Interacciones antagónicas y sinérgicas en consorcios microbianos

Interacciones
antagónicas y
sinérgicas en
consorcios
microbianos:
influencia en el
crecimiento de plantas
Dra. Maribel Plascencia Jatomea
Introducción
 Las comunidades microbianas
interactúan de varias formas: de
sinérgica y mutualista a
antagónica y parasítica.
 La interacción microbiana
depende de factores bióticos y
abióticos.
 Los componentes del medio
ambiente ayudan a la
transformación, mobilización y
solubilización de nutrientes
escenciales.
Ecosistema
Comunidad
Los factores
bióticos
(medio
ambiente)
afectan:
Población
Individuo
Tipos de interacciones en la rizósfera:
1. Interacción entre raíces de plantas y m.o.
2. Interacción entre m.o.
Fijación de
nutrientes
Neutra o
variable
Fijación de N2
Estabilización
de suelos
Liberación de
enzimas libres
Suministro de
agua
Promoción
del
crecimiento
Ataque
Comunidad
microbiana
de la rizósfera
Alelopatía
Biocontrol
Antibiosis
Competencia
Fitotoxicidad
Simbiosis
Enfermedad
Dañina
Benéfica
Asociaciones ecológicas entre los m.o.
 Simbiótica: los organismos viven en relaciones nutricionales
cercanas; requerida por uno de ambos miembros.
 Mutualismo: obligatorio, dependiente; ambos miembros se
benefician.
 Comensalismo: se beneficia el miembro comensal, aunque el otro
miembro no se daña.
 Parasitismo: el parásito es dependiente y se beneficia; el huésped
no se daña.
 No simbiótica: los organismos viven libres; no se requieren
relaciones para la supervivencia.
 Sinergismo: los miembros cooperan y comparten nutrientes.
 Antagonismo: algunos miembros inhiben o destruyen a otros.
Criterios a ser considerados en el diseño
de un consorcio microbiano
Interacciones entre los m.o.
 Interacciones negativas:
 Interacciones positivas:
 Antibiosis
 Neutralismo
 Competencia
 Mutualismo
 Amensalismo
 Sinergismo
 Depredación
 Simbiosis
 Parasitismo
 Protocoperación
 Comensalismo
Efecto de la interacción
Tipo de interacciones
Población/es
Población/
pecies A
especies B
Neutralismo
0
0
Comensalismo
0
+
Mutualismo
+
+
Amensalismo
0
-
Depredación, parasitismo
+
-
Competencia
-
-
Efecto de la interacción
Interacciones antagónicas
Cualquier efecto inhibitorio de un organismo,
creado por cualquier vía a otro organismo.
 Se usa en el control biológico de patógenos de
plantas
 Los agentes antagónicos no son patógenos
específicos
 Inhiben un amplio rango de m.o.
 Relación parásita verdadera con el huésped
microbiano
 Los mecanismos no son mutuamente exclusivos
Mecanismos de antagonismo
 Amensalismo: inhibición o destrucción de un
organismo por un metabolito producido por otro
organismo (por ejemplo antibióticos,
compuestos volátiles, enzimas, etc.)
Los m.o. producen diferentes tipos de
antibióticos
m.o.
antibiótico
Patógeno blanco
enfermedad
Pseudomonas
fluorescens F113
2,4-diacetilfluoroglucinol
Pythium spp.
Marchitamiento
Agrobacterium
radiobacter
Agrocin 84
Agrobacterium
tumefaciens
Tumoraciones
Trichoderma virens
Gliotoxina
Rhizotocnia solani
Pudrición de raíz
Bacillus subtilis
Bacilomycina D
Aspergillus flavus
Contaminación por
aflatoxinas
Burkholderia
cepacia
Pirrolnitrina,
pseudano
R. solani y
Pyricularia oryzae
Marchitamiento y
manchas en arroz
P. fluorescens 2-79 y
30-84
Fenazinas
Gaeumannomyces
graminis var. tritici
Take-all (necrosis)
Competencia
 Dos o más organismos tratando de utilizar los mismos
nutrientes, o bien de ocupar el mismo nicho o sitio de
infección.
Parasitismo
 Depredación o parasitismo: atacar y alimentarse
directamente del organismo blanco o del
agente de biocontrol puede producir algún tipo
de toxina que ocasiona la muerte del organismo
blanco; después, el agente de biocontrol se
alimenta de él.
 Parasitismo
 Hiperparásitos: son parásitos de parásitos
 Micoparásitos: son hongos que parasitan otros
hongos
El antagonismo permite el control biológico de
patógenos de plantas
tipo
mecanismo
ejemplos
Antagonismo
directo
Hiperparasitismo/depredaci
ón
Micovirus líticos/no líticos,
Trichoderma
Antagonismo
mixto
Antibióticos
Fenazinas, lipopéptidos cíclicos
Enzimas líticas
Quitinasas, glucanasas, proteasas
Productos de desecho no
regulados
Amonio, CO2, cianuro de hidrógeno
Interferencia física/química
Bloqueo de poros en suelos,
consumo de señales de
germinación, reconocimiento
molecular confuso
Competencia
Consumo de exudados,
atrapamiento de sideróforos,
ocupación de nichos físicos
Inducción de resistencia en
el huésped
Contacto con pared celular fúngica,
detección de patógenos-asociados,
patrones moleculares, inducción
mediada por fitohormonas
Antagonismo
indirecto
Interacción sinérgica de m.o. benéficos
(bacterias, Rhizobium y hongos productores de
micorrizas arbusculares)
En combinaciones, los m.o. interactúan
sinérgicamente
 Proveen nutrientes
 Remueven productos inhibitorios
 Se estimulan mutuamente
 Incrementan aspectos benéficos de su fisiología
 Equilibran microbiológicamente el suelo
 Crean un medio ambiente favorable para el
crecimiento de la planta
Mecanismos de interacción entre m.o.
benéficos
Mecanismos directos
Mecanismos indirectos
 Fitohormonas
 Sideróforos
 P-solubilización
 Metabolitos antifúngicos,
antibióticos
 Fijación de nitrógeno
 Inducción de resistencia
sistémica
 Disminución de toxicidad
de metales pesados
 Enzimas que lisan pared
celular
 Cianuro de hidrógeno
 Competencia de espacio y
nutrientes
 Parasitismo
Interacción microbio-microbio
1. Bacterias y Rhizobium
2. Hongos productores de micorrizas y hongos de la rizósfera
Bacterias y Rhizobium
interactúan sinérgicamente mediante la fijación de N2
Mecanismos de acción
 Alteran el metabolismo secundatio del huésped o crean antibiosis
 Estimulan la formación o infección adicional de sitios de auxinas
 Alteran el metabolismo de flavonoides de la planta
 Promueven la inducción de genes nodulares en las raíces
 Estimulan a la planta para producir más moléculas de reconocimiento
 Fitohormonas, sideróforos, fitoalexinas y flavonoides
 Disminuyen la toxicidad de metales pesados
 Incrementan la actividad enzimátia en el suelo
Interacciones sinérgicas entre bacterias y Rhizobios
sobre el crecimiento de plantas
bacteria
Cepa de Rhizobio
Beneficia
incrementando
Pseudomonas sp
Bradyhizobium sp
Suministro de N2 y P en
granos verdes
Pseudomonas sp
Rhizobium
leguminosarum biovar
viceae
Altura, longitud de
raíces y peso seco de
chícharos
Pseudomonas striata
Azospirillum sp
Rhizobium sp
Chícharo de guinea
Pseudomonas
fluorescens
B. japonicum
Soya
Hongos productores de micorrizas
(HPM) y microbios de la rizósfera
 Los HPM interactúan de manera natural y se les
conoce como m.o. micorrizosféricos.
 Las rizobacterias actúan como “bacterias que ayudan
a las micorrizas”; producen sustancias biológicamente
activas.
 Estimulan el crecimiento del micelio y la germinación
 Colonización de las micorrizas
 Germinación de esporas
Los HPM interactúan sinérgicamente estimulando
el crecimiento de la planta
 Mejoran la adquisición de nutrientes, inhiben a hongos patógenos de plantas,
aumentan las ramificaciones de la raíz
 Resultados físicos adicionales: consumo de carbono por las bacterias de la superficie
de las hifas del hongo, por proporcionarles una ventaja competitiva.
Interacciones directas
 Suministro de energía rica en compuestos de carbono producidos por las plantas
huésped
 Cambios en la micorrizósfera (pH inducido por el hongo)
 Competencia por nutrientes, exudados fúngicos de compuestos inhibitorios o
estimulantes
Interacciones indirectas
 Modificación de los exudados de las raíces y estructura del suelo
Grupos de bacterias que interactúan con hongos
productores de micorrizas (HPM)
 HPM con fijadoras de
nitrogeno simbióticas
 HPM con fijadoras de
nitrógeno asimbióticas
 HPM con bacterias que
solubilizan fosfatos
 HPM con bacterias rizósferas
Consorcio microbiano
Grupo de diferentes especies de m.o. que
actúan juntos como una comunidad
Los organismos trabajan juntos en un sistema complejo en donde
todos se benefician de las actividades de otros en la comunidad
Un consorcio microbiano es mucho más eficiente que una sola
cepa de m.o. con diferentes capacidades metabólicas
Carácterísticas de un consorcio microbiano ideal
 Actuar rápido y elevada competencia en la rizósfera
 Sinergista con cada organismo
 Capaz de crecer con o sin aire
 Producir enzimas de modo natural (amplia capacidad
degradativa)
 Fácil de manipular y multiplicar la masa
 Ampio espectro de acción
 Elevada vida de anaquel y buena estabilidad
 Tolerante a la desecación, calor, oxidación y radiación UV
 No tóxico, no patogénico y no corrosivo
 Económico y seguro al medio ambiente
Ventajas
 Las cepas puras de m.o. no son capaces de degradar
todos los compuestos, por lo que el consorcio
microbiano es esencial en la completa mineralización
de cualquier compuesto.
 Un consorcio microbiano es más resistente a cambios
en el medio ambiente.
 Competencia y supervivencia en el medio ambiente,
comparado con una cepa pura.
 El consorcio microbiano es capaz de manipularse y
adecuarse a una variedad de desechos complejos.
Conclusiones
 Con el incremento de la importancia concerniente al impacto
de fertilizantes y pesticidas convencionales, el uso consorcios
microbianos constituye una alternativa prometedora de gran
importancia en el futuro, ya que abre una ventana de
oportunidades y crea espacios vivientes, en armonía con la
naturaleza y sin afectar los ecosistemas.