Péptido estimulante de la competencia

Los péptidos estimulantes de la competencia (CSP) son mensajeros químicos que ayudan a iniciar la detección de quórum y están presentes en muchos géneros bacterianos. La transformación bacteriana del ADN está impulsada por la detección de quórum acoplada a CSP. ^{[ 1 ]}

Los péptidos estimulantes de la competencia (CSP) son un subconjunto de proteínas que promueven la detección de quórum en numerosos géneros bacterianos, incluidos Streptococcus y Bacillus . La detección de quórum contribuye a la regulación de expresiones génicas específicas en respuesta a fluctuaciones en la densidad de la población celular. Streptococcus pneumoniae , una bacteria grampositiva muy estudiada , es capaz de detectar quórum y puede liberar autoinductores , señales químicas cuya concentración aumenta con la densidad. Los CSP forman parte de una forma única de regulación involucrada en el procesamiento del ADN. Este procesamiento del ADN comienza abruptamente y al mismo tiempo en todas las células en un cultivo de crecimiento constante o exponencial, y luego el crecimiento disminuye rápidamente después de aproximadamente 12 minutos de crecimiento exponencial.

La competencia es la capacidad de las bacterias para extraer fragmentos de ADN del entorno e integrarlos en su cromosoma. Los péptidos estimulantes de la competencia (CSP) son péptidos señal de 17 aminoácidos que activan la detección de quórum, lo que favorece la competencia, la formación de biopelículas y la virulencia . La propensión de S. pneumoniae a volverse competente es fundamental para el desarrollo de resistencia a los antibióticos por parte de la bacteria. ^{[ 2 ]}

Una fracción sustancial de células en el cultivo de especies cuya aparición de competencia ha sido estudiada muestra que condiciones de crecimiento específicas (por ejemplo, condiciones limitantes del crecimiento) han llevado al desarrollo de la competencia. S. pneumoniae es único en el sentido de que prácticamente todas las células de un cultivo desarrollan la capacidad de volverse competentes al mismo tiempo. La densidad que las células han alcanzado durante el crecimiento exponencial influye en la determinación de cuándo se activa la competencia. Este período de competencia dura solo un corto período de tiempo, y los estudios indican que esto no afecta la tasa de crecimiento del cultivo. ^{[ 3 ]} Hay dos grupos de especificidad principales en los que se puede dividir S. pneumoniae según la señal CSP que produce y sus receptores compatibles. La señal CSP1 es recibida por el receptor ComD1 y la señal CSP2 es recibida por ComD2. ^{[ 2 ]}

Streptococcus pneumoniae es una de las especies bacterianas más estudiadas que contiene CSP, aunque otros géneros y especies también utilizan esta proteína con actividad hormonal. ^{[ 1 ] [ 4 ] [ 5 ]} Se observan variaciones en la estructura, ^{[ 6 ]} la especificidad del receptor y la secuencia de codones incluso entre diferentes cepas de la misma especie. Sin embargo, la homología entre las CSP conserva un único extremo N-terminal con carga negativa , un residuo de arginina en la posición tres (C3) y un extremo C-terminal con carga positiva. La especificidad señal-receptor se demuestra en las especies de Streptococcus a través de la relación entre las señales CSP1 y CSP2 y los receptores ComD1 y ComD2. Las variaciones en la especificidad y composición del receptor pueden estimarse mediante análisis de espectroscopia de resonancia magnética nuclear ( RMN ). ^{[ 2 ]}

Se ha demostrado que las alteraciones en la estructura de las señales CSP, como CSP1 y CSP2, inhiben la respuesta celular a estos péptidos, lo que a menudo resulta en una producción reducida de biopelículas. ^{[ 7 ]} La sustitución del primer residuo de glutamato en CSP1 inhibe la activación del receptor de los genes de competencia, y las regiones hidrofóbicas en la molécula de CSP1 desempeñan funciones clave en la unión efectiva de ComD1 y Com2. ^{[ 8 ]} Las interacciones entre especies de organismos productores de biopelículas inducen la liberación de señales químicas que inhiben la unión o la activación del receptor en los procesos de estimulación de la competencia. ^{[ 9 ]}

La transformación del ADN se inicia cuando se alcanza una concentración umbral de CSP dentro de una célula bacteriana. La densidad celular es proporcional a la concentración de CSP. Tras alcanzar dicha concentración umbral, las histidina quinasas transmembrana se activan mediante la unión de los péptidos correspondientes. A su vez, las proteínas reguladoras son fosforiladas por las quinasas activadas, induciendo así la expresión de genes de competencia. Estos genes producen proteínas responsables de inducir la transformación del ADN. ^{[ 10 ]}

Las bacterias con detección de quórum dentro del microbioma humano son responsables de muchas enfermedades, incluyendo sinusitis , ^{[ 11 ]} otitis media , ^{[ 11 ] [ 12 ]} neumonía , ^{[ 11 ]} bacteriemia , ^{[ 13 ]} osteomielitis , artritis séptica y meningitis . ^{[ 14 ]} Solo en los Estados Unidos hay una cifra de muertes de más de 22 000 al año atribuibles a este patógeno. ^{[ 15 ]} S. pneumoniae utiliza el péptido estimulante de la competencia y la detección de quórum para iniciar su ataque, establecer una infección y desarrollar genes de resistencia a los antibióticos. En general, el péptido estimulante de la competencia permite a S. pneumoniae iniciar un ataque más generalizado en el huésped humano.

Actualmente, en el ámbito de la salud y la industria, los estudios se centran en explicar e interceptar la región de competencia dentro de S. pneumoniae. El objetivo es limitar la comunicación intercelular con la esperanza de atenuar la infectividad de S. pneumoniae . ^{[ 16 ]} La inhibición del péptido estimulante de la competencia muestra potencial como una forma de combatir las infecciones neumocócicas. ^{[ 15 ]}