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QUORUM SENSING
COMUNICACIÓN MICROBIANA
(QUORUM SENSING)
DRA. MA. GUADALUPE L. BASURTO CADENA
2015
QUORUM SENSING
Es un proceso muy interesante que ocurre
entre células de una misma cepa o diferentes
comunidades. Se trata de una comunicación
mediante señales extracelulares que a una
determinada concentración, provoca cambios
internos que se traducen en movimiento,
síntesis o comunicación entre las células,
creándose una biopelícula (Biofilm) de
polisacáridos.
FORMACION Y DISPERSIÓN DEL BIOFILM
Adhesión
Crecimiento
Maduración
Liberación
Quorum Sensing
Otto and Joo. 2012. Molecular Basis of In Vivo Biofilm Formation by Bacterial Pathogens.
Chemistry & Biology 19: 1503-1513
Las bacterias, lejos de ser seres asociales,
tienen la capacidad de comunicarse:
1. Entre las células de una población.
2. Entre dos poblaciones distintas.
3. Con organismos superiores.
Además, algunas son capaces de competir
inhibiendo la comunicación entre otras.
Controlar la comunicación entre bacterias y
su inhibición es fundamental en distintos
campos: Ecología, Medicina, Farmacología,
Agronomía, Industria…
FORMACIÓN DE
NANOTUBOS ENTRE
CELULAS DE
Bacillus subtilis
Sigal and Gyanendra, 2011. Intercellular Nanotubes
Mediate Bacterial Communication. Cell 144 (4): 590600
FORMACIÓN DE
NANOTUBOS ENTRE
DIFERENTES
ESPECIES
BACTERIANAS
Sigal and Gyanendra, 2011.
Intercellular Nanotubes Mediate
Bacterial Communication. Cell
144 (4): 590-600
Stewart and Dirckx. 1996. Biofilms impact human health and industries. Center
for Food Enginnering
UTILIDAD DEL
QUORUM SENSING
(SIMBIOSIS)
El calamar Euprymna
scolopes que aprovecha
la bioluminiscencia de la
bacteria Vibrio fischeri
para camuflarse. El
estudio de esa relación
simbiótica llevó al
descubrimiento de que
las bacterias se
comunican y coordinan
sus acciones usando un
lenguaje químico.
Martín y col. 2010. Bioluminiscencia bacteriana.
Reduca (Biología). Serie Microbiología 3 (5): 75-86
LISTA PARCIAL DE INFECCIONES HUMANAS EN LAS QUE ESTAN
INVOLUCRADOS BIOFILMS BACTERIANOS
INFECCIÓN O ENFERMEDAD
ESPECIE BACTERIANA FORMADORA DE BIOFILM
Caries dental
Periodonditis
Otitis media
Infecciones del músculoesqueleto
Fascitis necrotizante
Osteomelitis
Prostatitis bacteriana
Endocarditis de la válvula nativa
Neumonía por fibrosis quística
Meloidosis
INFECCIONES NOSOCOMIALES
Neumonía (cuidados intensivos)
Suturas
Orificios de salida
Vías arteriovenosas
Bucles esclerales
Lentes de contacto
Cistitis por catéteres urinarios
Peritonitis por diálisis peritoneal
Tubos endotraqueales
Catéteres hickman
Catéteres centrales venosos
Válvulas mecánicas del corazón
Injertos vasculares
Bloqueo del conducto biliar
Dispositivos ortopédicos
Prótesis del pene
Cocos Gram positivos acidogénicos (ej. Streptococcus)
Bacterias anaeróbicas orales Gram negativas
Cepas no tipables de Haemophilus influenzae
Cocos Gram positivos (ej. staphylococos
Streptococos Grupo A
Varias especies bacterianas y fúngicas, generalmente mezcladas
E. coli y otras bacterias Gram negativas
Streptococos del grupo viridans
Pseudomonas aeruginosa y Burkholderia cepacia
Pseudomonas pseudomallei
Bacilos gram-negativos
Staphylococcus epidermidis y S. aureus
S. epidermidis y S. aureus
S. epidermidis y S. aureus
Cocos Gram positivos
P. aeruginosa y cocos Gram positivos
E. coli y otros bacilos Gram negativos
Una variedad de bacterias y hongos
Una variedad de bacterias y hongos
S. epidermidis y Candida albicans
S. epidermidis y otros
S. epidermidis y S. aureus
Cocos Gram positivos
Una variedad de bacterias entéricas y hongos
S. epidermidis y S. aureus
S. epidermidis y S. aureus
Costerton et al . 1999. Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections.
Science 284: 1318-1322.
FORMACIÓN DE BIOPELÍCULAS
En una placa dental
En una tubería
INHIBIDORES DE QUORUM SENSING
FITOQUÍMICOS
REFERENCIAS
Gamma aminobutyric acid (GABA)
Chevrot et al., 2006 ; Zhang et al., 2002
Pyrogallol
Ni et al., 2008
Curcumin
Rudrappa and Bais, 2008
Cynnamaldheyde
Brackman et al., 2008; Niu et al., 2006
Furocoumarins
Girennavar et al., 2008
Flavanones, flavonoids, flavonols
Truchado et al., 2012; Vandeputte et al., 2011;
Vikram et al., 2010; Vandeputte et al., 2010;
Rasamiravaka et al., 2013
Ursolic acid
Ursolic acid
Rosmarinic acid
Vattem et al., 2007
Salycilic acid
Yuan et al., 2007
Furanones
Manefield et al., 2002
Chlorogenic acid, vanillic acid,
proanthocyanidins
Leach et al., 2007; Feucht et al., 2000
Urolithin A and B
Larrosa et al., 2010; Gimenez-Bastia et al., 2012
INHIBIDORES DE QUORUM SENSING
(ANTAGONISMO)
COMPUESTO
REFERENCIAS
CONTRA BIOFILM
Volatile organic
compounds
(rhizospheric
strains
Pseudomonas
fluorescens,
Serratia plymuthica
and Bacillus
subtillis
Chernin et al.,
1998;
Basurto-Cadena et
al., 2011.
Agrobacterium,
Chromobacterium,
Pectobacterium,
Pseudomonas,
Fasarium
verticillioides
and Rhizoctonia
solani
RESULTADOS
Compuestos volátiles que se detectaron por medio de cromatografía de gases
acoplada a la espectrometría de masas (CG-MS)
COMPUESTO
VOLÁTIL
TIEMPO DE
RETENCIÓN
Caja
sin
PDA
Caja
con
PDA
22.614-22.637
+
+
+
+
+
1,2 butanona 3 hidroxi
5.080-5.084
-
+
+
+
+
1 propanol 2,2 dimetil
10.088-10.091
-
+
+
-
-
2 penteno 2,4 dimetil
10.299-10.322
-
-
+
-
+
1 butanol 2 metil
10.076-10.079
-
-
-
+
+
7.511
-
-
-
-
+
Butil hidroxi tolueno
Trimetilamina
Rhizoctonia
Fusarium
solani
verticillioides
Basurto Cadena y col. 2011. Comunicación química entre comunidades microbianas.
Acta Universitaria; 21(4): 70-73
Bacillus
subtilis
CAMBIOS ESTRUCTURALES DE R. solani y F. verticillioides
EN PRESENCIA DE B. subtillis.
Zonas de inhibición de F. verticillioides (inferior)
con B. subtilis No. 21(superior) después de 1,2 y
3 semanas respectivamente.
A
Microfotografías de la estructura celular de hifas de
R. solani después de 2 semanas de crecimiento.
(A: control; B: enfrentado a B. subtilis No. 21).
B
C
Microfotografías de hifas y conidióforos de F. verticillioides de 2 y 3 semanas
de crecimiento. (A: control; B: enfrentado a B. subtilis No. 21) a las 2 semanas
Y C: enfrentado a B. subtilis No. 21) a las 3semana
Basurto Cadena y col. 2011. Comunicación química entre comunidades microbianas.
Acta Universitaria; 21(4): 70-73
CONCLUSIONES
 Por otro lado, es posible que B. subtilis tenga la capacidad de producir
compuestos volátiles que comparta con otros hongos fitopatógenos diferentes a
R.solani y F. verticillioides para interactuar a través de los ya mencionados
nanotubos y que, una vez más, sea la trimetilamina el iniciador y/o el
autoinductor para producir otros compuestos con los que pueda inhibir su
crecimiento. Sin embargo, la trimetilamina es solo un candidato de compuestos
volátiles que pudieran estar relacionados con la inhibición de hongos
fitopatógenos, por lo que es necesario continuar con este tipo de trabajos para
determinar que otros compuestos volátiles pudieran estar involucrados en el
proceso del control biológico.
INHIBIDORES DE QUORUM SENSING
(INDUSTRIA ALIMENTARIA)
COMPUESTO
REFERENCIAS
Different essential oils
(also from ornamental
plants)
Al-Shuneigat et al.,
2005; Chorianopoulos
et al., 2008; Khan
et al., 2009; Zaki et al.,
2013; Szabó et al.,
2010
CONTRA BIOFILM
Salmonella, Listeria,
Pseudomonas,
Staphylococcus and
Lactobacillus spp.
“Interventions targeting bacterial QS in food are
largely unexplored at present. Consumer expectations
of obtaining pathogen-free food with an acceptable
shelf life without the use of chemical additives
represent a great challenge for the food industry
based on currently available technologies. Biocontrol
approaches using vegetal extracts or pure compounds
obtained from plants offer some specific advantages
compared to more conventional treatments. Indeed,
thus-treated food is perceived as more “natural” and
“green”
Nazzaro et al. 2013. Quorum Sensing and Phytochemicals. Int. J. Mol. Sci.; 14:12607-12619
CONSIDERACIONES FINALES
Para evitar la formación de las películas
biológicas a consecuencia del Quorum
Sensing en al industria de los Alimentos,
se tiene que inhibir este último, es decir
la comunicación microbiana, por lo que se
tiene que recurrir a dos posibles
alternativas.
ALTERNATIVAS EN LA
INDUSTRIA ALIMENTARIA
Buenas Prácticas
de Manufactura
Utilización de
fotoquímicos o de
aceites esenciales
GRACIAS
[email protected]
[email protected]
¿ALGUNA
PREGUNTA?