Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Noticias positivas sobre la vida social de las bacterias
Las bacterias son organismos sociales e interactúan con otros organismos en su vecindad. Pueden tener un efecto positivo al producir compuestos que otras bacterias pueden usar, o incluso servir como protección contra intrusos o contra un entorno hostil. Pero las bacterias también pueden estar en guerra entre sí, por ejemplo, cuando compiten por los alimentos o cuando producen compuestos que son dañinos. En cualquier caso, el tipo de interacción no lo determina una sola parte, porque ambas especies determinan el resultado. En otras palabras: las dos interacciones unidireccionales determinan el resultado de la interacción bidireccional.
Esto significa que existen muchos tipos de interacciones, ya que una especie puede tener 1) ningún efecto, 2) un efecto positivo o 3) un efecto negativo en la otra especie. En la siguiente figura se ofrece una descripción general de las posibilidades.
Estudios previos encuentran que la cooperación no es muy común. Aquí, los autores afirman que la competencia es la regla en los microbios, ya que encontraron interacciones positivas en menos del 10% de todas las interacciones. Pero este estudio podría estar sesgado: probaron solo una condición ambiental. Sin embargo, los modelos metabólicos y los estudios preliminares muestran que pueden ocurrir interacciones positivas según las condiciones ambientales (el tipo y la cantidad de nutrientes disponibles).
Pero, ¿por qué queremos profundizar tanto en la vida social de las bacterias? ¿Y por qué estamos específicamente interesados en las interacciones positivas? Al recopilar toda esta información, tenemos una mejor idea de qué factores son necesarios para cambiar una comunidad microbiana. En última instancia, queremos poder diseñar comunidades que puedan impulsar o restaurar ecosistemas desequilibrados, lo que ayudará con la conservación del medio ambiente, la salud de los cultivos y la salud humana.
Entonces, ¿cuál es la prevalencia de las interacciones positivas y por qué ocurren? En este artículo publicado en Science Advances, Jared Kehe y sus colegas utilizaron una plataforma de detección de alto rendimiento llamada kChip y observaron las interacciones de más de 150 000 cocultivos bidireccionales. Utilizaron 20 cepas bacterianas diferentes que se originaron en el suelo y probaron 40 entornos diferentes (diferentes fuentes de carbono en diferentes concentraciones). Una descripción más detallada de este método se da en la siguiente figura.
Curiosamente, encontraron efectos positivos en más del 40% de los casos, siendo el parasitismo la interacción “positiva” más reportada (22%). ¿Cómo puede ser positivo el parasitismo? Positivo aquí significa que una bacteria tiene una mayor tasa de crecimiento cuando crece junto con otra bacteria. Solo el 5% de las interacciones fueron mutualistas, donde ambas cepas parecían beneficiarse de la presencia de la otra. También hubo una gran proporción de interacciones que no mostraron un efecto positivo o neutral (53%). Consulte la figura a continuación para una descripción detallada.
Los investigadores notaron que las mismas dos especies se comportaban de manera diferente en diferentes ambientes. Entonces, en un entorno, podrían tener una relación mutualista, mientras que en el otro podría ser parasitismo. Esto hace bastante difícil predecir qué tipo de interacción pueden tener dos bacterias en un entorno determinado.
Entonces, ¿Se podría encontrar algún elemento predictivo que ayude a estimar qué tipo de interacción podría tener lugar? ¡Sí! Aparentemente, se encontraron interacciones más positivas en cepas que eran taxonómicamente diferentes (más alejadas entre sí en el árbol genealógico). Además, las cepas a las que les gustaba crecer en diferentes fuentes de carbono tenían más probabilidades de mostrar interacciones positivas. Curiosamente, las interacciones también dependen de qué tan bien crecían las bacterias en una determinada fuente de carbono: había más interacciones negativas (competencia) si una de las bacterias crecía rápidamente en una determinada fuente de carbono. Esto explica cómo puede cambiar la variabilidad de la interacción entre los mismos pares en diferentes fuentes de carbono.
Otra observación interesante de los investigadores fue que algunas bacterias no podían crecer por sí mismas en una determinada fuente de carbono, pero cuando se introducía otra bacteria (que podía crecer en esa fuente de carbono), facilitaba el crecimiento de las no cultivadoras hasta en un 85% de los casos. Por lo general, se podría encontrar al menos un socio de cocultivo para apoyar el crecimiento de las cepas que de otro modo no crecerían en casi cualquier fuente de carbono, lo que podría explicar cómo se puede apoyar la biodiversidad cuando hay pocas fuentes de carbono disponibles.
Los autores formularon algunos mecanismos que pueden explicar la prevalencia de interacciones positivas:
- Las cepas asistidas pueden crecer en los componentes que se acumulan de otras células muertas (consulte nuestro artículo sobre el canibalismo bacteriano). Sin embargo, no es probable que esto ocurra en la escala de tiempo de los experimentos realizados en el artículo (24-72 horas)
- Las cepas bacterianas con una influencia positiva sobre otras cepas podrían secretar enzimas que degradan la fuente de carbono, lo que aumenta la disponibilidad general de carbono
- Las cepas pueden secretar metabolitos utilizados por otras cepas, mejorando su crecimiento
Tenga en cuenta: este es un experimento de laboratorio, que no representa la diversidad bacteriana o la complejidad ambiental que encontramos en el mundo real. Pero da un pequeño vistazo a un mundo que de otro modo sería invisible, y eventualmente podría conducir a diseñar y controlar de manera eficiente comunidades microbianas beneficiosas.
Enlace a la publicación original: Jared Kehe, Anthony Oritz, Anthony Kulesa, Jeff Gore, Paul C. Blainey, Jonathan Friedman, Positive interactions are common along culturable bacteria, Science Advances, Noviembre de 2021
Imagen destacada: Hecho con Biorender
Traducido por: Julián E. Prieto-Vivas
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