ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL TITULO DEL TRABAJO
Views 138 Downloads 3 File size 300KB
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL TITULO DEL TRABAJO: INTERRACIONES MICROBIANAS: IMPORTANCIA Y EJEMPLOS
AUTORES:
CODIGO:
FECHA DE ENTREGA: Jueves, 10 de Mayo del 2018
INTERACCIONES MICROBIANAS
Para empezar es sumamente importante mencionar a la Ecología, la palabra “Ecología” proviene de los vocablos griegos, “oikos” y “logos”, que significan casa y tratado, respectivamente. Ernst Haeckel zoólogo alemán (1869), originalmente acuñó el término “Ecología”, y la definió como “el estudio del ambiente natural y de las relaciones entre organismos y sus alrededores”. Independientemente de dar una definición precisa, la esencia de la Ecología se encuentra en la infinidad de mecanismos abióticos y bióticos e interrelaciones implicadas en el movimiento de energía y nutrientes, que regulan la estructura y la dinámica de la población y de la comunidad. Este punto ha sido claramente expresado por el ecólogo inglés A. Macfadyen: “La Ecología se ocupa de las interrelaciones que existen entre los organismos vivos, vegetales o animales, y sus ambientes, y estos se estudian con la idea de descubrir los principios que regulan estas relaciones.” (Reyes, 2007). Ahora bien, al referirse a las interacciones se puede decir que estas ocurren entre los microorganismos a nivel bioquímico, físico, metabólico, genético. Las interacciones radica en que no se limita a las comunidades microbianas sino que involucran a macroorganismos (animales y plantas), influyendo no solo en su rol ecológico sino en su dirección evolutiva, llegando a participar en procesos de especiación. (Salvucci, 2015). La importancia de las interacciones microbianas ya sean, positivas o negativas, radica en que los microorganismos son un componente esencial de las redes tróficas, por que aportan en el equilibrio y productividad del ecosistema, también cabe mencionar el interés de ecólogos, microbiólogos, bioquímicos, fisiólogos y biotecnólogos en dichas relaciones, permitiendo desarrollar campos de investigación inclinados a evaluar sus posibles aplicaciones en la industria, agricultura y salud, obteniendo un beneficio. Interacciones microbianas con plantas Si hablamos de interacciones microbianas positivas, se menciona al mutualismo que permite a los organismos colonizar hábitats que no podrían ocupar de manera aislada. (Anaya, 2003). Dentro de esta interacción podemos citar algunos ejemplos. Rhozobium son bacterias que se desarrollan en un pelo de la raíz de leguminosas formando nódulos característicos. En esta asociación, esta bacteria produce amonio, lo que permite que las plantas absorban Nitrógeno (N) en la forma ms fácil posible. Las raíces de las plantas que también pueden crear interacciones mutualistas con hongos micorricicos, estos hongos forman una red de filamentos lo que permite que estas puedan utilizar la gran superficie de micelio para mejorar su capacidad de absorción de minerales y agua, mientras que los hongos obtienen a cambio hidratos de Carbono de las plantas producidos durante la fotosíntesis. Otros beneficios son que mejoran el enraizamiento de las plantas y la estructura del suelo, protegen a la planta de los estreses bióticos y abióticos
y favorecen la biodiversidad. Los hongos y bacterias tienen la capacidad de generar sustancias, fruto de su actividad, como antibióticos que inhiben patógenos de plantas, evitando utilizar métodos más agresivos, tales como los plaguicidas. (Alonso, 2011). Otra interrelación positiva es la inoculación de plantas con Trichoderma, al ser Trichoderma un género de hongos que se encuentran en los suelos de todas las zonas climáticas del mundo son muy importantes descomponedores de materiales leñosos y herbáceos, éstos se caracterizan por ser invasores oportunistas, debido a su rápido crecimiento, a la capacidad de asimilar una amplia gama de sustratos y por la producción de una variedad de compuestos antimicrobianos (Cano, 2011). Trichoderma beneficia a la planta de distintas maneras: control de enfermedades biológicas causadas por patógenos en la raíz y en algunos foliares, inducción de resistencia sistémica, cambios en la composición de la microflora de las raíces, mejora la absorción de nutrientes, mejora de la solubilidad de los nutrientes del suelo, mayor desarrollo de las raíces aumentando la formación de pelos radiculares que provocan un enraizamiento más profundo (Cano, 2011). Algunas bacterias epifitas pueden crecer sobre las superficies de las algas. Las relaciones entre ambas pueden estar basadas en la capacidad de las algas de fotosintetizar compuestos orgánicos y oxígeno que las bacterias utilizan en su metabolismo. Las bacterias, a su vez, mineralizan la materia orgánica excretada por las algas, proveyendo a estas con CO2 y, algunas veces, con factores de crecimiento necesarios para la asimilación foto-trófica del alga. (Anaya, 2003). Interacción de este tipo es denominada soprofismo, se observa en la degradación de los residuos vegetales que consiste en que los microorganismos que viven en alguna parte de la planta mineralicen las sustancias de deshecho para que a su vez la planta absorba los nutrientes inorgánicos. Las bacterias heterotróficas al igual que los hongos y protozoarios son fundamentales para que los componentes vegetales: celulosa, hemicelulosas, pectina, almidón y otras sustancias de fácil mineralización, en consecuencia, liberen el CO2 y ácidos orgánicos que solubilizan minerales como los fosfatos y contribuyen a la salud de la planta. Este proceso de mineralización permite que en el suelo existan los minerales que los vegetales requieren para un desarrollo sano y un rendimiento rentable. (Barnett, 1998). Interacciones microbianas con animales Para muchos microorganismos somos un sustrato rico en materia orgánica altamente apetecible, un territorio a conquistar, invadir y parasitar hasta su extenuación. Por el contrario, otros microorganismos mucho más modestos, aprovechan nuestras limitaciones para transformar por completo los componentes del alimento, y eligen como hábitat intestinos de varios animales e incluso de los humanos. Así, por ejemplo, se ha demostrado que el polisacárido producido por Bacteroides fragilis dirige la maduración celular y física durante el desarrollo del sistema inmunológico en ratón,
dirigiendo la organogénesis del tejido linfoide e induciendo correcciones de posibles deficiencias y desequilibrios en las células linfocitarias (Galvez, 2011). Por otra parte, la leche materna humana contiene oligosacáridos que llegan intactos al intestino grueso donde viven las bifidobacterias, estimulando su crecimiento y favoreciendo el desarrollo de la incipiente microbiota intestinal del recién nacido (Galvez, 2011). Otro ejemplo de interacción positiva, son los rumiantes que se alimentan de hierba y de otros vegetales compuestos de celulosa, almidón, pectina y hemicelulosa, , estos animales no poseen enzimas que puedan digerirlos y son los microorganismos presentes en el rumen, tales como bacterias, protozoarios y hongos, los que al fermentar el alimento permiten al rumiante la obtención del alimento. En el interior del rumen se hospedan poblaciones de bacterias y de arqueas convierten estos complejos materiales vegetales en ácidos grasos de bajo peso molecular, dióxido de carbono y metano. Los ácidos orgánicos de bajo peso molecular, especialmente el acetato, satisfacen las necesidades nutritivas del animal. (Lier, 2008). Las bacterias probióticas deben sobrevivir a la barrea gástrica, implantarse en nuestra mucosa intestinal compitiendo con el resto de microorganismos del intestino, y ejercer allí una amplia gama de efectos como mejora de la intolerancia a la lactosa, disminución o prevención de diarreas, mejora del tránsito intestinal, modulación de nuestro sistema inmunitario, mejora de determinados procesos inflamatorios intestinales y determinados procesos de alergia, reducción de los niveles de colesterol, o incluso disminución del riesgo de padecer determinados tipos de cáncer. Diferentes cepas de lactobacilos y bifidobacterias, e incluso alguna bacteria entérica y levaduras, compiten en este escenario por demostrar sus bondades para con nuestro organismo. (Galvez, 2011). En otro caso se realiza simbiosis entre las bacterias quimiolitótrofas y gusanos pogonóforos en las grietas hidrotermales del fondo del mar. En algunas fallas hidrotermales se forman enormes chimeneas de sulfuros que se elevan a más de 37 metros por encima del fondo del mar cubierto de lava, estas chimeneas brotan líquidos extremadamente calientes (más de 350 grados centígrados) ricos en metales pesados y sulfuros. Cuando los líquidos sobrecalentados entran en contacto con el agua de mar cerca de congelación, estos minerales precipitan, formando penachos de humo color tabaco oscuro (Ordoñez, 2015). Las chimeneas "fumarolas negras" a menudo son colonizadas por gusanos de tubo gigantes del género Riftia, que crecen más de dos metros de largo, así como lapas, cangrejos, langostinos y gusanos planos. Una cosa que tienen en común todas estas comunidades es que los gusanos de tubo y almejas dominantes albergan bacterias intracelulares especializadas (simbiontes) que permiten a estos animales explotar las sustancias químicas potencialmente tóxicas en los fluidos de ventilación como fuente de nutrición (Ordoñez, 2015).
Interacciones microbianas con otros microorganismos Existen una serie de relaciones entre microorganismos, empezaremos con el amensalismo, es un tipo de interacción donde uno de los involucrados inhibe, de diferentes maneras, el crecimiento del otro. Los habitantes del suelo que liberan antibióticos son: actinomicetos, bacterias y hongos. Los Actinomicetos son el grupo más activo, como ejemplo son capaces de llevar a cabo la síntesis de: estreptomicina, cloramfenicol, cicloheximida y clorotetraciclina, esta capacidad de liberar estos antimicrobianos es común en los géneros: Streptomyces, Nocardia y Micromonospora; también en las especies de Bacillus y de Pseudomonas que liberan piocianina; los hongos, Penicillium, Trichoderma, Aspergillus, Fusarium de igual manera producen antibióticos efectivos para inhibir otros hongos, bacterias y actinomicetos (Reinhold-Hurek, 1993). Dentro del amensalismo se puede ejemplificar el efecto antagónico que poseen algunas especies de bifidobacterias contra patógenos intestinales como Clostridium difficile, Campylobacter, algunos virotipos de E. coli como ETEC y EPEC, Salmonella choleraesuis, Rotavirus. Existen relaciones sinérgicas entre las poblacionales bacterianas que son capaces de utilizar las formas fijadas de Nitrógeno y proveer a Azotobacter de compuestos orgánicos, la cual es una bacteria con potencial como biofertilizante eco-amigable (Flores, 2014). También, la protocoperación, es una asociación benéfica que involucra a dos especies, la actividad de degradación de la una especie genera productos asimilables para la otra, esta es común en el suelo después de la adición de abonos verdes o animales. Los polisacáridos del abono verde se transforman en nutrientes que sustentan microorganismos no especializados; así los hongos celulolíticos liberan de la celulosa, la cual se refiere a ácidos orgánicos que sirven como fuente de carbono para bacterias y otros hongos no celulolíticos, de tal manera ayudan al desarrollo del suelo (Söderberg, 1998). Existen también interacciones negativas, mejor llamado depredación, en esta asociación microbiana el predador se alimenta de un segundo microorganismo, tal es el caso de la bacteria Micavibrio aeruginosavorus, un depredador que se alimenta de bacterias de forma similar a como las sanguijuelas obtienen su alimento, codifica casi todas las principales vías metabólicas presentes en cualquier bacteria, necesita obtener de sus presas ciertos aminoácidos que no puede sintetizar ni asimilar directamente del medio (BiotechSpain, 2011). Estas interacciones negativas pueden ser de útil importancia para la biorremediación, como por ejemplo, las colonias de Pedomicrobium manganicum, al ser oxidantes de manganeso y tener la capacidad de suprimir el crecimiento de hongos, se les utiliza en sistemas de tratamiento de ‘aguas sucias’, con el fin de obtener agua potable (Sly, Arunpairojana, & Hodgkinson, 1988).
Fuentes de investigación Alonso, A. (2011). EL OLIVAR ECOLÓGICO. Sevilla: MUNDI-PRENSA. Anaya, A. (2003). ECOLOGÍA QUIMICA . Mexico: Plaza y Valdez. Barnett, H. (1998). Illustrated genera of imperfect fungi. St. Paul, Minn: American Phytopathology Society. BiotechSpain. (2011). Bacterias depredadoras. Obtenido de https://biotechspain.com/generate_pdf.cfm Cano, M. A. (2011). Interacción de microorganismos benéficos en plantas. Retrieved from http://www.scielo.org.co/pdf/rudca/v14n2/v14n2a03.pdf Flores, C. (2014). Azotobacter: una bacteria con potencial como biofertilizante ecoamigable. Biofertilizantes microbianos, Edition: 1. Galvez, A. (2011). LA COMPLEJIDAD DE LAS RELACIONES DE LOS MICROORGANISMOS CON ORGANISMOS SUPERIORES. ANALES, 24. Lier, E. (2008). DIGESTIÓN EN RETÍCULO-RUMEN DIGESTIÓN EN RETÍCULORUMEN. Obtenido de http://prodanimal.fagro.edu.uy/cursos/AFA/TEORICOS/Repartido-Digestion-enReticulo-Rumen.pdf Ordoñez. (2015). Respiraderos hidrotermales en el Océano Pacífico - Biodiversidad _ Peñíscola _. Retrieved from https://www.biodiversidadmarina.es/medio ambiente/biodiversidad/4898-descubren-los-mas-profundos-respiraderos-hidrotermalesen-el-oceano-pacifico.html Reinhold-Hurek, B. (1993). Azoarcus gen. nov., nitrogen-fixing proteobacteria associated with roots of Kallar grass (Leptochloa fusca (L.) Kunth), and description of two species. Azoarcus indigens sp. nov. and Azoarcus communis sp. Bacteriol. Reyes, L. (Octubre de 2007). HISTORIA DE LA ECOLOGÍA. Obtenido de Universidad de San Carlos de Guatemala : http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/07/07_1934.pdf Salvucci, E. (2015). Interacciones Microbianas, implicancias tecnológicas y Evolutivas. Obtenido de Universidad Nacional de Rio Cuarto: http://www.monografias.com/trabajos14/intermicrobianas/intermicrobianas.shtml Söderberg, K. (1998). Bacterial activity along a young barley root measured by the thymidine and leucine incorporation techniques. Biochem.