Péptido estimulante de la competencia

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Los péptidos estimulantes de la competencia (CSP) son mensajeros químicos que ayudan a iniciar el quórum sensing y existen en muchos géneros bacterianos. La transformación bacteriana del ADN está impulsada por el quórum sensing acoplado a CSP. ^[1]

Los péptidos estimulantes de la competencia 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 genéticas específicas en respuesta a fluctuaciones de la densidad de la población celular. Streptococcus pneumoniae , una bacteria grampositiva muy estudiada , es capaz de detectar quórum y puede liberar autoinductores , señales químicas que aumentan a medida que la concentración se basa en la densidad. Los CSP son parte de una forma única de regulación involucrada en el procesamiento del ADN. La forma de procesamiento del ADN comienza abruptamente y al mismo tiempo en todas las células cuando están 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 de extraer fragmentos de ADN del entorno e integrarlos en su cromosoma. Los péptidos estimulantes de la competencia (CSP) son un péptido señal de 17 aminoácidos que activa 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 específicas de crecimiento (por ejemplo, condiciones limitantes del crecimiento) han llevado al desarrollo de la competencia. S. pneumoniae es única 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 juega un papel en determinar cuándo se activa la competencia. Este período de competencia solo dura un corto período de tiempo y los estudios indican que esto no afecta la tasa de crecimiento del cultivo. ^[3] Hay dos grupos principales de especificidad en los que se puede dividir S. pneumoniae en función de 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 que contienen CSP más estudiadas, aunque otros géneros y especies también utilizan esta proteína similar a una hormona. ^{[1] [4] [5]} Se producen 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 retiene un único extremo N con carga negativa, un residuo de arginina en la posición tres (C3) y un extremo C con carga positiva. La especificidad del receptor de señal se demuestra en las especies de estreptococos a través de la relación entre las señales CSP1 y CSP2 y los receptores ComD1 y ComD2. Las variaciones de la especificidad y la composición del receptor se pueden estimar basándose en el análisis de espectroscopia de resonancia magnética nuclear ( RMN ). ^[2]

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

La transformación del ADN comienza cuando se alcanza una concentración umbral de CSP dentro de una célula bacteriana. La densidad celular es proporcional a la concentración de CSP. Después de alcanzar la concentración umbral, las histidina quinasas transmembrana se activan mediante la unión de los péptidos correspondientes. Las proteínas reguladoras a su vez son fosforiladas por las quinasas activadas, induciendo así la expresión de genes competentes. Dichos 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, incluidas la 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 >22 000 al año que se remontan 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.

En la actualidad, 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 entre células 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]