Biotecnologia e produção saúde

Um bate-papo entre bactérias

A maioria das bactérias se comportam como seres unicelulares quando se encontram em uma baixa densidade populacional. No entanto, quando elas detectam que a população aumenta e atinge um número mínimo conhecido como quórum, elas começam o processo de comunicação e mudam seu comportamento.
Por Beatriz Ximena Valencia Quecán  - Mestre em ciência dos alimentos - Departamento de alimentos e Nutrição experimental, Universidade de São Paulo.

Você sabia que as bactérias tem um sistema organizado para se comunicar entre si e favorecer o desenvolvimento de toda sua população?

Antigamente pensávamos que as bactérias apresentavam um comportamento individual e que não eram capazes de desenvolver processos em conjunto. No entanto, hoje sabemos que estes fantásticos seres diminutos têm a capacidade de se comunicar entre eles, formar comunidades e desenvolver um sofisticado comportamento social.

A maioria das bactérias se comportam como seres unicelulares quando se encontram em uma baixa densidade populacional. No entanto, quando elas detectam que a população aumenta e atinge um número mínimo conhecido como quórum, elas começam o processo de comunicação e mudam seu comportamento se parecendo cada vez mais a os organismos multicelulares. Toda esta habilidade para coordenar certos comportamentos é um processo cientificamente conhecido como quórum sensing.

Todo este sistema é conduzido pela produção e liberação de uma série de moléculas sinalizadoras conhecidas como autoindutores que também costumam ser referidos como os feromônios bacterianos. Elas recebem este nome por atuar sobre a mesma célula (bactéria) que a liberou. A quantidade destas moléculas sinalizadoras é importante para que o processo de comunicação seja desenvolvido, quanto maior a densidade populacional das bactérias, maior vai ser a quantidade destas moléculas autoindutoras no meio, o qual vai permitir uma regulação na expressão de genes nas bactérias.

Todo este sistema está baseado na detecção dos sinais químicos, assim as bactérias tem um receptor que percebe especificamente a molécula autoindutora. Quando esta se liga ao receptor ele ativa a transcrição de certos genes incluindo aqueles que sintetizam o mesmo autoindutor. 

Existem diferentes tipos de moléculas autoindutoras as quais permitem que exista uma conversa entre bactérias da mesma espécie e outras que permitem conversar com bactérias de outro grupo, como uma comunicação universal! Embora algumas bactérias não consigam produzir seus próprios sinais, elas são capazes de responder os sinais de bactérias vizinhas, o que significa que podem escutar e entender a linguagem que outras falam. 

Este sistema de comunicação foi descrito em 1970 em duas espécies de bactérias marinas luminescentes: Allivibrio fischeri e Vibrio harveyi. A primeira é uma bactéria bioluminiscente (produz luz) que vive em associação simbiótica (relação entre dois organismos na qual ambos tiram proveito) no órgão produtor de luz da lula do mar Euprymna scolopes. Quando as bactérias tem vida livre elas estão em baixa concentração e não são luminosas, mas quando elas estão em alta densidade populacional asmoléculas autoindutoras se difundem pela membrana celular bacteriana. Uma vez atingido o limiar dessas moléculas sinalizadoras, elas retornam novamente à célula bacteriana ligando-se a uma molécula receptora que as reconhece e ativa a transcrição dos genes responsáveis pela bioluminescência. Essa associação permite que a lula se camufle dos predadores, já que a luz emitida evita projetar uma sombra embaixo dela nas noites claras, quando as luzes da lua e das estrelas penetram na água.

Mas qual é a relevância das bactérias se comunicarem? A resposta pode ser bem interpretada com um dito popular que diz “a união faz a força”. Esta ação coordenada entre as bactérias permite que diferentes fenômenos como a produção de fatores de virulência (fatores capazes de causar dano), a formação de biofilmes (comunidade estruturadas de bactérias), produção de bioluminescência e até produção de algumas enzimas que deterioram alimentos. Estes processos funcionam como um mecanismo evolutivo e de adaptação das bactérias ao meio ambiente.

Muitos patógenos (oganismos que causam doença) oportunistas só expressam seus genes de virulência quando a população é suficientemente numerosa para vencer as defensas do hospedeiro. Este mecanismo de comunicação também tem permitido que muitas bactérias patogênicas consigam adquirir resistência frente a diferentes tipos de antibióticos, o qual hoje em dia representa um dos maiores problemas na área da saúde uma vez que isto reduz a eficácia dos tratamentos tradicionais com antibióticos aumentando assim o desenvolvimento de diferentes tipos de infecções.  

No entanto, hoje as pesquisas apontam diferentes alternativas que consigam impedir essa comunicação utilizando moléculas denominadas inibidores de Quórum sensing, as quais tem como função atuar nos pontos específicos do processo da expressão dos genes evitando que se complete o processo. Isto funcionaria como uma ferramenta alternativa para substituir ou complementar o uso dos antibióticos tradicionais e para o controle de doenças. Nesse caso, o objetivo não é eliminar as bactérias responsáveis pela doença, nem limitar a sua multiplicação, mas sim, evitar a expressão dos genes de virulência.

Existem diferentes formas de inibir essa comunicação bacteriana e para explica-las utilizarei uma metáfora. Imaginemos que na próxima semana temos uma viagem para a praia e queremos mostrar um corpo mais magro, tonificado e sem celulite. Para isto entramos em uma dieta na qual temos que evitar comer qualquer tipo de comidas rápidas, sobremesas e alimentos hipercalóricos. Para atingir nosso objetivo temos que usar estratégias que nos privam da tentação. Pra isso, temos várias opções: A primeira opção seria evitar o preparo de sobremesas para não ter a tentação de come-las. Isto na linguagem das bactérias se traduz em reduzir a síntese do autoindutor. Se por acaso não aguentamos a vontade de comer um desses alimentos, outra opção seria tentar diminuir os efeitos desses alimentos no nosso corpo, como por exemplo bebendo mais água e realizando mais exercícios físicos, que nos permitam queimar calorias. Isto em termos da inibição do quórum sensing seria utilizar enzimas que degradem as moléculas autoindutoras. A terceira opção que temos para cumprir nosso objetivo é preparar alimentos que sejam deliciosos, mas utilizando ingredientes lights, menos calóricos, enganando nosso cérebro dizendo a ele que estamos comendo coisas gostosas porém saudáveis. Isto na inibição da comunicação bacteriana seria o uso de moléculas com efeito antagônico (inibitório) aos autoindutores capazes de se ligar aos receptores de autoindutores presentes nas bactérias, impedindo a ativação do sistema. E a última opção que temos para alcançar nosso corpo tonificado e magro do verão, é pedir para alguém que leve todos aqueles alimentos que nos evitam emagrecer pra onde não consigamos encontrá-los por um bom tempo. Isto na comunicação bacteriana seria sequestrar o autoindutor com o uso de anticorpos.  

Cientistas no mundo todo estão trabalhando a procura destes inibidores e tem-se encontrado um grande potencial nas plantas, as quais apresentam diferentes substancias que tem efeito promissor no controle da comunicação bacteriana. diferentes extratos de alimentos como alho, cebola, camomila, baunilha, alecrim, gengibre entre outros, foram associados à produção de compostos com capacidade de interferir no sistema de quórum sensing. No entanto, faltam pesquisas que se aprofundem no estudo destes inibidores para obter mais informações sobre o potencial destes compostos. Estes estudos abririam possibilidades de tratamentos contra bactérias causadoras de doenças.

Atualmente, novas tecnologias em biologia molecular, como proteomica e bioinformática permitem que as pesquisas sobre este método de comunicação consigam ser mais eficientes, contribuindo para as alternativas de inibição que consigam controlar interações bacterianas.

Referencias:

Este texto é de autoria da Pesquisadora Beatriz Ximena Valencia Quecán. Foi escrito com exclusividade para a BIO+ e possui todos os direitos reservados.

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