COMUNICACIÓN QUÍMICA PLANTA – BACTERIA
Ofelia Ferrera-Rodríguez, Randy Ortiz-Castro
Red de Estudios Moleculares Avanzados, Laboratorio de Microbiología Ambiental y Fitopatología
Instituto de Ecología, A.C.
Agradecimientos
El presente trabajo forma parte del proyecto de Atención a Problemas Nacionales del CONACYT PDCPN 2015-882 “Comunicación química planta – bacteria y su impacto en la producción agrícola”.
El lenguaje químico de las bacterias
¿Has pensado en las diferentes formas de comunicación que usamos?, es realmente muy interesante, podemos transmitir y percibir ideas, sentimientos y emociones de muchas formas diferentes; podemos tener contacto, hacer sonidos, hablar, hacer señas, escribir, dibujar, etc, para lo cual usamos sentidos, habilidades y herramientas diferentes, a su vez, la comunicación puede ser frente a frente o remotamente. Pero para que cualquiera de esas formas de comunicación funcione se necesita que; tanto el que emite el mensaje, como el que lo recibe, tengan el mismo código de interpretación, es decir que hablen el mismo “idioma”, como ocurre entre los buenos amigos; solo así es posible “establecer un acuerdo”, ¿cierto? Lo mismo ocurre entre las plantas y los microorganismos como las bacterias (Figura 1).
Figura 1. Comunicación y el lenguaje químico de plantas y microorganismos. (Credito: Randy Ortiz-Castro).
Aunque siempre imaginamos a las bacterias como organismos solitarios y aislados en su ambiente, en realidad, la mayor parte de su vida se encuentran formando parte de grandes grupos o colonias, y hay cosas que solo hacen cuando se han juntado las suficientes; algo así como cuando en una fiesta se baila “Payaso de rodeo” de Caballo Dorado (no finjas, tú también lo has bailado, ¿no?, quizá eres demasiado joven), si se baila solo, es bastante ridículo, pero ya en grupo es divertido, ¿apoco no?. Bueno, volviendo al tema, las bacterias, hacen en sincronía, cosas que solo logran en equipo. Un gran número de bacterias Gram negativas, usan un sistema de comunicación conocido como “quorum sensing” (QS) para ponerse de acuerdo, en el que cada célula bacteriana, produce y libera al ambiente moléculas señal, como las homoserina lactonas (HLs); y así, cuando se ha juntado la cantidad de moléculas señal “correcta”, ¡bum!, dentro de cada bacteria se prenden, simultáneamente, genes específicos con los que logran cosas tan importantes como: modular su densidad poblacional, producir compuestos con los que forman biopelículas (son algo así como estructuras o departamentos en condominios) que les permiten resguardarse del ambiente o del efecto de los antibióticos que tomamos cuando nos enfermamos. Por cierto, también les sirve para producir antibióticos contra bacterias u hongos enemigos; o bien, para producir sideróforos (que son compuestos que atrapan minerales como el hierro) y en algunos casos para producir luz (en efecto la bioluminicencia que se observa en algunos mares es el resultado del QS). De hecho, ¿sabías que algunas bacterias como Vibrio fischeri que se encuentran asociadas a organismos superiores como peces, calamares y medusas, se comunican a través de este sistema de QS para producir bioluminiscencia? También, mediante QS, la bacteria patógena oportunista de humanos Pseudomonas aeruginosa, produce factores de virulencia para afectar a su huésped (Figura2).
Figura 2. Sistema de comunicación celular o quorum sensing. (Credito: Randy Ortiz-Castro).
Un idioma químico en común entre plantas y bacterias
Es genial ¿verdad?, pues lo más emocionante es que las plantas también responden a las moléculas que usan las bacterias para comunicarse entre ellas, ¡Que tal, las plantas entienden parte de lo que se dicen las bacterias! Y también las plantas les mandan mensajes a las bacterias, en un “lenguaje químico” conocido por ellas. Estudios previos, han mostrado como, las raíces de Arabidopsis thaliana (una planta que se usa mucho como modelo para estudiar y entender lo que ocurre en las plantas), pueden percibir las homoserina lactonas producidas por bacterias y se altera el crecimiento de sus raíces (Figura 3).
Figura 3. Respuesta de la planta de Arabidopsis thaliana a la presencia de la molécula bacteriana 3-oxo-C12-HL producida por la bacteria Pseudomonas aeruginosa (Credito: Jared Moctezuma Villalobos del Angel (Fotos) & Randy Ortiz-Castro).
La planta, además, rompe las HLs con una enzima y uno de los pedazos de esas moléculas, activa la expresión de genes que causan que la planta transpire más, tome más agua y junto con el agua tome más nutrientes del suelo; esto a su vez, hace que ella libere al suelo compuestos que las bacterias usan como alimento o que alteran su sistema de QS y en bacterias patógenas, impiden su multiplicación. Y en casos muy específicos, las plantas producen moléculas que las bacterias transforman para construir moléculas señal muy específicas; por ejemplo: los tomates, zanahorias y cereales producen ácido cumárico y lo liberan al suelo, donde hay una bacteria llamada Rhodopseudomonas palustris que necesita esas moléculas de ácido cumárico para producir Cumaroil-homoserina lactona que es la señal que utiliza la bacteria para coordinar su sistema de QS (Figura 4). El lenguaje de plantas y bacterias se parece al nuestro en que su complejidad le permite funcionar universalmente en algunos momentos, o bien, ser muy particular para ser entendido solo por aquellos que están entablando la comunicación.
Figura 4. Sistema de comunicación celular de Rhodopseudomonas palustris. (Credito: Randy Ortiz-Castro).
Referencias
Ortiz-Castro et al., (2008) N-acyl-L-homoserine lactones: A class of bacterial quorum-sensing signals alter post-embryonic root development in Arabidopsis thaliana. Plant Cell and Environment 31:1497-1509.
Ortíz-Castro R, et al., (2009) The role of microbial signals in plant growth and development. Plant Signal Behav 4: 701–712.