Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco

Viaje a dedo microbiano.

Todos probablemente hemos experimentado esto antes: el agradable olor afuera luego de una suave lluvia de verano. Este olor llamado petricor está compuesto principalmente del por el químico geosmina, producido por bacterias del género Streptomyces. Estos estreptomicetos no solo conocidos por la producción de este compuesto: ellos son probablemente mas famosos por la producción de la mayoría de los antibióticos usados en los hospitales hoy en día.

En el suelo, su hábitat natural, los estreptomicetos pueden ayudar a mejorar la salud de las plantas hospedadoras y su productividad, y proveer soluciones sustentables para los rendimientos los cultivos. Ellos crecen como hongos filamentosos, dado que producen hifas que forman una red micelial y esporas (lee mas acerca de el crecimiento de hifas de hongos aquí). Los estreptomicetos no son móviles y pueden distribuir sus esporas a lo largo de largas distancias a través del viento o adheridas a insectos y nemátodos. De todas formas, hasta ahora aún no estaba claro como se relocalizaban a si mismos a través de distancias cortas (unos pocos centímetros) para llegar a su microambiente favorito, como son los sistemas de raíces de plantas.

Ciclo de vida de Streptomyces. Creado con Biorender.

Recientemente, un estudio del grupo de Ariane Briegel estudió como las esporas de Streptomyces podían ser transportadas a lo largo de distancias tan cortas. Usaron microscopía, ensayos de motilidad, y genética para demostrar que las esporas se suben a bacterias móviles que habitan el suelo y, ¡las usan como un taxi! Mas específicamente, estudiaron como Bacillus subtilis (Bs) transporta esporas de Streptomyces coelicolor (Sc) por adhesión directa al flagelo.

Ellos realizaron varios experimentos de motilidad, donde pusieron una o ambas bacterias en una placa y observaron sus patrones de crecimiento. Ellos notaron que las esporas de Sc solo se movían en combinación con el crecimiento de Bs, y que se movían en la misma dirección que Bs crecía. Observa A y B en la figura debajo para ver fotos. Una interesante tercera observación fue que Bs mueve las esporas más cerca del tejido de las plantas (figura debajo, C), y no en un patrón azaroso alrededor de la placa como se muestra en A.

A) Izquierda: las esporas de Sc (puntos blancos) se movieron desde el medio con la ayuda de la motilidad de Bs. Medio: Sc sin Bs, por lo que no se ve ningún movimiento hacia afuera. Derecha: crecimiento de Bs sin Sc. B) Las colonias Sc parecen moverse en la dirección del crecimiento de Bs (asterisco = punto de inoculación de Bs). C) Izquierda: las esporas de Sc se movieron desde el medio con la ayuda de la motilidad de Bs para formar colonias preferiblemente al lado de las raíces de las plantas. Medio: Sc estando solas no forman colonias cerca de las raíces de las plantas. Derecha: Solo crecimiento de Bs. Figura tomada del artículo original.

Bs tiene dos modelos en los cuales puede transportarse a su mismo usando sus flagelos: ellas nadan en ambientes líquidos y se mueven en enjambres (en inglés “swarming”) en superficies sólidas. Los investigadores mostraron que las esporas de SC son solamente transportadas cuando Bs estaba swarming y no eran transportadas cuando Bs estaba nadando. Además, Bs se puede mover por ‘deslizamiento’ sobre superficies. Ellos usaron Bs inmovilizadas (con flagelos pero que no pueden moverlos) en comparación con Bs que no tenía flagelos, para mostrar que la dispersión de esporas estaba facilitada por el movimiento de deslizamiento de las bacterias en la presencia de flagelos.

Las esporas pueden ser movilizadas por las Bs que hacen *swarming* (WT) de tipo salvaje y por Bs que “se deslizan” (ΔmotAB) con flagelos, pero no por Bs (LC) “que nadan” o por Bs que no tienen flagelos (Δhag). Figura adaptada del artículo original.

Con microscopía electrónica y de fluorescencia los autores confirmaron que hay de hecho una interacción entre el flagelo y las esporas, y no entre la célula de Bs misma y las esporas de Sc.

A: Esporas teñidas (en inglés, *spores*) son encontradas al final de las bacterias, donde normalmente se localiza el flagelo. B: Las esporas no están directamente adheridas a la bacteria. C: Los flagelos (en inglés, *flagella*) están en el mismo lugar que las esporas de Sc. D: flagelos teñidos y cortados interactúan directamente con las esporas. Figura tomada del artículo original.

No solo las esporas de Streptomyces coelicolor usan bacterias como taxi para viajar a nuevos lugares: los investigadores estudiaron a varios otros esptretomicetos y vieron que sus esporas podían también ser movidas por un taxi bacteriano. Pero, ¿Cómo exactamente se toman este flagelo-transporte?

La mayoría de las esporas de Streptomyces tienen una gruesa capa de proteínas hecha de proteínas tipo “rodlet”. Interesantemente, una de las otras cepas de estreptomicetos que testearon, Streptomyces avermitilis, no tiene estas proteínas superficiales y no pudieron moverse tan lejos como las otras esporas de los estreptomicetos. Para confirmas que esta capa de “rodlets” era necesaria para viajar a dedo, testearon una mutante de Sc que tampoco tenia esta capa de “rodlets”. Y bingo, ya no era capaz de viajar a dedo. Por lo tanto, estas proteínas “rodlet” parecen ser vitales para la adhesión de las esporas a los flagelos.

C) Imagen de microscopía electrónica de barrido de esporas de Sc con capa de “rodlets”. D y E) Imágenes de microscopía crio-electrónica, que muestran la interacción de los flagelos con la capa de “rodlets”. F) reconstrucción de E con verde = espora, amarillo = flagelos, púrpura = capa de “rodlets”. Imagen adaptada del artículo original.

Bs no solo actúa como un taxi para las esporas: los autores también demostraron que otras bacterias con flagelo que viven en el suelo pueden transportar esporas, como Pseudomonas fluorescens. Entonces, viajar a dedo es un mecanismo generalizado que permite que las esporas de Streptomyces se dispersen a una escala de centímetros. Se sabe que las bacterias móviles utilizadas por Sc se asocian con las raíces de las plantas, por lo que el mecanismo de viajar a dedo podría proporcionar una ruta de transporte a un entorno beneficioso. ¿Por qué las raíces de las plantas son beneficiosas para las bacterias? Generalmente, el área alrededor de las raíces de las plantas es rica en exudados de las raíces de las plantas y las bacterias pueden usar estos metabolitos para su crecimiento. A cambio, las bacterias, y en particular Streptomyces, producen antibióticos que pueden proteger a la planta de posibles fitopatógenos.

Este descubrimiento podría tener implicaciones para las iniciativas industriales que tienen como objetivo mejorar las condiciones del suelo para la colonización de raíces de Streptomyces. Además, la información sobre el viaje a dedo de esporas podría aclarar los mecanismos de infección desconocidos por otros organismos formadores de esporas, como el patógeno humano Aspergillus fumigatus o el patógeno vegetal Aspergillus niger, que se sabe que también interactúan con bacterias móviles.

Enlace al artículo original: Muok, A.R., Claessen, D. & Briegel, A. Microbial hitchhiking: how Streptomyces spores are transported by motile soil bacteria. ISME J (2021).

Imagen mostrada: Figura del articulo original bajo licencia común creativa https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Traducido por: Santiago Chaillou