Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Geometría vs Bacterias y Hongos…¿Quién ganará?
La microbiología del suelo es una parte emocionante de la ciencia y la microbiología ambiental. Los investigadores de esta área estudian principalmente los microorganismos que viven en el suelo y cómo estos afectan el crecimiento de las plantas y la composición del suelo en general. Además, los microbios tienen funciones vitales en muchos ciclos biogeoquímicos, y cualquier perturbación en su ecosistema puede acelerar o retrasar dichos ciclos. Las vías microbianas, así como la generación y el reciclaje de nutrientes, van de la mano con el crecimiento de las plantas y, por lo tanto, los científicos están ansiosos por estudiar las complejas relaciones entre los microbios y las plantas en el suelo. Esto puede ser importante para el desarrollo de nuevas prácticas agrícolas, que ofrecerán un enfoque más sostenible y más ecológico.
Tan simple como suena, uno de los factores que complican la vida de los microbios es la distribución desigual de nutrientes en el suelo. Los microorganismos tienen que buscarlos utilizando la percepción cuórum y/o utilizando sus habilidades de motilidad (si las tienen) hasta que chocan físicamente con un grupo de nutrientes. Algunos investigadores plantean la hipótesis de que ciertos bloqueos naturales, como giros, ángulos agudos u objetos animados e inanimados, pueden impedir que el microorganismo acceda a moléculas simples pero altamente nutritivas.
Para comprender cómo los microorganismos superan estos obstáculos, Arellano-Caicedo y sus colegas organizaron un experimento en el que construyeron una microestructura artificial y la inocularon con la bacteria Pseudomonas putida y el hongo Coprinopsis cinerea. La microestructura tenía una forma elaborada con muchos canales largos que diferían en longitud, anchura y ángulos de giro. Además de monitorear la progresión del crecimiento de estos microorganismos, los investigadores también estaban interesados en observar las interacciones que ocurrían entre dos especies en una estructura pequeña y contenida. Por lo tanto, el experimento constaba de tres partes: 1) examinar únicamente el crecimiento de la bacteria; 2) examinar únicamente el crecimiento del hongo; 3) examinar el crecimiento de la bacteria y el hongo juntos. Lo que también es interesante de esta microestructura es que los canales tenían diferentes ángulos de giro (45°, 90° y 109°). Esto no solo creó una interferencia adicional para los microorganismos, sino que también imitó un poco su hábitat natural.
Los canales transparentes de la microestructura facilitaron a los investigadores visualizar las interacciones que tuvieron lugar. En un ángulo agudo de 45° aparecieron las primeras diferencias de crecimiento. P. putida tuvo más éxito en superar curvas cerradas que el hongo. El resultado puede explicarse por el hecho de que este ángulo se encuentra en el rango natural de movimiento de la bacteria. En un entorno de nado libre, las especies bacterianas con mecanismos innatos de motilidad suelen moverse en este ángulo. Para C. cinerea, sin embargo, esta condición causó problemas. Como se sabe, a las hifas fúngicas les gustan los espacios amplios, por lo que el ángulo de 45° restringió drásticamente su crecimiento.
¡En ángulos más amplios (90° y 109°), el crecimiento de bacterias y hongos dio un giro inesperado! Si bien la motilidad y el crecimiento de la bacteria se ralentizaron significativamente, el hongo finalmente consiguió todo el espacio para sí mismo y comenzó a expandirse. Sin embargo, los investigadores notaron un fenómeno interesante. Cuando las hifas fúngicas chocaron contra las paredes del canal, comenzaron a ramificarse y crecer hacia ambos lados. Eventualmente, uno de los lados llegaba a la continuación del camino, mientras que el otro crecía hacia su origen. Tal ramificación resultó en una acumulación localizada de biomasa al comienzo de los canales con ángulos de 90° y 109°.
Como se mencionó anteriormente, los investigadores también querían observar las interacciones que ocurren entre el hongo y la bacteria. Cuando dos organismos cualesquiera crecen juntos, la competencia por los nutrientes y el espacio es inevitable, y este estudio no fue una excepción. Los resultados mostraron que el avance de las hifas fúngicas cambió físicamente el entorno, lo que provocó que las bacterias crecieran más lentamente. Las bacterias no pudieron atravesar el hongo, y eso estancó su crecimiento, lo que provocó el agotamiento de los nutrientes en los lugares donde se acumularon las bacterias. Por otro lado, el hongo no tuvo problemas para atravesar las colonias bacterianas. Esta observación sugiere que las bacterias no alteran su hábitat espacial de una manera que interfiera con el crecimiento de hongos.
Este experimento representa el primer paso en la comprensión de la dinámica entre el suelo y los microorganismos del suelo. Por supuesto, esta investigación es una simplificación pues, en la vida real, muchos otros parámetros físicos definen la composición del suelo además de un ángulo de giro. En la naturaleza, el suelo a menudo está saturado con agua o contiene burbujas de gas que pueden desafiar el movimiento y el crecimiento de bacterias y otros microorganismos. Además, los nutrientes que encuentran los microbios en la naturaleza están más dispersos y, a menudo, se encuentran en parches.
Sin embargo, una mejor comprensión de la ecología microbiana del suelo puede conducir a nuevos desarrollos en la agricultura. Imagine, por ejemplo, una forma más eficiente de entregar nutrientes al sistema de raíces de una planta. Al aplicar el conocimiento de la microbiología del suelo y las interacciones microbianas, los investigadores pueden desarrollar una técnica más precisa para entregar esos nutrientes, que al final beneficiarán a los microbios y las plantas. En lugar de gastar dinero en fertilizantes y nutrientes adicionales, ¿por qué no desarrollar una forma más rápida y eficiente basada en la microbiología del suelo? ¡Trabaja inteligentemente, no más duro!!
Link to the original post: Arellano-Caicedo, C., Ohlsson, P., Bengtsson, M. et al. Habitat geometry in artificial microstructure affects bacterial and fungal growth, interactions, and substrate degradation. Commun Biol 4, 1226 (2021). https://doi.org/10.1038/s42003-021-02736-4
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Featured image: https://modernfarmer.com/2014/04/microbes-will-feed-world-real-farmers-grow-soil-crops/
Traducido por Julian E. Prieto-Vivas
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