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• Brock. 12va ed. Cap. 23 y 24.

UNIDAD 6:

Ecología de Microorganismos

Bibliografía:


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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.


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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.


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• 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.


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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


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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.

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Formación de un biofilm

Biofilm: formación y diversidad

http://www2.erc.montana.edu/resources/movies/2003/2003m01.html

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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

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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.


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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.


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• 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.


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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.


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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).


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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


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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.


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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?


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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?


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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?


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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


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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


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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.


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Líquenes

Usnea sp. (barba de viejo):

Hongo ascomycota y alga clorófita

Peltigera scabrosa

(hongo + Nostoc)

Peltigera aphthosa

(hongo + Nostoc + alga

verde trebouxioficea)


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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


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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”)


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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


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• 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


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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.


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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


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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

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