N -acil homoserina lactona

Las AHL tienen secciones hidrofóbicas e hidrofílicas. La sección hidrofílica consta del anillo de homoserina lactona y el grupo amida. La sección hidrofóbica tiene una cadena de hidrocarburo específica de la cepa con variaciones en longitud y nivel de oxigenación con un grupo 3-oxo. La longitud de la cadena acilo generalmente varía de 4 a 18 carbonos. La longitud de la cadena lateral del grupo R es variable. Las longitudes de cadena varían de 4 a 18 átomos de carbono y en la sustitución de un carbonilo en el tercer carbono. ^{[ 7 ]} Las secciones hidrofílicas forman una red de enlaces de hidrógeno dentro del sitio de unión del receptor , mientras que los sitios hidrofóbicos contribuyen a las propiedades de difusión y unión dentro del bolsillo hidrofóbico. ^{[ 8 ]} Los estudios aún no han demostrado una correlación entre la enzima AHL sintasas y tipo AHL. La proteína LuxI sintetiza una molécula de homoserina-lactona acilada. El gen LuxI está altamente conservado, lo que indica que, aunque diversos, hay un número limitado de señales de tipo AHL que son producidas por bacterias. Sin embargo, en la familia de enzimas AHL sintasa, la región C-terminal, que determina el tipo de sustratos que la sintetasa puede reconocer y la longitud de la cadena acilo subsiguiente, no está conservada. Además, hasta el momento no hay evidencia de que la distribución de la AHL sintasa y las especies estén correlacionadas. ^{[ 9 ]} A diferencia de los genes LuxI, los receptores de AHL, la proteína LuxR y sus genes, son altamente variables entre especies.

La señalización por quórum bacteriano comienza con la secreción de N-AHL al medio ambiente.

En el proceso de detección de quórum, primero la proteína LuxI sintetiza una molécula de homoserina lactona acilada que puede atravesar la membrana celular siguiendo el gradiente por difusión hacia el espacio ambiental. Cuando la concentración de estos autoinductores en el ambiente es menor que dentro de la célula, se moverán a favor del gradiente y saldrán de la célula, por lo que no se unirán a su receptor, LuxR, que se encuentra en el citoplasma . Cuando la población de bacterias alcanza un umbral, y la concentración de los autoinductores en el ambiente es mayor que dentro de la célula, se moverán a favor del gradiente hacia el interior de la célula y se unirán al receptor. De esta manera, se formará el complejo LuxR-AHL. ^{[ 10 ]} Este complejo se unirá a una sección de ADN de 20 pares de bases (pb), llamada caja lux . Esta región se encuentra dentro o cerca de la región promotora lux , que está ubicada ~40 pb corriente arriba del gen regulado. Debido a que LuxR se une al promotor, la ARN polimerasa se recluta en esta región promotora y se induce la expresión génica . ^{[ 11 ]} Además, el complejo LuxR-AHL regulará positivamente la transcripción de luxI , lo que aumentará la producción de AHLs (bucle de retroalimentación positiva). La transcripción de los genes diana se regulará, ya que la expresión génica de la población microbiana se coordinará. ^{[ 12 ]} Varios estudios han investigado las AHLs potenciales efectivas en la infección y la resistencia a los antibióticos. El sistema LuxR-LuxI mediado por AHLs es el sistema QS mejor evaluado en especies bacterianas multirresistentes. ^{[ 13 ]}

A diferencia de la detección de quórum, la inhibición de la comunicación bacteriana (quorum quenching) impide la comunicación bacteriana e influye en su expresión génica. Los objetivos de la inhibición de la comunicación bacteriana son las moléculas señal, la maquinaria biosintética de estas moléculas y las proteínas reguladoras que las perciben. El mecanismo principal consiste en la degradación de las AHL mediante enzimas degradadoras de AHL y la limitación de la acumulación de señales. Las AHL se degradan mediante enzimas a través de tres mecanismos: hidrólisis de lactonas , hidrólisis de enlaces amida y modificación de la cadena acilo. La hidrólisis de lactonas se produce cuando la AHL lactonasa hidroliza los anillos de homoserina lactona. Este proceso se observó por primera vez en especies de Bacillus . Las AHL acilasas catalizan la destrucción completa e irreversible de las AHL mediante la hidrólisis de enlaces amida. La AHL oxidasa y reductasa, descubiertas inicialmente en Rhodococcus erythropolis, catalizan un cambio en la estructura química de las señales, lo que afecta al reconocimiento de las señales AHL e interfiere con los procesos regulados por la detección de quórum. La segunda AHLasa es una monooxigenasa P450 de Bacillus megaterium que oxida ácidos grasos y aminoácidos N-acil-grasos. Las lactonasas y las acilasas son las dos enzimas pioneras en los mecanismos de inhibición de la comunicación intercelular (quorum quenching). Las lactonasas rompen los enlaces lactónicos en los autoinductores, impidiendo que se unan a los reguladores transcripcionales diana y, por lo tanto, aumentando la resistencia a las enfermedades. ^{[ 14 ]}

Las plantas tienen un papel fundamental en la configuración de nuestro mundo y su relación con los microorganismos es de gran importancia. A lo largo de la larga historia de coevolución de plantas y microbios, las plantas han evolucionado para responder a los microbios simbióticos o patógenos de maneras apropiadas con un perfil de expresión genética adaptado, como la cooperación con bacterias saprófitas que conduce a una vida endofítica o respuestas de defensa contra patógenos. Las AHL juegan un papel importante en la simbiosis de rizobios y leguminosas que dará como resultado la formación de nódulos. ^{[ 15 ]} Los experimentos han informado que la aplicación de AHL activa el promotor GH3 responsable de la auxina (regula positivamente los genes relacionados con la auxina) y regula negativamente los genes relacionados con la citoquinina (el cambio en la proporción entre auxina y citoquinina puede promover el crecimiento). ^{[ 16 ]} Además, después de la aplicación de AHL, se ha mejorado la nodulación en las raíces. ^{[ 17 ]} Además, el flujo de agua y minerales a través de la planta fue mayor a medida que aumentaba la apertura de los estomas y, por lo tanto, la tasa de transpiración general cambió. ^{[ 18 ]} Aparte de las interacciones beneficiosas bacteria-planta mediadas por AHL, se demostró que los compuestos AHL de señalización QS funcionan como una señal de comunicación importante en las interacciones simbióticas tripartitas bacteria-hongo-planta. La bacteria endófita con autoinducción de AHL y produce una variedad de AHL de cadena lateral larga parece ayudar al hongo a interactuar de manera simbiótica con las plantas hospedantes colonizadas. El hongo Serendipita indica, que fue aislado de la rizosfera de las plantas, está asociado con la tolerancia al estrés y la promoción del crecimiento de las plantas. Se demostró que este hongo alberga una bacteria endofúngica, Rhizobium radiobacter F4, que genes de autoinducción de AHL. Cuando se inoculó R. radiobacter F4 en Arabidopsis o trigo ( Triticum aestivum ), se observó una estimulación similar del crecimiento y el rendimiento, así como la activación de las respuestas de defensa y una mayor adaptación al medio ambiente. Curiosamente, cuando se agotaron los compuestos AHL, la colonización de las raíces, la promoción del crecimiento y las actividades inductoras de resistencia disminuyeron. Estos hallazgos sugieren que, cuando se aplica el hongo S. indica para favorecer el vigor de crecimiento de diversas plantas, el hongo endofúngico R. radiobacter, productor de AHL , coloniza la planta huésped y participa en la coordinación de la interacción microbio-planta. ^{[ 19 ]}

Los microbios son un actor clave en el destino del nitrógeno en el suelo y el agua. La detección de quórum mediada por AHL tiene un papel importante en el ciclo del nitrógeno . Todas las bacterias nitrificantes y algunas bacterias desnitrificantes usan AHL como sus moléculas señalizadoras. ^{[ 20 ]} Las AHL influyen en la eficiencia y regulan las funciones involucradas en la nitrificación y la desnitrificación. Algunas especies bacterianas de bacterias oxidantes de amoníaco, como Nitrosomonas europaea, Nitrosospira multiformis, Nitrosospira briensis , usan AHL de C6 a C14. Las bacterias oxidantes de nitrito (NOB), como Nitrobacter winogradskyi, Nitrobacter vulgaris y Nitrospira moscoviensis, también usan AHL de C8 o C10 . Candidatus Jettenia caeni con modo de oxidación anaeróbica de amonio (annamox) usa AHL de C6 y C8. Además, Pseudomonas aeruginosa y Paracoccus denitrificans, como bacterias desnitrificantes, también utilizan C4-HSL y C16-AHL, respectivamente. En algunas bacterias nitrificantes y desnitrificantes, como Nitrobacter hamburgensis, no se encontraron AHL, aunque sí se detectaron supuestas proteínas sintetasas y receptoras de AHL. ^{[ 9 ]}