INTERACCIONES MICROBIANAS

INTERACCIONES MICROBIANAS

La composición de la microflora y de la microfauna

de un ecosistema está regulada por las interacciones

de los microorganismos de una comunidad entre sí y

de los mismos con el medio no biótico de lo cual

surge un equilibrio dinámico.

Homeostasis: Capacidad de mantener la estabilidad

de una comunidad en un medio ambiente variable.

Si dos o más especies que coexisten en un lugar no se

afectan mutuamente la relación es

NEUTRALISMO. En el ambiente esto ocurrirá

cuando se da lo siguiente:

− Baja densidad de la población

− Satisfechos los requerimientos de desarrollo

− Abundancia de los nutrientes

Cuando algo de esto se modifica, las especies

comienzan a interactuar

Las interacciones pueden ser:

A. Benéficas o sinérgicas:

1. COMENSALISMO: Cuando un organismo

se beneficia y el otro no se afecta.

2. PROTOCOOPERACIÓN (o simbiosis

nutricional o MUTUALISMO): Cuando ambos

organismos se benefician (no presentan el

carácter obligatorio de las simbiosis

verdaderas).

3. SIMBIOSIS PROPIAMENTE DICHA:

beneficio mutuo con contacto estrecho, casi

siempre obligatorio.

B. Antagónicas: hay perjuicio de alguna parte de la población.

1. La COMPETENCIA puede darse por:

− Nutrientes

− Espacio

− Luz

2. AMENSALISMO: Cuando una especie puede desaparecer ante la liberación de ciertas sustancias provenientes de otra población por ejemplo: ATB

3. PREDACIÓN: ataque directo de una especie sobre otra con muerte de la presa.

4. PARASITISMO: un organismo se alimenta de otro generalmente mayor (hospedante) causando algún daño (desde muy pequeño hasta la muerte).

INTERACCIONES SINÉRGICAS

COMENSALISMO: Muy común en el

suelo. La degradación de moléculas

complejas es realizada por poblaciones

mixtas, una población le ofrece a la otra

(comensal) un sustrato más simple. La

relación es generalmente casual y se

conocen varios tipos de relaciones

comensalíticas.

a) Modificación del sustrato: una población

convierte un sustrato no disponible para otra

población , en un producto que puede ser

asimilado como nutriente. Ejemplo: bacterias

celulolíticas y Azobacter spp. En la degradación

de biopolímeros (quitina, pesticidas, etc.) se

llega a constituir toda una cadena alimentaria.

INTERACCIONES SINÉRGICAS

b. Liberación de sustancias bióticas: algunos

microorganismos sintetizan y excretan factores

de crecimiento que son utilizados por otros

microorganismos (nutricionalmente

exigentes).

En el laboratorio, Así, muchos aislamientos

a partir del suelo o aguas no crecen el los

medios corrientes de laboratorio, si no se

los provee de ciertos aminoácidos y

vitaminas (en la naturaleza parte de la

microflora heterótrofa libera estas

sustancias, posibilitando el desarrollo de

microorganismos autótrofos).

INTERACCIONES SINÉRGICAS

c) Remoción de factores inhibidores.

Organismos de una especie destruyen o

remueven ciertas sustancias presentes en el

medio ocasionando el beneficio y

multiplicación de otra población comensal.

d) Superficies adecuadas para la

proliferación de microorganismos

comensales. Colonizan sobre la superficie de

otros. Ejemplo: bacterias sobre algas.

e) Provisión de nutrientes, protección o albergue. Estas relaciones pueden derivar en parasitismo.

PROTOCOOPERACIÓN

Beneficio mutuo. Carácter laxo (la existencia de cada integrante de la asociación en un ambiente dado requiere la presencia de la especie compañera o de una población que le brinde los nutrientes o factores de crecimiento necesarios).

Una categoría de protocooperación es la síntesis y degradación de macrocélulas, en la que un asociado provee una fuente de energía a su pareja y ésta le aporta algún nutriente esencial, o bien cada integrante de la pareja excreta un factor de crecimiento sin el cual el asociado no puede desarrollarse.

PROTOCOOPERACIÓN

Ejemplo: poblaciones complejas, como la mezcla de dos hongos, pueden sintetizar una toxina antifúngica, estable al calor Se han descrito interacciones nutricionales entre bacterias, actinomicetes y hongos que requieren vitaminas, aminoácidos, bases púricas o pirimídicas. La pareja es capaz de sintetizar el factor de crecimiento apropiado. Incluso cada integrante puede aportar fragmentos de la molécula de un factor de crecimiento, como la vitamina B12.

P

SIMBIOSIS

dos o más especies viven en inmediata

proximidad estableciendo relación duradera

con beneficio mutuo (carácter obligatorio).

Ejemplo de este tipo de interacción es el del

liquen (asociación entre un alga y un hongo),

en el cual el hongo se provee de materia

carbonada proveniente de la fotosíntesis del

alga y ésta se beneficia con el aumento de la

superficie de absorción y del agua retenida

en las hifas del hongo.

P

SIMBIOSIS

Otros ejemplos son las asociaciones entre

algas y protozoos. Los organismos

fotoautótrofos viven y se mantienen

indefinidamente como simbiontes en los

protozoos, donde obtienen nutrientes y un

ambiente protector, incluso algunas no

pueden desarrollarse fuera del hospedante.

Si no puede determinarse el beneficio

obtenido por el protozoo, la asociación no

puede definirse como simbiótica.

Se han estudiado ampliamente,

asociaciones simbióticas entre

hongos y otros organismos,

como insectos, vegetales y

animales superiores. Como

vemos, las simbiosis varían por

el grado de unión entre

participantes (ecto o

endosimbiosis), el beneficio

logrado (mutualismo-

parasitismo) y el grado de

dependencia (simbiosis

facultativa- obligada).

•

Mecanismos involucrados en las asociaciones simbióticas

Aumento de la velocidad de

crecimiento: efecto muy reconocido, el

protozoo infectado con su alga

específica crece más rápidamente que

solo. Se puede apreciar esto por

aumento de la población o masa.

Estimulación de la actividad metabólica

(respiración, etc.)

Provisión de fuentes de carbono por la

fotosíntesis: las algas en simbiosis en

los líquenes o con protozoos o

invertebrados acuáticos o con plantas,

fotosintetizan en exceso para sus

necesidades y satisfacen así los

requerimientos de sus asociados.

Conversión de nutrientes no disponibles para el organismo asociado en uno disponible.

Aportes de nutrientes, como en las micorrizas, o en nódulos fijadores de N2.

Generación de CO2 para la fotosíntesis, o la producción de O2 para el simbionte por acción de ka actividad fotosintética.

Provisión de factores de crecimiento, utilización de metabolitos tóxicos, protección contra altas intensidades luminosas, desecación y protección contra parásitos

COMPETENCIA: puede ser interespecífica o intraespecífica.

En el suelo uno de los principales factores limitantes es el carbono y se establece competencia por este elemento cuando la densidad de la población microbiana es alta (conocer cuáles especies compiten, con quien es bueno entre otras cosas para exterminar hongos fitopatógenos). La capacidad de un organismo para competir está gobernada por:

a) Alta velocidad de crecimiento. La especie que prolifera más rápido usa los nutrientes limitantes con ventaja para los que son de crecimiento lento.

b) Tolerancia a factores abióticos. Tienen ventajas ecológicas las especies capaces de crecer en condiciones ambientales extremas, sean cuales sean.

INTERACCIONES ANTAGÓNICAS

c) Capacidad de multiplicarse a bajas

concentraciones del nutriente limitante. Es una

propiedad que pocas especies poseen. Ejemplo:

algas que crecen bien a concentraciones muy bajas

de nitratos o fosfatos.

d) Eficiencia en el uso de nutrientes limitantes: son

aquellos organismos que con muy poca cantidad de

nutrientes asimilables igual pueden sintetizar

citoplasma.

e) Requerimiento de factores de crecimiento: en

ambientes pobres, como el suelo, organismos

protótrofos poseerán ventaja frente a un auxótrofo

para estas sustancias.

f) Capacidad para sintetizar y almacenar sustancias

de reserva: emplear dichas sustancias cuando el

aporte de nutrientes disminuye.

g) Capacidad de desplazarse hacia áreas en donde

hay mayor nivel de nutrientes

AMENSALISMO: una especie microbiana

produce sustancias inhibidoras o tóxicas para

especies muy próximas produciendo efecto

microbiostático o microbiocida. Estas

sustancias pueden ser:

− Compuestos inorgánicos (H2O2 – NH4+)

− Compuestos orgánicos (ácidos, alcoholes)

− Inhibidores orgánicos altamente potentes

(metabolitos complejos). Ejemplo: ATB,

bactericinas, sulfas, toxinas

Es frecuente la aparición de resistencias entre

las especies sensibles, quienes mutan o

cambian la estructura sensible de modo que el

antibiótico no la reconoce o sintetizan enzimas

que rompen o desnaturalizan el antibiótico.

PARASITISMO: muy pocos organismos

están libres del ataque de parásitos

microbianos. La mayoría son parásitos

obligados que viven casi toda su

existencia de éste modo y pueden ser:

− Parásitos intracelulares: bacteriófagos,

actinófagos

− Ectoparásitos: se localizan en la parte

externa del hospedante, pero es más raro

entre microorganismos.

Los hongos, por ejemplo, sufren el

ataque de numerosos parásitos, sobre

todo de otros hongos que atacan

diferentes estructuras como

clamidoesporas, esclerocios, oosporas.

Son especies de los géneros Penicillum,

Rhizoctonia, Thrichoderma,

Glioclodium. Muchas especies

sobreviven por su alta velocidad de

reproducción aunque estructuras como

las esporas pueden sufrir graves daños

cuando son atacadas durante largos

períodos por los parásitos.

Muchos hongos pueden penetrar en líquenes, afectando a los componentes de la asociación. Los protozoos son parasitados también por varios tipos de bacterias y algunos hongos llegando a veces a su lisis por digestión de paredes celulares.

Antibióticos u otras sustancias excretadas por una población pueden ser responsables de la lisis de una segunda población. Puede ser inhibida la síntesis de pared en células susceptibles o simplemente autolisis por deficiencia de nutrientes.

El agregado de materia orgánica

promueve la germinación de esporas y

cuerpos en reposo, se favorece el

desarrollo de las hifas (atacadas más

fácilmente por los antagonistas en el

suelo) contribuyendo a la declinación de

la infección por el fitopatógeno.

Los más conocidos parásitos de las

bacterias son los fagos, pudiendo causar

lisis de las células o formar asociaciones

más estables, lisógenas. Los hongos que

atacan hongos han sido estudiados

aunque se conoce menos su distribución

en la naturaleza.

PREDACIÓN En esta asociación

microbiana el predador se alimenta de

un segundo organismo causando

frecuentemente la muerte del

organismo unicelular o la destrucción

de parte o de toda la presa, en

organismos pluricelulares. Es una de

las más dramáticas asociaciones entre

microorganismos en la naturaleza. De

los habitantes del suelo, las bacterias

son las más expuestas a la predación

(por protozoos, hongos y algas).

El predador por lo general exhibe hábitos alimenticios fagotróficos a pesar de que algunos predadores lisan la presa y asimilan sólo los constituyentes solubles. Muchos protozoos viven toda su vida como fagotrofos (alimentación de bacterias), sin embargo la presa no desaparece completamente en el suelo ya que el protozoo está gobernado pro el equilibrio biológico: el cambio en un grupo conduce a cambios cuali y cuantitativos en el otro.

Muchas especies son resistentes a la predación, excretando toxinas inhibidoras de los protozoos formando estructuras más resistentes a condiciones adversas y a la predación como los cistos.

En un experimento hecho con

Rhizobium y A. Chroococcum

(organismos fijadores de nitrógeno),

se demostró que su población

disminuye cerca de 127 y 26 veces

respectivamente en 60 días, al ser

predadas por protozoos. Éstos

consumen bacterias si las mismas

están suficientemente próximas, de

modo que la energía ganada en la

predación es mayor que la requerida

para predarlas

Cuando el número de bacterias cae a

valores en los que la energía

requerida por el protozoo para

encontrar a su presa es igual o mayor

que la que obtienen como alimento,

entonces el protozoo cesa de predar y

se reproduce. La reducción en el

número de protozoos inoculados

solos en el suelo estéril observada,

probablemente es por la falta de

presas.

Masa de células: una o

múltiples especies

Agua: 97%

Matriz: que lo rodea,

compuesta por:

Exopolisacaridos

Proteínas

Ac. Nucleicos

Productos de la lisis de

bacterias

BIOFILMS

Interacciones entre microorganismos y

organismos superiores.

* Interacciones entre microorganismos y plantas

Interacciones con las raíces de las plantas:

rizósfera y micorrizas

Fijación de nitrógeno

Interacciones con las estructuras aéreas de las

plantas

Enfermedades microbianas de las plantas

Efecto de los microorganismos sobre los vegetales

Directamente: por los compuestos liberados,

minerales, fitohormonas

Indirectamente: modificación del medio físico

(estructura) o químico (inmovilización)

Control biológico de microorganismos

fitopatógenos

Interacciones entre microorganismos y vegetales

a nivel de hojas filosfera

a nivel de raíces rizosfera

a nivel de semillas espermatosfera

a nivel de restos vegetales sobre el suelo

efecto mantillo

Efectos de los microorganismos sobre las plantas

Beneficiosos

Mineralización de materia orgánica

Solubilización de minerales

Reacciones de quelación

Absorción y translocación de nutrientes

Fijación biológica de nitrógeno (FBN)

Producción de fitohormonas

Agregado y estabilidad del suelo

Producción de enzimas, vitaminas y antibióticos

Control de fitopatógenos

Perjudiciales

Favorecer la reducción de sulfatos (H2S)

Desnitrificación (N2, N2O)

Producción de compuestos inhibitorios: fenoles

Competencia por nutrientes

Favorecer el establecimiento de enfermedades

Inmovilización de nutrientes

Micorrizas

Asociación mutualista entre las

raíces de la mayoría de las plantas

(tanto cultivadas como silvestres)

y ciertos hongos del suelo.

Simbiosis prácticamente universal,

casi todas las especies vegetales

son susceptibles de ser

micorrizadas y puede estar

presente en la mayoría de los

hábitat naturales.

Posición ecológica especial: el

hongo esta adentro y afuera del

hospedador

El hongo coloniza la raíz de la

planta y le proporciona nutrientes

minerales y agua, que extrae del

suelo por medio de su red externa

de hifas, mientras que la planta

suministra al hongo sustratos

energéticos y carbohidratos que

elabora a través de la fotosíntesis.

Difiere de la asociación rizosférica

por presentar una mayor

especificidad y organización de la

relación hongo planta.

Interacciones entre microorganismos y animales

Contribución de los microorganismos a la nutrición animal

Depredación de animales por hongos

Relaciones simbióticas

Contribución de los microorganismos a la nutrición animal

Depredación

En general los animales no pueden sobrevivir con presas muy pequeñas en relación a su tamaño. Estrategias de “concentración”:

Raspado: raspar e ingerir biofilms microbianos de distintas superficies. En general animales acuáticos: caracoles, erizo de mar, etc.

Filtrado: mantienen un flujo de agua (mediante cilios, tentáculos, etc.) que filtran (branquias, tentáculos). Invertebrados bentónicos sésiles y plactónicos.

• Relaciones endosimbióticas

(invertebrados con

microorganismos fotosintéticos o

quimioheterótrofos).

Simbiosis intestinales

La mayoría de los animales

homeotermos contienen

comunidades microbianas

extremadamente complejas en su

tracto gastrointestinal.

En los animales monogástricos las

relación es claramente comensal o

moderadamente mutualista.

El animal proporciona un ambiente

anaerobio y un aporte regular de

alimento.

Los microorganismos pueden

contribuir a la digestión de

alimento, producir algunas

vitaminas (K) y ayudar a la

exclusión de patógenos.

Cuando los animales basan la

mayor parte de su nutrición en

compuestos de difícil digestión la

relación es claramente mutualista

(rumen)

Interacciones negativas

Depredación (hongos y nemátodos)

Alteración de hábitat

Eutrofización: agota el oxígeno disuelto y puede provocar la muerte de los peces.

Alteración de alimentos (bioacumulación)

Producción de toxinas

Infección