7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
TRANSCRIPT
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
1/29
• Brock. 12va ed. Cap. 23 y 24.
UNIDAD 6:
Ecología de Microorganismos
Bibliografía:
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
2/29
Ecosistemas Microbianos
Poblaciones de microorganismos: por crecimiento celular.
Gremios: poblaciones metabólicamente relacionadas.
Comunidades microbianas: conjuntos de gremios.
Energía entra a un ecosistema como:
- Luz- Carbono orgánico
- Sustancias inorgánicas reducidas: H2,
Fe++, S0, NH3
Ecosistema lacustre
Ecosistema microbiano: suma de todos los microorganismos y los factores
abióticos de un ambiente particular.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
3/29
El crecimiento depende de los recursos disponibles y de las condiciones:
NICHO.
Temperatura
Temperatura
pH
Disponibilidad de agua
Disponibilidad de O2
Fuente de E (Luz, C.O., C. I)Carbono orgánico/inorgánico
Macronutrientes
Micronutrientes
Factores de crecimiento
Dadores de e-
Aceptores de e-
Nicho está determinado por:
La tasa de crecimiento rara vez es
exponencial, normalmente las
condiciones son subóptimas.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
4/29
• En una partícula de suelo de 3 mm existendiversos microambientes.
Interior: anóxico
Exterior: óxico.Distribución de O2 sobrepartícula de suelo
Microambientes
Los microambientes son temporarios.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
5/29
Por dos motivos:
Las superficies adsorben nutrientes.
Los microorganismos pueden unirse a las superficies.
• Microcolonias sobre
portaobjetos sumergido.
• Comunidad microbiana
sobre raíces (teñido con
naranja de acridina)
Crecimiento en superficies
Las superficies representan importantes habitats microbianos
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
6/29
Biofilm: microcolonias de microorganismos adosadas a una superficie
mediante polisacáridos (+prot y ac. nucleicos) excretados por las propias
células y expuestas a ambiente líquido.
Biofilm
Biofilm de Pseudomonas
• Generalmente muchas capas de microorganismos.
• Bacterias o arqueas pueden formar biofilms.
• Hay comunicación entre células (comunicación intra e interespecífica)
• Quorum sensing (percepción de quorum) inducen la secreción del polisacárido
http://www.biofilm.montana.edu/biofilm-basics.html
En un biofilm, conviven decenas de gruposfilogeneticos dispares.
http://www.biofilm.montana.edu/biofilm-basics.htmlhttp://www.biofilm.montana.edu/biofilm-basics.htmlhttp://www.biofilm.montana.edu/biofilm-basics.htmlhttp://www.biofilm.montana.edu/biofilm-basics.html
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
7/29
Formación de un biofilm
Biofilm: formación y diversidad
http://www2.erc.montana.edu/resources/movies/2003/2003m01.html
http://www2.erc.montana.edu/resources/movies/2003/2003m01.htmlhttp://www2.erc.montana.edu/resources/movies/2003/2003m01.html
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
8/29
Biofilm
Implicancias en la salud humana y en la economía.
Por qué las bacterias forman biofilms?
•Como forma de defensa y protección (impiden desprendimiento y fagocitosis)
•Se procura un nicho favorable (atrapa nutrientes, condiciones part.)
•Mayor interacción: comunicación e intercambio genético.
•Es la forma típica de crecer en la naturaleza
Biofilms son inmunes a los antibióticos y a la fagocitosis del sistema
inmune animal.
Ej:
- placa dental es un típico ejempo de biofilm (cepillarse!).- Implantes
Biofilms favorecen los procesos de biorremediación.
Biofilms en el hogar:http://www.biofilm.montana.edu/content/household-biofilms
http://www.biofilm.montana.edu/content/household-biofilmshttp://www.biofilm.montana.edu/content/household-biofilmshttp://www.biofilm.montana.edu/content/household-biofilmshttp://www.biofilm.montana.edu/content/household-biofilms
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
9/29
1- Adhesión al sustrato: incia expresion de genes especificos de biofilm.
2- Formación de la matriz (gel) y señalizacion.
3- una nueva bacteria planctonica es reclutada, pierde el flagelo y se fija.
4- Comunicacion intercelular que lleva al crecimiento y secresion depolisacaridos.
5- Dispersión.
En un biofilm, conviven decenas de grupos filogeneticos dispares.
Leer bibligrafia del poster.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
10/29
Ecosistemas Microbianos: Ambiente de Agua Dulce
Nutrientes limitantes: P y N.
Ecosistema lacustre
Comunidad 3: Zona anóxica:
Gremio: fermentación.
Gremio: respiración
anaerobia
Gremio: metanógenos
Zonas óxicas: dominan las
cianobacterias y algas.
Gremio: fotótrofos oxigénicos
Zonas anóxicas: dominanB. fototróficas anoxigénicas.
Gremio: fotótrofos anoxigénicos.
Comunidad1:
Zona fótica
Comunidad2:
Zona óxica
Quimioorganótrofos aerobios
y aerobios facultativos
Plancton: organismos que flotan o se mantienen en suspensión.Bentos: organismos adheridos a un sustrato.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
11/29
• La solubilidad del O2 en agua es limitada
y la producción primaria ocurre en capas
superficiales.
Ecosistemas Microbianos: Lagos estratificados
- densa
+ densa
Verano a Invierno: aireación.
• Lago eutrófico (rico en nutrientes)
• La materia orgánica que no se consume
baja al fondo.
• Es descompuesta por respiración
aeróbica hasta que se consume el O2 .
• Capas profundas son anóxicas y viven
bacterias anaeróbicas: metabolismo
fermentativo.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
12/29
Ecosistemas Microbianos: Ríos y arroyos
• El O2 está presente en ríos turbulentos.
Estudio del efecto de la descarga de aguas residuales en un río
Aguas residuales vertidas a ríos:
Algunos ríos reciben materia orgánica de aguas residuales y puede haber deficit
de O2 temporariamente.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
13/29
Ecosistemas Microbianos: Ambientes Marinos
• A mar abierto, menores niveles de nutrientes.
• Zonas costeras más productivas que mar
abierto.
Distribución de arqueas y bacterias:
- Número de procariotas disminuye con la
profundidad. 105 vs 103 cél/ml.
• Nutrientes limitantes: P, N y Fe.
Producción primaria:
- Proclorófitos (Prochlorococcus)
- cianobacterias (Trichodesmium)
- algas (Ostreococcus)
- bacterias rojas (aeróbicas).
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
14/29
Propuesta: Agregar Fe al mar para reducir la temperatura del planeta
La fertilización con hierro es la introducción intencional de hierro a la capa
superior del océano para estimular una floración de fitoplancton. Con ello sepretende mejorar la productividad biológica, que puede beneficiar a la
cadena alimenticia marina y la eliminación del dióxido de carbono de la
atmósfera.
Fertilizar el mar con Fe?
Existe controversia sobre la eficacia del retiro del CO2 en la atmósfera y
los efectos ecológicos.
Fe es muy insoluble en agua de mar
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
15/29
Ecosistemas Microbianos: Profundidades Marinas
• Luz solar penetra 300 mts. (zona fótica).
• Hasta los 1000 mts alta actividad quimioorganótrofica.
• Profundidades marinas (1000-6000 mts):- bajas temperaturas (2-30C)
- altas presiones
- bajas concentraciones de nutrientes
• Bacterias barotolerantes: a 3000 mts.(óptimo 1 atm)
• Bacterias barofílicas: a 4000-6000 mts.
(óptimo 400 atm)
• Bacterias barófilas extremas (óptimo
700-800 atm)
• Baja velocidad de crecimiento.
Adaptaciones moleculares:
- distinto plegamiento de enzimas.
- Más ácidos grasos insaturados en la membrana (si no
gelifica con aumento de las presiones).
- Síntesis de porinas y otras proteínas especiales.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
16/29
Ecosistemas Microbianos: Profundidades Marinas
Profundidades marinas volcánicas:
Alta concentración de nutrientes (comp. inorganicos)
Productores primarios: quimiolitotrofos.
Imagina otra situación en las profundidades marinas?
Cuál sería el principal metabolismo?
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
17/29
Ecosistemas Microbianos: Ambientes terrestres
Suelo está compuesto por:
- Minerales inorgánicos (~40%)
- Materia orgánica (~5%)
- Aire y agua (~50%)
- Organismos vivos (5%)
El mayor crecimiento microbiano ocurre:
• Sobre la superficie de partículas del suelo
• En la rizosfera (alrededor de raíces)
Nutrientes limitantes: P, N, agua
•Máxima actividad en el Horizonte A (superficial)
Quienes son los productores primarios en el suelo?
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
18/29
Preguntas
Compare un ecosistema lacustre, un ecosistema marino (hidrotermal o no):
cómo llega la E a cada ecosistema y de qué forma? Cuál es la producción
primaria en cada uno?
Imagine una planta de tratamiento de efluentes que libera altos niveles
de amoníaco y de fosfatos pero muy poco carbono orgánico. Qué clase
de organismos estarían favorecidos?
Cuál será la relación con la presión de un hipertermófilo?
Cómo afecta la disponibilidad de oxígeno el input de materia orgánica a
un río?
Cuáles es la importancia médica de los biofilms?
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
19/29
Competencia y cooperación
• Competencia entre microorganismos por los recursos disponibles.
• Colaboración entre microorganismos para lograr una actividad conjuntamente.
• Sintrofia: dos o más organismos que colaboran para llevar a cabo una
transformación determinada, que no pueden realizar individualmente.
Ejemplos:
• bacterias nitrosificantes y nitrificantes.
• bacterias que conviven en el rumen de
mamíferos herbívoros
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
20/29
Rumen
1- Bacterias celulolíticas liberan glucosa.
2- Fermentadores primarios: oxidan glucosa
a ácidos grasos volatiles (a la sangre), H2,
y CO2
3 –Fermentadores secundarios pueden
oxidar los ácidos grasos.
4- Bacterias metanógenas consumen el H2.
Organo digestivo de rumiantes, donde ocurre la digestión de celulosa y
otros polisacáridos con la ayuda de microorganismos.
La mayoría de los animales carecen deenzimas para digerir la celulosa.
El rumen posee:
- temperatura constante (39 C)
- pH constante (5.5-7)
- ambiente anóxico
Ruminobacter amylophilus
Succinomonas amylolytica
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
21/29
Líquenes
• Simbiosis de dos organismos: un hongo + alga/cianobacteria que
forman organismos incrustantes o foliáceos.
• Relación poco específica.
• Fotobionte: produce materia orgánica.
• Micobionte: proporciona anclaje, protección
de la desecación, facilita incorporación deagua, absorbe nutrientes inorgánicos de las
rocas.
• Acidos liquénicos estimulan la disolución de
nutrientes
• Colonizan nuevos ambientes.
• Crecimiento lento.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
22/29
Líquenes
Usnea sp. (barba de viejo):
Hongo ascomycota y alga clorófita
Peltigera scabrosa
(hongo + Nostoc)
Peltigera aphthosa
(hongo + Nostoc + alga
verde trebouxioficea)
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
23/29
Micorrizas (“hongo de la raiz”)
• Hay 2 clases:
Ectomicorrizas: hongos forman vaina alrededor de la raiz y rodean a las células.
- principalmente en árboles en bosques (coníferas, robles) en zonas templadas.
- en 10% de familias de plantas
Endomicorrizas: micelio del hongo incrustado en el tejido radical, invagina la membranacelular de las células radiculares de las plantas.
- muy comunes.
- micorrizas arbustivas existen en raíces del 80% de las familias de plantas.
Simbiosis entre raíces de plantas y hongos
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
24/29
Los hongos de las raíces:
• Usan carbohidratos simples de la planta para su crecimiento.
• Requieren vitaminas.• Se los conoce sólo asociados a plantas (simbiontes estrictos).
• Producen sustancias para el crecimiento de las plantas.
• Alteran la morfología radicular.
• Tienen poca especificidad.
• Plantas con micorrizas crecen mejor en suelos pobres; absorben nutrientes con máseficiencia.
Ectomicorriza de pino
Micorrizas (“hongo de la raiz”)
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
25/29
Nódulos radicales de plantas leguminosas
Simbiosis de bacterias fijadoras de N2 con plantas leguminosas
• Ejemplos: Plantas leguminosas (plantas con vaina): soja, trebol, alfalfa, arvejas, porotos.
Bacterias: Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium
• Alta especificidad en la relación.
Nód l di l d l t l i
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
26/29
• La interacción promueve la formación de nódulos radicales.
• Independientemente, ninguno es capaz de fijar N2.
Bacterias fijadoras de N2:
• Bacterias Gram -
• Proteobacterias: alpha y beta.
• Bacilos móviles, flagelación polar.
• Quimioorganótrofas.
• Aerobios: microaerófilos.
Nódulos radicales de plantas leguminosas
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
27/29
Etapa de formación de nódulos
Planta secreta comp organicos
que estimulan el crecimiento de
microflora.
Adherencia a pelos radicales
Ricadesina: prot en superficie
de Bacterias
Factores Nod producidos por
proteínas codificados por genes
Nod en plásmidos.
Planta forma tubo de celulosa
Bacterias infectan células
adyacentes.
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
28/29
Bacteroides: Células de Rhizobium que semultiplican rapidamente y se vuelven hinchadas,
deformes y ramificadas. No se dividen.
Simbioma: bacteroides rodeados por partes del
plasmalema de la célula vegetal.
En los simbiomas, ocurre la fijación de N2 con
energía de la planta.
Factores Nod inducen división celular en
la planta.
Formación de nódulos en la planta
I t ió l i b t i
-
8/18/2019 7-ecologia de los microorganismos 39485857489399938877566483
29/29
Interacción leguminosa y bacteria.
La bacteria necesita compuestos
orgánicos como fuente de E.
•Se requiere un medio microaerofílico.
• Nitrogenasa es inhibida por el O2
• Concentraciones de O2 están controladas porla leghemoglobina.
• Sólo es sintetizada en los nódulos.
• En la leghemoglobina, el Fe3+ se reduce a Fe++
y se une al O2, manteniendo la [O2] baja.
Factores Nod inducen división celular en la planta.
Formación de nódulos en la planta