El WhatsApp de los microorganismos: ¿cómo se comunican los seres más diminutos del planeta?

Pelagia_noctiluca_(controluce) wiki commons / https://commons.wikimedia.org/wiki/ https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pelagia_noctiluca_(controluce).jpg

Durante mucho tiempo se ha pensado que la comunicación era algo único de los seres vivos pluricelulares. Sin embargo, a finales del siglo pasado, la ciencia descubrió los primeros mecanismos de interacción entre bacterias. Desde entonces, diversas investigaciones han demostrado que estos microbios tienen una auténtica vida social, ya que forman comunidades complejas y se transmiten información de manera constante. Este hallazgo desmontó la idea de que eran organismos aislados y sentó las bases de un concepto clave en la microbiología actual: el quorum sensing o autoinducción, una especie de chat molecular que les permite coordinar sus acciones colectivas.

Si hay un elemento que prima en la supervivencia de las especies es la comunicación entre ellas: los cantos de las aves en busca de una pareja, los rugidos de los lobos para organizarse antes de cazar una presa, los chillidos de los suricatas que avisan de un peligro, o incluso los bailes de las abejas para indicar dónde están las flores más cercanas a la colmena. Incluso las plantas se comunican entre sí cuando liberan sustancias gaseosas, conocidas como compuestos orgánicos volátiles, para advertir de una amenaza. Un ejemplo claro es el olor a césped recién cortado, que no es más que la emisión de estos compuestos para avisar a las plantas de alrededor de que algo las está atacando.

Tradicionalmente, la biología sostenía que las bacterias carecían de esta comunicación intercelular y que solo poseían mecanismos para detectar cambios físicos en su entorno, como el pH, la temperatura o la presencia de nutrientes. No obstante, a partir de 1977, los científicos empezaron a observar numerosos procesos fisiológicos destinados a conectar a las células entre sí.

Es por ello que en 1994 surge el término de quorum sensing, definido como cualquier mecanismo bacteriano de comunicación intercelular que controla la expresión de los genes en función de la cantidad de bacterias que haya juntas (la densidad celular). Dentro de esta denominación encontramos muchos ejemplos, como la inducción del proceso de esporulación (un mecanismo de resistencia), la producción de exopolisacáridos (escudos protectores) o la bioluminiscencia, que es precisamente el fenómeno idóneo para entender cómo funciona esta tecnología natural.

Bioluminiscencia: el primer mecanismo conocido.

La bioluminiscencia es el proceso por el que los seres vivos son capaces de producir luz. A nivel químico, esto funciona de forma similar a una linterna biológica: una molécula actúa como combustible (la luciferina) y una proteína hace de chispa para encenderla (la enzima luciferasa). Al activarse con la energía de la propia célula, liberan un destello luminoso. Este fenómeno es el mismo que emplean las luciérnagas, algunas especies de hongos e incluso las bacterias que habitan en los mares.

En la imagen se aprecia el fenómeno de bioluminiscencia bacteriana en las costas de un acantilado. / Fotografía: Liang Binquan https://www.nationalgeographic.com.es/naturaleza/actualidad/bioluminiscencia-dinoflagelados-ilumina-azul-mar-nocturno_12676

Respecto a las bacterias marinas, el microbiólogo Kenneth H. Nealson planteó que esta reacción lumínica no era un hecho accidental, sino una forma de comunicación dentro de sus comunidades, concretamente en el género Vibrio (microorganismos muy comunes en entornos acuáticos). Para confirmarlo, estudió la especie Vibrio harveyi para comprobar si la luz que emitía dependía de algún factor. Así descubrió que el brillo estaba directamente relacionado con la concentración de células: una bacteria aislada permanece apagada para ahorrar energía, pero cuando se acumulan muchas en el mismo espacio, se encienden al unísono.

Mediante este experimento, Nealson descubrió el “autoinductor”, una molécula química que las bacterias segregan al medio. Cuando esta sustancia alcanza una cantidad mínima acumulada (un umbral), funciona como una notificación grupal que activa la reacción en todo el grupo. En este caso concreto, la molécula responsable es la N-(3-oxo-hexanoyl)-L-homoserin lactona.

Con el tiempo, la ciencia ha demostrado que este mismo “idioma” regula la vida social de otros microorganismos esenciales. Por ejemplo, la bacteria Pseudomonas syringae (un patógeno que ataca gravemente a los cultivos agrícolas) lo utiliza para coordinar la fabricación de sus defensas, mientras que Chromobacterium violaceum (habitante habitual del suelo y el agua) lo emplea para producir pigmentos protectores.

Representación de un entorno donde dos bacterias liberan sus metabolitos para comunicarse (la bacteria azul liberando los triángulos morados, y la bacteria rosa liberando los círculos verdes) / Fuente: AsBan

Desde que se descubrieron los primeros mecanismos de interacción entre bacterias hasta ahora, numerosos investigadores se han dedicado al estudio de la comunicación entre ellas. Es el caso de Manuel Espinosa Urgel, de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC), que en su libro La vida social de las bacterias (CSIC-Catarata) muestra que estas, lejos de ser organismos aislados y simples, tienen una auténtica vida social. Se organizan en comunidades, cooperan, se comunican y son capaces de intercambiar información para adaptarse a su entorno. Este descubrimiento cambia nuestra visión de las bacterias y permite comprender mejor fenómenos como la formación de biofilms o la resistencia a los antibióticos, al revelar que estos microorganismos pueden comportarse como una comunidad coordinada.

Comprender este sistema de comunicación va más allá de la curiosidad científica. Si logramos descifrar cómo hablan las bacterias que nos enferman, podremos interferir en sus conversaciones y “hackear” su sistema. Esto podría abrir la puerta a nuevos tratamientos médicos capaces de desactivar infecciones bloqueando sus mensajes químicos, una alternativa revolucionaria frente a las crecientes resistencias a los antibióticos tradicionales.

Referencias:

Khan Academy (https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/ecology-ap/responses-to-the-environment/a/animal-communication). 

Riley, J. R., Greggers, U., Smith, A. D., Reynolds, D. R., & Menzel, R. (2005). The flight paths of honeybees recruited by the waggle dance. Nature, 435(7039), 205-207. https://doi.org/10.1038/nature03526

Universidad de Jaén (https://blogs.ujaen.es/festeban/index.php/2024/05/22/la-comunicacion-en-las-plantas-el-misterio-detras-del-aroma-del-cesped-recien-cortado/).

Schramm, S., & Weiß, D. (2024). Bioluminescence – The Vibrant Glow of Nature and its Chemical Mechanisms. ChemBioChem, 25(9), e202400106. https://doi.org/10.1002/cbic.202400106 

https://www.goldbio.com/blogs/articles/the-history-of-luciferin-and-luciferase-discovery-timeline?srsltid=AfmBOori2KXNFzmnLVhInha5rrTECeVkq4HU3pQq7gvg-3xC_bTFMftk

https://www.nationalgeographic.com.es/mundo-animal/luz-oscuridad-absoluta-bioluminiscencia-profundidad-oceano_22535

Imagen de portada:

Pelagia noctiluca a contraluz (wiki commons)