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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
