Microorganismes que col·laboren entre ells: relacions ecològiques basades en metabolismes complementaris.
Els bacteris i arqueus tenen una capacitat
d'adaptació al medi molt gran gràcies a la seva variabilitat genètica. És a
dir, un mateix bacteri pot dur a terme diverses 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 supleixin la manca de metabòlits, el qual ha de viure en el
mateix micro ambient. Dins una comunitat microbiana3 trobem diferents estratègies
per sobreviure. Les relacions beneficien alguna o més espècies. Ens centrarem
amb simbiosis o mutualisme, sintrofisme,
comensalisme i sinergisme o protocooperacions.
Comencem amb el mutualisme o simbiosis6 és la relació que s'estableix entre
dos organismes on els dos en surten beneficiats. És una relació obligada i
específica, ja que un dels participants no es pot substituir per cap altra
espècie. Permet als participants ocupar hàbitats que per separat no podrien.
Els simbionts, així és com s'anomenen els participants, intercanvien productes
dels seus respectius metabolismes. Els dos simbionts actuen com un sol individu
i tenen un metabolisme i una tolerància fisiològica diferents de quan es troben
individualment. També poden adequar el medi entre els dos, fent-lo apte de
manera molt específica. En molt pocs casos, un simbiont podria ser substituït
per un altre.
El comensalisme, és una relació on una
de les espècies s'aprofita de la primera sense perjudicar-la ni beneficiar-la.
A vegades la interacció metabòlica no és directa. El terme de comensalisme
agrupa un gran conjunt de relacions entre molts tipus d'individus, el qual
permet que es puguin subclassifcar en tres grans tipus de comensalismes
els quals s'expliquen a continuació:
La foresis4 es crea essencialment de forma
accidental (una espècie no depèn exclusivament de l'altra). Consisteix en el
transport d'un organisme (el paràsit) més petit per un altre de més gran (l'hoste). És doncs una
associació mecànica i unilateral.
L'inquilinisme és una associació entre membres de
dues espècies diferents en les quals l'espècie que fa d'inquilí viu sobre, dins
o sota l'espècie que fa d'hoste obtenint així beneficis com protecció, obtenció
d'aliments, etc.
La metabiosis5 és una dependència indirecta on un
organisme crea o prepara (productes secundaris del seu metabolisme, excrements, etc.) un
ambient agradable/favorable per a un segon tipus d'organisme que se
n'aprofitarà per poder-hi viure o utilitzar-los de forma beneficiosa.
Sovint trobem relacions entre
organismes que actuen per un comensalisme de coagregació1. La coagregació intragénica entre dues espècies és un dels
factors importants en la formació inicial de colònies cooperatives amb un
metabolisme diferenciat durant el procés de colonització de la superfície
terrestre. La coagregació és una relació que es dóna sempre "in vivo" i que aquest
és el primer pas en l'establiment de comunitats multiespècie.
Streptococcus mutans i Veillonella dispar2 (veure figura 1) es troben a la placa
dental són un exemple de comensalisme. L'àcid làctic produït per S. mutants a
partir de la fermentació de sucres és utilitzat per la V. dispar com a font de carboni, degradant-lo
fins a obtenir hidrogen, diòxid de carboni i àcids febles. Veillonella dispar també permet que el pH es mantingui, ja que en degradar l'àcid làctic augmenta el pH
del medi.
 |
Figura 1. Microfotografies
d'immunofluorescència. (A) Cèl·lules de Veillonella dispair. (B)
Cèl·lules d'Streptococcus mutans. (C)
Sobreposició de les imatges A i B on s'observa la juxtaposició de les soques de Veillonella d. i de Streptococcus m. Es pot visualitzar com les soques
de Veillonella d. creixen exclusivament allà on hi
havia posteriorment soques de Streptococcus m.2
|
Descrivim el sintrofisme6 com la relació entre dues o més
espècies que necessiten el mateix producte d'una ruta metabòlica i que soles no
poden metabolitzar. Entendrem doncs el sintrofisme com una població 1 que metabolitza el
compost A formant el compost B i aquest segon no els pot fer servir; una
població 2 no pot utilitzar el compost A però si metabolitzar el B fins a un
compost C. Les dues poblacions poden utilitzar el compost C per obtenir
l'energia que necessiten. Per separat no poden obtenir C. En aquest tipus
de relació es troben la fermentació i la metanogènesis10. Algunes vegades una població pot subministrar factors de
creixement.
Un exemple es troba amb la interacció entre
Escherichia coli i Enterococcus faecalis. Cap de
les dues espècies és capaç de sintetitzar putrescina a través de l'arginina.
Així doncs, E. faecalis és capaç de convertir l'arginina a
ornitina que serà utilitzada per E. coli per sintetitzar la putrescina.
D'aquesta manera els dos poden utilitzar la putrescina que per si sols són
incapaços de sintetitzar (veure figura 2).
 |
| Figura 2. Relació de sintrofisme entre Enterococcus faecalis i Escherichia coli. Ruta metabòlica
que comparteixen per poder transformar l'arginina en putrescina.6 |
En una relació de sinergisme6 les dues espècies es beneficien, però
l'associació no es obligatòria. La relació ofereix avantatges
davant l'ambient en el qual es
troben. És dèbil perquè els participants es poden substituir. Algunes relacions
de sinergisme permeten que la taxa de creixement d'una de les espècies participants
augmenti. D'altres permeten que un dels participants sintetitzi
un enzim que sol no podria fer. Entenem el sinergisme com una població 1 que
metabolitza el compost A i
el transforma a un compost B, no fa servir B; i una
població 2 que utilitza el compost B i el transforma a A. És un cicle
tancat.
Els arqueus metanogènics estant en relació de sinergisme amb microorganismes.
Un exemple de sinergisme el trobem amb dos
bacteris que viuen dins el cuc marí Olavius algarvensis (oligoquet). Els bacteris són el SOX9 (Sulfide Oxidation,
oxidació del sofre) i
el SRB9 (Sulfate Reducing Bacterium,
oxidació de l'hidrogen). Ambdós produeixen biomassa per alimentar al
cuc, utilitzen fonts d'energia diferents, però es necessiten entre elles per
poder sintetitzar l'energia necessària per a l'animal hoste.S
OX8-9 capta O2 i CO2 de l'ambient òxid i H2S de l'ambient anòxic, degrada l'H2S i genera un dèficit d'aquest compost. SRB redueix el sulfat a H2S que serà metabolitzat per la SOX, i es tanca el
cicle (veure figura 3). |
Figura 3. Secció transversal del cuc on observem les reaccions simbiòtiques de l
és dues bactèries. SOX (verd) i SRB (vermell).8 |
Article realitzat per : Jaume Antequera, Aleix Benavent, Margot Bosch, Oscar Carbonell, Anna Domènech i Laura Garriga
BIBLIOGRAFIA
1.-Koning J.W. (2010) Interactions Between Streptococcus mutans and Veillonella dispar. Recuperat el 13 de març des de: http://discovery.ucl.ac.uk/1344047/1/Koning%20PhD%20Thesis.pdf
2.-Chalmers N., Palmer R.J, et al. (2008) Characterization of a Streptococcus sp.-Veillonellasp. Community Micromanipulated from Dental Plaque. Recuperat el 13 de març des de: http://jb.asm.org/content/190/24/8145.full
3.-Portillo A. (2014) Interacciones entre poblaciones microbianas. Recuperat el 13 de març des de: https://prezi.com/olqpplk7jeh-/interacciones-entre-poblaciones-microbianas/
4.-López Eyzaguirre N. (2001) Asociaciones biológicas. Recuperat el 23 d’abril des de:
5.-Ortega Saborido A. (2015) Comensalism Relationships. Recuperat el 23 d’abril des de:
6.-Atlas, R., i Bartha, R. (2008). Ecología microbiana y microbiologia ambiental. (4a edició). Madrid: Pearson educación S.A.
7.-Bartin, L., i Northup, D. (2011) Microbial ecology (1a edició). New Jersey: Wiley-Blackwell
8.-Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. (2001). Discovery of unique symbiosis between bacteria and a marine worm. Recuperat de http://www.mpi-bremen.de/en/Discovery_of_a_unique_symbiosis_between_bacteria_and_a_marine_worm.html
9.-Real Science Communication, Mediomix. (juny 2012). No guts, no glory-the metabolism of symbiotic bacteria inside a worm [Vídeo]. Recuperat de https://www.youtube.com/watch?v=muOS9QHBvIg
10.-Van Leeuwenhoek A. (2002) Synergistic interactions in the microbial world. Recuperat el 12 de març des de:
Avaluable:
ResponEliminaFins a quin punt els simbionts que intercanvien productes metabòlics es comporten com un sol organisme? És a dir, posant l’exemple de dues espècies de bacteris que adeqüen el medi fent-lo òptim per a les dues espècies sense arribar a comportar-se com un sol individu també es considera simbiosis?
Hola Adrià
EliminaLa relació entre els dos organismes està condicionada molt a partir de les condicions d'on visquin. Hi ha hagut casos de relacions que amb el pas del temps s'han fet indispensables i ja no pot aparèixer un organisme si no hi apareix l'altre. Aquest fet acostuma a passar en les situacions que l'ambient és molt advers per aquells microorganismes i es necessiten mútuament (almenys un d'ells) per aconseguir la font d'algun element. Tot i que hi ha altres casos que no és necessària la presencia per permetre la vida tot i que si estan presents els dos, el creixement és més "fàcil" a causa de la facilitat per obtenir el recurs en qüestió. Un exemple serien els bacteris fixadors de nitrogen de les plates lleguminoses. Si no es troben enganxades a les arrels i poden agafar els nutrients de la planta no poden viure.
Hi hauria un nivell encara més extrem que és quan hi ha intercanvi genètic entre els dos organismes fusionant-los entre ells i donant lloc a un sol individu.
Esperem haver resolt el teu dubte
L'autor ha eliminat aquest comentari.
ResponEliminaPREGUNTA AVALUABLE
ResponEliminaEn el cas de la relació de simbiosi, heu explicat que el benefici que obtenen els simbionts és gràcies a l'intercanvi de productes dels seus respectius metabolismes i el canvi fisiològic que es produeix. La meva pregunta és: aquest fet succeeix exclusivament a causa d'aquest intercanvi de metabòlits, o hi ha més factors implicats?. En el cas de la simbiosi entre una alga i un fong, quins són els productes que intercanvien per originar després un líquen?
Júlia Plaja Canyet
Hola Júlia,
Eliminael benefici en aquests casos prové del fet que els dos organismes es complementen. Cada organisme és capaç d'alliberar alguna substància que l'altre en pot fer us. En organismes de dimensions superiors sí que hi ha algunes relacions on no es comparteixen metabòlits sinó que el benefici pot ser degut al fet que obté un lloc on fixar-se o algun altre benefici més "físic".
En el cas dels líquens que ens has comentat, l'alga amb la fotosíntesis "aporta" hidrats de C per al fong. Aquest a l'alga la protegeix de la dessecació i incrementa la seva capacitat d'absorció
Esperem haver resolt els teus dubtes
L'autor ha eliminat aquest comentari.
ResponEliminaPREGUNA AVALUABLE:
ResponEliminaAquest blog està basad en metabolismes complementaris, doncs la meva pregunta és: la foresis aporta beneficis als dos organismes? És a dir, es parla molt dels beneficis que s'aoren els dos organismes en les altres relacions, en aquesta hi ha benefici dels dos?
Gerard Godoy Tena
Hola Gerard
EliminaLes relacions entre diferents tipus d'organismes sovint solen comportar un benefici mutu (com per exemple en les relacions de metabolismes complementaris en els quals ens centrem en aquest blog, com ara el sinergisme o el sintrofisme) o bé un benefici per a un dels individus però un perjudici per a l'altre (relacions del tipus parasitisme). Tot i així, hi ha relacions en les quals un dels individus rep un benefici però l'altre individu (sovint anomenat "hoste" o "amfitrió") no en nota l'efecte. Aquest seria l'explicació d'una relació de comensalisme (dels quals la foresis n'és una subclassificació).
Un exemple de foresis a nivell d'organismes "de gran escala" (macroscòpics) seria per exemple el del peix rèmora i el tauró: la rèmora és un peix que generalment viu adherit al cos d'un peix de major mida (com ara els taurons); tot i que és capaç de caçar peixos i de nadar per voluntat pròpia aquests senten predilecció en nadar adherits al cos dels seus amfitrions, alimentant-se de restes d'aliment que queden en la pell d'aquests. Així, el peix rèmora obté transport sense gest d'energia, protecció i disponibilitat d'aliment mentre que l'amfitrió (el tauró) no n'obté cap benefici ni perjudici.
Esperem haver resolt el teu dubte
PREGUNA AVALUABLE:
ResponEliminaAquest blog està basad en metabolismes complementaris, doncs la meva pregunta és: la foresis aporta beneficis als dos organismes? És a dir, es parla molt dels beneficis que s'aoren els dos organismes en les altres relacions, en aquesta hi ha benefici dels dos?
Gerard Godoy Tena