Quimiotactismo: qué es, cómo funciona, tipos, ejemplos
¿Qué es el quimiotactismo?
El quimiotactismo es un proceso biológico en el cual se produce el movimiento o desplazamiento de unas células al ser atraídas por sustancias químicas, o agentes quimiotácticos. Las células pueden ser procariotas o eucariotas; por ejemplo, las bacterias y los leucocitos.
Este fenómeno se presenta en organismos unicelulares y pluricelulares, los cuales cuentan con órganos de locomoción que les permiten desplazarse. Es sumamente importante para todos los seres vivos.
Se requiere desde el mismo momento en que se engendra un nuevo ser, siendo fundamental que se efectúe durante las diferentes fases del desarrollo embrionario y fetal.
El quimiotactismo es vital para efectuar las funciones normales de los organismos pluricelulares; por ejemplo, la nutrición y la defensa del organismo.
La quimiotaxis bacteriana fue descubierta por T.W. Engelmann y W.F. Pjeffer hace más de un siglo. Se determinó que estos microorganismos pueden presentar diferentes tipos de quimiotaxis, dependiendo de si el estímulo es de atracción o repulsión hacia un agente quimiotáctico.
La forma en que se produzca la respuesta quimiotáctica o las características del desplazamiento, varían según los órganos de locomoción que posean los organismos.
¿Cómo funciona el quimiotactismo?
El quimiotactismo es una respuesta que presentan las células procariotas o eucariotas, los organismos unicelulares o pluricelulares que son móviles. El gradiente o diferencia de concentración de una sustancia química influye sobre la dirección de su movimiento, ya que responde a este gradiente presente en su medio ambiente.
Los factores quimiotácticos son sustancias inorgánicas u orgánicas. En la membrana celular de los organismos existen proteínas de quimiotaxis, las cuales funcionan como receptores mediante los que detectan los diferentes tipos de gradientes químicos de estas sustancias.
Movimiento de la bacteria
Una bacteria nada en línea recta mediante rotación de los flagelos en el sentido opuesto a las manecillas del reloj. A determinados intervalos, se presenta un cambio en la dirección de los flagelos; esto se manifiesta en movimientos de la bacteria como saltos o brincos.
En general, las señales quimiotácticas del medio influyen sobre el movimiento que presenta la bacteria. Cuando la bacteria se acerca a un factor atrayente, nada en línea recta durante más tiempo, presentando de vez en cuando saltos; mientras que cuando se aleja de un factor químico, lo hace con mayor cantidad de saltos.
El quimiotactismo se diferencia de la quimiocinesis o quimioquinesis, en que el gradiente altera la probabilidad del movimiento en una sola dirección; es decir, en la quimioquinesis la sustancia química produce el movimiento no orientado o aleatorio de un organismo.
Tipos de quimiotactismo
Considerando el sentido o dirección del movimiento de las células en relación con el factor atrayente, se describe la existencia de dos tipos de quimiotactismo: el positivo y el negativo.
Quimiotactismo positivo
El movimiento del organismo se produce hacia una mayor concentración de la sustancia química encontrada en su medio ambiente.
Por ejemplo: cuando las bacterias se mueven o nadan atraídas hacia los sitios donde hay mayor concentración de carbono bajo la forma glucosa.
En la imagen del artículo se representa este tipo de quimiotactismo. El organismo se mueve a las regiones donde hay mayor concentración de la sustancia beneficiosa para él; mientras que en el quimiotactismo negativo, ocurre lo contrario: nada hacia la región donde la concentración de la sustancia nociva es menor.
Quimiotactismo negativo
Ocurre cuando el movimiento de un organismo se produce en la dirección opuesta del sitio donde existe mayor concentración de una sustancia química difusible. Es decir, se manifiesta una repulsión hacia esas sustancias químicas.
Un ejemplo de este tipo de quimiotactismo negativo se presenta cuando las bacterias se pueden desplazar alejándose de ciertas sustancias químicas que son perjudiciales para ellas. Se retiran, huyen del sitio donde existen sustancias, como por ejemplo, el fenol, que es un veneno para ellas.
Aparte de la quimiotaxia descrita, existe otra clasificación del movimiento que se genera en respuesta al tipo de modificación que se presenta en el medio:
– La aerotaxia, que es el movimiento de las células hacia el sitio donde hay concentración óptima de oxígeno.
– La fototaxia, o el movimiento de las bacterias hacia sitios donde hay mayor cantidad de luz.
– La taxia. Esta última consiste en el movimiento de las bacterias hacia lugares donde hay aceptores de electrones; por ejemplo, el ion nitrato (NO3–).
Ejemplos de quimiotactismo
Quimiotactismo en la nutrición bacteriana
La presencia de un factor quimiotáctico o atrayente químico, como un azúcar o un aminoácido, es captado por los receptores específicos para esa sustancia ubicados en la membrana bacteriana.
Se ha descrito que la metilación y desmetilación de proteínas específicas de la membrana mediadas por el monofosfato de guanosina cíclico (cGMP) constituye uno de los mecanismos que hace que las bacterias efectúen los diferentes tipos de quimiotactismo.
Los factores quimiotácticos atrayentes causan una inhibición transitoria de la desmetilación, mientras que los factores repelentes estimulan la desmetilación.
En la fertilización y desarrollo embrionario
El quimiotactismo es responsable de la fecundación. En este caso, el gradiente de concentración se debe a la progesterona liberada por las células glomerulares (las cuales rodean la zona pelúcida del ovocito).
Esto ocasiona que los espermatozoides viajen hacia el óvulo ubicado en la ampolla de trompa de Falopio.
Durante las diferentes etapas del desarrollo embrionario, y durante la organogénesis, las células migran y se organizan en respuesta a gran cantidad de factores quimiotácticos específicos, como son los factores de crecimiento.
Quimiotactismo en la inflamación
Factores producidos por los microorganismos
En las reacciones de inflamación producida en respuesta a una infección, los mismos microorganismos, como las bacterias, producen sustancias quimiotácticas. Las mismas inducen el quimiotactismo, la rápida migración o la llegada de los leucocitos polimorfo nucleares al sitio donde se está produciendo la infección.
Los péptidos bacterianos inician con N-formil-metionina, los cuales son quimio atrayentes de numerosas células fagocíticas del huésped.
Factor quimiotáctico generado por el complemento
El complemento es un conjunto de proteínas séricas que tienen función de defensa del organismo y se activa mediante una serie de reacciones proteolíticas en forma secuencial o de cascada.
Este complemento puede activarse al entrar en contacto con los microorganismos infecciosos o con complejos formados antígeno-anticuerpo; entre los fragmentos activos generados se encuentra el C5a.
La principal función del fragmento del complemento C5a es la quimiotaxis, mediante la cual atraen los leucocitos neutrófilos y monocitos. Estas células por diapédesis atraviesan el endotelio vascular y llegan al tejido o mucosa infectada para efectuar la fagocitosis o ingestión de los agentes patógenos o partículas extrañas.
De este modo, van sanando el organismo.
Factores quimiotácticos generados por las células
Algunas células, como los monocitos y los macrófagos, producen sustancias quimiotácticas, entre ellas leucotrienos y varias interleucinas. Los linfocitos B y T también liberan citoquinas quimiotácticas, cuyos efectos potencian las reacciones de inmunidad.
Alteración del quimiotactismo en enfermedades infecciosas
En general, la quimiotaxis es modificada en los pacientes con enfermedades infecciosas como el SIDA y la brucelosis.
El quimiotactismo puede disminuir en varios síndromes, en los cuales se inhibe la fagocitosis. Esto se puede presentar en enfermedades inflamatorias como la artritis, en metástasis de tumores, en intoxicaciones con asbesto, entre otras afecciones.
Referencias
- Annual Reviews (1975). Chemotaxis in Bacteria. Recuperado de: nemenmanlab.org
- Brooks, G.; Butel, J. y Morse S. (2005). Microbiología Médica de Jawetz, Melnick y Adelberg. (18ª ed.) México: El Manual Moderno
- Spermatozoa Chemotaxis. Sea Urchin Spermatozoa Chemotaxis. Recuperado de: embryology.med.unsw.edu.au
- Wikipedia (2018). Chemotaxis. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Williams & Wilkins (1994). Microbiología Mecanismos de las enfermedades infecciosas. (2da. ed.) Buenos Aires: Panamericana