Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco

¿Cómo las bacterias bioluminiscentes del suelo regulan a los organismos de la comunidad?

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Sí, escuchaste bien. Hay bacterias en el suelo que producen bioluminiscencia, esto es, que mediante reacciones químicas pueden producir luz. La bioluminiscencia ha sido estudiada en otros hábitats, como por ejemplo en las profundidades del océano donde algunos organismos producen luz para atraer a sus presas o parejas. En el suelo también hay algunos hongos que producen luz, que se cree que la usan para atraer animales y así dispersar sus esporas. En el artículo de hoy, la relevancia de la bioluminiscencia es un poco más compleja de explicar porque involucra varios organismos.

Imagen creada con ChatGPT

Como contexto, primero expliquemos el ciclo de vida de estas bacterias (Figura 1). Las bacterias bioluminiscentes pertenecen al género Photorhabdus. Estas bacterias están asociadas en el interior del nemátodo parásito del género Heterorhabditis. Este nemátodo tiene la forma de gusanito microscópico que cuando se encuentra a alguna larva de insecto, libera a las bacterias brillantes y estas bacterias producen toxinas provocando la muerte de la larva. El nemátodo entonces se alimenta de la larva y se reproduce en su interior. Al terminar, sale de la larva junto con sus bacterias asociadas para atacar a otras larvas.

Figura 1. Interacción entre las bacterias bioluminiscentes, nemátodos, larvas y raíces de plantas en el suelo. Imagen creada en https://BioRender.com

¿La bioluminiscencia beneficia a la supervivencia de la bacteria?

Los investigadores de este artículo se preguntaron cómo la bioluminiscencia podría afectar las relaciones entre nemátodos e insectos y su propia supervivencia en este ciclo. Primero, estudiaron qué tanto la producción de bioluminiscencia se relacionaba con la similitud genética entre las especies de Photorhabdus. No se encontró un patrón claro entre bacterias cercanas genéticamente, es decir, si te imaginas un árbol genealógico no había una rama con más producción de bioluminiscencia que otra, por lo que concluyeron que es una característica variable dentro del género de Photorhabdus.

Después, pusieron a las bacterias en estrés oxidativo para determinar si había una correlación entre el nivel de bioluminiscencia y el nivel de crecimiento de las bacterias. El estrés oxidativo ocurre cuando hay acumulación de radicales libres de oxígeno, y estos causan daño al organismo. En este ensayo pusieron a las bacterias en peróxido de oxígeno y midieron los niveles de luz que emiten las bacterias. Además, compararon unas bacterias a las cuales les quitaron el gen lux, que es el responsable de producir la luz, y bacterias que sí lo tenían. En los dos ensayos se correlacionó que entre mayor bioluminiscencia, menor daño por estrés oxidativo. En el experimento siguiente comprobaron que la emisión de la bioluminiscencia directamente rompe a los enlaces que mantienen unidas las moléculas de peróxido de hidrógeno. Tomando esto en cuenta, se puede concluir que la bioluminiscencia le sirve a las bacterias para reducir el estrés oxidativo.

¿La bioluminiscencia de las bacterias afecta al crecimiento y resistencia de las plantas o larvas?

Las bacterias al ayudar a los nemátodos a atacar a las larvas, hacen que toda la larva se (bio)lumine. Entonces se estudió si las larvas bioluminiscentes afectan al crecimiento de la planta y su resistencia a las larvas. Se observó que, entre más bioluminiscencia cerca de las raíces de la planta, la planta creció menos.

Al haber un efecto en la planta, los investigadores se preguntaron si eso afecta a las larvas que se alimentan de las plantas. Se alimentaron larvas que comen hojas y larvas que comen raíces con las plantas previamente expuestas o no a la bioluminiscencia (Figura 2). Se observó que, las larvas que se alimentaron con raíces de plantas previamente expuestas crecieron más, comparadas con las que se alimentaron con plantas no expuestas a bioluminiscencia. Sin embargo, ninguno de los tipos de larva mostraron una mayor resistencia al ataque de nemátodos.

Figura 2. Diagrama representando los resultados del experimento de alimentar larvas con plantas previamente expuestas a las bacterias bioluminiscentes. Imagen creada en https://BioRender.com

¿La bioluminiscencia beneficia a los nemátodos para que no vengan otros organismos a comer de las larvas?

Cuando los nemátodos empiezan a comer a las larvas huésped, generalmente significa un festín para otros organismos del suelo. Vienen otros competidores como por ejemplo escarabajos a comer de la larva, impidiendo que los nemátodos se reproduzcan cómodamente. Cuando se comparó si los nemátodos con las bacterias bioluminiscentes ahuyentan a otros competidores, se vio que efectivamente los competidores si evitan comer de las larvas con bacterias brillantes.

¿La bioluminiscencia de las bacterias Photorhabdus contribuye al establecimeinto y colaboración con su hospedero nemátodo?

Finalmente, se investigó si la bioluminiscencia de las bacterias les ayuda a establecerse y mantenerse viviendo dentro de su hospedero. Para esto se cultivaron nemátodos ya sea con bacterias bioluminiscentes, o bacterias que no producían luz. Se observó que los nemátodos de bacterias no brillantes, se desarrollaron más lento. Cuando se puso a los nemátodos a atacar larvas, los nemátodos con bacterias brillantes causaron más rápida la muerte de las larvas y se reprodujeron más en el interior de la larva.

Tomando todos estos resultados, se concluye que la bioluminiscencia de las bacterias es una propiedad que afecta la sobrevivencia de las bacterias y a múltiples organismos del suelo. Aún falta mucho por conocer del papel de bioluminiscencia en la naturaleza, pero estudios como este ayudan a crear un panorama de las relaciones entre estos organismos intrigantes del suelo.

Autora: Edisa García Hernández

Referencia del artículo original:

Bacterial bioluminescence is an important regulator of multitrophic interactions in the soil. Muller Arthur, P. Morales-Montero, A. Boss, A. Hiltmann, C. Castaneda-Alvarez, A. H. Bhat, C. C.M. Arce, G. Glauser, S. A. Joyce, D. J. Clarke, R. A.R. Machado. Cell reports. 2024. Volume 43, Issue 10. LINK: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124724011689

Imágenes destacadas: Creación del autor usando ChatGPT y BioRender.