28 Microorganismos: cómo analizar una columna de Winogradsky

MICROORGANISMOS
¿CÓMO ANALIZAR UNA COLUMNA DE WINOGRADSKY?
En una columna clásica, como la que figura en la Guía 27 (Cómo montar una columna
de Winogradsky), se observa la liberación de gas (SH2, CO2). En el fondo de la
columna pueden aparecer algunas manchas negras debido a la reacción química del
SH2 liberado por las bacterias con el hierro del suelo, representada en la ecuación:
H2S+Fe2+ →FeS↓ +H2 ↑
Dependiendo de la cantidad de hierro, las manchas pueden extenderse por toda la
columna.
Un poco más arriba, manchas de color púrpura y verde indican el crecimiento de
bacterias del azufre. Siendo menos exigentes en relación al SH 2, las bacterias
púrpuras crecen antes que las verdes y por encima de ellas. En presencia de poco
oxígeno, las bacterias púrpuras florecen (blooming) llegando a visualizarse en el
líquido de la parte superior de la columna.
La aparición de manchas de color rojo u óxido por sobre las bacterias púrpuras del azufre se puede
deber al crecimiento de las denominadas bacterias dependientes del azufre (Rhodospirillum), que
soportan bajas concentraciones de SH2.
Dependiendo del origen de las muestras de suelo y del enriquecimiento, se observarán en la
superficie organismos pertenecientes a diferentes grupos: Cianobacterias, Algas, Protistas e
Invertebrados. De particular interés resulta Beggiatoa, una bacteria filamentosa que crece en suelos
anóxicos y puede considerarse un indicador de polución.
Interpretación
En el fondo de la columna, la celulosa y el azufre estimulan el crecimiento de bacterias específicas.
Algunas (Clostridium) degradan la celulosa liberando glucosa, que es tanto una fuente de carbono
como una fuente de energía, por medio de fermentación. Se crea un ambiente anóxico y, a lo largo
de la columna, se establece un gradiente de oxígeno donde el fondo es anaerobio y la superficie
aerobia.
En el ambiente anóxico del fondo de la columna proliferan otras bacterias (Desulfovibrio). Su fuente
de carbono son los subproductos de las fermentaciones anteriores. La energía es obtenida mediante
respiración anaeróbica, reduciendo el azufre S0 y el sulfato SO42- disponibles a SH2.
Este último se difunde formando en la columna un gradiente de SH2 inverso al del oxígeno.
Parte del SH2 que llega hasta la parte superior de la columna es oxidado a sulfato por bacterias
incoloras aerobias (Beggiatoa, Thiobacillus, Thiotrix) que enturbian la superficie del líquido. El sulfato
se difunde hacia abajo, generando en la columna un conjunto de reacciones de oxidación y reducción
características del ciclo de azufre.
A lo largo de la columna y en función de las condiciones ambientales (presencia de oxígeno y de SH2)
es posible reconocer otras comunidades bacterianas relacionadas con el ciclo del azufre. En la parte
inferior, donde las condiciones son anaerobias, crecen bacterias dependientes del azufre, visualizadas
como manchas verdes (Chlorobium) y/o púrpuras (Chromatium). Se trata de un grupo de bacterias
que realiza una fotosíntesis anoxigénica, donde el SH2 sustituye al agua y se produce S elemental.
Guía 28
María Antonia Malajovich / Guías de actividades
Biotecnología: enseñanza y divulgación
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Organismos auto-fotótrofos
y quimio-heterótrofos
(Invertebrados, Protistas, Algas,
Diatomeas, Cianobacterias)
Columnas de Winogradsky construídas
con arena y agua de las playas de Urca
y Angra dos Reis (RJ)
Bacterias quimio-autótrofas
(Beggiatoa, Thiobacillus, Thiotrix)
Bacterias foto-heterótrofas
no dependientes del azufre
(Rhodospirillum, Rhodopseudomonas)
Bacterias foto-autótrofas
dependientes del azufre
(Chromatium, Chlorobium)
CICLO DEL AZUFRE
Beggiatoa, Thiobacillus, Thiotrix
Azufre
Sulfato
Sulfuro de
Hidrógeno
Azufre
Bacterias púrpuras
y verdes del azufre
Bacterias quimio-heterótrofas
(Desulfovibrio, Clostridia)
Desulfovibrio
Sulfato
Guía 28
Reducción
Sulfuro de
Hidrógeno
Oxidación
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MICROORGANISMOS / ANÁLISIS DE UNA COLUMNA DE WINOGRADSKY
COMPLEMENTOS
Tabla 1. Diferentes modalidades nutritivas de los seres vivos.
Modalidad nutritiva
Fuente de
carbono
Fuente de energía
Grupos
representativos
Fotoautótrofa
Inorgánica
(CO2)
Luz (fotosíntesis oxigénica o
anoxigénica)
Plantas, Protistas,
Eubacterias.
Quimioautótrofa o
litoautótrofa
Inorgánica
(CO2)
Oxidación de compuestos
inorgánicos: H2, NH3, Fe2+,
H2S (metabolismo litotrófico)
Eubacterias.
Fotoheterótrofo
Orgánica
Luz
Eubacterias,
Arqueas.
Quimioheterótrofo
Orgánica
Oxidación de compuestos
orgánicos (respiración
aerobia, respiración
anaerobia, fermentación)
Animales, Hongos,
Protistas,
Eubacterias,
Arqueas.
Autótrofa
Heterótrofa
BIBLIOGRAFÍA
MADIGAN, M.T. et al. Microbiologia de Brock. São Paulo, Pearson Education do Brasil, 2004.
Existen innumerables y buenos protocolos en Internet, siendo mis preferidos:
Building a Winogradsky Column. An Educator Guide with Activities in Astrobiology.
http://quest.nasa.gov/projects/astrobiology/fieldwork/lessons/Winogradsky_5_8.pdf
Deacon, J. The Microbial World: Winogradsky column: perpetual life in a tube.
http://www.biology.ed.ac.uk/research/groups/jdeacon/microbes/winograd.htm
La colonne de Winogradsky. Illustration de la photosynthèse microbienne et du cycle du
soufre.
http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/biotech/Winogradsky.html
Guía 28
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Tabla 2. La estratificación microbiana en una columna de Winogradsky.
O2
H2S
SO4
ZONA DE LA
COLUMNA
AEROBIA
MICROORGANISMOS
CARACTERÍSTICAS METABÓLICAS
Protozoos, Algas,
Cianobacterias.
Microrganismos quimio-heterótrofos.
Bacterias sin pigmentos que
oxidan H2S (Beggiatoa,
Thiobacillus, Thiotrix).
Microorganismos quimio-autótrofos.
Agua
Obtienen energía por oxidación de H2S proveniente
de las capas inferiores al sulfato o azufre; sintetizan
su propia materia orgánica a partir de CO2.
Estos microorganismos enturbian el agua;
Beggiatoa forma filamentos; los Thiobacilli pueden
oxidar S, H2S, thiosulfato y Fe.
MICROAERÓFILA
Interfase agualodo
Bacterias rojas y verdes no
dependientes del azufre
ANAEROBIA
SUPERIOR
Microrganismos foto-autótrofos (fotosíntesis
oxigénica).
(Rhodospirillum,
Rhodopseudomonas,
Rhodobacter, Chloroflexus).
Lodo pobre en
H2S
Microorganismos foto-heterótrofos.
Se trata de un grupo de bacterias muy versátil que
obtiene energía por fotosíntesis anoxigénica,
utilizando como fuente de carbono los ácidos
orgánicos del medio, azúcares o alcohol. En la
oscuridad, son capaces de respirar o fermentar.
Fijan N2.
Estas bacterias son inhibidas por altas
concentraciones de H2S.
Generalmente, forman manchas de color rojo
óxido.
ANAEROBIA
MEDIA
Lodo rico en H2S
Bacterias rojas (púrpuras)
dependientes del azufre
(Chromatium).
Bacterias verdes
dependientes del azufre
(Chlorobium).
Bacterias redutoras de
sulfato
(Desulfovibrio).
ANAEROBIA
INFERIOR
Lodo enriquecido
con azúcar y
celulosa
Bacterias anaerobias
estrictas
(Clostridium)
Guía 28
Microorganismos foto-autótrofos.
Estas bacterias absorben energía lumínica y
fotosintetizan utilizando, en vez de H2O, H2S como
fuente de H2.
No producen oxígeno. Acumulan o excretan S. Su
fuente de carbono es el CO2
Microorganismos quimio-heterótrofos.
Obtienen energía por respiración anaerobia
utilizando sulfato (o azufre) como aceptor
alternativo de electrones y produciendo H2S que se
difunde en dirección a las capas superiores. Su
fuente de carbono son los productos de
fermentación de la capa bacteriana inferior.
Microorganismos quimio-heterótrofos.
Obtienen energía por fermentación de la glucosa
liberada por digestión de la celulosa. Su fuente de
carbono es la celulosa. Forman compuestos
orgánicos simples que se difunden en la capa
superior.
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