Hfq, o que leva à ligação e desestabilização do mRNA que codifica o ativador de transcrição LuxR. LuxR é necessário para ativação transcricional Luxo operon Vibrio Harveyi; em baixas densidades populacionais bacterianas mRNA luxoR degrada e, como resultado, não há bioluminescência. Em altas densidades populacionais bacterianas, a quantidade de AI-2 aumenta muito, o que leva à desfosforilação da proteína LuxO. LuxO não fosforilado não pode induzir a expressão de pequenos RNAs reguladores. Como resultado, a tradução do mRNA torna-se possível luxoR, Síntese de proteínas LuxR e bioluminescência. Assim, o eventual acúmulo de AI-2 causa ativação da expressão gênica Luxo operon. De grande interesse é o facto de no regulamento Luxo operon V. Harveyi Três tipos de autoindutores de sistemas QS interagem entre si: AI-2, AHL (tab.) e CAI-1.

Atualmente, a questão do papel do AI-2 como molécula sinalizadora e reguladora da expressão gênica em várias bactérias permanece pouco compreendida e requer mais pesquisas.

Em relação às bactérias patogênicas com base no estudo de mutantes com gene inativado Luxo S, este gene, considerado o gene da AI-2 sintase, demonstrou estar envolvido na regulação da expressão de genes associados à virulência de cepas enteropatogênicas E. coli, Vibrio cólera, Estreptococo Piogenes. Os sistemas QS deste tipo são reguladores globais da expressão genética bacteriana; então, foi mostrado que Luxo S está envolvido na regulação da transcrição de 242 genes E. coli, constituindo 5,6% do genoma desta bactéria.

Entre as bactérias da família Enterobactérias Os sistemas QS Tipo II são os mais bem estudados em E. coli E S. Typhimurium. você S. Typhimurium genes que codificam um tipo de receptor AI-2 diferente do receptor AI-2 LuxP foram encontrados em V. Harveyi. Este é um transportador dependente de ATP chamado LsrB (para regulado por LuxS). O mesmo receptor AI-2 foi encontrado em outros membros da família Enterobactérias. Uma vez dentro da célula, o AI-2 é fosforilado e se liga à proteína LsrR. Na ausência de AI-2, a proteína LsrR reprime lsr operon. AI-2 se acumula na segunda metade da fase de crescimento exponencial, seu conteúdo no meio diminui drasticamente quando a cultura entra na fase estacionária. Células E. coli E S. Typhimurium importe AI-2 ao entrar na fase estacionária através do transportador Lsr.

Com base em um estudo do efeito de mutações que inativam o gene Luxo S, concluiu-se que a LuxS sintase está envolvida na regulação da expressão gênica relacionada à virulência em cepas patogênicas E. coli EHEC e EPEC - controla a expressão do sistema de secreção tipo III, que é codificado pelos genes do locus LEE, está envolvido na regulação da migração celular, formação de biofilme, síntese de toxinas, etc. A análise transcriptômica mostrou que LuxS é um regulador global de EHEC, controlando a expressão de mais de 400 genes. Uma grande quantidade de dados foi publicada mostrando que mutações no gene Luxo S levam à ausência de síntese de AI-2 e têm efeito significativo nos processos celulares de diversas bactérias da família Enterobactérias: S. marcescens, Serratia sp. , Erwinia carotóvora E amilovora.

Porém, em experimentos de complementação de mutações no gene Luxo S utilizando AI-2 isolado e sintetizado quimicamente, constatou-se que nem todos os fenótipos dependentes de Luxo S , controlado diretamente pelo AI-2. O papel regulador do AI-2 é comprovado justamente para a bioluminescência da cepa V. Harveyi BB170 e expressão lsr- operon S. Typhimurium. Estes resultados mostraram que os dados sobre a influência do AI-2 em algumas propriedades das células que antes eram consideradas dependentes do sistema QS tipo II deveriam ser reconsiderados levando em consideração o fato de que a síntese do AI-2 não é a única função do LuxS. sintase. Em células bacterianas com genes inativados Luxo A S-ribosil-homocisteína se acumula, uma vez que não ocorre sua posterior clivagem em homocisteína e DPD. Nesse caso, o nível de homocisteína na célula, necessária para a síntese da metionina, diminui drasticamente, e a célula utilizará outras vias para sua formação, em especial, através do oxaloacetato. Consequentemente, mudanças na expressão de vários genes em Luxo Os mutantes S podem ser determinados não (ou não apenas) pela regulação do QS, mas também por graves distúrbios no metabolismo bacteriano que causam efeitos pleiotrópicos.

Para responder à questão de saber se a influência está relacionada Luxo Mutantes S para vários fenótipos bacterianos com falta de funcionamento de sistemas QS baseados em AI-2, ou isso é resultado de efeitos pleiotrópicos em distúrbios metabólicos, uma análise de bancos de dados genômicos foi realizada para a presença de genes para AI- conhecidos 2 receptores (receptor LuxP Vibrio harveyi e receptor Lsr S. typhimurium) Foi sugerido que a dependência dos fenótipos na regulação do QS tipo II é limitada principalmente a organismos que transportam genes do receptor AI-2, e a mudança nos fenótipos em Luxo S mutantes que não contêm esses genes podem ser explicados por distúrbios no metabolismo celular. A análise genômica permitiu estabelecer a presença de receptores AI-2 semelhantes a Lsr em representantes da família Enterobactérias, como E. coli, Photorhabdus luminescens, Klebsiella pneumoniae,Yersínia spp., Shigella disenteria E Shigella flexneri, Salmonela spp.

Homólogos de receptores AI-2 conhecidos não foram encontrados em bancos publicados de sequências de genes e proteínas de gêneros bacterianos Serratia E Erwinia. Embora não fosse inesperado que o sensor quinase LuxPQ de dois componentes estivesse faltando (este receptor até agora só foi encontrado em membros da família Vibrionáceas), a ausência do complexo receptor Lsr no genoma dessas bactérias foi uma surpresa. Este fato levanta sérias dúvidas sobre a existência de sistemas QS funcionando com a participação do AI-2 e sugere um papel predominantemente metabólico do LuxS nestas bactérias. Embora, é claro, não possamos excluir a possibilidade de que ainda não tenham sido estudados os receptores AI-2.

Assim, as funções das substâncias do tipo AI-2 podem diferir em diferentes bactérias. Porém, mesmo nos casos em que essas substâncias integrantes dos sistemas QS não sejam reguladoras da expressão gênica da célula hospedeira, elas podem, ao serem liberadas no meio ambiente, participar da regulação dos processos celulares de outras bactérias da população, realizando sua comunicação. Relações semelhantes foram demonstradas para populações mistas artificiais de bactérias constituídas por células E. coli E V. Harveyi, e V. cólera, que pode coexistir com E. coli no corpo humano.

Sistemas QS usando um autoindutorIA-3 e hormônios

O AI-3 foi descrito pela primeira vez como um componente do meio de cultura utilizado de uma cepa do patógeno EHEC, que ativava a expressão de genes responsáveis ​​pela adesão bacteriana a células eucarióticas. Experimentos para estudar a estrutura do AI-3 mostraram que se trata de um composto de natureza aromática, e foi sugerido que o AI-3 possui natureza de aminoácido. No entanto, a estrutura e o mecanismo de síntese desta molécula sinalizadora ainda não foram totalmente determinados. Supõe-se que, como no caso do AHL, exista toda uma família de compostos semelhantes ao AI-3. A síntese de AI-3 demonstrou ser independente do gene Luxo S V E. coli, ao contrário da síntese do AI-2. Verificou-se que AI-3 ativa a transcrição de genes de virulência do locus LEE em cepas EHEC E. coli. Para determinar AI-3, foram obtidos biossensores - cepas E. coli K-12, contendo construções no cromossomo baseadas nos genes do locus LEE e no gene repórter laca Z. Usando biossensores, descobriu-se que várias bactérias da microflora intestinal, cepas não patogênicas E. coli E Enterobactérias cloaca e espécies patogênicas Shigella, Salmonela E Klebsiella, sintetizar

Para que o AI-3 funcione E. colié necessário um sistema de dois componentes, incluindo o sensor quinase QseC e o regulador de resposta QseB. Na presença de AI-3 no espaço periplasmático, QseC é primeiro fosforilado, depois transfere fosfato para QseB, que se liga aos promotores correspondentes e provoca a ativação da expressão de seu próprio gene e genes flhDC-operon responsável pela síntese dos flagelos. AI-3 também está envolvido na regulação dos genes do locus LEE. Foi descoberto um sistema de dois componentes, denominado QseEF, responsável pela regulação desses genes.

Os sistemas QseCB e QseEF, além do AI-3, respondem a outra classe de moléculas sinalizadoras - os hormônios catecolaminas, em particular, epinefrina/norepinefrina (ou adrenalina/norepinefrina), sintetizados pelo organismo hospedeiro. A análise dos genomas bacterianos mostrou que as cascatas de sinalização AI-3/epinefrina/norepinefrina estão presentes em um grande número de espécies bacterianas.

QSe apoptose em bactérias.

Além dos sistemas QS descritos acima, E. coli Foi descoberto um sistema QS que funciona com a participação de peptídeos como moléculas sinalizadoras, que estão envolvidas na regulação da apoptose bacteriana. Apoptose ou morte celular programada (PCD) é um programa geneticamente determinado de morte celular em organismos eucarióticos multicelulares. O PCS contribui para o funcionamento normal do sistema biológico, libertando-o de células danificadas que completaram o seu ciclo de vida ou de células potencialmente perigosas que surgem devido a mutações. Sistemas com função semelhante foram encontrados em procariontes. Um análogo procariótico da apoptose pode ser considerado a morte de parte da população celular bactérias sob condições de interrupção do crescimento populacional, por exemplo, na fase estacionária de crescimento quando o substrato nutriente está esgotado ou sob a influência de fatores de estresse. Como resultado da morte e autólise de algumas células, as células vivas restantes podem utilizar os produtos da autólise como substrato nutriente e continuar a crescer, sintetizando os componentes celulares necessários, o que é útil para a sobrevivência das populações bacterianas. A PKC pode facilitar a troca de informações genéticas dentro de uma população bacteriana quando o DNA é liberado através da lise celular. Além disso, a destruição de células com danos ao aparelho genético também é benéfica para a população bacteriana.

Os mecanismos genéticos da DCP em sistemas procarióticos não foram totalmente elucidados. Muita atenção foi dada ao estudo dos sistemas toxina-antitoxina (sistemas TA) encontrados em E. coli e outras bactérias. Os módulos TA consistem em um par de genes nos genomas bacterianos: um gene que codifica uma toxina estável que causa a morte celular e um gene que codifica uma antitoxina lábil que inibe a atividade das toxinas; os genes da toxina são co-transcritos com os genes da antitoxina correspondentes como parte de um operon.

Sistema E. coli maz E.F. é um dos sistemas de AT mais estudados. Gene maz F codifica uma proteína citotóxica estável, e maz E é uma antitoxina instável que é degradada pela serina protease dependente de ATP ClpAP. A toxina MazF é uma endorribonuclease que cliva preferencialmente mRNAs de fita simples na sequência ACA e também atua no RNA 16S no centro de decodificação da subunidade ribossômica 30S, resultando na inibição da síntese protéica. Desde que MazE e MazF sejam expressos juntos, MazE interage com MazF para neutralizar seus efeitos tóxicos. Nas células em crescimento normal, a toxina e a antitoxina formam um complexo estável, que impede a toxina de exercer um efeito tóxico. Sob condições estressantes que interferem na expressão maz Operon EF, proteases induzidas por estresse destroem MazE e, como resultado, a toxina estável MazF pode atuar nos RNAs celulares, levando à morte celular e autólise da maior parte da população.

maz A apoptose mediada por EF depende da densidade populacional e é regulada pelo fator QS EDF (fator de morte extracelular). EDF é um pentapeptídeo linear Asn-Asn-Trp-Asn-Asn. Descobriu-se que a EDF aumenta a atividade do MazF em vitro. Ao mesmo tempo, a ativação do MazF levou a um aumento na síntese de EDF, o que por sua vez causou um aumento na morte celular sob condições de estresse. A ligação direta específica do local de EDF e MazF foi detectada. Os resultados dos estudos mostram que o sistema QS envolvido na regulação da apoptose em E. coli, radicalmente diferente dos sistemas QS descritos acima Enterobactérias: 1) EDF é a única molécula sinalizadora de natureza peptídica encontrada em E. coli; 2) a maioria das moléculas conhecidas envolvidas no funcionamento da expressão gênica de controle de QS no nível transcricional e EDF no nível pós-transcricional.

Recentemente, foram descobertos vários pequenos peptídeos QS que diferem na sequência de aminoácidos do EDF, sintetizado por uma bactéria gram-negativa. Pseudomonas aeruginosa e gram-positivo Bacilo sutilis, que poderia estar envolvido na regulação da morte celular controlada maz E.F. . Cada um desses peptídeos, apesar das diferenças na estrutura, ativou a atividade endorribonucleolítica do MazF E. coli, aparentemente interagindo com vários locais desta proteína. Assim, foi descoberta uma família de peptídeos QS EDF, que no futuro poderá se tornar a base para a obtenção de um novo tipo de reguladores que ativam a PKC.

Os sistemas QS acima e os autoindutores envolvidos no seu funcionamento não esgotam todos os atualmente conhecidos; o número de recém-inaugurados está aumentando constantemente.

InibiçãoQSsistemas bacterianos - uma nova abordagem para a criação de medicamentos contra a patogenicidade

Um dos problemas mais importantes da medicina moderna é a crescente disseminação de patógenos bacterianos resistentes aos medicamentos tradicionais. Este problema é especialmente ilustrado pela prevalência generalizada de infecções hospitalares, que são agora registadas em mais de 20% dos pacientes em unidades de cuidados intensivos. A disseminação de formas de bactérias patogênicas resistentes aos medicamentos, que reduz a eficácia e deprecia um número crescente de medicamentos tradicionais comumente usados, e a necessidade de desenvolver formas de suprimir a formação de biofilmes por bactérias levanta a questão de novas estratégias para combater doenças infecciosas , a criação de uma nova geração de medicamentos que afetam sistemas bioquímicos específicos de microrganismos.

Atualmente, é geralmente aceite que um dos “alvos” mais promissores deste tipo é a regulação do Quorum Sensing. Os sistemas QS, como observado acima, estão envolvidos na regulação da virulência bacteriana e na formação de biofilmes.

Propõe-se chamar os medicamentos destinados a suprimir os sistemas QS de “venenos de patogenicidade”, porque eles, ao contrário dos antimicrobianos clássicos (principalmente antibióticos), não têm efeito bactericida ou bacteriostático sobre bactérias patogênicas e, portanto, não criam pressão seletiva levando à formação de formas de bactérias patogênicas resistentes a substâncias antibacterianas. Recentemente, foram formadas empresas de biotecnologia no exterior cujo objetivo é desenvolver agentes que inibam a regulação do QS e, como resultado, reduzam a patogenicidade das bactérias e evitem a formação de biofilmes.

A supressão do funcionamento dos sistemas QS pode ser conseguida de várias maneiras.

1. Supressão da síntese de autoindutores QS sistemas

Como mencionado acima, a S-adenosilmetionina (SAM) é um substrato para a síntese de dois tipos de sistemas autoindutores AHL e AI-2 QS. Foi demonstrado que vários análogos do SAM, por exemplo, S-adenosil-homocisteína, S-adenosilcisteína, atuaram como fortes inibidores da síntese de AHL em Pseudomonas aeruginosa. Deve-se notar que a interação da AHL sintase com o SAM parece ser muito específica, apesar do fato de o SAM ser um precursor comum em muitas vias bioquímicas procarióticas e eucarióticas. Isto permite-nos esperar que os análogos do SAM possam ser utilizados como inibidores específicos da síntese de autoindutores de sistemas reguladores bacterianos do QS sem afectar as enzimas eucarióticas.

Foi demonstrado que alguns antibióticos - macrolídeos, inibidores da síntese protéica no nível ribossômico, suprimiram a síntese de AHL e alguns fatores de virulência em concentrações que não inibiram o crescimento bacteriano. Por exemplo, concentrações subinibitórias de eritromicina suprimiram a síntese de AHL e dos fatores de virulência hemolisina, proteases e hemaglutininas em Pseudomonas aeruginosa. As bactérias expostas ao antibiótico foram menos virulentas para os ratos. Estes dados foram consistentes com os resultados das observações clínicas que mostram a eficácia do uso de baixas doses de eritromicina e outros macrólidos para infecções causadas por cepas P. aeruginosa, resistentes a esses antibióticos. Azitromicina na concentração de 2 μg/ml, que não inibe o crescimento P. aeruginosa, suprimiu a síntese de AHL, bem como a produção dos fatores de virulência elastase e ramnolipídios. Além disso, a adição de AHL exogenamente à cultura levou à restauração da produção destes fatores de virulência, indicando que era a síntese de AHL o principal alvo do antibiótico. O mecanismo de ação dos antibióticos macrólidos na síntese de AHL permanece atualmente obscuro.

2. Inibição da ligação de autoindutores ao correspondente

proteínas reguladoras .

A supressão do funcionamento dos sistemas reguladores do QS pode ser alcançada utilizando moléculas antagonistas autoindutoras que interferem na ligação do AI às moléculas de proteína receptora. Foi demonstrado que tais inibidores podem ser competitivos com o AHL, neste caso, estão estruturalmente próximos da molécula sinalizadora do autoindutor e se ligam ao sítio de ligação do AHL com a proteína receptora, mas não ativam essa proteína. Os inibidores não competitivos podem ter pouca ou nenhuma semelhança com o AHL; esses compostos se ligam a vários locais da proteína receptora. Atualmente, esses inibidores estão sendo ativamente estudados; A busca por inibidores competitivos é realizada por meio de projeto auxiliado por computador.

Foram obtidos dados sobre a inibição da regulação de QS por análogos de AHL que transportam modificações em várias partes das moléculas de AHL - nas cadeias acil e no anel homoserina-lactona. O comprimento da cadeia acil demonstrou ser essencial para a atividade da AHL. Os análogos de AHL com cadeias acil mais longas que o AHL nativo podem ser inibidores da atividade dos sistemas QS. A substituição de grupos 3-oxo nas moléculas de AHL por grupos 3-hidroxila ou metila e a introdução de ligações insaturadas nas cadeias acila levam a uma diminuição significativa na atividade de AHL.

Modificações no anel homosserina lactona das moléculas AHL afetam significativamente a sua atividade. AHLs naturais são isômeros L; Os isômeros d geralmente não exibem atividade biológica. A presença de uma cadeia acila parece ser necessária para a atividade biológica da AHL. A substituição do anel homosserina lactona por um anel homoserina lactona reduziu a atividade do AI em uma ordem de grandeza, e a substituição por um anel homosserina lactama resultou na ausência de propriedades ativadoras ou antagônicas nesta molécula. No entanto, moléculas nas quais a homosserina lactona é substituída pela homosserina tiolactona podem permanecer ativas no funcionamento de alguns sistemas QS.

Ao estudar o efeito de análogos do sistema AHL Las P. aeruginosa com substituições no anel lactona homoserina, foi demonstrado que a atitude em relação a essas substituições era diferente no caso da interação desses análogos com as proteínas RhlR e LasR. Este fato pode indicar que as duas proteínas receptoras P. aeruginosa diferem significativamente em

seus locais de ligação para AHL.

Recentemente, muita atenção tem sido dada aos antagonistas naturais dos autoindutores de QS, derivados de furanona, inclusive os halogenados. Foi descoberto que algas vermelhas australianas Delisea pulcra sintetiza vários tipos de furanonas halogenadas; os seus produtos evitam a colonização destas algas por bactérias marinhas, nas quais o sistema QS está envolvido na regulação dos processos metabólicos, protegendo assim as plantas da ação das bactérias. Furanonas D. pulcra contêm um anel furano com uma cadeia acil substituída na posição C-3 e átomos de bromo na posição C-4. As substituições na posição C-5 podem variar. Furanonas de fontes naturais são halogenadas em várias posições com átomos de bromo, iodo ou cloro.

Depois de descobrir o efeito das furanonas formadas D. pulcra, em diversos laboratórios foi realizada uma ampla triagem de substâncias de origem natural e a produção de substâncias quimicamente sintetizadas, derivados de furanona e inibidores de QS. Entre eles estavam derivados de furanona com cadeias acil de vários comprimentos. Foi demonstrado que mesmo um derivado furanona sem cadeia acila com dois átomos de bromo era um inibidor do sistema QS P. aeruginosa. Verificou-se que os derivados da furanona são produzidos por vários organismos: algas marinhas verdes, vermelhas e marrons, fungos, ascídias, actinomicetos, etc.

Um estudo do mecanismo de ação dessas substâncias no sistema QS mostrou que compostos de natureza furanona competem com AHL pelo sítio de ligação com proteínas receptoras do tipo LuxR. A ligação das furanonas à proteína receptora afeta a estabilidade do complexo proteína-ligante, levando à rápida clivagem da proteína receptora.

A ação das furanonas resultou na inibição de processos celulares regulados pelo QS: bioluminescência Vibrio peixe; produção de fatores de virulência, incluindo formação de biofilme e patogênese P. aeruginosa; virulência Erwinia carotóvora. Muitas furanonas sintetizadas quimicamente foram significativamente mais eficazes que as naturais. É de grande interesse que as furanonas sintéticas sejam ativas contra bactérias em biofilmes nas mesmas concentrações que contra a regulação QS de bactérias planctônicas, em contraste com a ação dos antibióticos clássicos usados ​​para combater infecções P. aeruginosa; neste último caso, a concentração do antibiótico durante o crescimento bacteriano em biofilmes deveria ter sido 100-1000 vezes maior.

O uso da análise transcriptômica permitiu determinar que a adição de compostos furanona às células afeta a expressão de 93 genes P. aeruginosa PAO1; o funcionamento de 80% desses genes foi regulado com a participação de sistemas QS, por exemplo, genes que codificam elastase, protease LasA, envolvidos na síntese de ramnolipídios, fenazinas, cianeto, quitinase.

Recentemente, foi demonstrado que um derivado de furanona produzido por algas D. pulcra, (5Z)-4-bromo-5-(bromometileno)-3-butil-2(5H)-furanona, inibiu QS nas células Escherichia coli com a participação do autoindutor AI-2; este composto também suprimiu a formação de biofilme e causou a repressão de 56 genes E. coli, 79% dos quais foram induzidos por AI-2. Quando exposto a este composto, a concentração extracelular de AI-2 foi reduzida pela metade; presume-se que este efeito foi realizado no nível pós-transcricional.

Os dados acima mostram que os derivados de furanona são promissores para a obtenção de agentes terapêuticos baseados neles contra a patogenicidade de bactérias. No entanto, os compostos atualmente testados com efeitos inibitórios da regulação do QS são tóxicos para uso médico. Uma tarefa urgente é a sua modificação e a busca de novas substâncias não tóxicas para uso prático.

Bactérias e organismos eucarióticos produzem substâncias de natureza diferente que suprimem a regulação do QS em bactérias - dipeptídeos cíclicos (dicetopiperazinas); foram mencionadas acima como conexões capazes de ativar o sistema QS. Acredita-se que eles também interagem com locais de ligação de AHL para proteínas receptoras.

3. Degradação AHL .

A degradação de autoindutores de sistemas QS é uma das formas promissoras de combater infecções bacterianas reguladas por estes sistemas. A degradação da AHL pode ser consequência da ação de enzimas específicas de bactérias e organismos superiores; além disso, podem se decompor como resultado da hidrólise alcalina, em pH alto, em temperaturas elevadas durante o crescimento de bactérias. Atualmente, a triagem ativa está sendo realizada para enzimas que degradam AHL, principalmente lactonases que destroem o anel lactona homoserina.

Lactonases que hidrolisam AHL foram encontradas em bacilos; a proteína correspondente foi denominada AiiA. Foi demonstrado que a presença desta enzima nas células bacterianas determina em grande parte a sua capacidade de suprimir bactérias fitopatogênicas, nas quais a virulência é regulada por sistemas QS envolvendo AHL. Transferência do gene AHL-lactonase recombinante para células Pseudomonas fluorescente aumentou a capacidade da cepa de biocontrolar doenças de plantas causadas por bactérias fitopatogênicas. Além disso, foi demonstrado que as plantas transgénicas contendo o gene introduzido aiiA, expressos na planta eram significativamente menos suscetíveis à infecção Erwinia carotóvora. Introdução genética aiiA nas células desse fitopatógeno reduziu a síntese de AHL e, como resultado, reduziu a atividade das enzimas pectolíticas e a manifestação de outros sintomas de podridão das plantas. O potencial das acilases AHL produzidas por bactérias para degradar AHL também está sendo investigado.

Organismos superiores também exibem mecanismos para degradação específica de AHL. De grande interesse são os dados de que células epiteliais respiratórias humanas são capazes de inativar AHL P. aeruginosa– 3OC12HSL, mas não C4-HSL. Esta inativação parece ser de natureza enzimática. Outros AHLs, como o C6-HSL, também estão sujeitos à degradação. A capacidade de degradar AHL foi encontrada em algumas células de mamíferos, mas não em todas. Esta descoberta abre uma nova área de pesquisa e dá esperança de que o corpo humano tenha outra linha de defesa contra infecções bacterianas - através da interação com a regulação do QS da virulência bacteriana.

A busca e estudo de enzimas que degradem autoindutores de sistemas QS é uma nova forma promissora de obtenção de agentes terapêuticos voltados ao combate a infecções bacterianas.

4. Supressão QS sistemas de bactérias gram-positivas.

Virulência Estafilococos áureo, controlado por sistemas QS, pode ser inibido por peptídeos RIP naturais, seus análogos sintetizados quimicamente e peptídeos quiméricos. Esses peptídeos competem com o peptídeo RAP, inibindo a fosforilação da proteína TRAP e, como resultado, suprimem a síntese de RNAIII, o que leva à inibição da virulência bacteriana. Notou-se que os peptídeos RIP inibiram a formação de biofilme in vivo S. áureo E S. epidermidis. A eficácia dos peptídeos foi demonstrada utilizando vários animais infectados com S. áureo. O uso simultâneo de peptídeos RIP e antibióticos proporcionou um efeito sinérgico, levando a 100% de sobrevivência dos camundongos infectados S. áureo. Também é possível utilizar o efeito inibitório da AIP no QS S. áureo, como acima mencionado.

Os dados obtidos apoiam o potencial uso de peptídeos que interagem com os sistemas QS dos estafilococos para combater infecções clínicas causadas por estas bactérias. Outra abordagem para a terapia antibacteriana de bactérias gram-positivas é a vacinação do corpo com proteínas - componentes do sistema QS. Por exemplo, foi demonstrado que a vacinação de ratos com a proteína RAP os protegeu contra infecções S. áureo.

Conclusão

Estudos intensivos de regulação Quorum Sensing realizados nos últimos anos mostraram que os sistemas QS realizam regulação global de um grande número de processos celulares em bactérias de vários grupos taxonômicos. Este tipo de regulação parece ser difundido em bactérias. Uma ampla gama de reguladores de baixo peso molecular com diferentes estruturas envolvidas nos processos de regulação de QS foi descoberta; o número de compostos identificados com atividade semelhante está aumentando. A regulamentação do SQ requer certamente uma investigação detalhada e aprofundada. Os mecanismos moleculares de funcionamento de vários tipos de sistemas QS têm sido pouco estudados; em muitos casos não está claro quais propriedades das bactérias são controladas por estes reguladores; Os sistemas QS e seu papel no metabolismo bacteriano foram estudados apenas para um pequeno número de bactérias.

Recentemente, foi demonstrado que os autorreguladores dos sistemas QS funcionam não apenas em bactérias; sua influência nos processos celulares também foi descoberta em organismos eucarióticos. A influência direta do 3OC12-HSL (AHL, envolvido na regulação da virulência) foi observada acima P. aeruginosa) em algumas propriedades das células de mamíferos. Foi descoberto que o organismo vegetal ( Medicago truncatula) é capaz de responder a AHLs bacterianas (3OC12-HSL e 3OC16-HSL, produzidas respectivamente pelo patógeno P. aeruginosa e planta simbionte Sinorhizobium meliloti). Usando proteômica, determinou-se que esses AHLs causam mudanças globais na produção de mais de 150 proteínas vegetais. Além disso, induziram a secreção pelas plantas de substâncias que poderiam interagir com a regulação do QS das bactérias - inibir ou estimular o QS.

Aparentemente, organismos eucarióticos, plantas e animais, no processo de evolução adquiriram a capacidade de reconhecer sinais QS e responder a eles, produzindo substâncias que são estruturalmente semelhantes a essas moléculas sinalizadoras e são seus competidores, além de sintetizar enzimas que destroem esses sinais moléculas. Os eucariotos podem usar estratégias terapêuticas naturais contra a colonização e invasão de bactérias patogênicas como resultado da inibição de processos conduzidos por QS.

O que foi dito acima indica que o estudo dos sistemas de regulação de SQ representa um novo e vasto campo de atividade para pesquisadores em diversas áreas da biologia e da medicina; Este fenômeno merece a maior atenção dos pesquisadores. A identificação e o estudo dos sistemas QS de vários microrganismos podem revelar muitas coisas novas na regulação dos processos celulares.

É dada especial atenção ao estudo da participação dos sistemas QS na regulação de processos associados à patogenicidade de bactérias. Como mostrado acima, o papel significativo do QS na regulação da síntese de fatores de virulência em bactérias abre a possibilidade de uma abordagem fundamentalmente nova para a criação de medicamentos para terapia antibacteriana - medicamentos destinados diretamente a suprimir a regulação do QS e, como resultado , suprimindo a patogenicidade das bactérias. Atualmente, estão sendo realizadas pesquisas e exames intensivos sobre os efeitos de diversas substâncias obtidas de fontes naturais e como resultado de síntese química na regulação do QS e na expressão de genes relacionados ao QS. Foram detectadas interações com QS de substâncias relacionadas aos polifenóis; porque Os polifenóis são difundidos no reino vegetal e têm sido sugeridos como importantes na proteção das plantas contra bactérias patogênicas. Foi demonstrado que diversas substâncias produzidas pelas plantas são capazes de interagir com sistemas QS; a natureza dessas substâncias está sendo estudada.

Atualmente, há todos os motivos para acreditar que os medicamentos que inibem o QS podem ser uma alternativa promissora aos medicamentos tradicionais para terapia antibacteriana na medicina, agricultura e tecnologia alimentar. Ou, pelo menos, poderão potencializar o efeito antimicrobiano dos medicamentos utilizados. O trabalho nessa direção é realizado ativamente em diversos laboratórios e empresas em diversos países do mundo.

"Antibióticos e Quimioterapia", 2003, 48 (10): 32-39.

O artigo foi postado com a gentil permissão de Olga Efremenkova
Vladimirovna, chefe. setor de busca por compostos naturais
Instituto de Pesquisa para a Pesquisa de Novos Antibióticos em homenagem. G. F. Gause RAMS

Sinais de comunicação de bactérias

V. D. Georgiano

Instituto de Pesquisa para a Busca de Novos Antibióticos em homenagem. G. F. Gause RAMS, Moscou

V. D. Gruzina. Sinais Comunicativos de Bactérias

G. F. Instituto Gause de Novos Antibióticos, Academia Russa de Ciências Médicas, Moscou

Atualmente, há uma transição do conceito tradicional de bactérias como organismos estritamente unicelulares para o conceito de comunidades microbianas como estruturas integrais que regulam suas reações comportamentais dependendo das mudanças nas condições de vida.

Colônias de quase todos os tipos de bactérias demonstram capacidade de diferenciação celular e organização multicelular. Esta capacidade manifesta-se mais obviamente durante o crescimento das bactérias nos seus habitats naturais, onde formam várias estruturas multicelulares: biofilmes, tapetes bacterianos, corpos frutíferos, etc.

O conceito de “sensor de quórum” foi proposto em 1994. Significa a percepção pelas células das mudanças no ambiente que ocorrem quando uma cultura bacteriana atinge um determinado número limite e uma reação a essas mudanças.

Os processos descritos que ocorrem apenas em uma densidade populacional suficientemente alta incluem os seguintes fenômenos:

• bioluminescência em bactérias marinhas Vibrio fisheri E V.harveyi;
• agregação de células mixobacterianas e posterior formação de corpos frutíferos com esporos;
• esporulação em bacilos e actinomicetos;
• estimulação do crescimento de estreptococos e vários outros microrganismos;
• conjugação com transferência de plasmídeo Enterococcus faecalis e espécies relacionadas, bem como em bactérias do gênero Agrobactéria;
• síntese de exoenzimas e outros fatores de virulência em patógenos de plantas ( Erwinia carotovora, E.hyacinthii etc.) e animais ( Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus);
• formação de antibióticos em representantes do gênero Streptomyces e em E. carotovora;
• formação de biofilmes em P. aeruginosa e outros microrganismos.

Os mecanismos de muitos desses processos são revelados e os fatores de comunicação intercelular responsáveis ​​por processos que dependem da densidade populacional são identificados.

Um sério problema na prática clínica é a ampla distribuição de formas resistentes de microrganismos, o que reduz a eficácia do uso de medicamentos antibacterianos. Um desafio particular é o aumento da resistência das bactérias aos medicamentos nos biofilmes. As bactérias costumam usar reações de detecção de quórum para sintetizar fatores de virulência, antibióticos e formar biofilmes. Portanto, estudar os mecanismos de tais reações abre novas oportunidades para a prevenção e tratamento de doenças causadas por agentes microbianos, e também nos permite ter um olhar diferente sobre o complexo complexo de interações bacterianas interespécies nos habitats naturais dos microrganismos.

Os mecanismos das reações de detecção de quorum diferem em bactérias gram-positivas e gram-negativas, por isso é aconselhável considerá-los separadamente.

Reações de detecção de quórum em microrganismos gram-positivos

As bactérias Gram-positivas normalmente se comunicam usando moléculas sinalizadoras oligopeptídicas. A transdução de sinal na maioria dos casos envolve um mecanismo de fosforilação de dois componentes. Via de regra, o estado de quórum é alcançado quando uma população de células bacterianas entra na fase estacionária de crescimento. É neste momento que são detectadas moléculas sinalizadoras, com a ajuda das quais as células entram em contato entre si. O esquema geral de comunicação das bactérias gram-positivas pode ser representado da seguinte forma: primeiro, um precursor é sintetizado na célula, que, quando modificado, se transforma em um oligopeptídeo maduro. Este último é excretado fora da célula pelo exportador. As moléculas de oligopeptídeos se acumulam no espaço intercelular à medida que a densidade das células bacterianas aumenta. Uma quinase sensora de membrana de dois componentes reconhece o sinal e o transmite para a célula por meio de uma cascata de fosforilação. Na célula, a molécula do oligopeptídeo interage com o(s) gene(s) alvo.

Um sistema peptídico dependente de quorum clássico pode ser considerado um sistema responsável pela transferência conjugativa de plasmídeos em Enterococcus faecalis e espécies bacterianas relacionadas. Este sistema estimula a proliferação de características na população microbiana que são importantes para a interação do microrganismo e o animal hospedeiro, bem como para a eliminação da competição. O plasmídeo pPDl, transportado por um sistema peptídico dependente de quorum, é responsável pela síntese de hemolisinas, o plasmídeo pCDl pela formação de bacteriocina, o plasmídeo pCFlO pela resistência E.faecalisà tetraciclina. Cada hexa ou octapeptídeo induz a adesão de células bacterianas e sua conjugação com transferência do doador para o receptor de um plasmídeo específico. Por exemplo, o octapéptido cPDl estimula a transferência conjugativa do plasmídeo pPDl. O plasmídeo codifica um receptor localizado na proteína repressora do operon correspondente. A interação do oligopeptídeo com o receptor provoca a dissociação do repressor do DNA, desencadeando assim a síntese do produto correspondente. O plasmídeo pPDl também inclui o gene traC, cujo produto é uma proteína que facilita a penetração do peptídeo através da parede celular. Os sinais oligopeptídicos são intensamente sintetizados por células que não carregam os plasmídeos correspondentes (receptores), enquanto nas células doadoras a síntese de tais sinais é suprimida; além disso, o plasmídeo codifica um peptídeo inibitório.

O produto do plasmídeo pPDl é o peptídeo iPDl, HHaKTHBHpyiounmcPDl.

Outro processo sensível ao quorum encontrado em E.faecalis, é a produção de dois fatores de virulência: gelatinase (GelE) e serina protease (SprE).

Um exemplo do uso de um sinal peptídico para interações intercelulares é o sistema de detecção de quorum, que controla a síntese de exotoxinas na fase logarítmica tardia do crescimento em Staphylococcus aureus. Nesse sistema, a proteína AgrD é sintetizada como um precursor composto por 46 aminoácidos, que, durante a exportação pela proteína AgrB, é convertido em um peptídeo maduro AIP (peptídeo autoindutor), composto por 8 aminoácidos. AIP é reconhecida pelo sensor quinase AgrC de dois componentes, que transmite um sinal para a célula através da fosforilação do regulador de resposta AgrA. AgrA~P ativa a transcrição de genes alvo, estimula a transcrição do operon agrB, D, C, A (alça autorreguladora positiva) e também “inibe” a transcrição de genes que codificam outras exotoxinas. Com base nas diferenças na AIP e no seu receptor, as cepas S. aureus podem ser classificados em quatro ou mais grupos. Os oligopeptídeos sintetizados por um dos grupos induzem patogenicidade neste grupo e suprimem especificamente os sistemas de virulência Agr em outros grupos.

O surgimento da competência na fase logarítmica tardia do crescimento em Streptococcus pneumoniae. O gene comC codifica um precursor que consiste em 41 resíduos de aminoácidos. Este último é convertido em um peptídeo maduro composto por 17 resíduos de aminoácidos durante a interação com o sistema de exportação de peptídeos (sistema ABC), que é formado pelos produtos dos genes comAB. O peptídeo entra em contato com seu receptor na superfície celular - a histidina quinase, um produto do gene comD. A histidina quinase ativada fosforila o produto do gene comE. À medida que as células se acumulam, o número de sinais peptídicos aumenta e atinge um nível crítico no ambiente. Dessa forma, aumenta a quantidade de proteína comE fosforilada, que, a partir de uma determinada concentração, se liga ao promotor do operon comCDE, estimulando seu trabalho (loop autorregulador positivo), ativa o promotor do operon comAB (sistema de exportação de proteínas da célula ), ativa o operon comCX, que inclui toda a cadeia de genes de competência tardia; responsável pela ligação e absorção do DNA transformador e todos os outros estágios finais da transformação.

Além dos exemplos acima de reações de detecção de quorum em bactérias gram-positivas, deve-se notar que, além dos oligopeptídeos, as bactérias gram-positivas também utilizam substâncias de natureza química diferente como moléculas sinalizadoras. Então, entre representantes da ordem Actinomicetales Junto com moléculas sinalizadoras peptídicas, foram descobertas substâncias de baixo peso molecular, a maioria das quais contém um grupo lactona.

Nos estreptomicetos, os sistemas de detecção de quórum envolvem butirolactonas e seus receptores proteicos correspondentes, que regulam conjuntamente o desenvolvimento morfológico e a formação de antibióticos em seus produtores. O regulador de actinomiceto mais bem estudado é o fator A, que é 2-iso-capriloil-3-hidroximetil-γ-butirolactona.

A influência do fator A na diferenciação morfológica e na formação de antibióticos está sujeita ao esquema geral de operação dos reguladores de estreptomicetos contendo um grupo lactona. Durante os estágios iniciais de crescimento, quando as concentrações do fator A são baixas, o receptor do fator A (AgrA) liga-se e reprime a expressão de um hipotético ativador comum da biossíntese e esporulação da estreptomicina. Ao isolar AgrA do lisado celular S.griseus Foi demonstrado que o IFO 13350 é uma proteína que consiste em 276 aminoácidos e um peso molecular de 29,1 kDa.

Quando a densidade da cultura aumenta, a concentração do fator A atinge um nível crítico no qual se liga ao AgrA, fazendo com que este se dissocie do DNA e, assim, ativando a transcrição do gene chave adpA, que codifica AdpA (uma proteína que consiste em 405 aminoácidos contendo um sítio de ligação na região central com DNA, semelhante aos reguladores de transcrição da família de proteínas AraC/XylS). AdpA, por sua vez, é um regulador positivo do ativador citoplasmático detectado do cluster de genes da biossíntese da estreptomicina e ativadores do processo de esporulação. O ativador citoplasmático, ligando-se ao DNA na região do promotor do gene de regulação específica do cluster de biossíntese da estreptomicina strR, induz a transcrição desse gene, localizado após ele, o gene de resistência ao seu próprio antibiótico - aphD, o gene adsA, que codifica o fator a extracitoplasmático da RNA polimerase, necessário para a formação do micélio aéreo, bem como o gene sgmA, que codifica uma proteína peptidase, que está envolvida, junto com outras enzimas hidrolíticas, na degradação das proteínas do substrato do micélio como resultado da formação de micélio aéreo. O produto regulador do gene strR determina o início da transcrição de genes de biossíntese estrutural como parte de um cluster de promotores dependentes de StrR. O início da expressão do promotor do gene strR sob a influência de um ativador citoplasmático também garante a produção do produto do gene aphD - aminoglicosídeo fosfotransferase e, assim, a criação de um nível básico de resistência da cepa ao seu próprio antibiótico.

Foi demonstrado que em diferentes espécies de estreptomicetos existe homologia entre os elementos estruturais dos reguladores. Sequências de nucleotídeos homólogas ao gene agrA S.griseus, também foram encontrados em outros estreptomicetos. Por exemplo, em S.coelicolor A3 (2), foram descobertos dois genes srgA e srgB, codificando proteínas semelhantes a AgrA srgA e srgB, que são 90,7% semelhantes entre si e 35% semelhantes a AgrA.

Reações de detecção de quorum em microrganismos gram-negativos

Em mais de 450 espécies de bactérias gram-negativas, foram descobertos sistemas dependentes de quorum, nos quais várias acil homosserina lactonas servem como moléculas sinalizadoras. O esquema geral de comunicação das bactérias gram-negativas pode ser representado da seguinte forma: no sistema de detecção de quorum das bactérias gram-negativas, as proteínas da família Luxl são sintases autoindutoras e catalisam a formação de moléculas autoindutoras específicas de acil homosserina lactona. Os autoindutores difundem-se livremente através da membrana e acumulam-se à medida que a densidade celular aumenta. As proteínas da família LuxR ligam-se a autoindutores relacionados quando uma concentração suficientemente alta de moléculas sinalizadoras é atingida. O complexo LuxR, um autoindutor, liga-se ao promotor dos genes alvo, desencadeando a sua transcrição.

Gênero de bactérias Erwinia (E. carotovora, E.chrysanthemii) - patógenos de plantas. Eles quebram as paredes das células vegetais usando pectinases e celulases. A produção destas enzimas é um importante fator de virulência e depende da densidade populacional. você Erwinia o sistema genético expI-expR funciona de forma semelhante ao sistema luxI-luxR em V.fisheri. As reações de detecção de quorum também envolvem um sistema regulatório fornecido pela transcrição dos genes rsmA-rsmB. Da densidade populacional E. carotovora A síntese do antibiótico carbapenem também depende. A produção deste antibiótico está sob o controle do agrupamento de genes carA-carH e pode ser necessária para eliminar microrganismos concorrentes no locus de infecção da planta.

Outro exemplo do uso de lactonas homosserinas como moléculas sinalizadoras é mostrado para Pseudomonas aeruginosa- um patógeno para animais. Patogenicidade em P. aeruginosa devido a uma ampla gama de fatores de virulência. Alguns deles estão associados à célula (pili, adesinas, lipopolissacarídeos), outros são secretados (proteases, ramnolipídeos, exoenzima S, exotoxina A, antibiótico piocianina, etc.). A formação de muitos dos fatores de virulência extracelular é controlada por sistemas de interação intercelular. Os componentes centrais de tais interações são os sistemas de detecção de quorum las e rhl, que ativam a expressão gênica dependendo da densidade celular do microrganismo. Cada sistema é representado por dois genes: um codifica uma enzima com a ajuda da qual é sintetizado um autoindutor específico - homosserina lactona acilada (lasl/rhll); o outro codifica um ativador transcricional ao qual o autoindutor correspondente se liga (lasR/rhIR). O autoindutor dos sistemas las e rhi é a N-(3-oxododecanoil)-L-homosserina lactona (3-oxo-C12-HSL), para cuja exportação da célula é utilizado um sistema especial, denominado MexEF-OprN -bomba e N-butiril-L-homosserina lactona (C4-HSL), respectivamente.

O sistema las controla a expressão de genes que codificam fatores de virulência como elastase A, B e protease alcalina; sistema rhi - enzimas para a biossíntese de ramnolipídios e piocianina. Recentemente, foi descoberta uma terceira molécula sinalizadora que está envolvida em reações de quorum sensing em P. aeruginosa- 2-heptil-3-hidroxi-4-quinolona (PQS). Esta molécula sinalizadora pode controlar o nível de expressão de las B, que codifica a elastase Las B, bem como o nível de expressão de rhil, que codifica a sintase C4-HSL.

Bactéria Agrobacterium tumefaciens causa a formação de galhas em muitas espécies de plantas. As galhas são um análogo vegetal de um tumor maligno e são formadas como resultado da transferência de fragmentos de DNA oncogênicos de bactérias para o núcleo de uma célula vegetal por meio de plasmídeos Ti. Alguns dos genes do plasmídeo Ti determinam a síntese de opinas pelas células vegetais, que servem como substrato nutriente para A.tumefaciens. O sistema genético homólogo luxI-luxR traI-traR estimula a disseminação de plasmídeos Ti na população bacteriana. O DNA plasmidial tende a se espalhar por toda a população bacteriana e, uma vez criado um “quórum” suficiente, induz as células portadoras do plasmídeo a se conjugarem com outras células bacterianas. Ao mesmo tempo, a transferência conjugativa de plasmídeos Ti depende de opinas. Em particular, a transcrição de traR é estimulada pelo fator OccR ativado por octopina.

Detecção de quórum em formações multicelulares

A capacidade das bactérias formarem biofilmes é interessante devido ao fato de representantes de patógenos patogênicos para humanos e animais apresentarem resistência à ação de substâncias antimicrobianas quando crescem em biofilmes. Os biofilmes são comunidades bacterianas altamente ordenadas que permitem que as bactérias vivam em estado aderido. Os biofilmes podem consistir em um ou mais tipos de bactérias. Eles são permeados por uma rede de canais de água que fornecem nutrientes aos membros da comunidade e removem produtos metabólicos. Dentro de um único biofilme, podem ser observados diferentes padrões de expressão genética, sugerindo que os membros individuais da comunidade têm “responsabilidades específicas” que, quando combinadas com outras, aumentam a viabilidade de todo o consórcio.

Os biofilmes são formados nos pulmões por um microrganismo patogênico P. aeruginosa. A espessura desse biofilme é de várias centenas de micrômetros. As microcolônias em um biofilme maduro estão localizadas em uma matriz polissacarídica extracelular. A heterogeneidade é encontrada dentro do biofilme: há um gradiente de oxigênio nele - uma diminuição na concentração de oxigênio da periferia para dentro. Espera-se que gradientes semelhantes sejam encontrados para pH e nutrientes. Esses gradientes proporcionam variabilidade fisiológica entre células individuais do biofilme: por exemplo, as células nas profundezas crescem muito mais lentamente do que na periferia. A bactéria nesse biofilme maduro é fenotipicamente resistente a agentes bactericidas. Assim, os biofilmes causam vários tipos de infecções bacterianas crônicas. Formação de biofilme em P. aeruginosa está sob o controle das reações de detecção de quórum. Mutações do gene lasI interrompem a maturação do biofilme, uma vez que a proteína LasI não sintetiza 3-oxo-C12-HSL e a formação de microfilme não continua após o estágio de microcolônia. O papel do C4-HSL nos processos de formação permanece desconhecido. Os biofilmes formados por mutantes da proteína LasI são suscetíveis a detergentes, enquanto os biofilmes normais são resistentes. Isto dá razões para pensar que a terapia destinada a perturbar a regulação do mecanismo de detecção de quorum em P. aeruginosa, pode levar à interrupção da formação de biofilme, o que aumentará a sensibilidade desta bactéria aos agentes antimicrobianos.

Formação de biofilme em uma bactéria patogênica Burkholderia cepacia também determinado por "detecção de quorum". Ao crescer em biofilmes, esse microrganismo é semelhante P. aeruginosa apresenta resistência significativa a agentes antimicrobianos.

Interações interespecíficas de microrganismos

A comunicação interespecífica em bactérias pode servir para sincronizar as funções especializadas das espécies de um grupo. A diversidade presente em qualquer população pode aumentar a sobrevivência de toda a comunidade. Além disso, interações produtivas baseadas na detecção de quórum podem contribuir para o desenvolvimento de organizações bacterianas multiespécies, como biofilmes, bem como para o estabelecimento de associações simbióticas específicas com hospedeiros eucarióticos.

As interações interespecíficas de microrganismos foram mais completamente estudadas usando o exemplo da comunidade microbiana da cavidade oral e da superfície dos dentes humanos. Cerca de 500 espécies de bactérias foram identificadas em biofilmes na superfície dos dentes, que funcionam como uma comunidade coordenada com comunicações intra e interespecíficas. Os estreptococos constituem 60 a 90% das bactérias que colonizam a superfície dos dentes nas primeiras quatro horas após a limpeza pelo dentista. Entre outras espécies de “primeiros colonizadores” existem representantes Actinomyces, Capnocitofago, Eikenella, Haemophilus, Prevotella, Propionibactéria E Veillonela.

Os modos de comunicação entre células geneticamente idênticas provavelmente diferem daqueles de comunicação entre espécies. Não há evidências da presença entre as moléculas sinalizadoras de bactérias orais de representantes típicos da família das lactonas acilhomosserinas, que regulam a expressão gênica intraespecífica em bactérias Gram-negativas.

A principal molécula sinalizadora nas comunicações entre espécies é o AI-2. Isto é confirmado pela descoberta do gene luxS, que codifica a enzima necessária para a síntese da molécula AI-2, em vários gêneros de bactérias orais.

AI-2 foi descoberto pela primeira vez em uma bactéria luminescente marinha Vibrio harveyi, para a qual é uma molécula sinalizadora que regula o processo de bioluminescência. Posteriormente, a presença de AI-2 foi demonstrada em mais de 30 espécies de bactérias, incluindo microrganismos gram-positivos e gram-negativos.

Às vezes, pode ser benéfico para um grupo de bactérias influenciar negativamente o ciclo de reação do quorum sensing de um grupo concorrente de bactérias. A pesquisa nesta área revela vários exemplos de estratégias de detecção de quorum que exploram populações coexistentes de bactérias. Então, Staphylococcus epidermidis usa um peptídeo para controlar o nível de sua virulência agr, bem como para suprimir a virulência em Staphylococcus aureus.

Variedade Bacilo sp. 240B1 demonstra a capacidade de inativar enzimaticamente acil homoserina lactonas, moléculas sinalizadoras de bactérias Gram-negativas. Foi demonstrado que na presença de AIA, uma homoserina lactonase composta por 250 aminoácidos, as moléculas de homoserina lactonas produzidas pelo patógeno nas plantas são destruídas Erwinia sagotovora. Genes homólogos ao gene aiiA também foram encontrados em 16 subespécies Bacillus thuringiensis Portanto, esses microrganismos também são capazes de degradar lactonas homosserinas.

Bactéria do solo Variovorax paradoxo pode usar acil homoserina lactonas como única fonte de carbono e nitrogênio. Este fato indica que em seus habitats naturais V.paradoxo pode crescer em acil homoserina lactonas, beneficiando-se do aprimoramento competitivo no meio ambiente. Nesse caso, a enzima que destrói as lactonas acilhomoserina é diferente da AiiA-lactonase: é uma aminoacilase que cliva o anel lactona do grupo acil.

Como os sistemas de detecção de quórum controlam a virulência em muitos patógenos animais e vegetais, esses sistemas podem ser considerados alvos potenciais para agentes antimicrobianos. Primeiro, uma estratégia é inibir a síntese de moléculas precursoras de acil homoserina lactona ou das próprias acil homoserina lactonas. Em segundo lugar, os sistemas que controlam a libertação e difusão de acil homosserina lactonas podem servir como alvos de fármacos. Terceiro, os antagonistas do tipo acilhomosserina lactona podem competir com as acilhomosserina lactonas pela ligação aos homólogos LuxR. Em quarto lugar, é possível utilizar enzimas que decompõem as acil homosserina lactonas, bem como anticorpos para estas moléculas. E, finalmente, como foi recentemente demonstrado, os genes aiiA que codificam lactonases que degradam acil homosserina lactonas podem ser introduzidos no genoma da planta, onde, quando expressos, poderiam fornecer proteção à planta hospedeira contra microrganismos patogênicos. Assim, as plantas transgênicas de tabaco com o gene aiiA incluído resistiram com sucesso à infecção E. carotovora.

Citocinas bacterianas

Foi descoberto que os microrganismos procarióticos sintetizam substâncias semelhantes aos hormônios dos vertebrados (incluindo esteróides e hormônios polipeptídicos, como a insulina). Evidências crescentes destacam a importância das interações célula-célula mediadas quimicamente em culturas bacterianas para eventos como esporulação, conjugação, virulência e bioluminescência. Assim, atualmente, muitos estudos na área de microbiologia se dedicam às interações entre microrganismos a partir do uso de citocinas bacterianas.

Sabe-se que os microrganismos são capazes de se adaptar de forma flexível às mudanças nas condições ambientais (em particular, à falta de componentes nutricionais). Além disso, alguns deles têm uma organização metabólica específica geneticamente fixada, o que lhes permite existir em concentrações muito baixas de nutrientes (oligotróficos). Células de outra categoria (copiotróficas), quando seu habitat se esgota, são capazes de ativar programas especiais de sobrevivência em condições desfavoráveis. Algumas delas formam estruturas especializadas (esporos e cistos), extremamente resistentes a diversos estresses, enquanto as bactérias não esporulantes são capazes de sobreviver a condições desfavoráveis, permanecendo células vegetativas com atividade metabólica reduzida, ou seja, movendo-se para um estado VBNC especial (viável, mas não cultivável - viável, mas não cultivável). Naturalmente, as bactérias não cultiváveis ​​permanecem fora do âmbito dos métodos de investigação geralmente aceites (a sementeira em meios sólidos ou líquidos não permite a sua detecção). Por exemplo, os agentes causadores de doenças perigosas como a cólera e a campilobacteriose tendem a formar formas não cultiváveis. O exame microscópico de amostras isoladas do ambiente (solo, águas fluviais e marítimas, etc.) revelou muitas células que, embora possuam atividade metabólica, não podem formar uma cultura completa (ou seja, não cultiváveis). Actualmente, apenas são conhecidos alguns exemplos da transformação de tais bactérias em células normais de cultura. O conceito de crescimento de microrganismos dependente de citocinas permite-nos dar uma nova olhada no problema da seleção de meios para a restauração de formas não cultiváveis.

Formas não cultiváveis ​​de bactérias patogênicas são encontradas não apenas no meio ambiente, mas também em tecidos, órgãos humanos e animais. Na maioria das vezes, eles são muito diferentes morfologicamente e bioquimicamente. Por exemplo, o agente causador da tuberculose forma formas cocóides atípicas nos tecidos. Talvez essas células sejam formas especiais de experiência, capazes de ativação e reprodução. A existência de tais formas latentes pode explicar recaídas periódicas da doença em pacientes aparentemente curados. Foi demonstrado que as células Mycobacterium tuberculose pode se transformar em um estado cocóide não replicante sob condições microaerofílicas em vitro que muitas vezes surgem na Vivo(por exemplo, em granulomas). Formas cocóides também foram encontradas para Campylobacter jejuni E Helicobacter pylori. Supõe-se que sejam formados em tecidos em resposta aos efeitos de drogas e, possivelmente, sejam células em repouso resistentes a antibióticos. No entanto, os dados sobre o cultivo de tais formas são muito contraditórios. É possível que tais bactérias possam ser ativadas por alguns fatores de crescimento específicos, cujo papel é provavelmente desempenhado pelas citocinas do hospedeiro. Por exemplo, o crescimento do bacilo da tuberculose dentro dos monócitos foi significativamente estimulado pelo fator de crescimento transformador (TGF-1), enquanto o crescimento celular M. tuberculose E M.avium dentro dos macrófagos foi significativamente acelerado na presença do fator de crescimento epidérmico. Obviamente, os fatores das citocinas do hospedeiro podem desempenhar um papel importante tanto na ativação de bactérias dormentes quanto na proliferação de patógenos ativos. Uma diminuição nos níveis de insulina no sangue de pacientes com diabetes leva a uma proliferação celular significativa Pseudomonas pseudomallei, que são agentes causadores da melioidose, e a transferrina é de grande importância para o crescimento e sobrevivência de células macrófagas de camundongos Francisella tularensis.

É possível que citocinas bacterianas específicas também desempenhem um papel significativo na formação de formas dormentes e na sua restauração em células em divisão ativa. Então, tendo em conta os problemas do surgimento da resistência aos antibióticos, é difícil superestimar a importância de encontrar factores de crescimento autócrinos necessários para o crescimento de bactérias patogénicas e, portanto, ser um alvo para a acção de antibióticos fundamentalmente novos que não são -tóxico para o paciente.

O uso de citocinas bacterianas específicas também pode melhorar significativamente a situação do cultivo de bactérias não cultivadas em ambientes não totalmente adequados para sua reprodução. Por exemplo, micrococos que geralmente não crescem em meio succinato mínimo começam a se multiplicar normalmente nele na presença do fator autócrino Rpf (fator de promoção de ressuscitação) e células lavadas Mycobacterium smegmatis, que crescem em meio mínimo apenas com adição de Rpf, isolado de Micrococo luteus, pode ser considerado um modelo de população de bactérias “famintas” no solo, provavelmente exigindo a presença de uma citocina específica para iniciar a divisão. O uso de citocinas bacterianas específicas também pode melhorar significativamente a situação do cultivo de bactérias não cultivadas em ambientes não totalmente adequados para sua reprodução. Genes semelhantes ao gene que codifica a proteína Rpf em M. luteus, estão amplamente distribuídos entre bactérias gram-positivas com alto teor de G+C, que incluem estreptomicetos, corinebactérias e micobactérias. Este facto abre novas oportunidades para a prevenção e tratamento de doenças causadas por agentes microbianos, e também nos permite ter um olhar diferente sobre o complexo complexo de interações bacterianas interespécies nos habitats naturais dos microrganismos.

Última atualização: 20/02/2004

LITERATURA

1. Oleskin A.V., Botvinko I.V., Tsavkelova E.A. Organização colonial e comunicação intercelular em microrganismos. Microbiologia 2000; 69:3:309-327.
2. Fuqua WS, Winans S., Greenberg E. Quorum sensing em bactérias: a família Lux R-Lux I de reguladores transcricionais responsivos à densidade celular. J Bacteriol 1994; 176:2:269-275.
3. Meighen E. Biologia molecular da bioluminescência bacteriana. Microbiol Rev. 1991; 55:1:123-142.
4. Winans SS, Bassler VL. Psicologia da multidão. J Bacteriol 2002; 184:4:873-883.
5. Writh R., Muscholl A., Wanner G. O papel dos feromônios nas interações bacterianas. Tendências Microbiol 1996; 4:3:96-103.
6. Khokhlov A.S. Autorreguladores microbianos de baixo peso molecular. M.: 1988;270.
7. Waldburger S., Gonzalez D., Chambliss GH. Caracterização de um novo fator de esporulação em Bacillus subtilis. J Bacteriol 1993; 175: 6321-6327.
8. Pestova E., Havarstein L., Morrison D. Regulação de competência para transformação genética em Streptococcus pneumoniae por feromônios peptídicos auto-induzidos e sistemas regulatórios de dois componentes. Mol Microbiol 1996; 21:4:853-862.
9. Alloing G., Martin V., Granadel G., Claveris J. Desenvolvimento de competência em Streptococcus pneumoniae: autoindução de feromônios e controle de detecção de quorum pela oligopeptídeo permease. Ibidem 1998; 9:1:75-83.
10. Prozorov A.A. Feromônios de competência em bactérias. Microbiologia 2001; 70: 1:5-14.
11. Salmond G., Bycroft V., Stewart S., Williams P. O “enigma” bacteriano: decifrando o código da comunicação célula-célula. Mol Microbiol 1995; 16:4:615-624.
12. Greenberg E., Winans S., Fuqua C. Quorum-sensing por bactérias. Ann Rev Microbiol 1996; 50: 727-751.
13. Otto M., Sussmuth R., Vuong C. e outros. Inibição da expressão do fator de virulência em Staphylococcus aureus pelo Staphylococcus epidermidis feromônio agr e derivados. FEBS Lett. 1999; 450: 257-262.
14. Dong Y., Xu J., Li X., Zhang L. AiiA, uma enzima que inativa o sinal de detecção de quorum de acil-homosserina lactona e atenua a virulência de Erwinia carotovoru. Proc Natl Acad Sci 2000; 97:7:3526-3531.
15. Byers J., Lucas C., Salmond G., Welch M. Rotatividade não enzimática de um Erwinia carotovora molécula sinalizadora com detecção de quorum. J Bacteriol 2002; 184:4: 1163-1171.
16. Calfee M., Coleman J., Pesci E. Interferência com a síntese do sinal de quinolona de Pseudomonas inibe a expressão do fator de virulência por Pseudomonas aeruginosa. Proc Natl Acad Sci 2001; 98:20:11633-11637.
17. Nakayama J., Takanami Y., Horii T. et al. Mecanismo molecular de sinalização de feromônios específicos da maré peptídica em Enterococcus faecalis: funções do receptor de feromônio TraA e da proteína de ligação a feromônio TraC codificada pelo plasmídeo pPDI. J Bacteriol 1998:180:3:449-456.
18. Mylonakis E., Engelbert M., Qin X. et al. O Enterococcus faecalis O gene fsrB, um componente chave do sistema de detecção de quorum fsr, está associado à virulência no modelo de endoftalmite em coelhos. Infectar Imuno 2002; 70:8:4678-4681.
19. Sifri C., Mylonakis E., Singh V. e outros. Efeito de virulência Enterococcus faecalis genes de protease e gafanhotos com detecção de quórum em Caenorhabditis elegans e camundongos. Ibidem 2002; 70:10: 5647-5650.
20. Matson M., Armitage J., Hoch J., Macnab R. Locomoção bacteriana e transdução de sinal. J Bacteriol 1998; 180:5:1009-1022.
21. Onaka H., Horinouchi S. Atividade de ligação ao DNA da proteína receptora do fator A e seu reconhecimento de sequências de DNA. Mol Microbiol 1997; 24: 991-1000.
22. Onaka H., Ando N., Nihira T., Yamada Y. et al. Clonagem e caracterização do gene do receptor do fator A de Streptomyces griseus. J Bacteriol 1995; 177:21:6083-6092.
23. Ohnishi Y., Kameyama S., Onaka H., Horinouchi S. A cascata reguladora do fator A que leva à biossíntese de estreptomicina em Streptomyces griseus: identificação de um gene alvo do receptor do fator A. Mol Microbiol 1999; 34: 102-111.
24. Yamazaki H., Ohnishi Y., Horinouchi S. Um fator sigma de função extracitoplasmática dependente do fator A (OAdsA) que é essencial para o desenvolvimento morfológico em Streptomyces griseus. J Bacteriol 2000; 182:16:4596-4605.
25. Kato J., Suzuki A., Yamazaki H. et al. Controle pelo fator A de um gene de metaloendopeptidase envolvido na formação de micélio aéreo em Streptomyces griseus. Ibidem 2002; 184:21:6016-6025.
26. Onaka H., Nikagawa T., Horinouchi S. Envolvimento de dois homólogos do receptor do fator A em Streptomyces coelicolor A3(2) na regulação do metabolismo secundário e morfogênese. Mol. Microbiol. 1998; 28:4:743-753.
27. Revenchon S., Bouillant M., Salmond G., Nasser W. Integração do sistema de detecção de quorum nas redes reguladoras que controlam a síntese do fator de virulência em Erwinia chrysanthemii. Mol Microbiol 1998; 29: 1407-1418.
28. Chatterjee A., Cui Y., Chatterjee A.K. RsmA e o sinal de detecção de quorum, N-L-homosserina lactona, controlam os níveis de RNA rsmB em Erwinia carotovora subsp. carotovora afetando sua estabilidade. J Bacteriol 2002; 184:15:4089-4095.
29. Kohler T., Van Delden C., Curty L. e outros. A superexpressão do sistema de efluxo multidrogas MexEF-OprN afeta a sinalização célula a célula em Pseudomonas aeruginosa. Ibidem 2001; 183:18:5213-5222.
30. Gallagher L., McKnight S., Kuznetsova M. e outros. Funções necessárias para sinalização extracelular de quinolona por Pseudomonas aeruginosa. Ibidem 2002; 184:23:6472-6480.
31. Parsek M., Greenberg P. Detecção de quorum de acil-homosserina lactona em bactérias gram-negativas: um mecanismo de sinalização envolvido em associações com organismos superiores. Proc Natl Acad Sci 2000; 97:16:8789-8793.
32. Conway VA, Uepi V., Speert D. Formação de biofilme e produção de acil-homosserina lactona no Burkholderia cepacia complexo. J Bacteriol 2002; 184:20:5678-5685.
33. Kolenbrander P., Andersen R., Blehert D. e outros. Comunicação entre bactérias orais. Micróbio. Biologia Molecular Rev 2002; 66:3:486-505.
34. Miller M., Bassler B. Quorum sensing em bactérias. Annu Rev Microbiol 2001; 55: 165-199.
35. Frias J., Olle E., Alsina M. Patógenos periodontais produzem moléculas de sinal com detecção de quorum. Infectar Imuno 2001; 69:3431-3434.
36. McNab R., Ford S., EI-Sabaeny A. et al. Sinalização baseada em LuxS em Streptococcus gordonii: O autoindutor 2 controla o metabolismo de carboidratos e a formação de biofilme com Porphyromonas gengivalis. J Bacteriol 2003; 185: 1:274-284.
37. Bassler V., Wright M., Silverman M. Múltiplos sistemas de sinalização controlando a expressão de luminescência em Vibrio harveyi: sequência e função de genes que codificam uma segunda via sensorial. Mol Microbiol 1994; 13: 273-286.
38. Ji G., Beavis R., Novick R. Interferência bacteriana causada por variantes peptídicas autoindutoras. Ciência 1997; 276: 2027-2030.
39. Lee S., Park S., Lee J., e outros. Os genes que codificam a enzima degradadora de lactona N-acyi homoserina são difundidos em muitas subespécies de Bacillus thuringiensis. Appl Environ Microbiol 2002; 68:8:3919-3924.
40. Leadbetter J., Greenberg E. Metabolismo dos sinais de detecção de quorum de acilhomosserina lactona por Variovorax paradoxo. J Bacteriol 2000; 182:6921–6926.
41. Hoang T., Schweizer H. Caracterização de Pseudomonas aeruginosa enoil-acil proteína transportadora redutase (Fabl): um alvo para o antimicrobiano triclosan e seu papel na síntese de homosserina lactona acilada. Ibidem 1999; 181:. 5489-5497.
42. Pearson J., Delden C., Iglewski B. O efluxo ativo e a difusão estão envolvidos no transporte de Pseudomonas aeruginosa sinais célula a célula. J. Bacteriol. 1999; 181: 1203-1210.
43. Manefield M., Welch M., Givskov G. e outros. Furanoses halogenadas da alga vermelha Delisea pulchra inibem a síntese de antibióticos carbapenêmicos e a produção de fator de virulência de exoenzimas no fitopatogo Erwinia carotovora. FEMS Microbiol Lett 2001; 205: 131-138.
44. Dong Y., Wang L., Xu J. e outros. Extinguindo a infecção bacteriana dependente do quorum-sensing por uma N-acil homoserina lactonase. Natureza. 2001; 411:813–817.
45. Romanova Yu.M., Ginzburg A.L. As citocinas são possíveis ativadores do crescimento de bactérias patogênicas. Vesti RAMS 2000; 1:13-17.
46. Barcina I., Lebaron P., Vives-Rego J. Sobrevivência de bactérias alóctones em sistemas aquáticos: uma abordagem biológica. FEMS Microbiol Ecol 1997; 23:1-9.
47. Heim S., Lleo M., Bonato B. et al. O estado viável, mas não cultivável, e a fome são diferentes respostas ao estresse de Enterococcus faecalis, conforme determinado pela análise do proteoma. J Bacteriol 2002; 184:23: 6739-6745.
48. Xu H., Roberts N., Singleton F. et al. Sobrevivência e viabilidade de não cultiváveis Escherichia coli e Vibrio cholerae no ambiente estuarino e marinho. Microb Ecol 1982; 8: 313-323.
49. Kell D., Kaprelyants A., Grafen A. Feromônios, comportamento social e funções do metabolismo secundário em bactérias. Tendências em Ecologia e Evolução 1995; 10: 126-129.
50. Domingue G., Woody H. Persistência bacteriana e expressão da doença. Clin Microbiol Rev 1997; 10: 320-328.
51. Khomenko A. A variabilidade de Mycobacterium tuberculose em pacientes com tuberculose pulmonar cavitária durante quimioterapia. Doença Pulmonar Tuberculosa 1987; 68: 243-253.
52. Gangadharam P. Dormência micobacteriana. Tub Lung Dis 1995; 76: 477-479.
53. Wayne L. Dormência de Mycobacterium tuberculose e latência da doença. Europeu J Clin Microbiol Infect Dis 1994; 13: 908-914.
54. Wayne L., Hayes L. Um em vitro modelo para estudo sequencial de deslocamento de Mycobacterium tuberculose através de 2 estágios de persistência não replicante. Infectar Imun 1996; 64:2062-2069.
55. Beumer R., Devries J., Rombouts F. Campylobacter jejuni células cocóides não cultiváveis. Estagiário J Food Microbiol 1992; 15: 153-163.
56. Kusters J., Gerrits M., Van Strijp J. et. Formas cocóides Helicobacter pylori são a manifestação morfológica da morte celular. Infectar Imun 1997; 65: 3672-3679.
57. Cellini L., Hui P., Leung K. et. Cocóide Helicobacter pylori não cultivável in vitro reverte em camundongos. Microbiol Immun 1994; 38: 843-850.
58. Hirsch S., Yoneda T., Averill L. e outros. Aumento do crescimento intracelular de Mycobacterium tuberculose em monócitos humanos, transformando o fator de crescimento-b-l. J Infect Dis 1994; 170: 1229-1237.
59. Bermúdez. L., Pelrofsky M. Regulamentação da expressão de Mycobacterium avium proteínas complexas diferem de acordo com o ambiente dentro das células hospedeiras. Immunol Cell Biol 1997; 75:35-40.
60. Woods D., Jones A., Hill P. Interação da insulina com Pseudomonas pseudomallei. Infectar Imun 1993; 61: 4045-4050.
61. Fortier A., ​​​​Leiby D., Narayanan R. et al. Crescimento de Francisella tularensis LVS em macrófagos – o compartimento intracelular ácido fornece o ferro essencial necessário para o crescimento. Ibidem 1995; 65:1478–1483.
62. Duncan S., Glover L., Killham K., Prosser J. Detecção de atividade baseada em luminescência de bactérias famintas e viáveis, mas não cultiváveis. Appl Environ Microbiol 1994; 60: 1308-1316.
63. Young D., Duncan K. Perspectivas para novas intervenções no tratamento e prevenção de doenças micobacterianas. Ana. Rev. Microbiol. 1995; 49: 641-673.
64. Mukamolova G., Kapreilyants A., Young D. et al. Uma citocina bacteriana. Proc Nat! Acad Sci EUA. 1998; 95: 8916-8921.
65. Shleeva M.O., Mukamolova G.V., Telkov M.V. etc. Formação de células “não cultivadas” Mycobacterium tuberculose e seu renascimento. Microbiologia 2003; 72: 76-83.

) comunicam e coordenam seu comportamento através da secreção de sinais moleculares.

Atribuição do Quorum Sense

O objetivo do quorum sensing é coordenar certos comportamentos ou ações entre bactérias da mesma espécie ou subespécie, dependendo da sua densidade populacional. Por exemplo, bactérias patogênicas oportunistas Pseudomonas aeruginosa podem se reproduzir dentro do hospedeiro sem danos até atingirem uma certa concentração. Mas tornam-se agressivos quando o seu número se torna suficiente para superar o sistema imunitário do hospedeiro, levando ao desenvolvimento de doenças. Para fazer isso, as bactérias precisam formar biofilmes na superfície do corpo do hospedeiro. É possível que a degradação enzimática terapêutica de moléculas sinalizadoras impeça a formação de tais biofilmes. A interrupção do processo de sinalização desta forma é a supressão da detecção de quorum.

O papel da detecção de quorum em alguns organismos

Detecção de quórum observada pela primeira vez em bactérias Vibrio fischeri, uma bactéria bioluminescente que vive como simbionte nos órgãos luminosos de uma espécie de lula havaiana. Quando as células Vibrio fischeri vivem livremente, os autoindutores estão em baixa concentração e, portanto, as células não são luminescentes. No órgão de luz da lula (fotóforos) eles são extremamente concentrados (cerca de 10 11 células/ml) e, portanto, a transcrição da luciferase é induzida, levando à bioluminescência.

Os processos que são regulados ou parcialmente regulados pela detecção de quorum baseada em AI-2 em Escherichia coli incluem a divisão celular. Em outras espécies, por exemplo - Pseudomonas aeruginosa(Pseudomonas aeruginosa), os processos relacionados ao quorum sensing incluem desenvolvimento de biofilme, produção de exopolissacarídeos e agregação celular. Descobriu-se que o AI-2 aumenta a expressão do gene sdiA, um promotor regulador transcricional que regula o gene ftsQ, parte do operon ftsQAZ importante para a divisão celular.

Streptococcus pneumoniae(pneumococcus) usa detecção de quorum para tornar as células competentes. Isto pode ser importante para aumentar o número de mutações em condições de superpopulação, quando há necessidade de colonizar novos ambientes.

Escreva uma resenha sobre o artigo "Quorum Sense"

Trecho descrevendo o Quorum Sense

Naquela mesma noite, depois de fazer uma reverência ao Ministro da Guerra, Bolkonsky dirigiu-se ao exército, sem saber onde o encontraria e temendo ser interceptado pelos franceses no caminho para Krems.
Em Brünn, toda a população da corte fez as malas e os fardos já foram enviados para Olmütz. Perto de Etzelsdorf, o príncipe Andrei dirigiu pela estrada ao longo da qual o exército russo se movia com a maior pressa e na maior desordem. A estrada estava tão lotada de carroças que era impossível viajar de carruagem. Tendo pegado um cavalo e um cossaco do comandante cossaco, o príncipe Andrei, faminto e cansado, ultrapassando as carroças, cavalgou em busca do comandante-chefe e sua carroça. Os rumores mais ameaçadores sobre a posição do exército chegaram até ele no caminho, e a visão do exército correndo aleatoriamente confirmou esses rumores.
“Cette armee russe que l"or de l"Angleterre a transporte, des extremites de l"univers, nous allons lui faire eprouver le meme sort (le sort de l"armee d"Ulm)", ["Este exército russo, que O ouro inglês foi trazido do fim do mundo para cá, experimentará o mesmo destino (o destino do exército de Ulm).”] ele relembrou as palavras da ordem de Bonaparte ao seu exército antes do início da campanha, e essas palavras igualmente despertaram nele há surpresa pelo herói brilhante, um sentimento de orgulho ofendido e esperança de glória: "E se não restar nada além de morrer? Ele pensou. Bem, se necessário! Não farei isso pior do que os outros."
O príncipe Andrei olhou com desprezo para essas intermináveis ​​​​equipes, carroças, parques, artilharia e, novamente, carroças, carroças e carroças de todos os tipos possíveis, ultrapassando umas às outras e bloqueando a estrada de terra em três ou quatro fileiras. De todos os lados, atrás e na frente, enquanto se podia ouvir, ouviam-se os sons das rodas, o barulho dos corpos, das carroças e das carruagens, o barulho dos cavalos, os golpes de chicote, os gritos de insistência, as maldições dos soldados, ordenanças e oficiais. Ao longo das margens da estrada viam-se constantemente cavalos caídos, esfolados e mal cuidados, ou carroças quebradas, nas quais soldados solitários estavam sentados, esperando por alguma coisa, ou soldados separados de suas equipes, que se dirigiam em multidões para aldeias vizinhas ou arrastavam galinhas, ovelhas, feno ou feno das aldeias, sacos cheios de alguma coisa.
Nas descidas e subidas a multidão tornava-se mais densa e havia um gemido contínuo de gritos. Os soldados, afundados na lama até os joelhos, pegaram armas e carroças nas mãos; chicotes batiam, cascos deslizavam, cordas estouravam e peitos explodiam em gritos. Os oficiais encarregados do movimento avançavam e recuavam entre os comboios. Suas vozes eram fracamente audíveis em meio ao rugido geral, e estava claro em seus rostos que eles desesperavam por conseguir acabar com essa desordem. “Voila le cher [“Aqui está o querido] exército ortodoxo”, pensou Bolkonsky, lembrando-se das palavras de Bilibin.

Greenberg e Bonnie Bassler receberam o Prêmio Shao 2015 pela descoberta da detecção de quórum.

Atribuição do Quorum Sense

O objetivo do quorum sensing é coordenar certos comportamentos ou ações entre bactérias da mesma espécie ou subespécie, dependendo da sua densidade populacional. Por exemplo, bactérias patogênicas oportunistas Pseudomonas aeruginosa podem se reproduzir dentro do hospedeiro sem prejudicá-lo até atingirem determinada concentração. Mas tornam-se agressivos quando o seu número se torna suficiente para superar o sistema imunitário do hospedeiro, levando ao desenvolvimento de doenças. Para fazer isso, as bactérias precisam formar biofilmes na superfície do corpo do hospedeiro. É possível que a degradação enzimática terapêutica de moléculas sinalizadoras impeça a formação de tais biofilmes. A interrupção do processo de sinalização desta forma é a supressão da detecção de quorum.

O papel da detecção de quorum em alguns organismos

Detecção de quórum observada pela primeira vez em bactérias Vibrio fischeri, uma bactéria bioluminescente que vive como simbionte nos órgãos luminosos de uma espécie de lula havaiana. Quando as células Vibrio fischeri vivem livremente, os autoindutores estão em baixa concentração e, portanto, as células não são luminescentes. No órgão de luz da lula (fotóforos) eles são extremamente concentrados (cerca de 10 11 células/ml) e, portanto, a transcrição da luciferase é induzida, levando à bioluminescência.

Os processos que são regulados ou parcialmente regulados pela detecção de quorum baseada em AI-2 em Escherichia coli incluem a divisão celular. Em outras espécies, por exemplo - Pseudomonas aeruginosa(Pseudomonas aeruginosa), os processos relacionados ao quorum sensing incluem desenvolvimento de biofilme, produção de exopolissacarídeos e agregação celular. Descobriu-se que o AI-2 aumenta a expressão do gene sdiA, um promotor regulador transcricional que regula o gene ftsQ, parte do operon ftsQAZ importante para a divisão celular.

Streptococcus pneumoniae(pneumococcus) usa detecção de quorum para tornar as células competentes. Isto pode ser importante para aumentar o número de mutações em condições de superpopulação, quando há necessidade de colonizar novos ambientes.