El documento describe las diferentes interacciones que pueden ocurrir entre poblaciones microbianas, incluyendo interacciones positivas como la cooperación y el sinergismo, e interacciones negativas como la competencia y el amensalismo. También explica conceptos como el quorum sensing, las biopelículas y los consorcios microbianos.

1. Interacciones entre poblaciones
microbianas
hv
CO2
H2S Acetate
e-
Green Sufur reducer
phototroph
biomass
S0
CO2
11/09/2006
Cátedra de Ecología Microbiana. 1
Facultad de Ciencias Exactas. UNLP

2. Principio de Allee: incluso en una misma población pueden
tener lugar interacciones positivas y negativas.
Estas interacciones dependen de la densidad de población.
Las interacciones positivas (cooperación)
aumentan la tasa de crecimiento de una
población predominan cuando la
densidad de población es baja.
baja
Las interacciones negativas (competencia)
disminuyen la velocidad de crecimiento de una
población predominan cuando la
densidad de población es alta.
alta
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3. Densidad de
población optima
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4. Interacciones positivas
LA UNION HACE LA FUERZA
Prolongado período de latencia o falta de
crecimiento cuando sembramos con un inóculo
muy pequeño (problema en generar colonias a
partir de una sola célula).
Dosis mínima infecciosa de poblaciones
patógenas.
En la naturaleza es más frecuente observar
microorganismos adheridos a partículas que
microorganismos individuales. Formación de
colonias aún de bacterias móviles.
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5. Quorum Sensing
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6. La bacterias en comunidad “comunican” su presencia a
otras bacterias liberando y respondiendo a la
acumulación de “señales”: compuestos químicos
llamados autoinductores.
Quorum sensing fue
originariamente estudiado en
la bacteria bioluminiscente
Vibrio fischeri que vive como
simbionte en algunas
especies animales marinas.
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7. HSL = N-(3-oxooctanoyl)-homoserine lactone
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8. 11/09/2006 8

9. • Las bacteria Gram-negativas usan homoserin lactonas como
“palabras”.
• La comunicacion via LuxI/LuxR (HSL/ activator transcriptional)
se ha encontrado como sistema estándar.
• Se ha encontrado en más de 25 especies Gram-negativas.
Muchos procesos fisiológicos son regulados por este
sistema de comunicación célula-célula
• Virulencia
• Formación de biopelículas
• Producción de antibióticos
• Conjugación
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10. Sustancia Organismos Efecto postulado
N-Butanol homoserin Serratia liquefaciens Swarming
lactona Aeromonas hydrophile Protease extracelular
(BHL)
N-(3-oxohexanoyl)homo- Nitrosomonas europaea Acortamiento de la fase lag
serin lactona Vibrio fischeri Bioluminiscencia
cAMP Escherichia coli Transporte de azúcares
con alta afinidad
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11. Quorum sensing en bacterias Gram-positivas
• La señales son oligopéptidos modificados que son secretados al
medio vía un sistema de transporte ABC (ATP-Binding-Cassette).
• Los detectores son proteínas de dos-componentes que detectan y
comparan la concentración de la señal fuera y dentro de la célula.
• La señal se traduce vía un mecanismo de fosforilación/defosforilación
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12. 11/09/2006 12

13. 11/09/2006 13

14. Myxococcus xanthus: bacterias Gram (-) móviles que colonizan
hojas secas madera y otros ambientes.
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15. Otras interacciones positivas
Utilización de sustratos insolubles (lignina,
celulosa), para lo cual producen enzimas
extracelulares: solubilización corporativa de
sustratos.
Mecanismo protector frente a factores ambientales
hostiles.
Intercambio de material genético.
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16. Interacciones negativas
Los miembros de una población usan el mismo
sustrato y compiten por el mismo nicho ecológico.
La acumulación de productos metabólicos puede
actuar como un mecanismos de retroalimentación
negativo.
Existencia de genes suicidas.
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17. Interacciones entre poblaciones microbianas
diferentes
Las interacciones entre microorganismos son la
fuerza motriz en la evolución de la estructura de la
11/09/2006 comunidad 17

18. Neutralismo
Poblaciones microbianas con capacidades metabólicas
muy distintas.
Distantes entre sí (ej. suelo en distintos microhábitat).
Poblaciones con baja densidad (ej. hábitat marinos donde
la densidad de población es extremadamente baja).
Condiciones ambientales que no permitan el crecimiento
microbiano.
Poblaciones que están fuera de su hábitat natural
(atmósfera).
Estructuras de latencia o reposo: esporas, cistes, etc.
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19. Comensalismo
Una población modifica el hábitat adecuándolo a las
necesidades de otras poblaciones.
Producción de factores de crecimiento.
Transformación de productos insolubles en solubles, o
los cambios de estado.
Conversión de moléculas orgánicas en otras más
simples, sustratos de otras poblaciones.
Cometabolismo.
Eliminación o neutralización de compuestos tóxicos.
Un microorganismo puede ser el hábitat de otros.
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20. Segunda fuente
Ácido Tricloroacético de carbono y
energía
Factor de crecimiento
vitamina B12 Streptomyces sp.
Bacterium 3-CL Vitamin B12
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21. Mycobacterium
Propano Energía + CO2 + H2O
vaccae
Cometabolismo
Ciclohexanona Ciclohexanol
Pseudomonas
Metabolismo productor de
Ciclohexanona energía
Pseudomonas
Energía + CO2 + H2O
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22. Sinergismo
Sintrófica: dos o más poblaciones se aporta
mutuamente nutrientes que les son necesarios.
Requiere biotina
Lactobacillus plantarum
Biotina
Acido Fólico
Requiere ácido fólico
Streptococcuc faecalis
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23. Síntesis de un factor de crecimiento en común
Mucor sp. Rhodotorula sp.
Pyridine Thiazole
Thiamine
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24. Remoción de productos metabólicos inhibidores del
crecimiento
Fuente de carbono primaria
metano
95% de la
Inhibition del población
crecimiento Metano-
oxidadoras
Pseudomonas
metanol Fuente de carbono
secundaria.
Hyphomicrobium
sp. Flavobacterium sp Acinetobacter sp.
< 5% de la
población Función desconocida
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25. Flujo de carbono y energía
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26. Mutualismo
Es una relación obligada entre dos poblaciones, de la que
ambas se benefician.
Líquenes
Ficobionte: alga (Trebouxia) o cianobacteria (Nostoc)
Produce los compuestos orgánicos que utiliza el micobionte.
Micobionte: hongo (ascomicete o basidiomicete)
Protección, transporte de nutrientes minerales y factores de
crecimiento.
Capaces de crecer en ambientes hostiles, resisten
temperaturas extremas y desecación.
Particularmente sensible a contaminantes atmosféricos de
origen industrial.
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27. Endosimbiontes de los protozoos
Algas (Chlorella) y protozoos (Paramecium)
Alga suministra carbono orgánico y oxígeno
Protozoario proporciona protección, motilidad, CO2 y factores de
crecimiento.
El simbionte puede vivir en ambientes anaerobios mientras
haya luz.
Fagos atemperados
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28. 11/09/2006 28

29. En el espesor del biofilm los microorganismos
forman consorcios microbianos que producen
efectos sinérgicos incapaces de ser originados por
las especies en forma aislada.
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30. Propiedades características de las biopelículas
• Biodispobilidad de sustratos (por adhesión a la superficie)
• Largo tiempo de contacto entre células
• Microconsorcios espacialmente fijos
• Espacial heterogenicidad (vertical y horizontal)
Gradientes de: pH, sustrato disuelto, oxigeno, temperatura,
productos metabólicos
• Dinámica tiempo dependiente (sucesión de diferentes
microorganismos de acuerdo con las variaciones del hábitat)
• Procesos metabólicos limitados especialmente por los
procesos de trasporte de sustratos
• Las poblaciones tienen mayor número de células que cuado se
encuentran e suspensión
• Acumulación de nutrientes en la matriz del gel
• Mayor resistencia a contaminantes y a cambios en el medio
• Protección a la desecación por la mayor capacidad de
retención de agua del exopolímero.
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31. 11/09/2006 31

32. Abb.: Stoodley et al., 1999
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33. Estructura espacial de las biopelículas
Surface Zone
Basic-Biofilm
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34. 1000
Current
Gradiente de
800
oxígeno
600
d [µm]
Water
400
Biofilm
200
Zona Anóxica
0
0 1 2 3 4 5
Oxygen [mg/l]
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35. Compartimentalización vertical
concentración
NO3-
O2 SO42- Corg Fase líquida
Límite
aeróbico Superficie
procesos
oxidativos
Biofilm
desnitrificación
sulfato reducción Profundidad
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36. Compartimentalización horizontal
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37. Competencia
Dos poblaciones que usa el mismo recurso (espacio, nutriente).
Principio de exclusión competitiva: la competencia tiende a
producir separaciones ecológicas de poblaciones
estrechamente relacionadas, ya que dos poblaciones no puede
ocupar exactamente el mismo nicho.
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38. Cuando existe fluctuaciones en las condiciones ambientales
(estacionales, diarias, etc.) y la competencia no eliminó una de las
dos poblaciones, las poblaciones muestran oscilaciones continuas.
La competencia en ambientes naturales es compleja ya que los
microorganismos compiten por diferentes recursos, algunos
esenciales y otros que puede aumentar la velocidad de crecimiento
o disminuir la tasa de muerte.
Diferentes especies o cepas difieren en su capacidad de captar y utilizar
los potenciales recursos limitantes.
R*= R.Ks/(µmax–m)
Competencia por sobrevida durante condiciones de latencia y
dormancia: resistencia al stress.
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39. Amensalismo
Cuando una población produce una sustancia que inhibe el crecimiento de otra
población.
Altas concentraciones de ácido láctico, producción de ácidos grasos,
amonio, alcoholes
Antibióticos
Metabolitos secundarios (quorum sesig)
No es un mecanismo de selección predominante en la naturaleza (los
microorganismos productores no son predominantes en los
ecosistemas, no hay selección de mutantes resistentes).
Podrían ser una ventaja selectiva en determinados microhábitat y en
determinadas condiciones ambientales.
Bacteriocinas
Actúan sobre microorganismos estrechamente relacionados con el
productor
Podrían tener una mayor relevancia ecológica que los antibióticos.
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40. Parasitismo
La población beneficiada (parásito) depende
nutricionalmente del huésped (población perjudicada).
Largos tiempos de contacto (físico o metabólico)
Generalmente el parásito es más chico que el huésped.
Ectoparásito o endoparásito
Especificidad
Parásitos obligados: su distribución en el ambiente
depende de la distribución del huésped.
Hiperparasitismo
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41. Snellen, J.S., and M. P. Starr. 1976. Alterations in the cell wall of Spirillum serpens
VHL early in its association with Bdellovibrio bacteriovorus 109D. Archives of
Microbiology 108:55-64
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42. http://lsvl.la.asu.edu/mic494/old/html/bdellovibrio.html
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43. Predación
Un organismo engulle y digiere a otro organismo.
En el mundo microbiano es difícil de distinguir del
parasitismo.
Normalmente la interacción predador-presa es de
corta duración y el predador es más grade que la
presa.
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44. dN1 /dt = r1 N1 – PN1 N2 dN2 /dt = PN1 N2 dN1 – m2 N2
N1, densidad de la presa
r, velocidad intrínseca de crecimiento
N2 densidad del depredador
P, coeficiente nacimiento depredador por presa consu
11/09/2006 m, tasa de mortalidad 44