Rodrigo de Souza Bonilha, Marília Felisberti Benites, Matheus Lopes Braga e Rafael de Matos – Graduandos em Biotecnologia UFRGS
Dra. Patricia Valente – Departamento de Microbiologia, Imunologia e Parasitologia UFRGS
A pesquisa sobre o quorum sensing (QS) começou no final da década de 1960. A bactéria bioluminescente marinha Vibrio fischeri (atualmente denominada Aliivibrio fischeri) estava sendo cultivada em culturas líquidas e observou-se que as culturas produziam luz apenas quando grandes quantidades de células estavam presentes. Os cientistas achavam que o meio de cultura continha um inibidor de luminescência, que era removido pelas bactérias quando muitas células estavam presentes. Mas, na verdade, mais tarde foi demonstrado pelos cientistas Kenneth Nealson, Terry Platt e Woodland Hastings que a luminescência foi iniciada não pela remoção de um inibidor, mas pelo acúmulo de uma molécula ativadora ou “autoindutora”. Esta molécula é expressada pelas bactérias e ativa a luminescência quando se acumula em uma concentração alta o suficiente.
Quorum sensing (o sensor de quórum na tradução para o português) é conhecido sensor de densidade celular e está ligado a uma variedade de comportamentos fisiológicos nas bactérias, tanto em Gram-negativas (bactérias com uma membrana externa e poucas camadas de peptidioglicana na parede celular) como nas Gram-positivas (bactérias com uma parede celular espessa, contendo muitas camadas de peptidioglicana).
Uma relação que podemos fazer é a forma que o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) age em nosso país. Enquanto o IBGE usa funcionários que passam de moradia em moradia perguntando quantas pessoas moram em cada casa, as bactérias fazem o censo liberando moléculas que são captadas por outras bactérias da mesma espécie. Nesse sistema, elas controlam o comportamento de toda a população bacteriana reduzindo e secretando moléculas sinalizadoras. Esse sistema é usado pelas bactérias para se comunicar.
Essas moléculas responsáveis pelo QS são conhecidas como autoindutores. Quando a bactéria percebe que os autoindutores atingiram uma concentração acima do limite, elas acabam alterando a expressão de seus genes, com ativação de alguns genes específicos para regular a população bacteriana.
Um exemplo onde o QS é extremamente importante é na formação, maturação e dispersão dos biofilmes. Um biofilme é um conjunto de células microbianas embebidas em uma matriz de substância polimérica extracelular. Muitos estudos examinaram se o QS influenciava ou não na formação de biofilmes. O que se teve como resposta foi que em alguns deles não parecia ser o caso. No entanto, para a grande maioria, ele parecia influenciar.
Mas, afinal, por que estudar biofilmes? Pois então, os biofilmes são a forma mais comum de se encontrar microrganismos na natureza. Encontramos biofilmes multirresistentes a antibióticos, o que implica na saúde humana, como contaminantes na indústria alimentícia, nas incrustações marinhas, implicando na vida útil dos barcos cargueiros, etc.
Como os biofilmes geralmente consistem em agregados de células, pode-se argumentar que eles representam um contexto ambientalmente relevante para o QS. Para algumas espécies, há evidências de que o QS é importante para a construção e/ou dissolução de comunidades bacterianas nos biofilmes.
O estudo de QS vem possibilitando descobertas de novos meios para o controle de infecções em plantas e animais. O controle do sistema de QS também se mostra promissor para o desenvolvimento de novas terapias antimicrobianas.
A partir da viabilidade de manipulação do mecanismo de comunicação celular, diversas pesquisas buscam a utilização de um composto ou enzima capaz de degradar as moléculas sinalizadoras do QS, assim alterando o fenótipo regulado pelo mecanismo. Como exemplo podemos citar a inibição dos mecanismos de virulência de bactérias em diferentes ambientes, principalmente nos alimentos.
Na microbiologia de alimentos, compostos inibidores de QS, em especial os que atuam sobre as moléculas autoindutoras, podem inibir a colonização de superfícies de carnes por microrganismos, a produção de toxinas e a proliferação microbiana, podendo ser aplicados como conservantes de alimentos.
Na área médica, o conhecimento sobre os mecanismos de sinalização entre espécies seria capaz de influenciar na descoberta de novos medicamentos capazes de combater microrganismos que já se encontram resistentes aos antimicrobianos disponíveis.
Diante da necessidade do controle de microrganismos, o QS seria vantajoso na agricultura. Se presume que muitas bactérias associadas a plantas utilizam os mecanismos de sinalização como condutores de sua sobrevivência e multiplicação no ambiente. As moléculas autoindutoras produzidas por plantas também podem ativar os sistemas de QS de bactérias fitopatogênicas (causadoras de doenças em plantas), promovendo a produção precoce de fatores de virulência por essas bactérias. Dessa forma seria possível permitir ao sistema de defesa das plantas o reconhecimento precoce destas moléculas e a eliminação da infecção.
Até o momento, diversos mecanismos de QS foram descritos em várias espécies bacterianas, entretanto novas pesquisas são necessárias para ampliar o conhecimento deste mecanismo, para atuar no controle de microrganismos indesejados, da formação de biofilmes e da expressão de doenças infecciosas que apresentam riscos à saúde.
Além da aplicação prática, a compreensão do QS expande os conhecimentos sobre microbiologia e pode trazer novas ideias a respeito dos mecanismos de sinalização e da evolução dos organismos.
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