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
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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 ante la liberación liberación de ciertas sustancias provenientes de otra población por ejemplo ejemplo:: ATB 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). −
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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 degradación de biopolímeros (quitina, pesticidas, etc.) se llega a constituir toda una cadena alimentaria.
INTERACCIONES SINÉRGICAS
b. Liberación de sustancias bióticas: algunos microorganismos 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 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 crecimiento necesarios).
Una categoría de protocooperación es síntesis y degradación de la 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. 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 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 desarrollarse fuera del hospedante. Si no puede determinarse el beneficio obtenido por el protozoo, la asociación no puede definirse como simbiótica. simbiótica.
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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) 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. de CO2 para la Generación fotosíntesis, o la producción de O 2 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
INTERACCIONES ANT ANTAGÓNICAS AGÓNICAS 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.
COMPETENCIA:
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 NH 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. −
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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. microorganismos. −
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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, Glioclodium.
Thrichoderma,
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.
PREDACI PRED ACI ÓN 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 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.
BIOFILMS
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
I nteracc nter accii ones entr nt r e mi croorgani croor gani smos organi or gani smos superi uper i ore or es.
y
* I nteracci nteracci one oness entr e microorgani mi croorgani smos 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 espermatosfera
a nivel de restos vegetales sobre el suelo
efecto mantillo
Efectos de los microorganismos sobre las plantas Beneficiosos
Mineralización de materia orgánica
Solubilización Solubilización de minerales
Reacciones Reacciones de quelación
Absorción y translocación de nutrientes
Fijación biológica de nitrógeno (FBN)
Producción de fitohormonas
Agregado y estabilidad del suelo
Producción Producción de enzimas, vitaminas y antibióticos antibióticos
Control de fitopatógenos
Perjudiciales
Favorecer la reducción de sulfatos (H2S)
Desnitrificación Desnitrificación (N2, N2O)
Producción de compuestos inhibitorios: 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 microorganismos a la nutrición animal
Depredación de animales por hongos
Relaciones simbióticas
Contribución de los microorganismos 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 Invertebrados bentónicos sésiles sésil es y plactónicos.
Relaciones endosimbióticas (invertebrados con microorganismos 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
