Sóc jo. Sóc aquí. Quant som?

2012/05/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Mikrobiologia
• Biokimika
• Ekologia

"Els bacteris parlen entre si. Utilitzen com a paraula productes químics. Tenen un lèxic tan complex que no hem fet més que començar a comprendre", explica la biòloga molecular de la Universitat de Princeton, Bonnie Bassler, en la seva conferència TED de 2009. Bassler és una de les persones que millor entenen el llenguatge dels bacteris. Porta anys desxifrant aquesta llengua i tractant d'explotar els avantatges que ens pot aportar el seu coneixement.

Quan Bassler va començar a investigar la comunicació dels bacteris, no era més que una qüestió d'uns curiosos bacteris marins. Els estudis suggereixen que aquests bacteris segregaven senyals químics que els permetien conèixer-se mútuament. Però durant molts anys va ser una mera anècdota fins que en 2001 el grup de Bassler va demostrar que altres 30 espècies de bacteris produïen aquest tipus de senyals. No es tractava només de bacteris marins estranys, sinó també de bacteris que provoquen còlera, tuberculosi, pneumònia i moltes altres malalties.

"Ara sabem que tots els bacteris parlen entre si", explica Bassler en el seu discurs. És més, "converteix les comunicacions en multicel·lulars". "Produeixen paraules químiques, comprenen aquestes paraules i, en conseqüència, activen comportaments grupals que només triomfarien si tots els bacteris actuessin juntes".

Aquest comportament col·lectiu s'amaga darrere de moltes malalties. Cap o pocs bacteris poden afectar el cos d'una persona. Per això, en ficar-se en el cos, no ataquen des del principi. Esperen, comencen a reproduir-se i, quan han format un grup bastant nombrós, és quan ataquen. Per a això han de comunicar-se, saber quants són. I per a això són les paraules químiques. "Tenim una paraula bonica per a això: quòrum sensing ", comenta Bassler.

En els diferents bacteris s'han trobat molècules similars però diferents. Cada molècula s'encaixa bé en el receptor de cada espècie, però no en el d'altres espècies. "Són converses privades", afirma Bassler. Però els bacteris tenen al seu voltant nombroses bacteris d'altres espècies, i Bassler va descobrir que els bacteris són multilingües: tenen molècules i receptors universals que totes les contenen. És a dir, a més del llenguatge propi de l'espècie, tenen una llengua interespecífica que Bassler flama "l'esperanto dels bacteris". Així, els bacteris poden saber quants són de la mateixa espècie i quants són d'altres espècies, i actuar d'una manera o una altra amb o sense majoria. Tenen per tant un quòrum sensing a dos nivells.

Els fongs també saben el que hi ha voltant

Fong Penicillium que creix sobre la superfície d'una llimona i desenvolupa espores. Ed. © istockphoto.com/habari 1

I el quòrum sensing no sols ocorre en bacteris. "Aquest estudi ha arribat més tard en els fongs", afirma l'investigador de Bioquímica i Biologia Molecular de la UPV Unai Ugalde. Però els fongs també tenen aquesta capacitat. "Al no poder moure's, han de saber si hi ha molts rivals o rivals al voltant per a decidir què fer".

Entre altres coses, segons el missatge que reben amb aquests senyals, poden decidir si és un bon moment per a crear espores. En l'època en la qual Ugalde estava realitzant la seva tesi a Anglaterra, a principis de la dècada dels vuitanta, va començar a sospitar que havia d'existir algun senyal químic que produís espores. En aquella època, la teoria assenyalava que l'esporulación es devia a l'estrès alimentós, és a dir, que quan el fong es quedava sense aliment començava a produir espores, dispersar-les i colonitzar-les. "Però hi havia investigadors que havien vist que, encara que ben alimentats, produïen les espores exactament igual", explica Ugalde.

Van començar a buscar aquests senyals. "Ens va costar molt trobar els primers senyals perquè són molt petites". Però ho van aconseguir en molts anys; eren nous compostos. El descobriment va ser publicat en la revista E ukariotic Cell en 2002. En el fong Penicillium cyclopium es va descobrir que segregava una substància anomenada conidiogenona, l'acumulació de la qual provocava la producció d'espores.

I en un altre treball publicat enguany en Chemical Biology, s'ha aclarit el mecanisme d'un senyal similar en el fong Aspergillus nidulans. En aquest cas, el missatge és emès per la interacció de dos compostos químics. I el missatge és que el fong ha sortit a l'aire. De fet, els fongs creixen dins d'un substrat, en el subsòl, o a l'interior de fruites i verdures, etc. I quan salin fos d'aquest substrat, a l'aire, produeixen espores. "Per als fongs és molt important saber si han sortit a l'aire, ja que ha de saber si ha de continuar creixent o si ha de fer espores".

A més de saber si estan en l'aire, convé que els fongs tinguin informació del seu entorn per a decidir si poden continuar creixent o no. "Vam veure que en acumular alguns gasos emesos pels fongs es paralitzava el creixement del fong i inicien l'esporulación", diu Ugalde. De fet, la presència de molts gasos significa que hi ha molts fongs al voltant. "Com l'entorn està ple, intenten fer espores per a buscar una solució".

Aquest treball va ser publicat l'any passat en la revista Fungal Biology. En aquest treball es van identificar també els senyals entre espores. Es va observar que les espores segregaven un compost volàtil que impedia la germinació de les espores quan s'acumulava al seu voltant. Aquest compost indica la quantitat d'espores que hi ha al voltant, sent el quòrum sensing dels fongs. I, en certa dispersió de les espores i en la disminució de la concentració d'aquest compost, és senyal que és el moment adequat per a germinar les espores.

Unai Ugalde, investigador de la UPV en el laboratori de Bioquímica i Biologia Molecular. Porta anys investigant la bioquímica dels fongs. Ed. © Manuel Díaz de Rada

Aquest compost és alcohol 1-oct-3-ol. "És un senyal universal", diu Ugalde. "Els xampinyons també ho tenen. És l'olor que es desprèn en posar els xampinyons a la planxa o fer un regirat de fongs, o en donar una puntada en la muntanya a la tardor. Els fongs creixen i l'alcohol s'acumula entre les fulles".

I a més del senyal universal, els fongs també tenen un senyal específic. Per exemple, "això ocorre en els fongs patògens", explica Ugalde. "Els fongs que danyen les plantes segreguen senyals molt concrets per a no brollar més espores al voltant de la seva fulla". L'objectiu és mesurar la infecció, explotar bé els recursos de la planta, ja que un excés de fongs podria causar una mort massa ràpida.

Els missatges dels fongs també arriben a altres organismes. Aquests senyals que s'uneixen a l'esporulación atreuen als insectes, que són una via d'expansió de les espores per als fongs. "Nosaltres veiem en el laboratori com s'acosten les mosques en obrir els pots dels fongs", diu Ugalde.

Sabotejant comunicacions

Les persones també poden beneficiar-se de la comunicació de fongs i bacteris si són capaços de comprendre'ls. "Què passaria si als bacteris els impedíssim parlar o escoltar? No podria tractar-se d'un nou tipus d'antibiòtics?" tira Bassler.

En aquests temps en els quals tenim greus problemes de resistència amb els antibiòtics, Bassler creu que els antibiòtics de la pròxima generació poden procedir d'aquesta manera. I en això s'està treballant en els últims anys. En un treball publicat en la revista Molecular Cell en 2009, van demostrar ser capaces de frustrar la comunicació de Chromobacterium violaceum. C. violaceum va trobar una altra molècula que s'encaixava en el receptor de la molècula que utilitza per a expressar el quòrum dels bacteris de la seva espècie. Si aquests receptors estan plens, els bacteris no poden detectar el senyal real i organitzar l'atac. C. violaceum només infecta a l'home en casos estranys, però mata fàcilment al cuc Caenorhabditis elegans. Amb aquesta tècnica l'equip de Bassler va aconseguir que aquests cucs s'enfrontessin a la infecció bacteriana.

El fong Aspergillus nidulans segrega el compost deshidroaustinol per a saber si està en l'aire. En un substrat humit aquest compost es dilueix i s'acumula en l'aire en la superfície del fong. No obstant això, en l'aire es cristal·litza (a l'esquerra), i en aquesta situació els receptors de les cèl·lules del fong no podrien rebre aquest senyal. Ara han vist que els fongs també segreguen un segon compost anomenat diortzinol, la qual cosa impedeix la cristal·lització del compost anterior. Tots dos compostos formen una emulsió que s'acumula en la superfície del fong (a la dreta). Ed. : © Ana Rodrigez-Urra.

També intenten fer el mateix amb el llenguatge universal dels bacteris. "És una esperança utilitzar-la com a antibiòtic d'ampli espectre", afirma Bassler. I al mateix temps volen aconseguir el contrari: "Volem millorar les converses entre els bacteris que habiten en el mutualisme dins de tu, perquè els bacteris facin el que volem que faci per si mateixes".

Ugalde també ha clar de conèixer l'idioma dels fongs pot aportar aplicacions interessants. Per exemple, per al desenvolupament de nous fungicides agrícoles. "La majoria dels fungicides són bastant nocius -diu Ugaldek-. En lloc d'utilitzar compostos tan tòxics, pretenem que el cultiu dels fongs es detingui o controli utilitzant els seus senyals". D'altra banda, Ugalde també esmenta qüestions de resistència: "En l'ús freqüent de fungicides sempre apareixen ceps resistents. No obstant això, amb els seus senyals no corre el perill que hagin evolucionat i no hi hagi resistència".

Alguns antics membres del laboratori d'Ugalde treballen actualment en l'empresa Biofungitek de Derio. S'està investigant en el desenvolupament i comercialització de fungicides químics d'origen natural. "Busquem productes que no deixin residus de cap mena --diu la Fundació Olatz de Biofungitek-- És important no danyar a les abelles i insectes que caminen per les plantes".

S'espera aconseguir en Biofungitek una solució específica i eficaç per a cada fong a partir de senyals de fongs. Això no tindria toxicitat per a altres organismes de l'entorn ni per a altres fongs potencialment beneficiosos.

"Creixem fongs i veiem el que produeixen. Després es va purificant i veiem en quina fracció es troba l'activitat que ens interessa", ha explicat Fundazua. Disposen d'una plataforma robotitzada per a realitzar aquests estudis amb precisió i per a investigar si només els compostos que purifiquen o en combinació amb uns altres actuen. "Hem vist alguns efectes en les proves que hem realitzat, però encara el projecte necessita un major desenvolupament --diu Fundazurik-. És un camí bastant nou, que no sabem ningú camina per aquí, i cal obrir-lo i veure per on anar".

Bacteri lluminós i calamar sense ombra

Tot va començar amb el bacteri marí de Vibrio fischeri. V. fischeri és capaç d'emetre llum. Però els investigadors es van adonar que quan els bacteris estaven sols, o quan eren poques, no feien llum. Per contra, quan es multiplicaven i arribaven a cert número, tots encenien la llum junts. La pregunta era com saben si aquests bacteris estan sols? Com saben quants són?

Calamar euprymna scolopes. Ed. © Wisconsin-Universitat de Madison

Al cap dels anys van saber que parlaven entre si, que alliberaven una molècula i que gràcies a això sabien quants eren. Aquest mecanisme va ser anomenat quòrum sensing.

Les V. Fischeri habiten a l'interior del calamar Euprymna scolopes en uns òrgans especials. El calamar expulsa a l'exterior cada matí el 95% dels bacteris que habiten en aquests òrgans. I s'amaga sota la sorra. Durant el dia els bacteris que ha deixat en el seu interior es multipliquen i quan arriba la nit encenen la llum. És llavors quan el calamar necessita llum. Surt de nit a caçar en aigües succintes de Hawaii. Pot regular la intensitat de la llum que emet amb els seus dos òrgans específics de llum, carregats de bacteris. El calamar mesura la llum de la Lluna i, en conseqüència, emet tantes llums cap avall, la qual cosa li permet no tenir ombra i res del que està sota ella pot veure-la.