1. INTERACCIONES MICROBIANAS

Principio de Allee

Nombre de la interacción

Efecto de la interacción

Población A Población B

Neutralismo 0 0

Comensalismo 0 +

Sinergismo (protocooperacion)

+ +

Mutualismo (simbiosis) + +

Competencia - -

Amensalismo 0 o + -

Depredacion + -

Parasitismo + -

• Interacciones positivas

• Interacciones negativas

Cooperación

Competencia

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

1. INTERACCIONES MICROBIANAS

Neutralismo:

Si dos o mas especies que coexisten en un

lugar no se afectan mutuamente.

Algunos microorganismos que se

encuentran en una fase de latencia

establecen relaciones de neutralismo

temporalmente (esporas, quistes).

Ocurre, en el ambiente cuando se da lo siguiente:

◦ Baja densidad de la población

◦ Satisfechos los requerimientos de desarrollo de

ambas especies

◦ Abundancia de los nutrientes

◦ Poblaciones de organismos distantes en el espacio.

◦ Condiciones ambientales que no permiten un

crecimiento activo (bajas temperaturas)

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

1. COMENSALISMO: Un organismo se beneficia y el otro no se afecta.

2. PROTOCOOPERACIÓN: (simbiosis nutricional o MUTUALISMO): 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.

1. Interacciones Microbianas: Positivas

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

Tipos de relaciones comensalíticas

-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 de biopolímeros (quitina,

pesticidas, etc.) se llega a constituir toda una cadena

alimentaria.

LA DEGRADACIÓN DE MOLÉCULAS COMPLEJAS ES REALIZADA POR POBLACIONES MIXTAS, UNA POBLACIÓN LE OFRECE A LA OTRA (COMENSAL) UN SUSTRATO MÁS

S IMPLE.

1. Interacciones Microbianas: Positivas-Comensalismo

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

Tipos de relaciones comensalíticas

- Liberación de sustancias bióticas: algunos microorganismos

sintetizan y excretan factores de crecimiento que son

utilizados por otros microorganismos (nutricionalmente

exigentes). Por ejemplo, en condiciones de laboratorio,

muchos aislamientos a partir del suelo o aguas no crecen

en los medios corrientes, 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

autótrofos).

Flavobacterium brevis

Cisteína

Legionella pneumophila

(hábitat acuáticos)

(Aminoácidos)

1. Interacciones Microbianas: Positivas-Comensalismo

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

- 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.

- Superficies adecuadas para la proliferación de microorganismos comensales. Colonizan sobre la superficie de otros. Ejemplo: bacterias sobre algas.

- Provisión de nutrientes, protección o albergue. Estas relaciones pueden derivar en parasitismo.

1. INTERACCIONES MICROBIANAS: POSITIVAS-COMENSALISMO

Anaerobios facultativosO2

O2 O2

O2O2

O2

O2

O2

O2O2

O2Anaerobios

estrictos

Dism

inución de oxigeno

Modificación del medio ambiente

Tipos de relaciones comensalíticas

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

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 necesarios.

◦ Una categorías de protocooperación es la síntesis y degradación de

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.

◦ Se han descrito interacciones nutricionales entre bacterias,

actinomicetos 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.

1. INTERACCIONES MICROBIANAS: POSIT IVAS- PROTOCOOPERACIÓN

Compuesto A

Compuesto B

Compuesto C

Energía + productos finales

Población 3

Población 1

Población 2

Relación de sinergismo en la alimentación cruzada.

Arginina Agmatina

(metabolito final)

Descarboxilasa

E. coli

Ornitina

PutrescinaE. coli

DihidrolasaE. faecalis

Descarboxilasa

Metabolismo posterior

Ejemplo clásico de una relación de sinergismo entre Enterococcus faecalis y Escherichia coli que permite la producción de putrescina a partir de arginina.

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

Ciclohexano

Productos

Crecimiento de Nocardia

Factores de crecimiento mas

biotina

Crecimiento de Pseudomonas

Degradación de sinérgica del ciclohexano por Nocardia y Pseudomonas. Nocardia aporta los productos de degradación del ciclohexano a Pseudomonas, y este aporta a Nocardia la biotina.

SpirillumLuz - Chlorobium

DesulfovibrioLuz - Chlorobium

FormiatoAzufre

Sulfuro de hidrogeno

Dióxido de Carbono

Carbono orgánico

Azufre

Sulfuro de hidrogeno

Dióxido de carbono

Relaciones sinérgicas entre Chlorobium y Spirillum (superior) y entre Chlorobium y Desulfovibrio (inferior). Las relaciones se basan en el ciclo de C y S. Chlorobium reduce el CO2 y oxida H2S; Desulfovibrio y Spirillum oxidan el C orgánico y reducen el azufre a H2S.

BacteriasLuz - Algas

Compuestos orgánicosOxigeno

Vitaminas

Dióxido de Carbono

Relación sinérgica entre algas y bacterias epifitas basadas en el ciclo del carbono y del oxigeno.

1. Interacciones Microbianas: Positivas- Protocooperación

1. INTERACCIONES MICROBIANAS: POSITIVAS- COMETABOLISMO

Un organismo que crece sobre un sustrato particular puede oxidar innecesariamente un segundo sustrato que es incapaz de usar como nutriente y como fuente de energía, pero los productos de la oxidación quedan disponibles para otras poblaciones microbianas.El Cometabolismo se ha observado en la transformación de algunos compuestos xenobióticos importantes, incluyendo las dioxinas, el ticloroeteno (TCE), y los bifenilos policlorados (PCB).

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

Ciclohexano Ciclohexano

Pseudomonas

Ciclohexanona

Metabolismo asimilatorio productor de energía

Cometabolismo

Pseudomonas

PropanoMycobacteirum vaccae

Energía + CO2 + H2O

Energía + CO2 + H2O

En la figura se ilustra un ejemplo de comensalismo basado en cometabolismo.

El ciclohexano se cometaboliza en presencia de propano producido por Mycobacterium, lo cual permite el crecimiento comensal de Pseudomonas a partir del ciclohexano.

1. INTERACCIONES MICROBIANAS: POSITIVAS- COMETABOLISMO

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

Cometabolismo aeróbico del

tricloroeteno (TCE) por

organismos metanotrófos. La

reacción clave es la formación

del epóxido de TCE mediada por

la monooxigenasa. Los

metanotrofos no utilizan los

compuestos formados; su

degradación debe ser

completada por otros

microorganismos.

1. Interacciones Microbianas: Positivas- Cometabolismo

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

3,4-Dicloropropionanilida

3,4-Dicloranilina

3,3’,4,4’-Tetracloroazobenceno

P. Piscarium (amidasa de

acil)

G. Candidum (peroxidasa)

Toxico para Geotricum candidium

Sustrato para Penicillium piscarium

Toxico para G. candidum y P. piscarium

Toxicidad reducida para G. candidum y P. piscarium

Degradación sinérgica y destoxificación del herbicida 3,4-dicloropropionanilida (propanil) por dos hongos del suelo.

MB

CH4

CO2

CH4

H2O

HCO3-

Formiato

Acetato

Etanol

MFDV

Flóculo

Modelo de asociación sintrófica de tres miembros que se da en la digestión anaeróbica de residuos de suero láctico que produce metano y dióxido de carbono. En el floculo, Desulfovibrio vulgaris (DV) convierte el etanol en acetato; esta reacción esta acoplada a la reducción del bicarbonato a formiato. El formiato se transfiere a Methanobacterium formicicum (MF), que libera metano. El acetato generado durante la oxidación del etanol es metabolizado por un metanógenos acetoclastico, como Methanosarcina barkeri (MB) y produce metano y dióxido de carbono.

Orcinol

Carbono orgánico excretado

Brevibacterium

Pseudomonas

Curtobacterium

Relación sinérgica entre una población de Pseudomonas que usa el orcinol y dos poblaciones secundarias, basadas en la aceleración de la tasa de crecimiento de la población primaria por la presencia de las poblaciones secundarias.

Cometabolismo -Ejemplos

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

CH2CH2COOHPropionato

CH3COOH + H2 + CO2

Syntrophobacter

Acetato

MetanógenosCH4

CH3COOH + H2

CH3(CH2)4COOHCaproato

Syntrophobacter

CH3CH2CH2COOHButirato

Acetato

Degradación de ácidos grasos de bajo peso molecular: el propionato por Syntrophobacter; el caproato y el butirato por Syntrophomonas. Se produce acetato, hidrógeno y dióxido de carbono, que son utilizados por las arqueas metanógenas. El resultado de esta relación sintrófica es la conversión total de los ácidos grasos en metano.

Cometabolismo -Ejemplos

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

Dos o más especies viven en inmediata proximidad estableciendo relación duradera con beneficio

mutuo (carácter obligatorio).

◦ Alga y Hongo: 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.

◦ 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 fuera del hospedante. Si no puede determinarse el

beneficio obtenido por el protozoo, la asociación no puede definirse como simbiótica.

◦ Hongos y otros organismos: como insectos, vegetales y animales superiores.

1. INTERACCIONES MICROBIANAS: POSITIVAS-SIMBIOSIS

• Grado de unión entre participantes (ecto o endosimbiosis).

• El beneficio logrado (mutualismo-parasitismo).

• Grado de dependencia (simbiosis facultativa- obligada).

Líquenes

Micorriza

Aumento de la velocidad de crecimiento

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.

MECANISMOS INVOLUCRADOS EN LAS RELACIONES SIMBIÓTICAS

Algunos animales, como el platelminto Convoluta, no pueden desarrollarse en ausencia de las algas. Convoluta convoluta necesita los lípidos que producen.

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

Conversión de nutrientes no disponibles para el

organismo asociado en uno disponible.

Aportes de nutrientes, como en las micorrizas (asociación

hongo-raíz), o en nódulos fijadores de N2.

Generación de CO2 para la fotosíntesis, o la producción de

O2 para el simbionte por acción de la actividad

fotosintética.

MECANISMOS INVOLUCRADOS EN LAS RELACIONES

SIMBIÓTICAS

Nódulos de la bacteria Rhizobium leguminosarum en raíces de leguminosa.

Frankia sp. en raíz de Ceanothus sp.

1. La COMPETENCIA puede darse por:

◦ Nutrientes ◦ Espacio ◦ Luz

2. AMENSALISMO: una especie puede desaparecer ante la liberación de ciertas sustancias provenientes de otra población por ejemplo: 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).

1. Interacciones Microbianas: Negativas

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

- COMPETENCIA

La competencia es la interacción entre individuos de la misma especie (competencia intraespecífica) o de especies diferentes (competencia interespecífica) que utilizan el mismo recurso

- AmensalismoUna especie microbiana produce sustancias inhibidoras o tóxicas para especies muy próximas produciendo efecto microbiostático o microbiocida, como por ejemplo:

• Compuestos inorgánicos (H2O2 – NH4+) • Compuestos orgánicos (ácidos, alcoholes) • Inhibidores orgánicos altamente potentes

(metabolitos complejos), antibióticos, bactericinas, sulfas, toxinas .

Halos de inhibición del hongo Trichoderma contra Botrytis.

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

• Parásitos intracelulares: bacteriófagos, actinófagos

• Ectoparásitos: se localizan en la parte externa del hospedante,

pero es mas raro entre microorganismos.

Los hongos, por ejemplo, sufren el ataque de numerosos parásitos,

sobre todo de otros hongos que atacan diferentes estructuras como

clamidoesporas, esclerocios, oosporas.

- PARASITISMO

Es una interacción biológica entre dos organismos, en la que uno de los organismos (el parásito) consigue la mayor parte del beneficio de una relación estrecha con otro, el huésped u hospedador.

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

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.

En el suelo, las bacterias son las más expuestas a la

predación (por protozoos, hongos y algas).

- PREDACIÓN

Hongo predador de larvas de nematodos gastrointestinales de rumiantes

Trachelophyllum es un ciliados que poseen un

sofisticado mecanismo de defensa y ataque

(depredador). Presentan en determinadas partes de

su superficie unos cilios especializados, los tricocistos,

que se desprenden del cuerpo y están cargados de

toxinas. Son en realidad auténticos dardos

envenenados que pueden tener función defensiva o

ayudar a estos ciliados a la captura de sus presas.

Fuente: Atlas y Bartha,2000.

En un experimento hecho con Rhizobium y A. 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.

PREDACIÓN-EJEMPLOS

Paramecium aurelia, puede observarse su malla ciliada responsable del movimiento celular. Su alimentación está basada en bacterias y otros microorganismos.

Coleps hirtus un ciliado unicelular y depredador voraz, junto a un alga verde filamentosa Oedogonium, típica de acuarios y especialmente invasiva cuando existen niveles altos de nitratos en el agua.

Fuente: Atlas y Bartha,2000.