Crean nuevo chip capaz de detectar Biofilms

Una  investigación  ha demostrado que la tecnología de circuitos integrados puede ser utilizada para el estudio de moléculas de señalización que las bacterias utilizan para formar biofilms.

Los investigadores han desarrollado un chip basado en la tecnología de un semiconductor metal-óxido (CMOS), que les permite crear imágenes electroquímicas de las moléculas de señalización bacteriana,  en forma  espacial y temporal. Para tal efecto han desarrollado un chips que permite "escuchar" como las bacterias se comunican por señales químicas.

"Esta es una nueva y emocionante aplicación para la tecnología CMOS que proporcionará nuevos conocimientos sobre cómo se forman los biofilms. Alterar la producción de biofilms bacterianos tiene una gran implicancia para la salud pública, ya que permitiría reducir las tasas de infecciones", dijo Ken Shepard, profesor de ingeniería eléctrica y biomédica de la Universidad de Columbia.

Las células bacterianas median sus actividades fisiológicas utilizando moléculas que secretan. El equipo analizó específicamente las fenazinas, que son metabolitos secretados que controlan la expresión de genes. El estudio determinó que las colonias bacterianas producen un gradiente de fenazina, que probablemente sea de importancia fisiológica y contribuya a la morfogénesis de la colonia.

Mediante este chip se podrían analizar  las comunicaciones entre bacterias, que tienen lugar en los biofilms. Los investigadores  también se han propuesto utilizar esta tecnología  para interferir con las moléculas señalizadoras y de esta forma interrumpir la producción de  biofilm.

El siguiente paso del equipo va a ser el desarrollo de un chip más grande que permitirá imágenes de las colonias con una mayor resolución espacial y temporal.

Fuente: Sciencedaily.com

Quorum Quenching: Interrupting the Communication

Recent scientific evidence demonstrates the role played by certain compounds, which modify the signaling molecules that bacteria use to communicate.

In a polymicrobial community, while some bacteria are communicating with neighboring cells through signaling molecules (quorum sensing), others are interrupting the communication  (quorum quenching), thus creating a constant arms raced between intercellular communication.

Cell to cell communication through chemical signals allows bacteria to measure the population around them, develop virulence factors and increase their pathogenicity. This is an adaptive mechanism among other things, is responsible for the formation of biofilms and bacterial toxins.

Gram-negative bacterias used as a signaling molecule of Quorum Sensing (QS) to the N-acylhomoserine lactone (AHL), instead use the Gram-positive oligopeptides.

The Quorum Quenching (QQ) is the mechanism by which certain organisms interfere with communication between bacteria by modifying molecules that they use as a signal.

In the last decade have discovered enzymes that can inactivate signaling molecules (AHL) and interfere with the communication mechanism. Some of these enzymes are known as lactonases , acylases and oxidoreductases, that by modifying the AHL, generate a "confusion of the signaling", producing a non-destructive modification of signaling molecules.

Many publications have suggested that these enzymes also play an important role in the interference of AHL metabolism, detoxification, regulation of physiological functions and symbiotic interaction with the host.

While QQ has been explored as a therapy for good control of those infections, in which antibiotics are ineffective, the evidence shows that also begins to appear resistance QQ compounds tested.

The QS research has led to the discovery of tools for the design of new anti-infective therapies, which promise future biotechnology and pharmaceutical applications, although scientists recommend being careful with the QS system of bacteria, not to open another Pandora's box.

Source:http://www.mdpi.com

Interferencia en la Comunicación entre Bacterias.

Evidencias científicas recientes demuestran el rol que juegan ciertos compuestos,  que modifican las moléculas de señalización  que utilizan  las  bacterias para comunicarse entre sí.  


En una comunidad polimicrobiana, mientras algunas bacterias se están comunicando con bacterias vecinas, a través de moléculas señalizadoras (Quorum Sensing),  otras están interrumpiendo las señales (Quórum Quenching), creando así una competencia  constante entre la comunicación intercelular.


La comunicación célula a célula, mediante señales químicas permite a las bacterias medir  la población que las rodea, elaborar factores de virulencia y aumentar su patogenicidad. Este es un mecanismo adaptativo que  entre otros efectos, es el  responsable de la formación de biofilms y toxinas bacterianas.


Las bacterias gramnegativas utilizan como molécula señalizadora de Quorum Sensing (QS) a la N-acylhomoserin lactona (AHL), en cambio las grampositivas usan oligopéptidos.


El Quorum Quenching (QQ) es el mecanismo por el cual ciertos organismos interfieren en la comunicación entre bacterias, modificando las moléculas que éstas utilizan como señal.  

En la última década, se han descubierto algunas enzimas  que pueden  inactivar las moléculas de señalización (AHL) e interferir en el mecanismo de comunicación. Algunas de estas enzimas de QQ se conocen como  lactonasas, acylasas y oxidoreductasas, entre otras,  que al modificar la AHL,  generan una "confusión de la señalización", produciendo  una modificación  no-destructiva de las  moléculas  señalizadoras. 


Muchas publicaciones han señalado que estas enzimas también  juegan un rol importante en la interferencia del metabolismo de las AHL, en la desintoxicación, regulación de funciones fisiológicas e interacción simbiótica con el huésped. 
  
Si bien el QQ  ha sido explorado como una buena  terapia   para el control de aquellas infecciones, en que los antibióticos resultan ser inefectivos, las evidencias demuestran que también comienza a aparecer   resistencia contra los compuestos de QQ probados.


Las investigaciones sobre QS han llevado al descubrimiento de herramientas para el diseño de  nuevas terapias antiinfecciosas, que  prometen futuras aplicaciones biotecnológicas y farmacéuticas, aunque los científicos recomiendan ser cuidadosos con el sistema de QS de las bacterias, para no abrir otra caja de Pandora. 

Fuente: http://www.mdpi.com/1424-8220/12/4/4661 

Furanones: Quorum-Sensing Inhibitors

Researches has shown the ability of furanones for inhibiting biofilm formation by blocking the signaling system between bacteria or "Quorum- Sensing".

These complex communities called biofilms, contribute to the strength and persistence of many pathogenic bacteria in food processing facilities, contributing to foodborne Illness.

The control and eradication of biofilms require different strategies, including periodic processes of cleaning and sanitizing with chemicals of high efficiency.

To form biofilms, bacteria communicate cell to cell  through signaling molecules, a mechanism known as "Quorum - Sensing" (QS). This chemical signal  allow them to live together and protected by a sticky matrix and adherent, evading the action of sanitizers and other chemicals solutions.

Scientists are working on the development of new disinfectants, whose mechanism of action is blocking the QS. This  interference of communication, prevents bacteria are added and thus could prevent the development of biofilm.

For this purpose, has been testing the action of substances called furanones, whose molecule were originally isolated from a type of algae called Delisea pulchra. Using synthetic variants of this substance,  have  ability to block the communication between bacteria and to inhibit complex formation of Salmonella enterica biofilm.

Currently also being tested sanitizers with addition of furanones to enhance antibiofilm activity, due to their antagonistic properties.

Research on initial biofilm formation of Streptocuccus mutans, principal  responsible for the formation of dental plaque and tooth decay, have ratified the inhibitory effect of synthetic furanones.

The discovery of these new molecules which prevent plaque formation by interfering with the QS, opens a new field of food science research and dental care, which could lead to common solutions, "the future of the toothpaste and disinfectant ideal for combating biofilm. "

Editor Review (Sources):

http://202.195.182.9/jweb_kqswyx/EN/abstract/abstract2.shtml
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22578766
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2672.2009.04495.x/full
Link Quorum Quenching

Quorum Quenching: una nueva alternativa a los antibióticos

El Grupo de investigación de Biotecnología y Acuicultura de la Universidad Santiago de Compostela,   España (USC), acaba de recibir apoyo  para llevar a cabo un estudio orientado a   validar  una nueva estrategia para la sustitución de antibióticos en el campo de la acuicultura. 

El proyecto abocado al estudio del “Quorum Quenching”, pretende validar, mediante la realización de pruebas de campo en acuicultura, un mecanismo alternativo a los antibióticos para al tratamiento de infecciones,  a través de la degradación de las señales de comunicación de las bacterias, denominadas "quorum sensing", reduciendo de esta manera la virulencia de sus  ataques y, por lo tanto, siendo mucho más fácil para el sistema inmune del huésped poder destruirlas.

Los investigadores que descubrieron el fenómeno del Quorum Quenching (Manefield y col.), utilizaban un alga que  producía una molécula llamada furanona, muy parecida a la molécula señalizadora  de la bacteria, que se  unía al receptor,  bloqueando la comunicación. También se han identificado bacterias terrestres que degradan la señal y la  eliminan enzimaticamente.

Los investigadores de la USC trabajará con  cepas bacterianas ya aisladas, capaces de degradar un amplio rango de señales de  quorum sensing, “lo que supone un importante potencial en la prevención y tratamiento de enfermedades infecciosas tanto en sanidad veterinaria como humana”, han indicado.

Ana María Otero Casal, profesora de la facultad de Biología y que lidera el grupo de investigación, ha señalado en entrevista a IPac.,” muchas bacterias patógenas se coordinan, comunicándose entre ellas mediante la producción de pequeñas moléculas  de señal en un proceso denominado Quorum Sensing (detección de quórum). Si estas señales son eliminadas del medio, es decir, si cortamos la comunicación entre ellas,  lo que se conoce como Quorum Quenching (o interceptación del quórum), los patógenos se desorganizan y pierden su virulencia.

A continuación agrega: "partiendo de esa premisa, nuestro trabajo se ha centrado en aislar diversas bacterias marinas capaces de degradar esas señales de comunicación bacteriana para utilizarlas en el tratamiento y prevención de patologías en el campo de la acuicultura, consiguiendo, de esta manera, un mecanismo alternativo a los antibióticos, en la lucha contra las enfermedades en peces y moluscos”.

Los investigadores esperan tener sus primeras pruebas de campo en 18 meses y el trabajo finalizado al cabo de tres años. La idea es poder obtener  e incorporar al mercado un producto antipatogénico como alternativa al uso de antibióticos en  la acuicultura.

La ventaja que presenta esta línea de trabajo,  es que al no matar al patógeno sino, simplemente, bloquear su virulencia, no se genera resistencia a los compuestos.

Fuente: www.IPacuicultura.com

Entrevista a Ipac.
Link relacionado 

Efecto inhibidor de las Furanonas en la producción del Biofilm

Investigaciones han demostrado la capacidad de las furanonas para inhibir la formación de biofilms, bloqueando  el sistema de señalización
entre bacterias o “quorum sensing”. 

Estas complejas comunidades llamadas biofilms, contribuyen a la resistencia y persistencia de muchas bacterias patógenas en las instalaciones donde se procesan alimentos, contribuyendo a la   contaminación de estos mismos.

El control y la erradicación de los  biofilms requieren de distintas estrategias, que incluyen procesos periódicos de limpieza y sanitización, con productos químicos de alta eficiencia.

Para formar los biofilms, las bacterias se comunican entre sí, mediante moléculas señalizadoras,  en un mecanismo conocido como  quorum sensing (QS). Esto estímulos químicos  les permiten agruparse y vivir protegidas por  una matriz viscosa y adherente,  evadiendo  la acción de los sanitizantes y otros productos químicos.

Los científicos están trabajando en el desarrollo de  nuevos desinfectantes, cuyo mecanismo de acción sea el bloqueo del QS. La interferencia en  esta comunicación, impide que las bacterias se agreguen y de esta forma se podría  prevenir la aparición del biofilm.

Con este propósito se ha estado probando la acción de unas  sustancias llamadas furanonas, cuyas moléculas originalmente  fueron aisladas de un tipo de alga llamada Delisea pulchra.  Se han  utilizado variantes sintéticas  de esta sustancia, comprobándose su capacidad de bloquear la comunicación entre bacterias y de inhibir la formación del complejo biofilm de Salmonella entérica.

En la actualidad también se están probando algunos compuestos  sanitizantes a los que se les  adiciona furanonas para potenciar su acción anti biofilm, debido a sus propiedades antagonistas.

Investigaciones sobre la formación inicial de biofilm de  Streptocuccus mutans, principal responsable de la formación de la placa dental y de las caries, han   ratificado el efecto inhibidor de las furanonas sintéticas .

El descubrimiento de estas nuevas moléculas que previenen la formación de la placa bacteriana, por  interferencia con  el QS,  abre un nuevo campo de  investigación para  la ciencia alimentaria y odontológica ,  que podría conducir a soluciones comunes:  “la pasta dental del futuro y el  desinfectante  ideal para combatir el biofilm”.

Principales fuentes de revisión:
http://202.195.182.9/jweb_kqswyx/EN/abstract/abstract2.shtml
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22578766
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-2672.2009.04495.x/full
Link Quorum Quenching

Eficacia del método de comunicación entre bacterias

Los científicos han abierto el camino para una  investigación más precisa sobre nuevas formas de combatir infecciones bacterianas peligrosas, demostrando la  teoría del “Quorum Sensing”

Investigadores han demostrado por primera vez, que   la eficacia del método de comunicación de las bacterias, proceso denominado "quorum sensing", depende directamente de la densidad de la población bacteriana. Este trabajo ayudará  a una investigación más amplia en la forma de evitar que las bacterias se comuniquen entre sí con el objetivo de  producir  de toxinas.
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Como algunos organismos patógenos son cada vez más resistentes a los antibióticos tradicionales, los investigadores  están tratando de encontrar otras formas de luchar contra las infecciones. Este nuevo trabajo implica el uso de compuestos que detengan  el quórum sensing, interfierendo con las señales bacterianas y su comunicación.

El quórum Sensing (QS) es el proceso mediante el cual las bacterias se comunican y cooperan entre sí,  por medio de moléculas señalizadoras que controlan, entre otras cosas, la producción de toxinas. QS es por lo tanto, un factor importante en varias  especies bacterianas que causan  infecciones  graves en los seres humanos, incluyendo Pseudomonas aeruginosa, la principal causa de muerte entre los enfermos de fibrosis quística y el Staphylococcus meticilino resistente (MRSA), que es un gran problema clínico en los hospitales.

El doctor Stephen Diggle, dijo: "La premisa fundamental para explicar el QS, es que los factores que controlan su producción, no son  beneficiosos hasta que  una densidad suficiente de bacterias están presentes (quórum) y que el propósito de este mecanismo  es estimular los comportamientos en comunidades, lo que  se logra  sólo cuando se alcanzan  altas densidades de población.

Para un agente patógeno ésto tiene sentido. ¿Por qué producir toxinas cuando no hay muchas células alrededor ¿Por qué no esperar a que un gran número estén presentes y coordinar la producción de la toxina en  masa, que permitan dañar  al huésped?. Este supuesto de  densidad en que se basa el QS  nunca se ha probado experimentalmente hasta ahora. ".

Esta investigación pionera ha sido publicado en la prestigiosa revista internacional, Actas de la Academia Nacional de Ciencias y ha demostrado  por primera vez que la densidad celular es un factor importante en la regulación de QS en Pseudomonas aeruginosa. Usando una combinación de medios de cultivos especiales y técnicas moleculares, se ha demostrado que la señalización del QS se produce en bajas poblaciones de células, pero que no hay ningún beneficio para las bacterias. El QS es  más útil para  cuando hay  altas densidades de células.

Un reto para los investigadores en el futuro es estudiar esto en entornos más naturales, tales como las infecciones. Las bacterias como P. aeruginosa usan el QS para controlar la producción de toxinas y estas nuevas investigaciones ayudarán a explicar cómo ciertas infecciones puede transformarse de repente en peligro para la vida, debido a la masiva liberación de estos componentes. Esto sugiere que controlando cuidadosamente la densidad de población bacteriana en las infecciones, podría ser útil para evitar los daños relacionados con las toxinas.

Fuente: http://www.sciencedaily.com

Effectiveness of the bacteria's communication method

Scientists have opened the way for more accurate research into new ways to fight dangerous bacterial infections by proving a long-held theory about how bacteria communicate with each other.

Researchers in the University's School of Molecular Medical Sciences have shown for the first time that the effectiveness of the bacteria's communication method, a process called 'quorum sensing', directly depends on the density of the bacterial population. This work will help inform wider research into how to stop bacteria talking to each other with the aim of switching off their toxin production
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As some pathogenic organisms are increasingly resistant to traditional antibiotics, medical researchers around the world, including scientists at The University of Nottingham, are trying to find other ways of fighting infection. This new work involves using 'quorum quenching' compounds which interfere with bacterial signalling and disrupt their social lives.

Quorum sensing (QS) is the process by which bacteria communicate and co-operate using signal molecules which control, among other things, the production of toxins. QS is therefore an important factor in a number of bacterial species that cause serious infection in humans including Pseudomonas aeruginosa, a leading cause of death among cystic fibrosis sufferers, and MRSA which is a huge clinical problem in hospitals.

Dr Stephen Diggle said: "The fundamental assumption used to explain QS, is that the production of QS-controlled factors is not beneficial until a sufficient density of cells (a quorum) is present, and that the purpose of QS is to stimulate social behaviours only when high enough bacterial population densities are reached. For a pathogen this makes sense. Why produce toxins when there are not many cells around? Why not wait until a large number are present and coordinate production of toxin on mass which helps to overwhelm a host? This density assumption, upon which the entire QS field is based, has never been experimentally tested until now."

This ground-breaking research has just been published in the leading international journal, Proceedings of the National Academy of Sciences. It shows for the first time that cell density is an important factor in regulating QS in the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa. Using a combination of special growth media and molecular techniques, the work has shown that QS signalling occurs in low populations of cells but that there is no benefit to the bacteria of doing so. QS is therefore most useful to the bacteria at high cell densities.

A challenge for researchers in the future is to study this in more natural environments such as infections. Bacteria such as P. aeruginosa use QS to control toxin production and this new research helps to explain how certain infections can suddenly turn life threatening due to massive toxin release. This suggests that carefully controlling bacterial population density within infections could be helpful in avoiding toxin-related damage.

Source: www.sciencedaily.com