•  Brock. 10ma ed. Cap 19. •  Brock. 12va ed. Cap. 23.

UNIDAD 6: Ecología de Microorganismos

Bibliografía:

“If a million people say a foolish thing, it is still a foolish thing.”

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.

  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.

•  En una partícula de suelo de 3 mm existen diversos microambientes.

Interior: anóxico Exterior: óxico.

Distribución de O2 sobre partícula de suelo

Microambientes

Los microambientes son temporarios.

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

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

Formación de un 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

Biofilm

Implicancias en la salud humana.

Por qué las bacterias forman biofilms?

Se están desarrollando sustancias que pueden penetrar los 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 - Cálculos renales

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: dominan B. 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.

•  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.

Ecosistemas Microbianos: Ríos y arroyos

•  El O2 está presente en ríos turbulentos.

•  Algunos ríos reciben materia orgánica de aguas residuales y puede haber deficit de O2 temporariamente.

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).

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 se pretende 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

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 a altas presiones). -  Síntesis de porinas y otras proteínas especiales.

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?

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?

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?