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

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"Las bacterias hablan entre sí. Utilizan como palabra productos químicos. Tienen un léxico tan complejo que no hemos hecho más que empezar a comprender", explica la bióloga molecular de la Universidad de Princeton, Bonnie Bassler, en su conferencia TED de 2009. Bassler es una de las personas que mejor entienden el lenguaje de las bacterias. Lleva años descifrando esa lengua y tratando de explotar las ventajas que nos puede aportar su conocimiento.

Cuando Bassler comenzó a investigar la comunicación de las bacterias, no era más que una cuestión de unas curiosas bacterias marinas. Los estudios sugieren que estas bacterias segregaban señales químicas que les permitían conocerse mutuamente. Pero durante muchos años fue una mera anécdota hasta que en 2001 el grupo de Bassler demostró que otras 30 especies de bacterias producían este tipo de señales. No se trataba sólo de bacterias marinas raras, sino también de bacterias que provocan cólera, tuberculosis, neumonía y otras muchas enfermedades.

"Ahora sabemos que todas las bacterias hablan entre sí", explica Bassler en su discurso. Es más, "convierte las comunicaciones en multicelulares". "Producen palabras químicas, comprenden esas palabras y, en consecuencia, activan comportamientos grupales que sólo triunfarían si todas las bacterias actuaran juntas".

Este comportamiento colectivo se esconde detrás de muchas enfermedades. Ninguna o pocas bacterias pueden afectar al cuerpo de una persona. Por eso, al meterse en el cuerpo, no atacan desde el principio. Esperan, empiezan a reproducirse y, cuando han formado un grupo bastante numeroso, es cuando atacan. Para ello deben comunicarse, saber cuántos son. Y para eso son las palabras químicas. "Tenemos una palabra bonita para esto: quorum sensing ", comenta Bassler.

En las diferentes bacterias se han encontrado moléculas similares pero diferentes. Cada molécula se encaja bien en el receptor de cada especie, pero no en el de otras especies. "Son conversaciones privadas", afirma Bassler. Pero las bacterias tienen a su alrededor numerosas bacterias de otras especies, y Bassler descubrió que las bacterias son multilingües: tienen moléculas y receptores universales que todas las contienen. Es decir, además del lenguaje propio de la especie, tienen una lengua interespecífica que Bassler llama "el esperanto de las bacterias". Así, las bacterias pueden saber cuántos son de la misma especie y cuántos son de otras especies, y actuar de una manera u otra con o sin mayoría. Tienen por tanto un quorum sensing a dos niveles.

Los hongos también saben lo que hay alrededor

Hongo Penicillium que crece sobre la superficie de un limón y desarrolla esporas. Ed. © iStockphoto.com/Habari 1

Y el quorum sensing no sólo ocurre en bacterias. "Este estudio ha llegado más tarde en los hongos", afirma el investigador de Bioquímica y Biología Molecular de la UPV Unai Ugalde. Pero los hongos también tienen esa capacidad. "Al no poder moverse, deben saber si hay muchos rivales o rivales alrededor para decidir qué hacer".

Entre otras cosas, según el mensaje que reciben con estas señales, pueden decidir si es un buen momento para crear esporas. En la época en la que Ugalde estaba realizando su tesis en Inglaterra, a principios de la década de los ochenta, comenzó a sospechar que debía existir alguna señal química que produjera esporas. En aquella época, la teoría señalaba que la esporulación se debía al estrés alimenticio, es decir, que cuando el hongo se quedaba sin alimento comenzaba a producir esporas, dispersarlas y colonizarlas. "Pero había investigadores que habían visto que, aunque bien alimentados, producían las esporas exactamente igual", explica Ugalde.

Comenzaron a buscar estas señales. "Nos costó mucho encontrar las primeras señales porque son muy pequeñas". Pero lo consiguieron en muchos años; eran nuevos compuestos. El descubrimiento fue publicado en la revista E ukariotic Cell en 2002. En el hongo Penicillium cyclopium se descubrió que segregaba una sustancia llamada conidiogenona, cuya acumulación provocaba la producción de esporas.

Y en otro trabajo publicado este año en Chemical Biology, se ha aclarado el mecanismo de una señal similar en el hongo Aspergillus nidulans. En este caso, el mensaje es emitido por la interacción de dos compuestos químicos. Y el mensaje es que el hongo ha salido al aire. De hecho, los hongos crecen dentro de un sustrato, en el subsuelo, o en el interior de frutas y verduras, etc. Y cuando salen fuera de ese sustrato, al aire, producen esporas. "Para los hongos es muy importante saber si han salido al aire, ya que tiene que saber si tiene que seguir creciendo o si tiene que hacer esporas".

Además de saber si están en el aire, conviene que los hongos tengan información de su entorno para decidir si pueden seguir creciendo o no. "Vimos que al acumular algunos gases emitidos por los hongos se paralizaba el crecimiento del hongo y inician la esporulación", dice Ugalde. De hecho, la presencia de muchos gases significa que hay muchos hongos alrededor. "Como el entorno está lleno, intentan hacer esporas para buscar una solución".

Este trabajo fue publicado el año pasado en la revista Fungal Biology. En este trabajo se identificaron también las señales entre esporas. Se observó que las esporas segregaban un compuesto volátil que impedía la germinación de las esporas cuando se acumulaba a su alrededor. Este compuesto indica la cantidad de esporas que hay alrededor, siendo el quorum sensing de los hongos. Y, en cierta dispersión de las esporas y en la disminución de la concentración de este compuesto, es señal de que es el momento adecuado para germinar las esporas.

Unai Ugalde, investigador de la UPV en el laboratorio de Bioquímica y Biología Molecular. Lleva años investigando la bioquímica de los hongos. Ed. © Manuel Díaz de Rada

Este compuesto es alcohol 1-oct-3-ol. "Es una señal universal", dice Ugalde. "Los champiñones también lo tienen. Es el olor que se desprende al poner los champiñones a la plancha o hacer un revuelto de hongos, o al dar una patada en el monte en otoño. Los hongos crecen y el alcohol se acumula entre las hojas".

Y además de la señal universal, los hongos también tienen una señal específica. Por ejemplo, "esto ocurre en los hongos patógenos", explica Ugalde. "Los hongos que dañan las plantas segregan señales muy concretas para no brotar más esporas alrededor de su hoja". El objetivo es medir la infección, explotar bien los recursos de la planta, ya que un exceso de hongos podría causar una muerte demasiado rápida.

Los mensajes de los hongos también llegan a otros organismos. Estas señales que se unen a la esporulación atraen a los insectos, que son una vía de expansión de las esporas para los hongos. "Nosotros vemos en el laboratorio cómo se acercan las moscas al abrir los botes de los hongos", dice Ugalde.

Saboteando comunicaciones

Las personas también pueden beneficiarse de la comunicación de hongos y bacterias si son capaces de comprenderlos. "¿Qué pasaría si a las bacterias les impidiéramos hablar o escuchar? ¿No podría tratarse de un nuevo tipo de antibióticos?" echa Bassler.

En estos tiempos en los que tenemos graves problemas de resistencia con los antibióticos, Bassler cree que los antibióticos de la próxima generación pueden proceder de esa manera. Y en ello se está trabajando en los últimos años. En un trabajo publicado en la revista Molecular Cell en 2009, demostraron ser capaces de frustrar la comunicación de Chromobacterium violaceum. C. violaceum encontró otra molécula que se encajaba en el receptor de la molécula que utiliza para expresar el quórum de las bacterias de su especie. Si estos receptores están llenos, las bacterias no pueden detectar la señal real y organizar el ataque. C. violaceum sólo infecta al hombre en casos raros, pero mata fácilmente al gusano Caenorhabditis elegans. Con esta técnica el equipo de Bassler consiguió que estos gusanos se enfrentaran a la infección bacteriana.

El hongo Aspergillus nidulans segrega el compuesto deshidroaustinol para saber si está en el aire. En un sustrato húmedo este compuesto se diluye y se acumula en el aire en la superficie del hongo. Sin embargo, en el aire se cristaliza (a la izquierda), y en esta situación los receptores de las células del hongo no podrían recibir esta señal. Ahora han visto que los hongos también segregan un segundo compuesto llamado diortzinol, lo que impide la cristalización del compuesto anterior. Ambos compuestos forman una emulsión que se acumula en la superficie del hongo (a la derecha). Ed. : © Ana Rodrigez-Urra.

También intentan hacer lo mismo con el lenguaje universal de las bacterias. "Es una esperanza utilizarla como antibiótico de amplio espectro", afirma Bassler. Y al mismo tiempo quieren conseguir lo contrario: "Queremos mejorar las conversaciones entre las bacterias que habitan en el mutualismo dentro de ti, para que las bacterias hagan lo que queremos que haga por sí mismas".

Ugalde también tiene claro que conocer el idioma de los hongos puede aportar aplicaciones interesantes. Por ejemplo, para el desarrollo de nuevos fungicidas agrícolas. "La mayoría de los fungicidas son bastante dañinos -dice Ugaldek-. En lugar de utilizar compuestos tan tóxicos, pretendemos que el cultivo de los hongos se detenga o controle utilizando sus señales". Por otro lado, Ugalde también menciona cuestiones de resistencia: "En el uso frecuente de fungicidas siempre aparecen cepas resistentes. Sin embargo, con sus señales no corre el peligro de que hayan evolucionado y no haya resistencia".

Algunos antiguos miembros del laboratorio de Ugalde trabajan actualmente en la empresa Biofungitek de Derio. Se está investigando en el desarrollo y comercialización de fungicidas químicos de origen natural. "Buscamos productos que no dejen residuos de ningún tipo --dice la Fundación Olatz de Biofungitek-- Es importante no dañar a las abejas e insectos que andan por las plantas".

Se espera conseguir en Biofungitek una solución específica y eficaz para cada hongo a partir de señales de hongos. Esto no tendría toxicidad para otros organismos del entorno ni para otros hongos potencialmente beneficiosos.

"Crecemos hongos y vemos lo que producen. Luego se va purificando y vemos en qué fracción se encuentra la actividad que nos interesa", ha explicado Fundazua. Disponen de una plataforma robotizada para realizar estos estudios con precisión y para investigar si sólo los compuestos que purifican o en combinación con otros actúan. "Hemos visto algunos efectos en las pruebas que hemos realizado, pero todavía el proyecto necesita un mayor desarrollo --dice Fundazurik-. Es un camino bastante nuevo, que no sabemos nadie anda por aquí, y hay que abrirlo y ver por dónde ir".

Bacteria luminosa y calamar sin sombra

Todo empezó con la bacteria marina de Vibrio fischeri. V. fischeri es capaz de emitir luz. Pero los investigadores se dieron cuenta de que cuando las bacterias estaban solas, o cuando eran pocas, no hacían luz. Por el contrario, cuando se multiplicaban y llegaban a cierto número, todos encendían la luz juntos. La pregunta era ¿cómo saben si esas bacterias están solas? ¿Cómo saben cuántos son?

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

Al cabo de los años supieron que hablaban entre sí, que liberaban una molécula y que gracias a ello sabían cuántos eran. Este mecanismo fue llamado quorum sensing.

Las V. Fischeri habitan en el interior del calamar Euprymna scolopes en unos órganos especiales. El calamar expulsa al exterior cada mañana el 95% de las bacterias que habitan en estos órganos. Y se esconde bajo la arena. Durante el día las bacterias que ha dejado en su interior se multiplican y cuando llega la noche encienden la luz. Es entonces cuando el calamar necesita luz. Sale de noche a cazar en aguas someras de Hawai. Puede regular la intensidad de la luz que emite con sus dos órganos específicos de luz, cargados de bacterias. El calamar mide la luz de la Luna y, en consecuencia, emite tantas luces hacia abajo, lo que le permite no tener sombra y nada de lo que está debajo de ella puede verla.