clase 16

Relaciones con otros organismos. Ejemplos de
diversos ambientes.
Clase 16
Microbiología Ambiental
2016
Tipos de interacciones
Los organismos como hábitats microbianos
Mutualismo: Vivir sin sistema digestivo
Isla de Elba
Mutualismo: Vivir sin sistema digestivo
oligoqueto
marino
Vive en el
sedimento
Olavius algarvensis
No tiene
sistema
digestivo
Mutualismo: Vivir sin sistema digestivo
Gamma-proteobacteria
Delta-proteobacteria
Mutualismo: Vivir sin sistema digestivo
Las gamma proteobacteria oxidan
sulfhídrico para obtener energía y
fijan CO2
H2S + O2
SO4
Gamma-proteobacteria
Delta-proteobacteria
Problema: no se detecta H2S en
el entorno del gusano….. de
dónde lo obtienen?
Simbiosis: Vivir sin sistema digestivo
Las delta proteobacteria oxidan
compuestos orgánicos y H2 usando
sulfato como aceptor de electrones
Comp. Orgánico/H2 + SO4
H 2S
Gamma-proteobacteria
Delta-proteobacteria
Hay suficiente MO y/o H2 para
mantener esto?
Simbiosis: Vivir sin sistema digestivo
Al morir los pastos
marinos liberan CO en su
degradación
Este CO constituye una
fuente principal de energía
para ambos simbiontes.
Simbiosis: Vivir sin sistema digestivo
Gamma-proteobacteria
Delta-proteobacteria
El gusano tampoco tiene sistema
e x c r e t o r, s u s p r o d u c t o s d e
excreción (ej acetato) también son
usados como fuente de energía
por las bacs.
Metabolismo de la
simbiosis
H2S + O2
SO4
Comp. Orgánico/H2 + SO4
de Kleiner et al 2012
H 2S
http://www.youtube.com/watch?v=rxEC4CVswYI
Mutualismo: Brillar con luz ajena
Euprymna scolopes
Calamar hawaiano
Mutualismo: Brillar con luz ajena
Órgano luminiscente
Contra iluminación
Estructura del órgano luminiscente
Organo luminiscente maduro consiste en:
1.) Núcleo de 3 criptas epiteliales que
albergan a los simbiontes (Vibrio fischeri)
2.) Reflector
3.) Divertículos del saco de tinta (controlan
intensidad de luz)
4.) Lentes
5.) Filtros amarillos que modifican la long
de onda de la luz para parecerse a la
ambiental
Mutualismo: Brillar con luz ajena
Bacteria marina luminiscente que
coloniza el órgano luminiscente del
calamar
Cuando los calamares nacen no tienen
simbiontes
Los simbiontes afectan el desarrollo del
órgano de luminiscencia
Vibrio fischeri
Órgano de luminiscencia: Colonización
Calamar:
-corriente de agua
marina
-mucus
-cilias
-poros
V.fischeri:
-migración hasta
criptas del órgano
Órgano de luminiscencia: desarrollo
-Una vez colonizado las
bacs emiten señales que
desencadenan apoptosis
e n e l c a l a m a r
(desaparecen los
epitelios ciliados)
-Tb desaparece el
mucus
-se desarrollan los filtros
amarillos, los lentes y los
divertículos del saco de
tinta
tracheal cytotoxin (TCT)
-se ramifican las criptas
Órgano de luminiscencia: desarrollo
En las criptas los simbiontes obtienen
aminoácidos y oxígeno
Los calamares recién nacidos se infectan
con Vibrio fischeri cells en 24 horas
Especificidad?
1 millón de bacterias por
mililitro
1 millón de bacterias por mililitro
Sólo V. fischeri coloniza el órgano luminiscente
especificidad dada por:
-eliminación de competidores en el mucus
-receptores bacterianos (adhesinas) que
reaccionan con manosa del calamar
-las criptas contienen peroxidasas que
sintetizan ácido hipocloroso (tóxico)
-V. fischeri tendría una peroxidasa que compite
con éstas por el H2O2, bajando los niveles de
ácido
Regulación de la luminiscencia
La luminiscencia depende de la abundancia
de las bacterias
Cada mañana el calamar expulsa el 90%
de las bacterias atrapadas en una matriz
mucosa
Además controla la abundancia bacteriana
mediante el suministro de oxígeno a las
criptas
Vibrio fischeri
Regulación de la luminiscencia
-Las bacterias producen luz de acuerdo a su
densidad (quorum sensing)
-a bajas concentraciones de N-homoserin lactona
la transcripción de los genes lux que codifican
para la luciferasa está inhibida
-a concentraciones medias de Nhomoserinlactona se transcriben un poco
-a altas concentraciones de N-homoserinlactona
se transcriben extensamente
El calamar detecta si la población produce o
no luz, si no la produce las elimina
cortándoles el suministro de oxígeno!
Mutualismo: Alimentando al gigante
Características del Rumen
Provee un ambiente muy favorable al
crecimiento bacteriano:
• 
• 
• 
• 
• 
De gran tamaño de 100 -150 litros.
Su rango de pH 6.5
Una temperatura elevada constante 39 ºC
Llegada continua de alimento
Ambiente anaeróbico.
Microorganismos
•  Se calcula que el 10% del contenido ruminal
está constituido por biomasa microbiana.
•  La mayoría de los microorganismos del rumen
son bacterias y protozoos ciliados.
•  Hay además levaduras y flagelados
particularmente en animales jóvenes.
•  Todos los son anaerobios o anaerobios
facultativos.
Grupos funcionales de Microorganismos
• 
• 
• 
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• 
• 
• 
• 
• 
Celulolítico (digieren celulosa)
Hemicelulolítico (digieren hemicelulosa)
Amilolítico (digieren almidón)
Proteolítico (digieren proteínas)
Utilizan azúcar (utilizan los monosacáridos y los
disacáridos)
Utilizan ácidos (utilizan substratos tales como ácido
láctico, succínico y málico)
Productores del amoníaco
Sintetizadores de vitaminas
Productores del metano
Degaradación anaerobia de la materia orgánica
rumiante
Qué es lo que estos microorganismos
proporcionan al herbívoro?
•  Síntesis de proteína de alta calidad.
Todos los vertebrados requieren de ciertos
aminoácidos que no puedan ser sintetizados
“aminoácidos esenciales”).
Los microorganismos presentes en el rumen
pueden sintetizar todos los aminoácidos.
• 
Síntesis de la proteína a partir de
fuentes de nitrógeno no proteico:
Los microorganismos pueden utilizar la
urea para sintetizar proteína
(los rumiantes son alimentados con urea
como una fuente barata de proteína)
•  Síntesis de las vitaminas del complejo
B.
Los microorganismos del rumen pueden
sintetizan todas las vitaminas del
complejo B
Los productos de la
fermentación
•  Acidos Grasos Volátiles
•  Los principales son ácido
acético, propiónico y
butírico
•  proveen casi la totalidad
de las necesidades
energéticas de los
rumiantes.
Productos de interés ambiental
•  CH4
El metano es un potente GEI: su potencial
de absorción de radiación es
aproximadamente 21 veces superior al del
CO2.
si bien su concentración es muy baja, su
contribución al efecto invernadero es
importante.
Interés ambiental: metano
Las fuentes antropogénicas son el 70% de las emisiones
Las principales fuentes de emisiones
de metano en Uruguay son el sector
agropecuario (90%) y la
descomposición de basura (10%).
La fermentación entérica de los
rumiantes es responsable del 95%
del total de metano emitido en el
sector agropecuario.
Interés ambiental: metano
Estrategias para disminuir la producción de
metano
i) Intervenciones dietarias: cantidad de alimento, tipo de alimento
ii) Uso de aditivos para reducir las emisiones de metano: ácidos
grasos de cadena media, competencia con metabolismo
metanogénico, antibióticos ionóforos (monesina).
Mutualismo: Degradación de celulosa
en termitas
Termitas
-se alimentan de materia vegetal
(lignina-celulosa)
Problemas:
-degradación de materia
orgánica “difícil”
-déficit de Nitrógeno
Termitas
Procesamiento
mecánico
Procesamiento
enzimático
Procesamiento
enzimático ppal
Compartimentación radial y axial del intestino
-Degradación de celulosa
-Acetogénesis/metanogénesis
-Fijación de Nitrógeno
-Reciclaje de ácido úrico
Termita com bioreactor y
biocombustibles
Wolbachia: la bacteria feminista
Ovario infectado y sin infectar de drosphhila
Wolbachia fue descrita por primera vez en 1924 por los
científicos Hertig y Wolbach.
La encontraron presente en diversos tejidos, sobre todo
en los reproductivos, del mosquito común Culex pipiens
En los años 50 (auge en investigación genética) se
usaban insectos como modelo (Drosophila
melanogaster, mosquitos del género Culex).
Y ahí empezaron a observarse cosas raras…
Había ocasiones en que si se cruzaban dos cepas de la misma
especie de insecto no se generaba descendencia fértil.
No infectado/a
Infectado/a
Incompatibilidad citoplasmática entre
óvulos y espermatozoides
¿Para qué le sirve a Wolbachia causar incompatibilidad citoplasmática?
Y más….
Altera producción
hormonas que
determinan sexo
Las hembras se
reproducen por
partenogénesis
Mata machos
infectados
Los efectos suele ser específicos del huésped
afectado
-partenogénesis en insectos Hymenoptera y Thysanoptera
-feminización in crustáceos Isopoda
-matanza de machos en insectos Lepidoptera, Drosophila y
Coleoptera
-incompatibilidad citoplasmática en diversos artrópodos
La infección por Wolbachia puede ser causa de un aislamiento
reproductivo entre poblaciones infectadas y no infectadas lo que
puede conducir a fenómenos de especiación, es decir, de aparición
de nuevas especies.
Incluso se ha llegado a describir que Wolbachia puede ofrecer
ventajas a su hospedador. En el caso de Drosophila se ha
observado que las moscas infectadas son más resistentes a
determinados virus RNA.
El entomólogo Donald Windsor definió la actuación de la bacteria Wolbachia con
la siguiente frase: Wolbachia mata a los machos, produce la 'inmaculada
concepción' y quizás acelera también la especiación
Uso de Wolbachia como agente de control
biológico
Wolbachia reduce la
sensibilidad del mosquito al
virus del dengue
Proponen reemplazo de
poblacion de mosquitos
salvajes por mosquitos de
laboratorio infectados
Taller 2
1ª hora: Preguntas por escrito
2ª hora: Seminario
The most virulent Wolbachia strain, popcorn (wMelpop) associated
with brain degeneration in its host fly (D. melanogaster.)
wMelpop, reduces the life-span of the infected flies to about 50%
compared to uninfected flies.
Bacterial cells accumulate at such high densities, in different tissues,
resulting in early death because of the overwhelming host cell
pathology.
There are several physiological factors that influence how effective
wMelpop is at shortening the life-span of infected organisms.
Temperature is a very important physiological factor. At higher
temperatures, the virulence of wMelpop increases while the life-span
of the bacterial host organism drastically decreased.
It is of great medical interest to employ Wolbachia strains, such as
wMelpop, for reduction of Dengue Fever transmission by altering the
age structure and life-span of Ae. aegypti.
Since only adult, female, Ae. aegypti mosquitoes are capable of
pathogenesis the introduction of wMelpop strains would eliminate the
part of the mosquito population responsible for transmitting Dengue
Fever.
Theoretical models revealed that transinfection with wMelpop strains
of Wolbachia could significantly reduce transmission of disease about
90% or more[20]
También están infectados otros grupos de artrópodos como las arañas y
los isópodos, e incluso se ha descrito en algunos gusanos nematodos.
Entre estos últimos se encuentran diversas especies de filarias, los
nematodos parásitos que causan la oncocerquiasis o ceguera de río, la
elefantiasis o la dirofilariasis canina (el gusano del corazón en los perros).
parece que Wolbachia tiene algo que ver con la patogenicidad causada por
dichos parásitos. Al parecer el sistema inmune reacciona contra las
Wolbachias presentes en los tejidos de esos gusanos.
También se ha demostrado que la eliminación de la Wolbachia de las
filarias causa su esterilidad o su muerte.