Aerotaxis

La aerotaxis es el movimiento causado por gradientes de oxígeno. ^{[ 1 ]} La aerotaxis positiva implica el movimiento hacia una mayor concentración de oxígeno ambiental, mientras que la aerotaxis negativa implica el movimiento hacia una menor concentración de oxígeno ambiental. ^{[ 2 ]} Las bacterias aerotácticas se agrupan alrededor de fuentes de aire formando bandas aerotácticas. ^{[ 1 ]}

El descubrimiento de la aerotaxis fue reportado por primera vez por Theodor Wilhelm Engelmann , quien demostró que las bacterias microaerófilas del género Spirillum tenue eran atraídas por bajas concentraciones de oxígeno. Diez décadas después del primer descubrimiento de este movimiento, se observó que las bacterias se adhieren a áreas con concentraciones óptimas de oxígeno, lo que resulta en la formación de bandas. Se concluyó que la creación de estas bandas se debía en gran parte al importante papel del oxígeno en las vías metabólicas, ya que permitieron estudiar la aerotaxis en muchas especies bacterianas. Esta capacidad resulta crucial para la supervivencia, dado que un metabolismo eficiente se relaciona directamente con el crecimiento. La aerotaxis no solo describe la respuesta a la fuente de energía, sino también la transducción de señales entre organismos para crear ecosistemas. ^{[ 3 ]}

A medida que cambian las condiciones de crecimiento, como la disponibilidad de oxígeno, las bacterias capaces de taxia energética se desplazan hacia concentraciones de nutrientes que les resultan metabólicamente beneficiosas. La dirección del desplazamiento se determina mediante un transductor, como las proteínas Aer o Tsr en E. coli , que detectan cambios en el transporte de electrones o en la fuerza motriz de protones . ^{[ 4 ]}

La aerotaxis, similar a otros tipos de taxis bacterianos , implica ciclos repetidos de natación en línea recta seguidos de breves inversiones que reorientan a las bacterias para que sean constantemente atraídas por sus gradientes de oxígeno hacia los atrayentes y alejadas de los repelentes. La aerotaxis es un sistema sensorial dominante y hará que los organismos sigan su gradiente de oxígeno incluso si esto los obliga a moverse en contra de otros gradientes químicos. ^{[ 5 ]}

Utilizando Shewanella oneidensis , una bacteria Gram negativa aeróbica facultativa , como organismo modelo, un grupo de científicos buscó visualizar las bandas aerotácticas formadas por bacterias aerotácticas. Esta cepa bacteriana se considera fundamental para las tecnologías sostenibles debido a su capacidad de transferir electrones de un donante de electrones a un aceptor de electrones disponible en el ambiente, como metales sólidos. Al atrapar una burbuja de aire entre un portaobjetos y un cubreobjetos con la ayuda de un espaciador, el equipo pudo observar cómo las bacterias migraban hacia la burbuja de aire con el tiempo. Después de unos 20 minutos, las bacterias comenzaron a agruparse alrededor de la burbuja de aire y a formar una banda distintiva. Las bacterias se mueven entre la burbuja y el anillo, y a medida que pasa el tiempo y se consume el aire, el anillo se contrae hacia la burbuja. ^{[ 1 ]}

La microscopía de contraste de fase revela una capa de bacterias acumulada en la interfaz aire-líquido y rodeada por una zona de agotamiento una vez que la burbuja de aire se ha consumido. En el sistema cerrado, el suministro de aire es limitado y se agota, por lo que no se puede formar una capa de bacterias. Sin embargo, en un sistema abierto con suministro de aire ilimitado, se observa una notable capa de bacterias que continúa acumulándose en la interfaz aire-líquido. ^{[ 1 ]}