Quorum Sensing – Uma conversa que pode te matar: você sabia que as bactérias se comunicam?

Podemos perceber, ao longo da história, diversas explicações para o surgimento de doenças e epidemias, passando inclusive pela ira divina e conjunções astrais. Foi somente com o avanço das ciências médicas, principalmente da microbiologia a partir do século XIX, que começamos a entender mais sobre a origem das doenças infecciosas.

Graças ao desenvolvimento da microbiologia, passamos a compreender que muitas doenças são causadas por microrganismos. Essa especialidade teve uma grande repercussão nos anos de 1857 a 1914, particularmente na Europa, com os estudos de Louis Pasteur. Este cientista francês conseguiu estabelecer a relação da fermentação do vinho e alteração do sabor a partir da ação de microrganismos (no caso, as leveduras, organismos unicelulares pertencentes ao Reino dos Fungos e bactérias, do Reino Monera). Posteriormente surgiu outra figura extremamente importante para a área da Microbiologia, o alemão Robert Koch. Esse médico foi o responsável por fornecer a primeira evidência de bactérias estarem relacionadas diretamente a origem de determinadas doenças ao pesquisar uma enfermidade que acometia rebanhos de bovinos e caprinos (ovelhas) na Europa. Tratava-se da doença carbúnculo, uma infecção extremamente grave causada pela bactéria Bacillus anthracis.

As bactérias são organismos unicelulares procariontes, podendo ser encontradas na forma isolada ou em colônias. Pertencentes ao reino Monera, não possuem carioteca, revestimento que protegeria/ compartimentalizaria o material genético. As bactérias podem ser de vida livre ou parasitas, como é o caso do Bacillus anthracis. Ele se hospeda na pele, pulmões e raramente no trato digestivo. Quando entra no corpo do hospedeiro, essa bactéria produz endósporos, que são estruturas de resistência, que protegem o microrganismo de um ambiente adverso. Essa proteção só é produzida quando a população de bactérias atinge um determinado “tamanho”. Entretanto, como essas bactérias sabem que atingiram o “tamanho certo” para produzir tal proteção?

Para fazer essa proteção, é necessário que as bactérias se comuniquem, utilizando-se de um mecanismo chamado Quorum sensing ou Sensoriamento Populacional. O termo quorum sensing foi formado a partir da junção dos termos “quórum”, que significa consenso, e “sensing” que significa percepção. Assim, o termo quórum sensing é utilizado para descrever a comunicação química que ocorre entre as bactérias, comunicação essa feita através de substâncias químicas denominadas auto indutores (AI). Os AI promovem o efeito esperado quando atingem uma certa concentração no ambiente, que é alcançada a partir de um determinado número de indivíduos. Esse auto indutor, ao atingir uma determinada concentração, causa uma alteração na expressão do gene das bactérias, propiciando processos biológicos como a bioluminescência, indução de fatores de virulência, formação do biofilme, o estabelecimento de relações simbióticas, produção de antibióticos, motilidade e esporulação, entre outros processos.

Essa comunicação permitiu um avanço evolutivo que possibilitou a capacidade das bactérias de formarem grupos, entre si e com outros seres vivos, o que torna possível a sobrevivência dos seres envolvidos por muito mais tempo. Os sinais químicos produzidos, secretados e detectados pelas bactérias, permitem o monitoramento do ambiente e a alteração da expressão de seus genes com a finalidade de, por exemplo, serem mais aptas à competição com outras espécies de bactérias.

Estudos feitos em lulas havaianas – espécie de animal marinho de hábitos noturnos e mestre na arte da camuflagem – mostraram uma relação mutuamente benéfica entre a Lula Bobtail havaiana (Euprymna scolopes) e a bactéria Aliivibrio fischeri.

Lula Bobtail havaiana (Euprymna scolopes ) e Bactéria Aliivibrio fischeri

Fonte :http://domescobar.blogspot.com/2010/08/euprymna-scolopesa-fascinante-lula- que.html , https://www.deviantart.com/trilobiteglassworks/art/Vibrio-Fischeri-1-Fused-Glass-Panel-827833400

A Aliivibrio fischeri é uma bactéria capaz de produzir bioluminescência. A relação simbiótica entre a Lula e a Bactéria é uma estratégia importante de prevenção a predadores usada pela Lula, pois a luz emitida pelas Bactérias é usada para refletir a Lula contra a luz da lua ou das estrelas, fazendo com que a parte ventral (parte de baixo) da Lula torne-se semelhante a cor da água ao seu redor, diminuindo a probabilidade de um predador abaixo da Lula notar sua presença. Uma vez atingida a densidade mínima populacional e a consequente concentração mínima de AI necessária, ocorre uma alteração na expressão do gene responsável pela bioluminescência da bactéria Aliivibrio fischeri. Existe uma variedade muito grande de moléculas indutoras, que podem ser colocadas em quatro grupos categoricamente diferentes. Esse grupo de proteínas indutoras são chamadas de Auto indutores 1(um), 2(dois), 3(três) e 4(quatro). De forma geral, quase todas as bactérias utilizam a proteína auto indutora um (AI-1), proteína esta derivada de ácidos graxos (componente de lipídios) e possuem a estrutura da N-acil homoserinas lactonas (AHLs). A molécula de AHL é uma das principais moléculas utilizadas pelas bactérias, tanto em relações interespecíficas (bactérias de diferentes espécies) quanto nas relações intraespecíficas (bactérias da mesma espécie). Essa molécula é produzida em uma reação catalisada pela enzima do tipo 1(Um), que está no citoplasma da célula das bactérias. Ao ser produzida, a AHL passa pela membrana da célula por difusão facilitada. Essa substância se acumula tanto dentro quanto fora da célula e ao ser percebida pelas proteínas receptoras de membrana das bactérias em uma determinada concentração capaz de promover o estímulo, ela se liga à proteína R, formando o complexo R-Auto indutor 1(Um). Este complexo por sua vez irá se ligar a partes especificas do material genético da bactéria, que são regulados pelo Quorum sensing, permitindo a transcrição do DNA bacteriano, promovendo assim a síntese de uma proteína que manifestará um determinado processo que favoreça a comunidade bacteriana de uma forma geral.

Essa comunicação que as bactérias têm umas com as outras, gera relações simbióticas, garantindo proteção e condições de sobrevivência para todos os organismos envolvidos. As condições de sobrevivência incluem a formação do biofilme, que é composto por lipídios, proteínas, polissacarídeos, água, DNA extracelular e descarte de resíduos. O biofilme pode ser definido como um agregado de microrganismos que crescem aderidos a uma superfície e revestidos de uma camada heterogênea de compostos extracelulares, definida como a matriz do biofilme. Graças a este biofilme surge um dos maiores problemas a área de saúde, que faz com que os médicos, cientistas e a indústria farmacêutica fiquem muito preocupados: as infecções nosocomiais. Esse termo infecção nosocomial (do grego nosokomeion – local onde se tratam os doentes, hospital) é utilizado para definir infecções hospitalares. A higiene inadequada possibilita o aumento dessas infecções, pois, o biofilme não é tão fácil de ser retirado do local onde está aderido, possibilitando a resistência para a comunidade microbiológica, proporcionando assim a sua proliferação.

Imagem da formação do biofilme.

Fonte: Rasmussen RV, Fowler VG, Jr., Skov R, et al.Future challenges and treatment of Staphylococcus aureus bacteremia with emphasis on MRSA. Future Microbiol 2011 January;6(1):43-56.

A passagem de vida livre das bactérias para uma vida mucoide (associada ao biofilme), está relacionada muitas das vezes com as mudanças de algumas de suas características. Como exemplo podemos citar algumas bactérias que deixam de possuir flagelos. Essas estruturas estão normalmente associadas à existência planctônica, pois permitem que as bactérias se desloquem para evitar predadores e/ou para procurarem nutrientes.

A compreensão do funcionamento do Quorum sensing e a relação da Aliivibrio fischeri e a Lula Bobtail havaiana não só propiciam um entendimento mais amplo sobre a relação entre bactérias e um hospedeiro, mas também auxiliam em pesquisas na área da medicina. Isso possibilita os estudos de inibição dos genes que são transcritos para liberação das substâncias toxicas ao hospedeiro. O desenvolvimento de medicamentos inibidores de quorum sensing favorece o paciente em sua recuperação, porém, uma pergunta deve ser feita: esses medicamentos inibem apenas a comunicação de bactérias ruins ou também das bactérias que são benéficas aos seres humanos?

Questão sobre Quorum Sensing 

Na natureza os micro-organismos raramente vivem em colônias isoladas de uma única espécie, como vemos em laboratório. Mais frequentemente estes micro-organismos vivem em comunidades chamadas de biofilmes. Assim é INCORRETO afirmar que:

a) os biofilmes residem em uma matriz, feita essencialmente de proteínas e lipídeos, proveniente da membrana plasmática, contendo também uma pequena parte de polissacarídeos e DNA.

b) uma comunicação química entre as células ou quorum sensing, permite às bactérias coordenarem sua atividade e se agrupar em comunidades que fornecem benefícios não muito diferentes daqueles de organismos multicelulares.

c) biofilmes podem ser considerados um hidrogel, um polímero complexo contendo uma quantidade de água correspondente a várias vezes seu peso seco.

d) os micro-organismos nas comunidades de biofilmes podem formar estruturas em forma de pilares, com canais entre eles, através dos quais a água pode introduzir nutrientes e retirar resíduos, isto constitui um sistema circulatório primitivo.

e) um biofilme geralmente começa a se formar quando uma bactéria livre nadadora se fixa a uma superfície. Micro-organismos individuais e agregados de limo eventualmente deixam o biofilme e se movem para um novo local onde este irá se estender

Alternativa correta: a.

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