Al igual que el sistema inmune requiere de una regulación, tanto para activarse como para desactivarse, para evitar que se ocasionen daños a los tejidos, los microorganismos también poseen un sistema de regulación de los procesos de virulencia.
El hecho de sintetizar catepsinas, toxinas, sideróforos, flagelos, etc. es algo energéticamente muy costoso. Es por esto por lo que los microorganismos lo sintetizan únicamente cuando hace falta. Por ejemplo, Yersinia pestis, que es inmóvil por debajo de 30 grados, sintetiza un flagelo al entrar al ser humano (cuando la temperatura aumenta a 37 grados).
Esta regulación se da mediante señales, como la temperatura, el pH, potencial redox, etc. Todo esto permite ajustar la expresión del genoma de los microorganismos.
La regulación no siempre se da mediante proteínas, sino que en ocasiones es necesario una regulación más rápida y con menor coste energético. Es aquí donde encontramos la regulación mediante sRNA (fragmentos pequeños de RNA). Estos sRNA son menos estables, por lo que incidir sobre ellos para la regularización es más fácil que sobre proteínas.
Cuando se necesitan mecanismos de regulación estables se suelen utilizar las proteínas, mientras que, si los mecanismos no necesitan de mucha estabilidad, se recurre al ahorro y a la velocidad de los sRNA.
Estos mecanismos no son excluyentes, por lo que en un mismo microorganismo podemos encontrar diferentes mecanismos de regulación para la síntesis o expresión de diferentes genes.
- Regulación en Vibrio Colerae
En el caso de la toxina colérica, Vibrio colerae llega al intestino y empieza a recibir señales ambientales que le informan de que se encuentra en el intestino. Esas señales van a permitir la transcripción de 2 genes, los cuales al expresarse activan unas proteínas de la membrana interna del Vibrio.
Estas proteínas reaccionan con la parte del promotor de otros genes, los cuales van a sintetizar la toxina ToxT que, a su vez, va a favorecer la transcripción del CTXA y del CTXB (subunidades A y B de la toxina colérica) y a promover la expresión de otro gen que favorece la síntesis de pilis. Estos pilis permiten al Vibrio agregarse, aumentando la síntesis de toxina colérica.
- Regulación en Listeria monocytogenes
En el caso de Listeria monocytogenes, encontramos una regulación 5’UTR que se activa a partir de la lisina.
L. monocytogenes tiene un ribointerruptor (fragmento genómico) que está organizado de una determinada manera y que, cuando en el medio hay lisina, una secuencia en bucle en este fragmento impide la transcripción del mismo.
Cuando en el medio no hay lisina, esta secuencia terminadora en bucle no está y se puede llevar a cabo la transcripción de la información codificada del fragmento 5’ corriente arriba. Esto, al final, se traduce en la expresión de una serie de factores de virulencia que le permiten llevar a cabo su ciclo de vida.
Este mismo microorganismo tiene otra regulación 5’UTR pero esta vez regulada a través de la temperatura. Lo que va a hacer es que, cuando está por debajo de 35 grados, tiene un plegamiento en los mensajeros de forma que la secuencia Shine-Dalgarno no va a poder interaccionar con el ribosoma, impidiendo la transcripción. Cuando se está por encima de 35 grados, esa secuencia de Shine-Dalgarno sí va a interaccionar con el ribosoma, permitiendo la transcripción y producción de diferentes proteínas que van a facilitar el ciclo de infección de Listeria.
- Regulación mediante Quorum Sensing
Otro sistema de regulación importante es el quorum sensing. Se trata de una forma de comunicación entre bacterias y de regular la producción y expresión de genes. Esto se produce cuando el número de microorganismos alcanza un determinado nivel mínimo. A partir de una serie de señales que producen los microorganismos (homoserinlactona generalmente en Gram negativos).
Estos mensajeros son sustancias que ellos excretan y que sirven como mensajeros entre células de la misma especie, aunque también se sabe que se utilizan entre especies diferentes y, en ocasiones, hasta en géneros diferentes.
Por ejemplo, en el caso de Vibrio harveyi, cuando el número de células es pequeño los mensajeros que se producen no son suficientes y la posibilidad de que interaccionan con sus receptores es baja. Cuando el número de células es alto, el número de mensajeros aumenta, junto con la posibilidad de que interaccionen con el receptor. En el momento en el que interaccionen con este receptor, se desreprime la señal y se va a empezar a sintetizar la proteína regulada mediante este sistema.
Este sistema de regulación se utiliza para regular mecanismos de adhesión, mecanismos de antibiosis, formación de biofilms, expresión de proteínas, sideróforos, toxinas, etc. Es una forma de regulación que puede estar mediada tanto por proteínas como por sRNA u otros interruptores.
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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, Graduado en Biología por la Universidad de Málaga.