El estudio de las bases moleculares de la vida se ha visto impulsado en los últimos años por el avance de las nuevas técnicas (genómica y proteómica), así como por el empleo de diferentes modelos de estudio, destacando siempre el uso de microorganismos. Dentro de todos estos estudios, se está prestando especial atención al conocimiento de las distintas reacciones que forman la red que regula el comportamiento de un determinado organismo, ya que una vez se conocen ciertas características (por ejemplo, la producción de antibióticos por parte de una bacteria) resulta de interés conocer en qué condiciones se produce para optimizar la obtención de este compuesto.

En cuanto al estudio de microorganismos, en los últimos años ha aumentado el interés por el control biológico de enfermedades en plantas, el cual implica el uso de microorganismos beneficiosos como hongos o bacterias para controlar una gran variedad de patógenos vegetales. Actualmente, se conocen cuatro mecanismos generales de control biológico: competición por los nichos y nutrientes (colonización microbiana de la rizosfera), predación (producción de enzimas líticas que permiten atacar a patógenos), antibiosis (producción de metabolitos secundarios, como compuestos volátiles, sideróforos, antibióticos, etc.) y la inducción de las defensas de la planta (resistencia sistémica inducida o ISR). Así, los estudios actuales usan este modelo de estudio para conocer la intrincada red de regulación y, como modelo de estudio, se está profundizando en la producción de antibióticos.

Se ha demostrado que el principal mecanismo de regulación de la producción de antibióticos está mediada por «quorum sensing» (QS). El QS es un mecanismo de comunicación entre las bacterias que permite detectar el número de células de su propia población gracias a la percepción de unas moléculas señales (autoinductores) y, así, regular la expresión de un conjunto de genes especializados en respuesta a la densidad de sus poblaciones (ver Encuentros en la Biología nº 63 y 68). En general, las bacterias Gram-negativas usan N-acil-homoserina lactonas (AHLs) como autoinductores, y las bacterias Gram-positivas utilizan oligopéptidos para comunicarse, y aunque la naturaleza de las señales químicas, los mecanismos de transmisión de señales, y los genes dianas controlados por sistemas de QS difieren, en cada caso la capacidad para comunicarse con otros permite a la bacteria coordinar la expresión de sus genes, su fisiología y también el comportamiento de toda la comunidad (Miller y Bassler, 2001. Ann. Rev. Microbiol., 55: 165-199). Bajo ciertas circunstancias, la actuación colectiva de las bacterias es más eficiente que si las bacterias actuaran individualmente, como por ejemplo, a la hora de atacar a otros organismos, producir una elevada concentración de metabolitos, o para la supervivencia mediante la generación de distintos tipos celulares con diferentes capacidades para adaptarse a los cambios ambientales (Shapiro, 1998. Ann. Rev. Microbiol., 52: 81-104).

En el sistema de QS, se encuentran implicadas dos proteínas pertenecientes a la familia de reguladores de respuesta. Una primera proteína codifica una sintasa, que produce la molécula señal o autoinductor cuando es activada por distintos estímulos ambientales que, generalmente, suelen ocasionar estrés bacteriano. Cuando la población bacteriana aumenta, el nivel de autoinductor se incrementa, y como es una molécula pequeña puede incorporarse de nuevo al interior celular y forma un complejo con una segunda proteína, un regulador transcripcional, y activa la transcripción de los genes encargados de producir bioluminiscencia, exoenzimas, o antibióticos, como en el caso de Pseudomonas.

En la producción de antibióticos de la familia de las fenacinas, otros sistemas de regulación, que actúan a un nivel más general, son los determinados sistemas globales de regulación que también intervienen en la producción de metabolitos secundarios. En algunas cepas de Pseudomonas fluorescens, la expresión de antibióticos como 2,4-diacetil-floroglucinol, pioluteorina y pirrolnitrina, está regulada por el sistema global de regulación gacS y gacA. Estos sistemas de regulación global funcionan mediante diferentes estímulos ambientales, que son recogidos por la proteína de membrana GacS, que a su vez estimula a GacA, que es una proteína quinasa que interviene en múltiples procesos. y que incluye entre sus acciones la propia regulación de los sistemas de QS (Ching-A-Woeng et al. 2000. MPMI 13: 1340-1345).

Una tercera vía de regulación son los llamados sistemas globales de respuesta a estrés, que también intervienen en la regulación de los sistemas QS. Generalmente, determinados genes recogen las señales que indican una situación de estrés bacteriano (presencia de sustancias fruto de su actividad metabólica, estímulos climáticos, etc.) y comienzan la inducción de la transcripción de algunos genes que a su vez regulan otros dando lugar a una cascada de inducción génica, para producir una proteína (una AHL-sintasa en este caso, o productora de autoinductores) que será la que actúe sobre el sistema QS, induciendo la síntesis de antibióticos.

Finalmente, existe otro sistema de regulación de la producción de metabolitos secundarios, el factor RpoS, el cual está implicado en la regulación de la expresión de unos 30 genes que funcionan durante o en la transición de la fase estacionaria. Se ha demostrado que RpoS afecta a la producción de pioluteorina y 2,4-diacetilfloroglucinol y a la actividad de control biológico en P. fluorescens. Existen evidencias de que rpoS está regulado directamente tanto por el sistema de QS como por los componentes reguladores gacS/gacA.

El descubrimiento de nuevos antibióticos producidos por bacterias que puedan aplicarse como agentes de biocontrol es constante, y comprender cómo se regula la expresión de estos productos es esencial para el desarrollo de una agricultura ecológica, cada vez más demandada, evitando así la utilización de sustancias químicas para controlar enfermedades de las plantas que puedan ser perjudiciales para los seres vivos y el ambiente. Sin embargo, desenmarañar la red de los procesos, hasta ahora conocidos, que están implicados en la regulación de la producción de antibióticos es un proceso arduo que está siendo llevado a cabo por los investigadores y que, con la presencia de herramientas como la genómica funcional, terminarán por ser desentrañados, aunque la red...cada vez es más compleja.