Microorganismes que col·laboren entre ells: relacions ecològiques basades en metabolismes complementaris

Els microorganismes són organismes unicel·lulars de mida petita, de 1 mm o menys. La majoria són procariotes, ja que no tenen nucli diferenciat, però també en trobem dins el regne de les eucariotes.

Els bacteris són organismes unicel·lulars procariotes, amb l’ADN lliure dins el citoplasma, i amb un genoma de mida petita. Sovint tenen l’ADN circular i presenten molta facilitat d’intercanvi de l’ADN amb el medi i amb altres bacteris, la qual cosa els fa tenir molta variabilitat genètica.

Degut a aquesta variabilitat genètica, els bacteris i arqueus tenen una capacitat d’adaptació al medi molt gran, és a dir que un mateix bacteri pot dur a terme vàries vies metabòliques, segons les condicions del medi.

Es donen casos però, en els que un bacteri no pot metabolitzar completament una substància i necessita l’ajuda d’altres organismes que li solventin la manca de metabòlits, el qual ha de viure en el mateix microambient.

Dins una comunitat microbiana trobem diferents estratègies per sobreviure. Les relacions que s’estableixen generen una cooperativitat que beneficien alguna o més espècies. De les relacions que s’estableixen, ens centrarem amb sinergisme / protocooperacions, simbiosis / mutualisme, sintrofisme i comensalisme.

El comensalisme, on una de les espècies s’aprofita de la primera sense perjudicar-la ni beneficiar-la.

Streptococcus mutans i Veillonella dispar són dues espècies de microorganismes que es troben juntes a la placa dental.

Les dues espècies interactuen de tal manera que formen un sistema metabòlic cooperatiu, en el que un producte de degradació metabòlic (un residu), l’àcid làctic, produït per S. mutants a partir de la fermentacio de sucres és utilitzat per la V. dispar com a font de carboni.

Un factor important a matitzar de la relació entre les dues espècies és que aquestes colònies inicials actuen per un comensalisme de coagregació, el qual significa que hi ha un reconeixement cèl·lula - cèl·lula entre bacteris de genética diferent (de diferents espècies).

La coagregació és una relació que es dóna sempre “in vivo” i que aquest és el primer pas en l’establiment de comunitats multi-espècie.

En una relació de sinergisme les dues espècies es beneficien, però l’associació no es obligatòria. La relació ofereix avantatges davant l’ambient al que es troben. És difícil de distingir entre el commensalisme.

Descrivim sintrofisme com la relació entre dues espècies que necessiten el mateix donador d’electrons i que sols no poden metabolitzar o bé una espècie degrada els productes finals del metabolisme d’una primera. En aquest tipus de relació es troben la fermentació i la metanogènesis. Les espècies es proporcionen nutrients i s’ajuden a realitzar rutes que per separat no podrien realitzar.

A través d’aquestes relacions de metabolismes combinats trobem per exemple que una comunitat microbial sigui capaç de sobreviure en medis amb recursos i energia mínims.

Aquestes interaccions beneficials entre microorganismes poden estar fins i tot involucrades en l’intercanvi de components orgànics, sulfurosos i nitrogenosos o fins i tot l’eliminació de components tòxics.

En general podem separar els participants en la relació en dos grups amb tasques diferents:

· Els degredadors primàris sintròfics (responsables de la transformació de llargs compostos químics a petits productes metabòlics).

· Els consumidors (responsables de l’eficiència per l’utilització de productes residus).

Podem trobar exemples de diversos medis en comunitats microbials relacionades en la degradacio de molecules complexes per sintrofisme (com ara aminoàcids) o exemples de comunitats formades per organismes que depénen metabòlicament uns de altres (sulfur-sintrófia per exemple)

Un exemple de relació sintròfica és entre metanògens i anaeròbis.

Els arqueu metanògens son microorganismes procariotes que viuen en medis estrictament anaeròbics i que obtenen l’energia a partir de la formació de metà (CH4). Són doncs uns elements essencials en l’ecologia ja que intervenen en el procés de degradació de la matèria orgànica. Fermenten el CO2 convertint-lo a metà amb l’ajuda del H2. La via metabòlica que converteix en CH4 el CO2 no utilitza la via ribulosa difosfat (comuna en altres organismes quimiolitotròfics) sinó que es fa a partir d’acetil-CoA sintetasa. L’acetat es processat a traves del cicle de l’àcid tricarboxílic invers i es produeix piruvat i triosa.

L’acetogènesis és una ruta metabòlica que redueix el CO2 amb el H2 a acetat enlloc de metà com en el cas de la metanogènesi. És una ruta anaeròbia que també pot fermentar el CO.

El cuc marí Olavius algarvensis  ( oligoquet ) viu entre dos ambients, un anòxid i una altre d’òxid. Al trobar-se en un ecosistema pobre en nutrients sobreviu gràcies a quiuen dues bactèries simbionts que gràcies a elles l’animal pot sobreviure i formar, així, part de la xarxa tròfica dels organismes que viuen en el bentos marí.

Les bactèries responsables són, la SOX ( Sulfide Oxidation, oxidació del sofre ) i l’altra SRB ( Sulfate Reducing Bacterium, oxidació de l’hidrogen ). Ambdues produeixen biomassa per alimentar al cuc, utilitzen fonts d’energia diferents, però es necessiten entre elles per poder sintetitzar l’energia necessària per a que l’animal hoste sobrevisqui.

Pel que fa la bactèria SOX, capta O2 i CO2 de l’ambient òxid i H2S de l‘ambient anòxid. Al degradar l’H2S, genera un dèficit d’aquest compost. Per tal de mantenir equilibrada la concentració d’aquest, és on entra en acció l’altre bactèria. La SRB capta H2, matèria orgànica i sulfat, desprès per la SOX, per així obtenir biomassa i sulfat reduït a àcid sulfhídric que serà metabolitzat per la SOX.

Ambdues també capten CO de la matèria orgànica en descomposició de les espècies algals del bentos com última font vital per a la producció de biomassa.

Oscar Carbonell, Margot Bosch, Anna Domènech, Laura Garriga, Jaume Anguera i Aleix Benavent.