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 • • • • • • • • • 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.