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

Introducció:

Els tipus de relacions que s'estableixen a la naturalesa entre microorganismes i altres grups d'éssers vius, o fins i tot entre diferents tipus de microorganismes, tenen molt a veure amb les diferents formes de nutrició que aquests poden presentar, de manera que el resultat de la relació o associació pot ser indiferent o innocu, beneficiós per una o per a ambdues parts, o perjudicial per una d'elles.

Així, en general, els microorganismes que són autòtrofs no han de causar perjudici a l'organisme amb el qual es relacionen, mentre que els de nutrició heteròtrofa poden establir relacions que van des de la simbiosi al parasitisme, passant per altres tipus de relacions intermèdies com el comensalisme, el saprofitisme i l’antibiosis. Tot i així, en aquest bloc només es tractaran aquelles en que ambdues espècies surten beneficiades, o bé cap d’elles en surt perjudicada. Es a dir, simbiosi i comensalisme.

La simbiosi és un tipus de mutualisme en el qual ambdós individus en surten beneficiats fins al punt en que no podrien viure separats. Els microorganismes participen en una gran quantitat de relacions simbionts, com per exemple la que s’estableix entre un fong i un alga microbiana (Liquen). Un altre exemple de simbiosis és la que es dona entre alguns protozous i algues unicel·lulars, com en el cas de l’Hatena arenícola, que explicarem més endavant.   

El comensalisme és molt comú en medis com el sòl, i sol donar-se en poblacions mixtes de microorganismes. En molts casos la relació que s’estableix te a veure amb la degradació o producció de molècules que permet o facilita el creixement a poblacions veïnes.

Exemples de Simbiosi: 

Líquens:

L'exemple més comú de simbiosi entre els microorganismes són els líquens: algues associades amb fongs.

En aquesta relació, les característiques autòtrofes de les algues proporcionen nutrients (principalment glucosa) al fong, mentre que el fong proporciona protecció a l'alga, a més de una major resistència a la dessecació i un increment de la capacitat d'absorció d'aigua degut a les característiques de les hifes del fong. 

Aquesta relació permet als dos individus viure en llocs on, per si sols, no podrien viure. Fins i tot en alguns casos la unió entre els dos individus els permet produir substàncies que no podrien generar sense la seva unió. Aquestes es coneixen com a substàncies liquèniques, i generalment proporcionen protecció contra la ingesta per part d'altres animals degut al caràcter àcid que presenten. 

Estructura de un liquen

Protozous i algues: Hatena arenícola

En aquest cas, l’associació es dona entre dos microorganismes marins: Hatena arenícola i Nephroselmis spp. 

Hatena amb el cloròfit

En aquesta associació, el protozou, en un moment de la seva vida introdueix en el seu organisme a un cloròfit, alternant la seva morfologia i la del cloròfit i adaptant-la a la nova vida que els espera. Durant el procés, el plast del cloròfit s’eixampla, mentre que la resta de orgànuls i sistemes membranosos són degradats. Durant la divisió binaria de Hatena, només un dels descendents rebrà al cloròfit, mentre que l’altre viurà una etapa prèvia de depredador fins que adopti a un cloròfit com a simbiont, tal i com s’observa a la imatge.

Hatena en divisió: nomès un dels descendents obtè el simbiont

D’aquesta simbiosis, el protozou obté una font d’energia il·limitada, com és la fotosíntesis, mentre que el cloròfit rep la mobilitat i la protecció proporcionada per el cos i el flagel del protozou.  

Exemples de comensalisme:

Hi ha diversos tipus de relacions de comensalisme segons el tipus de molècula que intervé. D’aquesta manera, es poden trobar relacions com: les modificacions de substrat, on una població converteix un substrat no disponible per una espècie en un altre que pot ser assimilat com a nutrient; les alliberacions de substàncies biòtiques, en les quals alguns microorganismes alliberen factors de creixement que són utilitzats per altres microorganismes més exigents, o les degradacions de factors inhibidors, en les quals un microorganisme degrada una substància que inhibeix el creixement de una altre espècie, permetent així el seu creixement.

Modificacions de substrat:

Un exemple conegut de comensalisme de substrat és el dels bacteris que intervenen en la fixació del nitrogen atmosfèric, convertint-se en tota una cadena, en la que cada individu subsegüent a la cadena aprofita el compost generat per l’anterior.

D’aquesta manera, el nitrogen atmosfèric és fixat per membres del gènere Azospirillum, i transformat en amoni, aquest amoni es transformat en nitrit per microorganismes del gènere Nitrosomonas o Nitrosococcus, i finalment aquest nitrit seria transformat en nitrat per organismes del gènere Nitrobacter, establint així una cadena de relacions de comensalisme per modificació de substrat.

Cicle del Nitrogen

Alliberacions de substàncies biòtiques:  

Un bon exemple d’aquest tipus és el que es dona entre individus auxotròfics complementaris. En aquests casos, un individu pot produir una vitamina concreta necessària per a un altre, mentre aquest altre produeix una altre substància essencial per a l’anterior. Un exemple podria ser l’establert entre una colònia de Streptococcus faecalis (fenalanina ⁺, ac fòlic^-) i una altre de Lactobacillus arabinosus (fenalanina^-, ac fòlic ⁺⁾. En aquest cas, la colònia d’Streptoccocus produeis la fenalanina per la colònia de Lactobacillus, i aquesta produeix l’ac fòlic per a l’anterior, permitint un creixement mutu.

Degradacions de factors inhibidors:

Aquest tipus de relació pot establir-se entre una gran quantitat de espècies, i depèn generalment de la situació. Són generalment de caràcter casual.

Un bon exemple és el de microorganismes capaços de fabricar un enzim anomenat “Betalactamasa”, capaç dedegradar les penicilnes produïdes per fongs del gènere Penicillium.

Aquesta producció de Betalactamasa pot trobar-se en mutants, com per exemple en mutants de E. Coli. Si un organisme capaç de produir aquest enzim es situa en un ambient de proliferació de un Penicillium, aquest és capaç de degradar les penicil·lines, i així permetre el creixement de microorganismes que d’altre forma no podrien.

Conclusions:

Tal i com es pot observar, les relacions positives establertes entre microorganismes incrementen la biodiversitat de moltes zones (com en el cas dels liquens, que poden viure en zones on separats els hi és impossible) o poden generar vertaderes xarxes que fomenten i permeten la vida de molts altres organismes, com en el cas de la fixació del nitrogen, on moltes espècies de organismes permeten que un nutrient tan essencial com el nitrogen formi part de les nostres biomolècules. Així doncs, les relacions entre microorganismes no només els poden beneficiar a ells, sinó a tota una xarxa tròfica sencera.  

Bibliografía:

• Brock Biology of Microorganisms. 9th edition. 2000.
• http://es.wikipedia.org/wiki/
• http://www.plantasyhongos.es/hongos/liquenes_sustancias_liquenicas.htm
• http://www.fagro.edu.uy/~microbiologia/docencia/materiales%20teoricos/2011/Interacciones%20microbianas%202011.pdf
• http://faciasweb.uncoma.edu.ar/academica/materias/microbiologia_ambiental/interacciones_microbianas.pdf
• Imatges: Google.es

Autors: 

Sergio Herrera i Rafael Asier Gómez.