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lunes, 28 de enero de 2013

Microorganismos y conservación del patrimonio. El caso de La Rábida



Mucor mucedo sobre
excremento
La mayoría de los estudios de comunidades microbianas en distintos ambientes, se basan en el estudio molecular y la identificación de secuencias 16S DNAr, 18S DNAr u otros marcadores. Lo que luego nos arroja una lista de especies, en la mayoría de los casos sin aportar datos ni explicaciones que cuenten la razón de que distintas especies colonicen un mismo ambiente. Esto puede llegar a ser muy frustrante para los eco-microbiólogos especializados en la conservación de la herencia cultural, ya que necesitan saber las razones tras la llegada, y colonización de ciertos lugares, con el objetivo de luchar y prevenir la degradación de las obras de arte en peligro. 
Ya hemos hablado de hongos que manchan las pinturas rupestres o paleolíticas y también de bacterias que decoloran frescos y fachadas. En este caso vamos a hablar, y resumir un poco el post anterior con nuevos datos centrándonos ya con menos misterio en hongos, murales y ambientes subterráneos 

Ambientes subterráneos.
Coprinus creciendo en
madera podrida
Los ambientes subterráneos incluyen cuevas, catacumbas, tumbas, capillas, etc. Muchas de ellas contienen representaciones artísticas en la roca con un gran valor histórico.
Como decíamos en la anterior entrada algunas cuevas contienen pinturas paleolíticas que representan las primeras manifestaciones artísticas. Las cuevas son normalmente biotopos pobres en nutrientes, relativamente estables, poseen elevadas concentraciones minerales y temperaturas bajas. Son por ello  considerados ambientes extremos por su carácter oligotrófico. Y por ello deberían estar únicamente colonizados por organismos extremófilos adaptados al lugar. Sin embargo la entrada de nutrientes externos cambia esta situación. Por ejemplo: filtraciones de agua, restos de inundaciones en bosques, animales y sus heces; y por supuesto estructuras construidas para facilitar el turismo en estos lugares. Todas estas cosas pueden generar problemas como los ocurridos en Lascaux.
Hongos sobre un cadáver de rana
Ya sabemos que los artrópodos son también muy comunes en estos lugares, y que con ellos llegan los hongos.  Por ello es interesante clasificarlos según el tiempo que pasan en ellas. Tenemos a los “trogloxenes” que viven temporalmente en las cuevas. Los “troglóflilos” que pueden pasar toda su vida tanto dentro como fuera de las cuevas. Por último tenemos a los artrópodos troglobitas adaptados a la vida en la cueva de forma total. Los artrópodos se alimentan gracias a las aguas filtradas, en  las  cuales los minerales diluidos permiten el crecimiento de microorganismos de todo tipo.  

Hongos en ambientes subterráneos.
Micelio creciendo en
una estalactita
Se considera que en las cuevas naturales los hongos son las formas de vida más comunes. Se decriben una enorme cantidad de hongos en los cuerpos de los artrópodos muertos y en otros tipos de restos orgánicos.
También se ha descrito un hongo asociado con la formación de estalactitas activas, se trata de Verticillium lamellicola. Este hongo se pudo aislar de moscas, arañas, hormigas y polillas.
Muchos de estos hongos entomófilos son capaces de crecer en medios de agar mínimo con tan sólo 5 mg/l de carbono orgánico disuelto, parecido al de las gotas de agua filtradas por las estalactitas. Esto muestra que estos hongos no sólo son capaces de crecer en los cuerpos de los artrópodos. Las esporas de estos hongos pueden colonizar cualquier superficie de roca húmeda que contenga trazas de carbono.
Cianobacterias creciendo sobre
estalactita expuesta a luz artificial
No sólo las cuevas naturales tienen este tipo de habitantes, por ejemplo catacumbas en Roma tienen presencia de rocas volcánicas y aguas filtradas, lo que las convierte en un lugar simular a una cueva natural. ¿Dónde está el problema entonces? Principalmente en las corrientes de aire e ilumunación artificial que generan un ecosistema ideal para la presencia de organismos fotosintéticos, como por ejemplo cianobacterias y otras bacterias. También encontramos una gran variedad de hongos, tanto en el aire como en los biofilms, todos ellos tienen capacidades entomopatógenas que les permiten incrementar aún más su expansión y con ello degradar el patrimonio. 


Hongos en los murales.
Los frescos tienen enemigos naturales conocidos como la humedad, la temperatura, salinidad... Pero además también pueden sufrir el azote de los microorganismos.
Un estudio de 1973 encontró presencia de E. album dispersado por insectos presentes en la mayoría de los frescos deteriorados.
En el monasterio de la Rábida, Huelva, se analizaron varios frescos en mal estado de los que se aisló abundante cantidad de hongos (principalmente Cladoporium sphaerospermum, E album y Aspergillus versicolor) La principal fuente de llegada de estos hongos eran artrópodos. Moscas, arañas y ácaros. De hecho, en otros frescos, como por ejemplo en los del monasterio de Assisi en Italia, se encontraron ácaros dentro de los frescos cubiertos de micelios de hongos. Se piensa que existe una relación directa entre los ácaros, los hongos y la degradación de frescos.
 Mural contaminado por Engyodontium album. Monasterio de La Rábida, Huelva.
Como podéis ver el problema a la hora de conservar murales, es parecido al de conservar pinturas rupestres. Tratar las condiciones físico-químicas, como la luz y la temperatura es importante pero seguirá existiendo el problema de lo hongos. Y también sabemos que atacar a los hongos con sustancias biocidas no funciona, pues su indice de supervivencia es alto y su carácter de entomófilos siempre será un as e la manga para ellos, permitiéndoles sobrevivir en pequeños insectos el tiempo para luego volver a recolonizar la roca pintada o desnuda. 
Monasterio de la Rábida. La conservación del patrimonio no sólo es algo propio de cuevas milenarias.
ResearchBlogging.orgJurado, V., Sanchez-Moral, S., & Saiz-Jimenez, C. (2008). Entomogenous fungi and the conservation of the cultural heritage: A review International Biodeterioration & Biodegradation, 62 (4), 325-330 DOI: 10.1016/j.ibiod.2008.05.002

domingo, 27 de enero de 2013

Microorganismos y conservación del patrimonio. El caso de Lascaux


Las cuevas son lugares oligotróficos con temperaturas relativamente bajas, altas concentraciones de minerales y en general mucha estabilidad.  Normalmente son el lugar idóneo para organismos altamente especializados, sin embargo cuando las cuevas se abren la los turistas la cosa puede cambiar.
Basura en las cuevas, "ojos que no ven..."
Fuente.

Los turistas son una fuente muy importante de cambios en las condiciones microclimáticas, incrementan la temperatura, el dióxido de carbono, el vapor de agua y añaden nuevas fuentes de materia orgánica. Todo esto facilita la llegada y el establecimiento de orgaismos foráneos que pueden llegar a desplazar a los propios de la cueva.

Normalmente que las poblaciones de las cuevas cambien no es algo que importe demasiado a la humanidad, digo normalmente porque hay ocasiones en las que esto no es para nada así. Existen muchas cuevas y ambientes subterráneos con un gran valor económico, histórico y cultural; y es en estos casos cuando el interés por investigar empieza a incrementarse. En un post anterior hablamos de la conservación y los peligros de la decoloración causados por las rubrobacterias en los murales de muchas iglesias y monasterios.  Sin embargo no todo va a ser culpa de las pequeñas bacterias. 

Según los estudios realizados en numerosos lugares el problema es generalizado y bastante similar, pero para concretar un poco voy a hablar únicamente de la cueva de Lascaux. Esta consiste en un sistema de cuevas con pinturas rupestres y paleolíticas muy representativas y valiosas. Tanto que el flujo de turismo empezó a degradarlas, obligando a las autoridades a construir una réplica casi exacta dedicada al turismo.

¿Eran los turistas responsables directos de la degradación de las pinturas?
Si y no, los principales responsables directos resultaron ser los hongos, para calibrar la diversidad de los mismos se llevó a cabo el análisis del ARNr 18S de varias zonas. Se llegaron a secuenciar unos 670 clones. Dentro de estos, los 10 filotipos más abundantes representaban el 59% y 8 de estos eran además hongos entomófilos. Esto último es muy importante pues enlaza con una teoría por la cual el vehículo que ayuda a colonizar y mantenerse a los hongos son los insectos.
Los ocho hongos de los que hablamos son: Geosmithia namyslowskii, Isaria farinosa, Aspergillus versicolor, Tolypocladium cylindrosprum, Geomyces pannorum, Geosmithia putterillii, Engyodotium album y Clavicipitaceae sp.  Los otros dos hongos no entomófilos son hongos típicos del suelo. 
Es importante añadir que esta gran diversidad de hongos se encontró luego de un fuerte tratamiento químico antifúngico y bacteriano sobre las rocas, suelos y sedimentos. 
The Great Hall of Bulls.
Las salas con pinturas que sufrían degradación contenían un número alto (90% del total) de hongos entomófilos, lo que parece indicar que los insectos fueron el vehículo de llegada.  Las pinturas que no mostraban degradación contenían igualmente presencia de hongos.

Aunque los vectores de llegada de estos hongos fueron insectos, no hay que olvidar que quienes cambiaron el lugar para hacerlo habitable a estos insectos y hongos fueron los humanos. No es la primera vez que esta cueva y muchas otras sufren problemas en los que están implicados indirectamente los humanos. En 1960 la cueva se clausuró por la aparición de algas en las paredes, la iluminación usada para los turistas y curiosos provocó el crecimiento de cianobacterias y otras algas en lo que se llamó "la maladie verte".  
Pero no sólo hay que preocuparse de las pinturas y su valor cultural, pensemos que muchos de los organismos aislados en estos estudios son patógenos de humanos (bacterias y hongos) y sumemos que muchas de estas cuevas conectan con aguas subterráneas que abastecen poblaciones humanas. 
Por otro lado, respecto al uso de químicos para tratar la presencia de hongos, se ha demostrado su poca efectividad.   Podría ser causa de los biofilms, como protectores frente a tóxicos. Puede que los hongos adquieran resistencias, o que los artrópodos del lugar supongan un reservorio de esporas que permiten recolonizar el lugar.  En cualquier caso, un ataque directo únicamente sobre los hongos no parece ser la solución. 

Progression of black stains on walls and paintings (the Black Cow) in the Nave between the years 2000 and 2007. The ellipse marks the affected area. Pictures from Ministère de la Culture et de la Communication, Centre National de la Préhistoire.


Descubriendo nuevas especies en las "manchas negras".

Las manchas negras merecen mención especial, primero por el origen de gran parte los filotipos encontrados en las mismas, que provienen de un hongo típico de de los escarabajos de los robles. El hongo del género Geosmithia seguramente deba su presencia a la infiltración del agua que proviene del bosque de robles que se encuentra por encima de la cueva.  Sin embargo en estas manchas negras se encontraron además...¡ Dos nuevas especies ! 


Llamadas Ochroconis lascauxensis y O. anomala. Que por cierto fueron caracterizadas en el IRNAS de Sevilla.
En cualquier caso no hay que olvidar el valor histórico, estético y económico de esas pinturas, y de otros muchos monumentos. El patrimonio cultural es algo que debemos cuidar, no sólo por su valor, también en muchos casos pensando en nuestra propia salud. Nadie quiere ver convertidas zonas de turismo y riqueza en un sitio donde los patógenos y oportunistas puedan desarrollarse. 
 Por último y quizás como dato, que a mi me parece de lo más curioso, me gusta pensar que existe un universo por descubrir en cada pequeño rincón. Esas paredes que el hombre lleva mirando miles de años, y que parecían no guardar más secretos, siguen sorprendiéndonos y enseñándonos nuevas cosas... ¡ Algo que a mi me parece asombroso !



ResearchBlogging.orgMartin-Sanchez, P., Nováková, A., Bastian, F., Alabouvette, C., & Saiz-Jimenez, C. (2012). Two new species of the genus Ochroconis, O. lascauxensis and O. anomala isolated from black stains in Lascaux Cave, France Fungal Biology, 116 (5), 574-589 DOI: 10.1016/j.funbio.2012.02.006
Bastian, F., Alabouvette, C., & Saiz-Jimenez, C. (2009). The impact of arthropods on fungal community structure in Lascaux Cave Journal of Applied Microbiology, 106 (5), 1456-1462 DOI: 10.1111/j.1365-2672.2008.04121.x

Este post participa en la XX edición del Carnaval de Biología, que hospeda Multivac42 en su blog Forestalia"
Este post participa en la XXI Edición del Carnaval de Química que se aloja en  Pero es otra historia y debe ser contada en otra ocasión que hospeda  ununcuadio.
Este post participa en la III Edición del Carnaval de Humanidades albergado en el blog El cuaderno de Calpurnia Tate de @luisccqq

domingo, 13 de enero de 2013

Un breve repaso a la historia, la taxonomía y el proceso de nodulación en Rhizobacterias.


En este blog ya hemos hablado sobre PGPRs, también sobre formas de buscarlos, e incluso hemos tratado de verlos en vídeo.
Nódulos de soja cargaditos de Rhizobios. JJ Gallego Departamento de Microbiología, Universidad de Sevilla.
Sin embargo apenas si hemos hablado de Rhizobium... Las Rhizobios son seguramente el grupo de bacterias, con interés agrónomo positivo, más famosas y estudiadas de la historia. Es importante aclarar que la mayoría de ellas son PGPRs, pues fomenta el crecimiento de las plantas, mediante la fijación de nitrógeno atmosférico aportando una fuente de proteínas.  Sin embargo no todas las PGPRs son rhizobios, ya que no todas tienen una relación tan estrecha y personal con la planta.

Un poco de historia.
La cosa empieza en 1888 donde un genio llamado Beijerinck obtuvo por primera vez un cultivo bacteriano puro de un nódulo de raíz de leguminosa. La bacteria obtenida recibió  el nombre de Bacillus radicicola. Este nombre sería posteriormente cambiado por Frank a "Rhizobium"
Es importante añadir que  Beijerinck fue el primero en usar cultivos enriquecidos, también descubrió la reducción de azufre anaeróbica, y es considerado _un_ padre de la virología.  Pero nos interesa su papel con la fijación de nitrógeno y Rhizobium.
El señor Beijerinck, enfado por no llegar a portada
Para 1929 ya se hablaba de seis especies:  R. leguminosarum, R. trifolii, R.phaseoli, R. meliloti, R. japonicum y R. Lupini La razón para esta clasificación era que se obtenían distintos aislados bacterianos dependiendo de la planta huésped. Siempre se hablaba de especificidad entre bacteria y planta... 
Pero en 1944 Wilson reportó un gran número de nodulaciones que cruzaban las fronteras de las diferentes especies, lo que llevó a, el gran e incomprendido, Graham en 1964 sugerir entre otras cosas, la modificación en la forma de clasificar a estas bacterias, pero al ser en aquellos días un chico joven no se le escuchó demasiado. Dos años después Moffett y Colwell comenzaron a publicar basándose en los resultados de la taxonomía numérica que empezó a cambiar el paradigma "una bacteria-una planta".
Con el tiempo los datos eran ya demasiado aplastantes para mantener la existencia de especies separadas en función de las plantas que nodulaban. Así que durante el año 1974 gracias a Jordan y Allen se llevó a cabo la idea que Graham había sugerido años antes, y se dividió a las seis especies en 2 géneros: Bradyrhizobium y Rhizobium .

Un poco de taxonomía.
Bradyrhizobium incluye las cepas de crecimiento lento, que tienen colonias menores de 1 mm, tras 7 días de crecimiento en placas de YMA. Al género se le asoció una sola especie, B. japonicum. Además R. lupini se incluyó también dentro de ella tras pruebas de hibridación ADN-ADN.
En el género Rhizobium se enmarcaron tres especies. R. leguminosarum, R. meliloti y R. loti. R. leguminosarum incluye tres biovars: bv. viciae que antes era la especie R. leguminosarum; bv. Phaseoli que anteriormente era R. phaseoli; y bv. trifolii que fue la anterior R. trifolii. Las tres biovars constituyen el mismo grupo en taxonomía numérica y en hibridación ADN-ADN, pero corresponden a diferentes grupos de nodulación cruzada. Actualmente la taxonomía de los rizobios se desarrolla rápidamente y durante los últimos 20 años se han descrito muchas especies y géneros nuevos. La aplicación de los métodos de biología molecular en la taxonomía ha ayudado a definir muchos nuevos rizobios. Sin embargo aún hoy día se trata de clasificar siguiendo la tendencia "una bacteria-una planta", pero la facilidad con la que las distintas cepas intercambian sus plásmidos simbióticos dificulta esto.
Hasta la fecha, se han escrito más de 40 especies en 9 géneros para las bacterias que forman nódulos con leguminosas. Todas ellas son bacilos aeróbicos Gram-negativos incluidos en el phylum BXII, Proteobacteria. 


A continuación os pongo una selección de alguno de los géneros y especies, pero hay muchas más, aquí podéis leer sobre ellos en español. He usado la clasificación que Graham recomendó, la que separa por velocidad de crecimiento "brady-meso-rhizo" como lentas-medias-rápidas. Y luego he añadido algunos grupos más.

Bradyrhizobium:
  • B. japonicum. Nodula soja
  • B. elkanii. Nodula soja
  • B. liaoningense. Nodula soja
Mesorhizobium.
  • M. loti. Nodula el  Lotus japonicus
  • M. huakuii. Nodula a Astragulus.
  • M. ciceri. Nodula Cicer arietium
  • M. mediterraneum. Nodula Cicer arietum
  • M. tianshanenseAmplio rango de nodulación
Rhizobium.
  • R. leguminosarum Nodula Phaseolus
  • R. elti Nodula Phaseolus
  • R. tropici Nodula Phaseolus
  • R. galegae Nodula Phaseolus
  • R. giardini Nodula Phaseolus
  • R. mongolense
  • R. gallicum Nodula Phaseolus
  • R. xinjangensie Nodula soja 
  • R. sp estirpe NGR234  (Rhizobium con más rango conocido de nodulación en leguminosas y parasponia)
Phyllobacterium.

Fijan nitrógeno formando nódulos en las hojas de dos familias tropicales no leguminosas. Mirshinaceae y Rubiaceae
  • P. myrsinacearum.
  • P. rubiacearum.
Azorhizobium caulinodans nodula tallos de Sesbania  entrado por grietas. Además es capaz de fijar nitrógeno en vida libre.

Sinorhizobium.
Son importantes ya que son capaces de crecer a gran velocidad en fermentadores lo que supone un importante efecto para su comercialización. 
  • S. meliloti: Nodula a Melilotis, Medicago y Trigonella
  • S. fredii: Nodula a soja
  • S. medicae Nodula alfalfa
  • S. saheli Nodula sesbania
  • S. taranga Nodula sesbania
Como curiosidad añadir que a las Sinorhizobacterias habría que llamarlas "Ensifer", sin embargo los investigadores como buenos anarquistas se han negado tradicionalmente a ello.

El proceso de nodulación.
Ya hemos hablado de la historia y de como clasificar a estas bacterias pero, ¿cómo se produce esta unión planta-bacteria? ¿Cómo sucede el proceso de nondulación?  Podemos ver rápidamente resumido en el siguiente vídeo:



Para tratarlo con más detalles, y siguiendo las enseñanzas del profesor que me lo explicó, lo dividiré por etapas.

Primera etapa: Reconocimiento.
Anatomía de un nódulo
Nos encontramos en la rizosfera, donde la concentración de microorganismos es muy superior a la que se puede encontrar en otras zonas del suelo. La razón de esta mayor concentración son los exudados producidos por la raíz, estos son una fuente de nutrientes para las bacterias en especial los flavonoides, los cuales por quimiotaxis atraen a los rhizobios.
Existen dos moléculas fundamentales en esta etapa las lectinas y la ricadhesinas. Las lectinas son producidas por la planta y tienen la capacidad de unirse a hidratos de carbono, pudiendo llegar las de carácter bivalentes a generar redes al agregar varias moléculas. Tienen varias funciones entre ellas la de almacenar nutrientes, por eso las semillas son ricas en lectinas. Como curiosidad hay que decir que consumir semillas sin cocinar puede llegar a producir anemia al aglutinar estas a los hematíes.
Los receptores para lectinas en la membrana bacteriana son de carácter transitorio, requieren de la presencia de flavonoides para comenzar a expresarse. Según los trabajos de Frank Dazzo en lectinas de tréboles, la unión de la bacteria al pelo radical está mediada por las lectinas ya que tanto la superficie de la raíz como la bacteria tienen antígenos de reacción cruzada.
Las lectinas y las ricadhesinas actúan pues como mediadores de reconocimiento. La diferencia parece estar en el pH del rizoplano, si las condiciones son de acidez la ricadhersinas se suelta de la bacteria y parece ser que son las lectinas las que actúan, en caso de de pH alto son las lectinas las que se sueltan de la raíz ocurriendo lo contrario.


Segunda etapa: Curvatura del pelo radical.
Cuando tenemos a la bacteria unida al pelo radical, este se va curvando. La culpa de esta curvatura es el desplazamiento del núcleo a una zona más basal, al ir bajando este tira por medio de la actina F y de los microtúbulos del ápice deformando el pelo. Además se produce una inhibición lateral en la zona que está pegada la bacteria lo que hace que esta quede atrapada en el giro de la curvatura. Gracias al giro se forma un "bolsillo de infección" donde las señales emitidas por bacteria y planta se concentran amplificando su potencia.


Nódulos.
The EMBO Journal (2007) 26,
3923–3935,
 doi:10.1038/sj.emboj.7601826
Tercera etapa: Penetración.
Aún no está muy claro como ocurre la penetración de la pared vegetal, se piensa que podría ser por ataque enzimático. La poligalacturonasa es un enzima de la planta que degrada pared vegetal, se sabe que al llegar rizhobium se incrementa la presencia de dicha enzima, pero en el ME las fracturas aparecen como cortes limpios, fracturas totales, algo que no se esperaría de ataques enzimáticos.
En cualquier caso al romperse, se da una invaginación de la membrana vegetal que nunca llega a romperse, pero va estirándose hacía el interior de la raíz llevando dentro a los rhizobios y formando el cordón o tubo de infección. Las células que entran en contacto con este cordón, activan su actividad mitótica. comenzando a diferenciar la forma del nódulo que puede ser: indeterminado  (cilíndrico), en el cual las células que se dividen son células de capas profundas. O determinado (esférico), que vienen de células del cortex.




Cuarta etapa: Liberación.
En el cordón de infección empieza a darse una diferencia entre el crecimiento de la pared y de membrana, ya que la pared no puede seguir la elongación de la membrana, y poco a poco va quedando más cantidad de membrana desnuda, hasta que las bacterias queda en una zona donde no hay pared. La membrana citoplasmática comienza a cerrarse sobre si misma y se suelta finalmente, así rhizobium queda dentro de la célula cubierto por membrana de la planta que se irá diferenciando como membrana peribacteroide.
Las células que van internando paquetes de bacterias dejan de dividirse, contrariamente a las que han tenido contacto únicamente con el cordón de infección que se dividen rápidamente. Dentro las bacterias no paran de dividirse hasta ocupar prácticamente todo el espacio dentro de la célula vegetal. En muchos casos las células infectadas llegan a ser poliploides (hasta 16 núcleos) pero nunca llegan a dividir su citoplasma. 
Este proceso de divisiones no es eterno, llegado un punto tanto los núcleos de la célula vegetal como las bacterias dentro de los orgánulos rodeados de peribacteroide cesan sus divisiones. En ese momento las bacterias empiezan a transformarse en bacteroides su forma simbiótica. Es en esta forma en la que fijan nitrógeno atmosférico.
Cuando Rhizobium se convierte en bacteroide llega a incrementar su volumen hasta 40 veces, pierde la capacidad de división y otras muchas estructuras. La planta alimenta al bacteroide con ácido dicarboxílico como si estuviese engordando ganado. Por si fuese poco la planta también hace circular por el nódulo leghemoglobina, una globina que permite que los bacteroides respiren, pero reduce el oxígeno libre presente, que podría inutilizar la maquinaria de fijación de nitrógeno (muy sensible al oxígeno).


Nódulo de soja partido por la mitad
JJ Gallego Departamento de Microbiología, Universidad de Sevilla.

La ventaja para los rhizobios no está clara. Mientras que la planta obtiene una fuente de proteínas, ellos una vez convertidos en bacteroides, tienen muchísima dificultad para volver a formar colonias, en muchos casos no hay vuelta atrás. Podríamos pensar que el nódulo es una trampa para bacterias fijadoras, una jaula dorada... O quizás la ventaja esté en las bacterias que se quedaron en el tubo de infección, allí viven de forma saprófita, no fijan, no tienen depredadores ni competidores, y cuando la planta muere salen libres.

En cualquier caso aún hay muchas cosas por descubrir en este proceso de nodulación y en la relación tan íntima entre dos especies tan lejanas que tan importantes son para nuestra vida.  Pero de eso, de su importancia habrá que hablar otro día.


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sábado, 5 de enero de 2013

Nueva forma de "resistencia" a los antibióticos en bacterias que no son resistentes.


Algunas estirpes patógenas peligrosas son muy resistentes a los antibióticos como por ejemplo las MRSA o las NDM-1.  Sin embargos hay otras que persisten en los pacientes aún sin contar con resistencias.  Estas bacterias aún sufriendo la acción de las drogas logran que un pequeño número de ellas se "desconectan" sobreviviendo a la acción del antibiótico, lo que les permite que la infección persista y reaparezca cuando cese el tratamiento....

Sin embargo ahora algunos investigadores piensan que ocurre todo lo contrario, las bacterias supervivientes parece que aceleran su ritmo de multiplicación bajo la acción del antibiótico. Para el estudio se uso Mycobacterium smegmatis un pariente cercano de M. tuberculosis, bacteria causante de la tuberculosis humana. 
Según los métodos tradicionales todo habría indicado que una población sometida a un tratamiento antibacteriano sufría grandes bajas y las supervivientes "apagaban" sus motores a la espera de mejores condiciones. Sin embargo usando técnicas de: timelapse, microcopia, y cultivos en microfluidos (situación controlada similar a la que ya nombramos en Naukas) se comprobó que la historia era bien distinta. 
Las bacterias fueron expuestas durante 10 días seguidos a la acción del antibiótico soportando sus efectos. Aunque todas las bacterias poseen la misma información genética, se observó que aquellas que sobrevivían a la acción del antibiótico, lo hacían por diferencias en la expresión de determinados genes. Lo que parece indicar diferencias epigenéticas.  Las diferencias epigenéticas en poblaciones clónicas es muy importante pues permite sobrevivir a los ambientes cambiantes.
Como parece que la supervivencia no está ligada a cambios genéticos permanentes, existe esperanza frente a la aparición de resistencias peligrosas nuevas. Sin embargo esta capacidad para sobrevivir antibióticos sigue siendo una carta en la mano de los patógenos para finalmente generar resistencias.  

jueves, 3 de enero de 2013

Microorganismos y conservación del patrimonio. El caso de Rubrobacter


La conservación del patrimonio es algo importante no sólo por el valor estético, sino por la historia que tan importante que cuenta sobre nosotros. Obviamente a las bacterias, los hongos y otros microorganismos no les importa demasiado que una pared esté adornada con un fresco centenario, por eso cada vez más la conservación de edificios históricos empieza a ser un territorio también para la microbiología 

 Primary bioreceptivity test showing differential colonization
depending on the intrinsic characteristics
of each substratum, mainly on the surface roughness
Uno de los grandes problemas en la conservación de revestimientos, frescos, fachadas y otros adornos hechos en cal, es la perdida de los colores originales. La decoloración produce daños estructurales que  pueden deberse a la destrucción de los pigmentos originales, o a la formación de biopigmentos como la clorofila, los carotenos o la melanina.
Imagen 1 Colonización por biofilms de
vidrieras.



En algunos casos estos pigmentos de origen bacteriano llegan a formar una pátina estable al incluirse como partículas bioactivas en oxalatos, carbonatos, yesos, hierro y óxidos de manganeso. Tenemos bacterias que llegan a incluir sus biopigmentos incluso en vidrieras.

Pero en esta entrada nos vamos a centrar en unos microorganismos que causan decoloración rosada en murales y otros revestimientos pintados sobre piedra o cal.

Tradicionalmente el estudio de las biopelículas bacterianas que causan decoloración rosada, se ha hecho mediante toma de muestras y posterior aislamiento en laboratorio. Por desgracia parece ser que en este caso, como en muchos otros, la mayoría de los microorganismos causantes de esta degradación no llegaban a crecer en cultivos... Claro, de esto se dieron cuenta cuando se empezaron a usar métodos moleculares, más concretamente la secuenciación masiva de los biofilms presentes en las zonas degradadas, y no fue poca la diferencia... Se encontraron entre un 9 y un 90% de secuencias que no correspondían a lo que inicialmente se había aislado en el laboratorio.

De este 90% un 70% correspondía a un mismo género conocido como Rubrobacter.

El género Rubrobacter pertenece a las Actinobacterias que son muy abundantes en los monumentos deteriorados y particularmente interesantes en cuanto a biodeterioro, debido a que su naturaleza micelial, les confiere una gran capacidad de penetración en el sustrato. Además, producen como metabolitos secundarios pigmentos y sustancias bioactivas, que inhiben el crecimiento de otros microorganismos y posibilitan el crecimiento de las cepas productoras. También son capaces de inducir la cristalización de sales y formar eflorescencias, las cuales contribuyen en gran medida al deterioro.(1)

El género Rubrobacter se enmarca en las Gram positivas con alto contenido en G+C, actualmente el género contiene 4 especies, la más reciente (R. bracarensis) aislada por el IRNAS-CSIC Sevilla hace unos meses (2).
Phylogenetic tree, based on 16S rRNA gene sequences, showing the relationship between strains VF70612 S1T, VF70612 S4, VF70612 S5 and species belonging to the subclass Rubrobacteridae. Fuente


El lugar original donde se encontraron estas bacterias de forma "natural" es de lo más curioso. Casi todas ellas fueron aisladas en aguas termales contaminadas, algunas incluso radioactivas. Esto hace que su cultivo en laboratorio sea muy complejo, siendo las condiciones óptimas de crecimiento un pH cercano a 8 y 60ºC durante varios meses.  En el caso de R radiotolerans y R. xylanophilus además se produce la formación de pigmentos rosados propios de bacterias halófitas, que son los que dan ese color a los biofilms que degradan los murales. 
¿Qué pigmento son?, pues parece que se trata de bacterioruberinas y monoanhidro-bacterioruberinas. Pigmentos derivados del licopeno, precursores del retinal, que suele formar el "ojo de las bacterias" o bacteriorodopsina. 



Bacterioopsin-Mediated Regulation of Bacterioruberin Biosynthesis (Fuente)

Por si os interesa también os pongo la estructura 3D del pigmento en cuestión
Architecture of the trimeric phR–bacterioruberin complex. Fuente

Una vez aclarado el origen del color rosado que esta fastidiando la herencia cultural, os hago una pregunta... ¿no veis curioso el lugar donde se aislaron inicialmente estas bacterias frente al lugar donde ahora las estamos describiendo? Los investigadores se preguntaron esto mismo.
¿Cómo unas bacterias propias de manantiales calientes, aguas fuertemente contaminadas e incluso radioactivas, crecen en las frías y secas paredes de los murales de muchas iglesias?

Se comprobó que la temperatura en las zonas afectadas por Rubrobacter era de 15ºC y muy estable, se descartó también la presencia de radiaciones de cualquier tipo, y llegados a este punto los investigadores pensaron que quizás ocurría algo parecido al caso de Deinococcus
Deinococcus radiodurans es una bacteria que tolera dosis de radiación altísimas, llegando a vivir en centrales nucleares o cementerios de residuos nucleares. Durante mucho tiempo los biólogos evolutivos se preguntaban que sentido tenía que una bacteria fuese capaz de soportar tales dosis de radiación en un mundo donde de forma natural nunca se daban casos donde esa resistencia pudiese ser una ventaja.  Sin embargo se descubrió que la resistencia a la radiación era una ventaja colateral de la adaptación a la desecación. Y es quizás este el mismo caso de Rubrobacter radiotolerans y sus hermanas, puede que esa tolerancia a la desecación le ha dado la ventaja para colonizar las paredes secas y cargadas de minerales de nuestras capillas e iglesias.  Quizás para una bacteria no exista mucha diferencia entre una pared pintada con un bello mural y un río contaminado...

ResearchBlogging.org (1) Presencia de actinobacterias del género Rubrobacter en tumbas de la Necrópolis de Carmona
L. Laiz, V. Jurado, E.A. Akatova, J.M. González y C. Saiz-Jimenez
Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, CSIC. Apartado 1052, 41080 Sevilla 
http://digital.csic.es/bitstream/10261/39123/1/Presencia%20de%20actinobacterias%20del%20género%20Rubrobacter.pdf
(2)Jurado V, Miller AZ, Alias-Villegas C, Laiz L, & Saiz-Jimenez C (2012). Rubrobacter bracarensis sp. nov., a novel member of the genus Rubrobacter isolated from a biodeteriorated monument. Systematic and applied microbiology, 35 (5), 306-9 PMID: 22776713

Imagen 1: Guadalupe Piñar, Maite Garcia-Valles, Domingo Gimeno-Torrente, Jose Luis Fernandez-Turiel, Jörg Ettenauer, Katja Sterflinger, Microscopic, chemical, and molecular-biological investigation of the decayed medieval stained window glasses of two Catalonian churches, International Biodeterioration & Biodegradation, Available online 15 May 2012, ISSN 0964-8305, 10.1016/j.ibiod.2012.02.008.

Keywords: Stained glasses; Biodeterioration; Bio-pitting; Patinas; Mineral precipitation; Microbial communities; Molecular methodsSchabereiter-Gurtner C, Piñar G, Vybiral D, Lubitz W, & Rölleke S (2001). Rubrobacter-related bacteria associated with rosy discolouration of masonry and lime wall paintings. Archives of microbiology, 176 (5), 347-54 PMID: 11702076


Esta entrada participa en el XIX carnaval de la Biología que se celebra en La fila de atrás.
Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara

sábado, 22 de diciembre de 2012

A 18 km sobre el cielo.



¿Cuál es el segundo ecosistema más extenso de nuestro planeta?

 Asumimos que el primero con un 71%, es el agua. El resto por lógica debería ser la tierra, pero no, estoy haciendo trampa. El ecosistema del que os hablo no es excluyente respecto a los dos anteriores, y ocupando un 60% aproximadamente del planeta se coloca como el segundo más extenso, ¿sabes ya cuál es? ¡ Las nubes !
Bueno quizás sea más correcto hablar de las partículas que existen en suspensión ocupando la troposfera.

Por una parte, las nubes no son un lugar tan extraño para vivir...sobre todo tras saber que los microorganismos son capaces de vivir en casi cualquier sitio, desde el intestino humano, a una central nuclear pasando por las aguas más profundas de nuestros océanos... Así que las nubes no iban a ser menos.

Las nubes están formadas por partículas microscópicas de polvo en suspensión con la capacidad de nuclear pequeñas gotas de agua. Estas pequeñas partículas húmedas son el hogar de muchos microorganismos, mayoritariamente bacterias.
Se estima que 7.1 millones de toneladas de aerosoles, incluyendo partículas y microorganismos  cruzan los cielos del pacífico cada año. Lo hacen gracias a vientos y tormentas, y son estas tormentas las que muchas bacterias "cabalgan" para cruzar el océano en tan solo.. ¡ una semana !

Según un estudio de la AEM las nubes cargadas de polvo son el vehículo para  más de 2000 especies distintas de microorganismos que en las condiciones adecuadas pueden cruzar de Asia a Norte América en apenas 10 días.

Por supuesto estos viajes no sólo se dan entre Asía y Norteamérica.  También se dan entre África y Sudamérica, o entre Australia y Ásia.  Seguramente con las condiciones ideales una bacteria podría dar la vuelta al mundo en poco más de un mes. 

Las especies encontradas en las nubes son las propias del suelo, y algunas marinas. Mayoritariamente: Proteobacterias, firmicutes, algunas Actinobacterias, Vibrios, etc.  Muchas de ellas tienen la capacidad de formar esporas, para que el viaje pase lo más rápido posible y les haga el mínimo daño... Ya sabéis que las esporas puede proteger de temperatura, radiación UV/B y desecación.  Lo que convierte la esporulación en una adaptación perfecta para los viajes a grandes altitudes.

Algo ya conocido, es el fenómeno de la bioprecipitación. Estas bacterias pueden llegar a nuclear gotas de agua que terminen generando precipitaciones, e incluso granizo.
La troposfera es un territorio aún por explorar, se desconoce cómo podrían afectar los microorganismos a los fenómenos atmosféricos, ¿sólo usan las nubes para viajar?, ¿únicamente son responsables de la lluvía?  Quizás si, quizás sólo tengan esas funciones, o quizás tengan mucho más que decir a nuestros expertos en el clima...

Como bonus os dejo un vídeo en el que podéis ver el movimiento de los aerosoles atmosféricos:



Lo vi en:  @SmithsonianMag
El Journal Reference es:

  1. D. J. Smith, H. J. Timonen, D. A. Jaffe, D. W. Griffin, M. N. Birmele, K. D. Perry, P. D. Ward, M. S. Roberts.Intercontinental Dispersal of Bacteria and Archaea in Transpacific WindsApplied and Environmental Microbiology, 2012; DOI: 10.1128/AEM.03029-12

Información adicional en el blog "Curiosidades de la microbiología"