Hispanopedia WikiUn consorcio microbiano o comunidad microbiana es un conjunto de dos o más grupos bacterianos o microbianos que viven en simbiosis . [ 1 ] [ 2 ] Los consorcios pueden ser endosimbióticos o ectosimbióticos , o en ocasiones ambos. El protista Mixotricha paradoxa , endosimbionte de la termita Mastotermes darwiniensis , siempre se encuentra como un consorcio de al menos un coco endosimbiótico , múltiples especies ectosimbióticas de bacterias flageladas o ciliadas , y al menos una especie de bacteria helicoidal Treponema que constituye la base de la locomoción de los protistas Mixotricha . [ 3 ]
El concepto de consorcio fue introducido por primera vez por Johannes Reinke en 1872, [ 4 ] [ 5 ] y en 1877 se introdujo el término simbiosis , que posteriormente se amplió. La evidencia de simbiosis entre microbios sugiere firmemente que fue un precursor necesario para la evolución de las plantas terrestres y para su transición de las comunidades de algas marinas a las terrestres. [ 6 ]
Descripción general
Los microbios tienen un gran potencial de aplicación para aumentar la eficiencia de los bioprocesos al tratar con sustancias resistentes a la descomposición. [ 8 ] [ 9 ] Se ha aislado un gran número de microorganismos en función de su capacidad para degradar materiales recalcitrantes como la lignocelulosa y los poliuretanos. [ 10 ] [ 11 ] En muchos casos de eficiencia de degradación, se ha encontrado que los consorcios microbianos son superiores en comparación con las cepas individuales. [ 12 ] Por ejemplo, se han aislado del medio ambiente nuevos consorcios termófilos de Brevibacillus spp. y Aneurinibacillus sp. para mejorar la degradación de polímeros. [ 13 ]
Existen dos enfoques para obtener consorcios microbianos que implican (i) un ensamblaje sintético desde cero mediante la combinación de varias cepas aisladas, [ 13 ] o (ii) la obtención de comunidades microbianas complejas a partir de muestras ambientales. [ 14 ] Para este último, a menudo se utiliza un proceso de enriquecimiento para obtener los consorcios microbianos deseados. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Por ejemplo, un consorcio derivado del intestino de termitas que mostraba una alta actividad xilanasa se enriqueció en paja de trigo cruda como única fuente de carbono, la cual fue capaz de transformar la lignocelulosa en carboxilatos en condiciones anaeróbicas. [ 18 ]
A pesar del uso de pasos de enriquecimiento al trabajar con muestras ambientales, se siguen observando niveles de diversidad relativamente altos [ 17 ], probablemente debido a la alta redundancia funcional observada en las comunidades microbianas ambientales, siendo un activo clave de su estabilidad funcional [ 19 ] [ 20 ] . Esta diversidad intrínseca puede representar un cuello de botella en los intentos de avanzar hacia la aplicación práctica debido a (i) una posible correlación negativa con la eficiencia [ 21 ] , (ii) verdaderos oportunistas microbianos cuya presencia no tiene impacto en la degradación [iii], amenazas a la seguridad planteadas por la presencia de patógenos conocidos o desconocidos [22], y (iv) riesgos de perder las propiedades de interés si están respaldadas por taxones raros [ 22 ] .
La utilización de consorcios microbianos con menor complejidad, pero igual eficiencia, puede conducir a procesos industriales más controlados y optimizados. [ 23 ] Por ejemplo, una gran proporción de genes funcionales se alteraron notablemente y la eficiencia de la biodegradación del diésel aumentó al reducir la biodiversidad de una comunidad microbiana de suelos contaminados con diésel. [ 24 ] Por lo tanto, es crucial encontrar estrategias confiables para reducir la diversidad hacia consorcios microbianos optimizados obtenidos de muestras ambientales. Se aplicó un enfoque de cribado reductivo para construir consorcios microbianos mínimos efectivos para la degradación de lignocelulosa basados en diferentes grupos funcionales metabólicos. [ 23 ] Además, también se han empleado enfoques de selección artificial (dilución, toxicidad y calor) para obtener consorcios bacterianos. [ 25 ] Entre ellos, la dilución hasta la extinción ya ha demostrado su eficiencia para obtener consorcios microbianos funcionales de agua de mar y líquido ruminal. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] Se espera que la dilución hasta la extinción proporcione más ventajas en comparación con el aislamiento y ensamblaje convencionales, ya que (i) genera muchas combinaciones microbianas listas para ser analizadas, (ii) incluye cepas del conjunto microbiano inicial que podrían perderse debido a sesgos de cultivo/aislamiento, y (iii) asegura que todos los microbios estén físicamente presentes e interactuando espontáneamente. [ 29 ] [ 22 ]
Ejemplos
Microbiolitos
Los microbialitos son tapetes microbianos litificados que crecen en ambientes bentónicos de agua dulce y marinos. Constituyen la evidencia fosilizada más antigua conocida de vida, con una antigüedad de 3700 millones de años. Actualmente, los microbialitos modernos son escasos y están formados principalmente por Pseudomonadota (antes Proteobacteria), cianobacterias , bacterias reductoras de sulfato , diatomeas y microalgas . Estos microorganismos producen compuestos adhesivos que cementan la arena y unen otros materiales rocosos para formar tapetes minerales microbianos . Estos tapetes se forman capa a capa, creciendo gradualmente con el tiempo.
Rizosfera
Aunque diversos estudios han demostrado que microorganismos individuales pueden ejercer efectos beneficiosos sobre las plantas, cada vez es más evidente que cuando interviene un consorcio microbiano —dos o más microorganismos que interactúan—, se pueden esperar resultados aditivos o sinérgicos. Esto se debe, en parte, a que múltiples especies pueden realizar diversas funciones en un ecosistema como la rizosfera de la raíz de la planta . Los mecanismos beneficiosos de estimulación del crecimiento vegetal incluyen una mayor disponibilidad de nutrientes, modulación de fitohormonas , biocontrol y tolerancia al estrés biótico y abiótico , ejercidos por diferentes microorganismos dentro de la rizosfera, como bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB) y hongos como Trichoderma y micorrizas . [ 30 ]
El diagrama de la derecha ilustra que los microorganismos de la rizosfera, como las bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB), los hongos micorrícicos arbusculares (AMF) y los hongos del género Trichoderma spp., pueden establecer interacciones beneficiosas con las plantas, promoviendo su crecimiento y desarrollo, aumentando su sistema de defensa contra patógenos, favoreciendo la absorción de nutrientes y mejorando la tolerancia a diferentes tipos de estrés ambiental. Los microorganismos de la rizosfera pueden influirse entre sí, y los consorcios resultantes de PGPB + PGPB (por ejemplo, una bacteria fijadora de nitrógeno como Rhizobium spp. y Pseudomonas fluorescens ), AMF + PGPB y Trichoderma + PGPB pueden tener efectos sinérgicos sobre el crecimiento y la aptitud de la planta, proporcionándole mayores beneficios para superar el estrés biótico y abiótico. Las flechas punteadas indican interacciones beneficiosas entre AMF y Trichoderma. [ 30 ]
Degradación de la queratina
La capacidad de los microbios para degradar materiales recalcitrantes se ha explorado ampliamente para la remediación ambiental y la producción industrial. Se han logrado avances significativos con cepas individuales, pero actualmente la atención se centra en el uso de consorcios microbianos debido a su estabilidad funcional y eficiencia. Sin embargo, el ensamblaje de consorcios microbianos simplificados (CMS) a partir de comunidades ambientales complejas aún dista mucho de ser trivial debido a la gran diversidad y al efecto de las interacciones bióticas . [ 22 ]
Las queratinas son materiales fibrosos recalcitrantes con componentes reticulados , que representan las proteínas más abundantes en las células epiteliales . [ 31 ] Se estima que tienen un valor económico considerable después de la biodegradación . [ 32 ] Un consorcio microbiano queratinolítico eficiente (KMCG6) fue previamente enriquecido a partir de una muestra ambiental mediante cultivo en medio de queratina. [ 17 ] A pesar de reducir la diversidad microbiana durante el proceso de enriquecimiento, KMCG6 aún incluía varias OTU dispersas entre siete géneros bacterianos. [ 22 ]
En 2020, Kang et al., utilizando una estrategia basada en cultivos de enriquecimiento y dilución hasta la extinción, extrajeron de este consorcio original (KMCG6) un consorcio microbiano simplificado (SMC) con menos especies pero actividad queratinolítica similar. [ 22 ] Se realizaron diluciones seriadas en un consorcio microbiano queratinolítico preenriquecido a partir de una muestra de suelo. Se seleccionó un régimen de dilución apropiado (10 9 ) para construir una biblioteca de SMC a partir del consorcio microbiano enriquecido. El análisis de secuenciación posterior y los ensayos de actividad queratinolítica demostraron que el SMC obtenido presentaba una diversidad microbiana reducida, junto con diversas composiciones taxonómicas y capacidades de biodegradación. Más importante aún, varios SMC poseían niveles equivalentes de eficiencia queratinolítica en comparación con el consorcio inicial, lo que demuestra que la simplificación puede lograrse sin pérdida de función y eficiencia. [ 22 ]
Como se muestra en el diagrama de la derecha, el flujo de trabajo para este estudio incluyó cuatro pasos: (1) Enriquecimiento para los rasgos deseados, por ejemplo, actividad queratinolítica, mediante selección en medio de queratina, donde la queratina es la única fuente de carbono. Este proceso se evaluó mediante evaluaciones funcionales (densidad celular, actividad enzimática y proporción del sustrato residual) y análisis composicional. (2) Se realizaron diluciones seriadas de los consorcios microbianos efectivos enriquecidos. Se prepararon seis diluciones, desde la dilución 10² hasta la 10¹⁰ , con 24 réplicas. La disimilitud entre las diluciones se evaluó mediante el cálculo de la distancia euclidiana basado en criterios de evaluación funcional. (3) La construcción de la biblioteca se realizó a partir de la dilución que ofrecía la disimilitud óptima entre las réplicas. En este caso, se seleccionó la dilución 10⁹ para construir la biblioteca SMC. (4) La selección del SMC más prometedor se basa en la caracterización funcional y composicional. [ 22 ]
Salud humana
Los consorcios se encuentran comúnmente en los humanos, siendo los ejemplos predominantes el consorcio cutáneo y el consorcio intestinal , que brindan protección y contribuyen a la nutrición humana. Además, se ha identificado la presencia de bacterias en el cerebro (anteriormente considerado estéril), y la evidencia metagenómica sugiere que las especies encontradas podrían ser de origen entérico. [ 33 ] [ 34 ] Dado que las especies encontradas parecen estar bien establecidas, no tienen un impacto perceptible en la salud humana y se sabe que forman consorcios cuando se encuentran en el intestino, es muy probable que también hayan formado un consorcio simbiótico en el cerebro. [ 35 ]
consorcios microbianos sintéticos
Los consorcios microbianos sintéticos (comúnmente llamados cocultivos) son sistemas multipoblacionales que pueden contener una amplia gama de especies microbianas y son adaptables para satisfacer diversos intereses industriales y ecológicos. En biología sintética , los consorcios permiten diseñar comportamientos celulares novedosos a nivel poblacional. Los consorcios son más comunes en la naturaleza y, por lo general, resultan ser más robustos que los monocultivos. [ 36 ] Hasta la fecha, se han cultivado e identificado poco más de 7000 especies de bacterias. Muchas de las aproximadamente 1,2 millones de especies bacterianas restantes aún no se han cultivado ni identificado, en parte debido a la imposibilidad de cultivarlas axénicamente . [ 37 ] Al diseñar consorcios sintéticos o editar consorcios naturales, los biólogos sintéticos controlan el pH, la temperatura, los perfiles metabólicos iniciales, los tiempos de incubación, la tasa de crecimiento y otras variables pertinentes. [ 36 ]
Véase también
Notas
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Los consorcios son conjuntos de diferentes especies de microbios en contacto físico (y a veces intrincado bioquímico) entre sí, y están implicados en procesos biológicos que van desde el tratamiento de aguas residuales hasta el ciclo del nitrógeno marino y los procesos metabólicos dentro del rumen.
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