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¿Hay bacterias que se alimentan de fagos?

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Si los fagos (virus que comen bacterias) merodean por las bacterias, ¿hay bacterias (u otros microorganismos) que cazan fagos para alimentarse? Son ricas en proteínas de todos modos… ¿Hay estudios sobre este tema? Gracias


Se sospecha que algunos protistas (a saber, choanozoos y picozoos) son "comedores de virus" adecuados / directos debido al tamaño de su "aparato de comer" y la escasez de restos bacterianos en su interior (a diferencia de los restos virales), pero la evidencia es bastante reciente; el estudio (2020):

utilizó herramientas modernas de genómica unicelular para secuenciar el ADN total de 1.698 protistas individuales en el agua. Cada uno de los genomas amplificados únicos (SAG) resultantes consiste en el genoma de un único protista, con o sin ADN asociado: por ejemplo, de simbiontes, presas ingeridas o virus o bacterias que se adhieren a su exterior. La técnica es muy sensible, pero no muestra directamente el tipo de relación entre un protista y sus asociados.

Los investigadores encontraron una variedad de protistas que incluyen alveolatos, stramenopiles, clorofitos, cercozoos, picozoos y choanozoos. El diecinueve por ciento de los SAG del Golfo de Maine y el 48% de los del Mediterráneo estaban asociados con el ADN bacteriano, lo que sugiere que estos protistas habían comido bacterias. Más comunes fueron las secuencias virales, encontradas en el 51% de los SAG del Golfo de Maine y el 35% de los del Mediterráneo, con una frecuencia de 1-52 tipos de virus por protista. La mayoría eran de virus que se sabe que infectan bacterias, presumiblemente que representan parásitos de las presas bacterianas de los protistas.

Pero los choanozoos y picozoos, que solo ocurrieron en la muestra del Golfo de Maine, fueron diferentes. Estos grupos, ninguno de los cuales tiene cloroplastos, son poco conocidos. Los choanozoos (3-10 µm; también conocidos como choanoflagelados), son de gran interés evolutivo como los parientes vivos más cercanos de animales y hongos. Los diminutos picozoos (hasta 3 µ) se descubrieron por primera vez hace veinte años y originalmente se conocían como picobilifitos. Hasta ahora, sus fuentes de alimento eran un rompecabezas, ya que su aparato de alimentación es demasiado pequeño para las bacterias, pero suficiente para los virus, la mayoría de los cuales tienen menos de 150 nm.

Todos y cada uno de los SAG de choanozoos y picozoos se asociaron con secuencias virales de bacteriófagos y virus de ADN CRESS, pero en su mayoría sin ADN bacteriano, mientras que las mismas secuencias se encontraron en una gran diversidad de especies.

“Es muy poco probable que estos virus sean capaces de infectar a todos los protistas en los que se encontraron”, dice la Dra. Julia Brown, investigadora del Laboratorio Bigelow de Ciencias Oceánicas y coautora del estudio.

Los autores concluyen que los choanozoos y picozoos probablemente comen virus de forma rutinaria.

El comunicado de prensa también dice que aún no se conoce / estudia cómo estos protistas "devoradores de virus" se las arreglan para protegerse contra la infección viral.

Si es necesario decirlo… los protistas (a diferencia de las bacterias) son eucariotas. No he encontrado ninguna fuente que sugiera que los procariotas (bacterias o arqueas) logren alimentarse de virus.


Terapia de fagos: un enfoque renovado para combatir las bacterias resistentes a los antibióticos

La terapia con fagos, eclipsada durante mucho tiempo por los antibióticos químicos, está generando un renovado interés en la medicina occidental. Esto se debe al aumento de la frecuencia de infecciones bacterianas resistentes a múltiples fármacos en los seres humanos. También ha habido informes de casos recientes de terapia con fagos que demuestran utilidad clínica para resolver estas infecciones que de otro modo serían intratables. Sin embargo, las bacterias también pueden desarrollar fácilmente resistencia a los fagos, por lo que es crucial para la terapia moderna con fagos desarrollar estrategias para capitalizar esta inevitabilidad. A continuación, revisamos la historia de la investigación de la terapia con fagos. Comparamos y contrastamos la terapia con fagos y los antibióticos químicos, destacando sus sinergias potenciales cuando se usan en combinación. También examinamos el uso de modelos animales, estudios de casos y resultados de ensayos clínicos. A lo largo, exploramos cómo trabaja la comunidad científica moderna para mejorar la confiabilidad y el éxito de la terapia con fagos en la clínica y discutimos cómo evaluar adecuadamente el potencial de la terapia con fagos para combatir las bacterias resistentes a los antibióticos.


Estimaciones revisadas del número de células humanas y bacterianas en el cuerpo

Los valores reportados en la literatura sobre el número de células en el cuerpo difieren en órdenes de magnitud y rara vez están respaldados por mediciones o cálculos. Aquí, integramos la información más actualizada sobre la cantidad de células humanas y bacterianas en el cuerpo. Estimamos que el número total de bacterias en el "hombre de referencia" de 70 kg es 3,8 · 1013. Para las células humanas, identificamos el papel dominante del linaje hematopoyético en el recuento total (≈90%) y revisamos estimaciones anteriores a 3,0 · 1013 células humanas. Nuestro análisis también actualiza la relación 10: 1 ampliamente citada, lo que muestra que la cantidad de bacterias en el cuerpo es en realidad del mismo orden que la cantidad de células humanas, y su masa total es de aproximadamente 0,2 kg.

Declaracion de conflicto de interes

Los autores han declarado que no existen intereses en competencia.

Cifras

Fig 1. Parte posterior del sobre estimado ...

Fig 1. Parte posterior del sobre estimado del número de células en un adulto ...

Fig 2. La distribución del número ...

Fig 2. La distribución del número de células humanas por tipo de célula.

Fig 3. Distribución del número de celda y…

Fig 3. Distribución del número y masa de células para diferentes tipos de células en el ser humano ...


Contenido

El descubrimiento de bacteriófagos fue informado por el inglés Frederick Twort en 1915 [16] y el francocanadiense Felix d'Hérelle en 1917. [17] [18] D'Hérelle dijo que los fagos siempre aparecían en las heces de Shigella pacientes con disentería poco antes de que comenzaran a recuperarse. [19] "Aprendió rápidamente que los bacteriófagos se encuentran dondequiera que prosperen las bacterias: en las alcantarillas, en los ríos que atrapan los desechos de las tuberías y en las heces de los pacientes convalecientes". [20] Muchos reconocieron inmediatamente que la terapia con fagos era un camino clave para la erradicación de las infecciones bacterianas patógenas. Un georgiano, George Eliava, estaba haciendo descubrimientos similares. Viajó al Instituto Pasteur de París donde conoció a d'Hérelle, y en 1923 fundó el Instituto Eliava en Tbilisi, Georgia, dedicado al desarrollo de la terapia con fagos. La terapia con fagos se usa en Rusia, Georgia y Polonia, y se usó profilácticamente durante un tiempo en el ejército soviético.

En Rusia, pronto se inició una amplia investigación y desarrollo en este campo. En los Estados Unidos, durante la década de 1940, la comercialización de la terapia con fagos fue llevada a cabo por Eli Lilly and Company.

Si bien se acumulaban conocimientos sobre la biología de los fagos y cómo utilizar correctamente los cócteles de fagos, los primeros usos de la terapia con fagos a menudo no eran fiables. [21] Desde principios del siglo XX, también se habían realizado investigaciones sobre el desarrollo de antibióticos terapéuticos viables, y en 1942 el antibiótico penicilina G se había purificado con éxito y se había utilizado durante la Segunda Guerra Mundial. La droga demostró ser extraordinariamente eficaz en el tratamiento de soldados aliados heridos cuyas heridas se habían infectado. En 1944, se hizo posible la producción a gran escala de penicilina, y en 1945 estuvo disponible públicamente en las farmacias. Debido al éxito del fármaco, se comercializó ampliamente en los EE. UU. Y Europa, lo que llevó a los científicos occidentales a perder mayoritariamente el interés en el uso y el estudio de la terapia con fagos durante algún tiempo. [22]

Aislados de los avances occidentales en la producción de antibióticos en la década de 1940, los científicos rusos continuaron desarrollando una terapia con fagos que ya era exitosa para tratar las heridas de los soldados en los hospitales de campaña. Durante la Segunda Guerra Mundial, la Unión Soviética utilizó bacteriófagos para tratar a muchos soldados infectados con diversas enfermedades bacterianas, p. Ej. disentería y gangrena. Los investigadores rusos continuaron desarrollando y perfeccionando sus tratamientos y publicando sus investigaciones y resultados. Sin embargo, debido a las barreras científicas de la Guerra Fría, este conocimiento no se tradujo y no proliferó en todo el mundo. [23] [24] Un resumen de estas publicaciones se publicó en inglés en 2009 en "A Literature Review of the Practical Application of Bacteriophage Research". [25]

Hay una amplia biblioteca y un centro de investigación en el Instituto George Eliava en Tbilisi, Georgia. La terapia con fagos es hoy una forma de tratamiento generalizada en esa región. [26]

Como resultado del desarrollo de la resistencia a los antibióticos desde la década de 1950 y un avance del conocimiento científico, ha habido un renovado interés en todo el mundo en la capacidad de la terapia con fagos para erradicar las infecciones bacterianas y la biopelícula polimicrobiana crónica (incluso en situaciones industriales [27]).

Los fagos se han investigado como un medio potencial para eliminar patógenos como Campylobacter en alimentos crudos [28] y Listeria en alimentos frescos o para reducir las bacterias que estropean los alimentos. [29] En la práctica agrícola, los fagos se utilizaron para combatir patógenos como Campylobacter, Escherichia y Salmonela en animales de granja, Lactococcus y Vibrio patógenos en peces de acuicultura y Erwinia, Xanthomonas, y otros en plantas de importancia agrícola. [30] [31] [32] Sin embargo, el uso más antiguo fue en la medicina humana. Los fagos se han utilizado contra las enfermedades diarreicas causadas por E. coli, Shigella o Vibrio y contra infecciones de heridas causadas por patógenos facultativos de la piel como estafilococos y estreptococos. Recientemente, el enfoque de la terapia de fagos se ha aplicado a infecciones sistémicas e incluso intracelulares y la adición de fagos no replicantes y enzimas de fagos aislados como lisinas al arsenal antimicrobiano. Sin embargo, no se dispone de pruebas reales de la eficacia de estos enfoques de fagos en el campo o en el hospital. [29]

Parte del interés en Occidente se remonta a 1994, cuando Soothill demostró (en un modelo animal) que el uso de fagos podría mejorar el éxito de los injertos de piel al reducir el tejido subyacente. Pseudomonas aeruginosa infección. [33] Estudios recientes han proporcionado apoyo adicional para estos hallazgos en el sistema modelo. [34]

Aunque no es una "terapia con fagos" en el sentido original, el uso de fagos como mecanismos de administración de antibióticos tradicionales constituye otro posible uso terapéutico. [35] [36] El uso de fagos para administrar agentes antitumorales también se describió en in vitro experimentos para células en cultivo de tejidos. [37]

En junio de 2015, la Agencia Europea de Medicamentos organizó un taller de un día sobre el uso terapéutico de bacteriófagos [38] y en julio de 2015 los Institutos Nacionales de Salud (EE. UU.) Organizaron un taller de dos días "Terapia con bacteriófagos: una estrategia alternativa para combatir los fármacos Resistencia". [39]

En enero de 2016, Benjamin Chan utilizó con éxito los fagos en la Universidad de Yale para tratar una enfermedad crónica. Pseudomonas aeruginosa Infección en el oftalmólogo Ali Asghar Khodadoust. [40] Este tratamiento exitoso de una infección potencialmente mortal provocó un resurgimiento del interés en la terapia con fagos en los Estados Unidos.

En 2017, un par de fagos modificados genéticamente junto con uno de origen natural (el llamado "fago fangoso"), cada uno de los catalogados por Science Education Alliance-Phages Hunters Advancing Genomics and Evolutionary Science (SEA-PHAGES) en el Howard Hughes Medical Instituto de Graham Hatfull y sus colegas, fue utilizado por el microbiólogo James Soothill en el Great Ormond Street Hospital for Children en Londres para tratar una bacteria resistente a los antibióticos (Mycobacterium abscessus) Infección en una mujer joven con fibrosis quística. [41] [42] [43] [44]

El tratamiento con bacteriófagos ofrece una posible alternativa a los tratamientos con antibióticos convencionales para la infección bacteriana. [45] Es concebible que, aunque las bacterias pueden desarrollar resistencia a los fagos, la resistencia podría ser más fácil de superar que la resistencia a los antibióticos. [46] [47] Así como las bacterias pueden desarrollar resistencia, los virus pueden evolucionar para superar la resistencia. [48]

Los bacteriófagos son muy específicos y se dirigen solo a una o unas pocas cepas de bacterias. [49] Los antibióticos tradicionales tienen un efecto más amplio, matando tanto las bacterias dañinas como las útiles, como las que facilitan la digestión de los alimentos. La especificidad de la especie y la cepa de los bacteriófagos hace que sea poco probable que se eliminen bacterias inofensivas o útiles al combatir una infección. [50]

Algunos grupos de investigación en Occidente están diseñando un espectro de fagos más amplio, y también una variedad de formas de tratamientos de MRSA, que incluyen apósitos para heridas impregnados, tratamiento preventivo para víctimas de quemaduras, suturas impregnadas de fagos. [51] [47] Los enzimáticos son un nuevo desarrollo en la Universidad Rockefeller que crean enzimas a partir de fagos. Las enzimas de fagos recombinantes purificadas pueden usarse como agentes antibacterianos separados por derecho propio. [52]

La terapia con fagos también tiene el potencial de prevenir o tratar enfermedades infecciosas de los corales. Esto podría ayudar con el declive de los corales en todo el mundo. [53]

Colección Editar

El método más simple de tratamiento con fagos consiste en recolectar muestras locales de agua que probablemente contengan grandes cantidades de bacterias y bacteriófagos, por ejemplo, salidas de efluentes, aguas residuales y otras fuentes. [10] Las muestras se toman y se aplican a las bacterias que se van a destruir y que han sido cultivadas en medio de crecimiento.

Si las bacterias mueren, como suele ocurrir, la mezcla se centrifuga, los fagos se acumulan en la parte superior de la mezcla y se pueden extraer.

Las soluciones de fagos se prueban luego para ver cuáles muestran efectos de supresión del crecimiento (lisogenia) o destrucción (lisis) de las bacterias diana. El fago que muestra lisis se amplifica luego en cultivos de las bacterias diana, se pasa a través de un filtro para eliminar todos menos los fagos y luego se distribuye.

Tratamiento Editar

Los fagos son "específicos de una bacteria" y, por lo tanto, en muchos casos es necesario tomar un hisopo del paciente y cultivarlo antes del tratamiento. En ocasiones, el aislamiento de los fagos terapéuticos puede requerir algunos meses para completarse, pero las clínicas generalmente mantienen suministros de cócteles de fagos para las cepas bacterianas más comunes en un área geográfica.

Los cócteles de fagos se venden en farmacias de los países del este. [54] [55] La composición de los cócteles bacteriofágicos se ha modificado periódicamente para agregar fagos eficaces contra las cepas patógenas emergentes. [56]

En la práctica, los fagos se aplican por vía oral, tópicamente sobre heridas infectadas o se extienden sobre superficies, o se utilizan durante procedimientos quirúrgicos. La inyección se usa con poca frecuencia, evitando cualquier riesgo de trazas de contaminantes químicos que puedan estar presentes en la etapa de amplificación de las bacterias y reconociendo que el sistema inmunológico lucha naturalmente contra los virus introducidos en el torrente sanguíneo o el sistema linfático.

Robert T. Schooley y otros utilizaron con éxito la terapia con fagos individualizada para tratar un caso de Acinetobacter baumannii en los EE. UU. en 2015. [57] [58] Las revisiones de la terapia con fagos indican que se necesita más investigación clínica y microbiológica para cumplir con los estándares actuales. [59]

Ensayos clínicos Editar

La financiación para la investigación de la terapia con fagos y los ensayos clínicos es generalmente insuficiente y difícil de obtener, ya que es un proceso largo y complejo para patentar productos bacteriófagos. Los científicos comentan que "el mayor obstáculo es regulatorio", mientras que una opinión oficial es que los fagos individuales necesitarían pruebas de forma individual porque sería demasiado complicado de hacer como una combinación, con muchas variables. Debido a la especificidad de los fagos, la terapia con fagos sería más efectiva con una inyección de cóctel, que generalmente es rechazada por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA). Los investigadores y observadores predicen que para que la terapia con fagos tenga éxito, la FDA debe cambiar su postura reguladora sobre los cócteles de medicamentos combinados. [7] La ​​conciencia pública y la educación sobre la terapia con fagos generalmente se limitan a la investigación científica o independiente en lugar de a los medios de comunicación convencionales. [60]

En 2007 se completó un ensayo clínico de fase 1/2 en el Royal National Throat, Nose and Ear Hospital, Londres, para Pseudomonas aeruginosa infecciones (otitis). [61] [62] [63] La documentación del estudio Phase-1 / Phase-2 se publicó en agosto de 2009 en la revista Otorrinolaringología clínica. [64] Los ensayos clínicos de fase 1 ya se han completado en el Southwest Regional Wound Care Center, Lubbock, Texas para un cóctel aprobado de fagos contra bacterias, que incluye P. aeruginosa, Staphylococcus aureus y Escherichia coli (E. coli). [65] El cóctel de fagos para los ensayos clínicos fue desarrollado y suministrado por Intralytix. PhagoBurn, un ensayo de fase 1/2 de terapia con fagos contra P. aeruginosa la infección de la herida en Francia y Bélgica en 2015-17, se terminó temprano porque la terapia con fagos no fue efectiva. [66]

En julio de 2020, la FDA aprobó el primer ensayo clínico de terapia con fagos nebulizados en los Estados Unidos. [2] Este estudio doble ciego controlado por placebo de la Universidad de Yale se centrará en el tratamiento de las infecciones por Pseudomonas aeruginosa en personas con fibrosis quística.

Locus Biosciences creó un cóctel de tres fagos modificados con CRISPR. El estudio de 2019 de 30 pacientes analizará la reducción de E. coli en sus vías urinarias. Veinte pacientes recibirán un cóctel de fagos y 10 recibirán un placebo. [67]

En febrero de 2019, la FDA aprobó el primer ensayo clínico de terapia con fagos administrada por vía intravenosa en los Estados Unidos. [68] Los desafíos éticos que rodean el uso de fagos en ensayos clínicos incluyen obtener el consentimiento del paciente, la selección adecuada de tratamientos (dados los riesgos y beneficios de diferentes cócteles de fagos) y evitar los riesgos asociados con los fagos lisogénicos que pueden transferir genes resistentes a antibióticos a patógenos. bacterias. [69]

Administración Editar

Los fagos generalmente se pueden liofilizar y convertir en píldoras sin reducir materialmente la eficiencia. [10] Se ha demostrado una estabilidad de temperatura de hasta 55 ° C y una vida útil de 14 meses para algunos tipos de fagos en forma de píldora. [10]

Es posible la aplicación en forma líquida, almacenada preferiblemente en viales refrigerados. [10]

La administración oral funciona mejor cuando se incluye un antiácido, ya que esto aumenta la cantidad de fagos que sobreviven al paso por el estómago. [10]

La administración tópica a menudo implica la aplicación a gasas que se colocan en el área a tratar. [10]

Los fagos fueron utilizados con éxito en la Universidad de Yale por Benjamin Chan para tratar una infección por Pseudomonas en 2016. [40]

La terapia por goteo de fagos intravenosos se utilizó con éxito para tratar a un paciente con MDR Acinetobacter baumannii en Thornton Hospital en UC San Diego en 2017. [70]

La terapia con fagos nebulizados se ha utilizado con éxito para tratar a numerosos pacientes con fibrosis quística y bacterias resistentes a múltiples fármacos en la Universidad de Yale como parte de su programa de uso compasivo. [71] [72]

En 2019, un hombre de Brownsville, Minnesota, con una infección bacteriana de larga duración en la rodilla, recibió un tratamiento con fagos en la Clínica Mayo que eliminó con éxito la bacteria y evitó la amputación planificada de la parte inferior de la pierna. [73]

La alta especificidad de la cepa bacteriana de la terapia con fagos puede hacer necesario que las clínicas preparen diferentes cócteles para el tratamiento de la misma infección o enfermedad porque los componentes bacterianos de tales enfermedades pueden diferir de una región a otra o incluso de una persona a otra. Además, esto significa que los "bancos" que contienen muchos fagos diferentes deben mantenerse y actualizarse regularmente con nuevos fagos. [7]

Además, las bacterias pueden desarrollar diferentes receptores antes o durante el tratamiento. Esto puede evitar que los fagos erradiquen completamente las bacterias. [10]

La necesidad de bancos de fagos hace que las pruebas regulatorias de seguridad sean más difíciles y costosas según las reglas actuales en la mayoría de los países. Tal proceso dificultaría el uso a gran escala de la terapia con fagos. Además, las cuestiones de patentes (específicamente sobre organismos vivos) pueden complicar la distribución para las empresas farmacéuticas que deseen tener derechos exclusivos sobre su "invención", lo que desalentaría a una corporación comercial de invertir capital en esta.

Como se sabe desde hace al menos treinta años, las micobacterias como Tuberculosis micobacteriana tienen bacteriófagos específicos. [74] Aún no se ha descubierto ningún fago lítico para Clostridium difficile, que es responsable de muchas enfermedades nosocomiales, pero algunas fagos templados (integrados en el genoma, también llamados lisogénicos) son conocidos para esta especie, lo que abre caminos alentadores pero con riesgos adicionales, como se analiza a continuación.

La percepción pública negativa de los virus también puede influir en la renuencia a adoptar la terapia con fagos. [75]

En los países occidentales no se ha aprobado la terapia con fagos para su uso en humanos, con algunas excepciones. En los Estados Unidos, las leyes de Washington y Oregón permiten que los médicos naturópatas utilicen cualquier terapia que sea legal en cualquier lugar del mundo de forma experimental, [76] y en Texas los fagos se consideran sustancias naturales y se pueden utilizar además de (pero no como reemplazo de) la terapia tradicional (se han utilizado de forma rutinaria en una clínica de cuidado de heridas en Lubbock, TX, desde 2006). [77]

En 2013, "la 20ª conferencia bienal Evergreen International Phage Meeting. Atrajo a 170 participantes de 35 países, incluidos líderes de empresas e institutos involucrados con terapias con fagos humanos de Francia, Australia, Georgia, Polonia y Estados Unidos". [78]

Seguridad Editar

Gran parte de la dificultad para obtener la aprobación regulatoria radica en los riesgos de utilizar una entidad autorreplicante que tenga la capacidad de evolucionar. [27]

Al igual que con la terapia con antibióticos y otros métodos para contrarrestar las infecciones bacterianas, las bacterias liberan endotoxinas a medida que se destruyen dentro del paciente (reacción de Jarisch-Herxheimer). Esto puede causar síntomas de fiebre en casos extremos, es posible que se produzca un shock tóxico (un problema que también se observa con los antibióticos). [79] Janakiraman Ramachandran [80] sostiene que esta complicación puede evitarse en aquellos tipos de infección en los que es probable que ocurra esta reacción mediante el uso de bacteriófagos modificados genéticamente a los que se les ha eliminado el gen responsable de la producción de endolisina. Sin este gen, la bacteria huésped aún muere pero permanece intacta porque la lisis está desactivada. Por otro lado, esta modificación detiene el crecimiento exponencial de los fagos, por lo que un fago administrado significa una célula bacteriana muerta. [12] Finalmente, estas células muertas son consumidas por las tareas normales de limpieza de la casa de los fagocitos, que utilizan enzimas para descomponer toda la bacteria y su contenido en proteínas, polisacáridos y lípidos inofensivos. [81]

Los bacteriófagos templados (o lisogénicos) generalmente no se usan terapéuticamente, ya que este grupo puede actuar como una forma para que las bacterias intercambien ADN, lo que puede ayudar a propagar la resistencia a los antibióticos o incluso, teóricamente, hacer que las bacterias sean patógenas (ver Cólera). Carl Merril afirmó que las cepas inofensivas de corynebacterium pueden haberse convertido en C. diphtheriae que "probablemente mató a un tercio de todos los europeos que llegaron a América del Norte en el siglo XVII". [82] Afortunadamente, muchos fagos parecen ser líticos solo con una probabilidad insignificante de volverse lisogénicos. [83]

La Universidad Brigham Young ha estado investigando el uso de la terapia con fagos para tratar la loque americana en las abejas. [84] [85] [86] La terapia con fagos también se está investigando para aplicaciones potenciales en la acuicultura. [87]

La novela de 1925 y ganadora del premio Pulitzer de 1926 Arrowsmith usó la terapia con fagos como punto de la trama. [88] [89] [90]

La novela de Greg Bear de 2002 Partes vitales presenta la terapia con fagos, basada en la investigación soviética, utilizada para transferir material genético.

La colección de ensayos de historia militar de 2012 sobre el papel cambiante de las mujeres en la guerra, "Mujeres en la guerra: del frente interno al frente", incluye un capítulo sobre la terapia con fagos: "Capítulo 17: Mujeres que descongelaron la Guerra Fría". [91]

Libro de Steffanie A. Strathdee de 2019 El depredador perfecto: el viaje de un epidemiólogo para salvar a su esposo de una superbacteria mortal, coescrito con su esposo Thomas Patterson, fue publicado por Hachette Book Group en 2019. Describe el intento finalmente exitoso de la Dra.Strathdee de introducir la terapia con fagos como un tratamiento que salva la vida de su esposo, críticamente enfermo con un Acinetobacter baumannii completamente resistente a los antibióticos Infección después de una pancreatitis grave.


Las bacterias increíbles y variables que viven en tu boca

Las bacterias a menudo muestran una biogeografía muy fuerte (algunas bacterias son abundantes en lugares específicos mientras que están ausentes en otras), lo que genera preguntas importantes cuando se aplica la microbiología a productos terapéuticos o probióticos: ¿cómo llegaron las bacterias al lugar equivocado? ¿Cómo agregamos las bacterias correctas en el lugar correcto cuando la biogeografía se ha salido de control? Sin embargo, estas preguntas tienen un gran obstáculo, las bacterias son tan pequeñas y numerosas con poblaciones muy diversas y complicadas, lo que crea grandes desafíos para comprender qué subgrupos de bacterias viven, dónde y qué genes o habilidades metabólicas les permiten prosperar en estos lugares `` equivocados ''. .

En un nuevo estudio publicado en Biología del genoma Los investigadores dirigidos por la Universidad de Harvard examinaron el microbioma oral humano y descubrieron una tremenda variabilidad en las subpoblaciones bacterianas que viven en ciertas áreas de la boca. "Como ecologistas microbianos, nos fascina cómo las bacterias pueden aparentemente dividir cualquier hábitat en varios nichos, pero como seres humanos, también tenemos esta curiosidad innata sobre cómo los microbios se modelan dentro de nuestros cuerpos", dijo el autor principal Daniel R. Utter, Candidato a doctorado en el Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva de la Universidad de Harvard.

Los desarrollos recientes en la secuenciación y los enfoques bioinformáticos han ofrecido nuevas formas de desenredar la complejidad de las comunidades bacterianas. Utter y Colleen Cavanaugh, Edward C. Jeffrey Profesor de Biología en el Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva de la Universidad de Harvard, se asoció con investigadores del Laboratorio de Biología Marina, Woods Hole, Universidad de Chicago y el Instituto Forsyth para aplicar estos estados- enfoques de secuenciación y análisis de última generación para obtener una mejor imagen del microbioma oral.

"La boca es el lugar perfecto para estudiar las comunidades microbianas", según el coautor A. Murat Eren, profesor asistente en el Departamento de Medicina de la Universidad de Chicago. "No solo es el comienzo del tracto gastrointestinal, sino que también es un entorno muy especial y pequeño que es lo suficientemente microbianamente diverso como para que podamos realmente comenzar a responder preguntas interesantes sobre los microbiomas y su evolución".

La boca contiene una sorprendente cantidad de microbios específicos del sitio en diferentes áreas. Por ejemplo, los microbios que se encuentran en la lengua son muy diferentes de los microbios que se encuentran en la placa de los dientes. "Los microbios de su lengua son más similares a los que viven en la lengua de otra persona que a los que viven en su garganta o en sus encías". dijo Eren.

El equipo examinó bases de datos públicas y descargó 100 genomas que representaban cuatro especies de bacterias que se encuentran comúnmente en la boca. Haemophilus parainfluenzae y las tres especies orales del género Rothia, y los utilizó como referencias para investigar a sus familiares muestreados en las bocas de cientos de voluntarios del Proyecto del Microbioma Humano (HMP).

“Usamos estos genomas como punto de partida, pero rápidamente los superamos para investigar la variación genética total entre los billones de células bacterianas que viven en nuestra boca”, dijo Utter. "Porque, al final del día, eso es lo que nos interesa, no los pocos arbitrarios que se han secuenciado".

El uso de este enfoque desarrollado recientemente llamado metapangenómica, que combina los pangenomas (la suma de todos los genes que se encuentran en un conjunto de bacterias relacionadas) con la metagenómica (el estudio del ADN total proveniente de todas las bacterias en una comunidad), permitió a los investigadores realizar una un examen en profundidad de los genomas de los microbios que condujo a un descubrimiento impactante.

“Encontramos una enorme cantidad de variabilidad”, dijo Utter. "Pero nos sorprendió el patrón de esa variabilidad en las diferentes partes de la boca específicamente, entre la lengua, las mejillas y las superficies de los dientes".

Por ejemplo, dentro de una sola especie de microbio, los investigadores encontraron distintas formas genéticas que estaban fuertemente asociadas a un solo sitio diferente dentro de la boca. En muchos casos, el equipo pudo identificar un puñado de genes que podrían explicar el hábitat específico de un grupo bacteriano en particular. Al aplicar la metapangenómica, los investigadores también pudieron identificar las formas específicas en que las bacterias de vida libre en la boca de las personas se diferenciaban de sus parientes cultivados en laboratorio.

“La resolución que ofrecen estas técnicas, a través de la comparación directa de genomas de bacterias“ domesticadas ”y“ salvajes ”, nos permite diseccionar estas diferencias gen por gen”, señala Cavanaugh. “También pudimos identificar nuevas cepas bacterianas relacionadas, pero diferentes a las que tenemos en cultivo”.

"Habiendo identificado algunos candidatos bacterianos realmente fuertes que podrían determinar la adaptación a un hábitat en particular, nos gustaría probar experimentalmente estas hipótesis", dijo Cavanaugh. Estos hallazgos podrían ser potencialmente la clave para desbloquear probióticos específicos, donde los científicos podrían usar lo que se ha aprendido sobre los requisitos del hábitat de cada microbio para diseñar microbios beneficiosos para aterrizar en un hábitat específico.

"La boca es tan fácilmente accesible que la gente ha estado trabajando con las bacterias de la boca durante mucho tiempo", dijo la coautora Jessica Mark Welch, científica asociada del Laboratorio de Biología Marina.

"Cada entorno que miramos tiene estas comunidades de bacterias realmente complicadas y complejas, pero ¿por qué?" dijo Mark Welch. "Comprender por qué estas comunidades son tan complejas y cómo interactúan las diferentes bacterias nos ayudará a comprender mejor cómo reparar una comunidad bacteriana que está dañando nuestra salud, diciéndonos qué microbios deben eliminarse o agregarse de nuevo".

Este estudio y otros similares pueden proporcionar nuevos conocimientos sobre el papel de los microbios orales en la salud humana. "La capacidad de identificar genes específicos detrás de la adaptación del hábitat ha sido algo así como un 'santo grial' en la ecología microbiana", dijo Utter. "¡Estamos muy emocionados por nuestras contribuciones en esta área!" Harvard Gazette


Los científicos encuentran bacterias que se alimentan de plástico

Las bacterias Pseudomonas son parte de una familia de microorganismos conocidos por su capacidad para soportar condiciones adversas, como altas temperaturas y ambientes ácidos.

Investigadores alemanes han identificado una cepa de bacteria que no solo descompone el plástico tóxico, sino que también lo usa como alimento para alimentar el proceso, según The Guardian.

Los científicos descubrieron la cepa de bacterias, conocida como pagbacterias seudomonas, en un vertedero cargado de desechos plásticos, donde notaron que atacaba al poliuretano. El poliuretano y los # 8217 son omnipresentes en los productos de plástico porque son flexibles y duraderos. Sin embargo, cuando llegan al final de su utilidad y terminan en los vertederos, se descomponen lenta y lentamente liberan químicos tóxicos en el suelo a medida que se degradan. También son muy difíciles de reciclar, según Courthouse News.

Dado que es tan difícil de reciclar, millones y millones de productos que contienen poliuretano como zapatillas, pañales, esponjas de cocina e instalaciones de espuma terminan en los vertederos. El poliuretano generalmente también mata a la mayoría de las bacterias, por lo que sorprendió a los investigadores al encontrar una cepa que no solo sobrevivió, sino que también usó poliuretano para prosperar, según The Guardian. Los hallazgos fueron publicados en la revista Frontiers in Microbiology.

& # 8220Las bacterias pueden utilizar estos compuestos como única fuente de carbono, nitrógeno y energía & # 8221 Hermann J. Heipieper, científico senior del Centro Helmholtz de Investigación Ambiental-UFZ en Leipzig, Alemania y coautor del nuevo papel, dijo en un comunicado. & # 8220 Estos hallazgos representan un paso importante para poder reutilizar productos de poliuretano difíciles de reciclar. & # 8221

PAGbacterias seudomonas forman parte de una familia de microorganismos conocidos por su capacidad para soportar condiciones adversas, como altas temperaturas y ambientes ácidos.

Si bien los pequeños gérmenes ofrecen la esperanza de una solución a la crisis del plástico que contamina la tierra y el agua en todo el mundo, los científicos aún están muy lejos de poder utilizar la bacteria a gran escala. Heipieper estimó que podrían pasar 10 años antes de que las bacterias estén listas para consumir plástico a gran escala. Agregó que, mientras tanto, es importante reducir el uso de plástico no reciclable y reducir la cantidad de plástico que se usa en todo el mundo, según The Guardian.

Nuestra dependencia del plástico ha creado una crisis de residuos. En 2015, los productos de poliuretano por sí solos representaron 3,5 millones de toneladas de plásticos producidos en Europa, según un comunicado de prensa de la revista que publicó el estudio. Se han producido más de 8 mil millones de toneladas métricas de plástico desde la década de 1950, según The Guardian, y una gran mayoría ha contaminado la tierra y los océanos del mundo, o termina en vertederos. Los científicos dicen que amenaza con una & # 8220 contaminación casi permanente del medio ambiente natural & # 8221.

En cuanto al poliuretano, su resistencia al calor hace que su fusión sea difícil e intensiva en energía. Debido a eso, se arroja de manera desproporcionada a los vertederos de todo el mundo, donde su lenta degradación libera sustancias químicas tóxicas, y a menudo cancerígenas, según Courthouse News.

En el laboratorio, los investigadores alimentaron a los insectos con componentes clave de poliuretano. & # 8220 Descubrimos que las bacterias pueden usar estos compuestos como única fuente de carbono, nitrógeno y energía, & # 8221 Heipieper, como informó The Guardian.

& # 8220Cuando hay grandes cantidades de plástico en el medio ambiente, eso significa que hay mucho carbono y habrá una evolución para usarlo como alimento & # 8221, dijo Heipieper como informó The Guardian.

& # 8220 Las bacterias existen en grandes cantidades y su evolución es muy rápida. Sin embargo, esto ciertamente no significa que el trabajo de los microbiólogos pueda conducir a una solución completa, agregó. & # 8220 El mensaje principal debería ser evitar la liberación de plástico en el medio ambiente en primer lugar. & # 8221


Contenido

Tipo y morfología Editar

E. coli es una bacteria gramnegativa, anaerobia facultativa (que produce ATP por respiración aeróbica si hay oxígeno presente, pero es capaz de cambiar a fermentación o respiración anaeróbica si no hay oxígeno) y no esporulante. [17] Las células suelen tener forma de varilla y miden aproximadamente 2,0 μm de largo y 0,25 a 1,0 μm de diámetro, con un volumen celular de 0,6 a 0,7 μm 3. [18] [19] [20]

E. coli tinciones Gram-negativas porque su pared celular está compuesta por una fina capa de peptidoglicano y una membrana externa. Durante el proceso de tinción, E. coli recoge el color de la contratinción de safranina y se tiñe de rosa. La membrana externa que rodea la pared celular proporciona una barrera a ciertos antibióticos de manera que E. coli no se daña con penicilina. [15]

Las cepas que poseen flagelos son móviles. Los flagelos tienen una disposición peritrica. [21] También se adhiere y borra las microvellosidades de los intestinos a través de una molécula de adhesión conocida como intimina. [22]

Metabolismo Editar

E. coli puede vivir en una amplia variedad de sustratos y utiliza la fermentación ácida mixta en condiciones anaeróbicas, produciendo lactato, succinato, etanol, acetato y dióxido de carbono. Dado que muchas vías en la fermentación de ácidos mixtos producen gas hidrógeno, estas vías requieren que los niveles de hidrógeno sean bajos, como es el caso cuando E. coli vive junto con organismos consumidores de hidrógeno, como los metanógenos o las bacterias reductoras de sulfato. [23]

Además, E. coli'El metabolismo se puede recablear para utilizar únicamente CO2 como fuente de carbono para la producción de biomasa. En otras palabras, el metabolismo de este heterótrofo obligado se puede alterar para mostrar capacidades autótrofas expresando heterólogamente genes de fijación de carbono, así como formiato deshidrogenasa y realizando experimentos de evolución de laboratorio. Esto se puede hacer usando formato para reducir los portadores de electrones y suministrar el ATP requerido en las vías anabólicas dentro de estos autótrofos sintéticos. [24]

E. coli tienen tres vías glucolíticas nativas: EMPP, EDP y OPPP. El EMPP emplea diez pasos enzimáticos para producir dos piruvatos, dos ATP y dos NADH por molécula de glucosa, mientras que OPPP sirve como ruta de oxidación para la síntesis de NADPH. Aunque la EDP es la más favorable termodinámicamente de las tres vías, E. coli no utilice el EDP para el metabolismo de la glucosa, basándose principalmente en el EMPP y el OPPP. El EDP permanece inactivo principalmente excepto durante el crecimiento con gluconato. [25]

Represión de catabolitos editar

Cuando crecen en presencia de una mezcla de azúcares, las bacterias a menudo consumen los azúcares secuencialmente a través de un proceso conocido como represión de catabolitos. Al reprimir la expresión de los genes implicados en la metabolización de los azúcares menos preferidos, las células normalmente consumirán primero el azúcar que produce la tasa de crecimiento más alta, seguido del azúcar que produce la siguiente tasa de crecimiento más alta, y así sucesivamente.Al hacerlo, las células se aseguran de que sus recursos metabólicos limitados se utilicen para maximizar la tasa de crecimiento. El ejemplo bien utilizado de esto con E. coli implica el crecimiento de la bacteria en glucosa y lactosa, donde E. coli consumirá glucosa antes que lactosa. La represión de catabolitos también se ha observado en E. coli en presencia de otros azúcares distintos de la glucosa, como arabinosa y xilosa, sorbitol, ramnosa y ribosa. En E. coli, la represión del catabolito de glucosa está regulada por el sistema de fosfotransferasa, una cascada de fosforilación de múltiples proteínas que acopla la captación y el metabolismo de la glucosa. [26]

Crecimiento cultural Editar

Crecimiento óptimo de E. coli ocurre a 37 ° C (98,6 ° F), pero algunas cepas de laboratorio pueden multiplicarse a temperaturas de hasta 49 ° C (120 ° F). [27] E. coli crece en una variedad de medios de laboratorio definidos, como caldo de lisogenia, o cualquier medio que contenga glucosa, fosfato de amonio monobásico, cloruro de sodio, sulfato de magnesio, fosfato dibásico de potasio y agua. El crecimiento puede ser impulsado por respiración aeróbica o anaeróbica, utilizando una gran variedad de pares redox, incluida la oxidación de ácido pirúvico, ácido fórmico, hidrógeno y aminoácidos, y la reducción de sustratos como oxígeno, nitrato, fumarato, dimetilsulfóxido, y N-óxido de trimetilamina. [28] E. coli se clasifica como anaerobio facultativo. Utiliza oxígeno cuando está presente y disponible. Sin embargo, puede seguir creciendo en ausencia de oxígeno mediante fermentación o respiración anaeróbica. La capacidad de seguir creciendo en ausencia de oxígeno es una ventaja para las bacterias porque su supervivencia aumenta en ambientes donde predomina el agua. [15]

Ciclo celular Editar

El ciclo celular bacteriano se divide en tres etapas. El período B ocurre entre la finalización de la división celular y el comienzo de la replicación del ADN. El período C abarca el tiempo que lleva replicar el ADN cromosómico. El período D se refiere a la etapa entre la conclusión de la replicación del ADN y el final de la división celular. [29] La tasa de duplicación de E. coli es mayor cuando hay más nutrientes disponibles. Sin embargo, la duración de los períodos C y D no cambia, incluso cuando el tiempo de duplicación es menor que la suma de los períodos C y D. A las tasas de crecimiento más rápidas, la replicación comienza antes de que se complete la ronda de replicación anterior, lo que da como resultado múltiples bifurcaciones de replicación a lo largo del ADN y ciclos celulares superpuestos. [30]

El número de horquillas de replicación en rápido crecimiento. E. coli típicamente sigue a 2n (n = 1, 2 o 3). Esto solo ocurre si la replicación se inicia simultáneamente desde todos los orígenes de las replicaciones y se denomina replicación sincrónica. Sin embargo, no todas las células de un cultivo se replican de forma sincrónica. En este caso, las células no tienen múltiplos de dos horquillas de replicación. El inicio de la replicación se denomina asincrónico. [31] Sin embargo, la asincronía puede ser causada por mutaciones en, por ejemplo, DnaA [31] o la proteína de asociación del iniciador DnaA DiaA. [32]

Adaptación genética Editar

E. coli y las bacterias relacionadas poseen la capacidad de transferir ADN a través de la conjugación o transducción bacteriana, lo que permite que el material genético se propague horizontalmente a través de una población existente. El proceso de transducción, que utiliza el virus bacteriano llamado bacteriófago, [33] es donde la propagación del gen que codifica la toxina Shiga desde el Shigella bacterias para E. coli ayudó a producir E. coli O157: H7, la cepa productora de toxina Shiga de E. coli.

E. coli engloba una enorme población de bacterias que exhiben un grado muy alto de diversidad tanto genética como fenotípica. Secuenciación del genoma de muchos aislados de E. coli y bacterias relacionadas muestra que sería deseable una reclasificación taxonómica. Sin embargo, esto no se ha hecho, en gran parte debido a su importancia médica, [34] y E. coli sigue siendo una de las especies bacterianas más diversas: solo el 20% de los genes en una E. coli el genoma se comparte entre todas las cepas. [35]

De hecho, desde el punto de vista más constructivo, los miembros del género Shigella (S. dysenteriae, S. flexneri, S. boydii, y S. sonnei) debe clasificarse como E. coli cepas, un fenómeno denominado taxones disfrazados. [36] Del mismo modo, otras cepas de E. coli (por ejemplo, la cepa K-12 comúnmente utilizada en el trabajo de ADN recombinante) son lo suficientemente diferentes como para merecer una reclasificación.

Una cepa es un subgrupo dentro de la especie que tiene características únicas que la distinguen de otras cepas. Estas diferencias a menudo son detectables solo a nivel molecular, sin embargo, pueden resultar en cambios en la fisiología o el ciclo de vida de la bacteria. Por ejemplo, una cepa puede ganar capacidad patógena, la capacidad de utilizar una fuente de carbono única, la capacidad de asumir un nicho ecológico particular o la capacidad de resistir agentes antimicrobianos. Diferentes cepas de E. coli a menudo son específicos del huésped, lo que permite determinar la fuente de contaminación fecal en muestras ambientales. [12] [13] Por ejemplo, saber qué E. coli La presencia de cepas en una muestra de agua permite a los investigadores hacer suposiciones sobre si la contaminación se originó en un ser humano, otro mamífero o un pájaro.

Serotipos Editar

Un sistema de subdivisión común de E. coli, pero no basado en la relación evolutiva, es por serotipo, que se basa en los principales antígenos de superficie (antígeno O: parte de la capa de lipopolisacárido H: antígeno de flagelina K: cápsula), p. O157: H7). [37] Sin embargo, es común citar solo el serogrupo, es decir, el antígeno O. En la actualidad, se conocen alrededor de 190 serogrupos. [38] La cepa común de laboratorio tiene una mutación que evita la formación de un antígeno O y, por lo tanto, no se puede tipificar.

Plasticidad y evolución del genoma Editar

Como todas las formas de vida, nuevas cepas de E. coli evolucionar a través de los procesos biológicos naturales de mutación, duplicación de genes y transferencia horizontal de genes en particular, el 18% del genoma de la cepa de laboratorio MG1655 se adquirió horizontalmente desde la divergencia de Salmonela. [39] E. coli K-12 y E. coli Las cepas B son las variedades más utilizadas para fines de laboratorio. Algunas cepas desarrollan rasgos que pueden ser dañinos para un animal huésped. Estas cepas virulentas suelen causar un ataque de diarrea que a menudo es autolimitante en adultos sanos, pero que con frecuencia es letal para los niños en el mundo en desarrollo. [40] Las cepas más virulentas, como la O157: H7, causan enfermedades graves o la muerte en los ancianos, los muy jóvenes o los inmunodeprimidos. [40] [41]

Los géneros Escherichia y Salmonela divergieron hace unos 102 millones de años (intervalo de credibilidad: 57-176 millones de años), lo que coincide con la divergencia de sus huéspedes: el primero se encuentra en mamíferos y el segundo en aves y reptiles. [42] Esto fue seguido por una división de un Escherichia antepasado en cinco especiesE. albertii, E. coli, E. fergusonii, E. hermannii, y E. vulneris). El último E. coli ancestro dividido entre 20 y 30 millones de años. [43]

Los experimentos de evolución a largo plazo utilizando E. coli, iniciados por Richard Lenski en 1988, han permitido la observación directa de la evolución del genoma durante más de 65.000 generaciones en el laboratorio. [44] Por ejemplo, E. coli normalmente no tienen la capacidad de crecer aeróbicamente con citrato como fuente de carbono, que se utiliza como criterio de diagnóstico con el que diferenciar E. coli de otras bacterias estrechamente relacionadas, como Salmonela. En este experimento, una población de E. coli inesperadamente evolucionó la capacidad de metabolizar el citrato aeróbicamente, un cambio evolutivo importante con algunas características de la especiación microbiana.

En el mundo microbiano, se puede establecer una relación de depredación similar a la observada en el mundo animal. Considerado, se ha visto que E. coli es presa de múltiples depredadores generalistas, como Myxococcus xanthus. En esta relación depredador-presa se observa una evolución paralela de ambas especies a través de modificaciones genómicas y fenotípicas, en el caso de E. coli las modificaciones se modifican en dos aspectos involucrados en su virulencia como es la producción de mucoides (producción excesiva de alginato de ácido exoplasmático ) y la supresión del gen OmpT, produciendo en las generaciones futuras una mejor adaptación de una de las especies que es contrarrestada por la evolución de la otra, siguiendo un modelo coevolutivo demostrado por la hipótesis de la Reina Roja. [45]

Cepa de neotipo Editar

E. coli es la especie tipo del género (Escherichia) y a la vez Escherichia es el género tipo de la familia Enterobacteriaceae, donde el apellido no proviene del género Enterobacter + "i" (sic.) + "aceae", pero de "enterobacterium" + "aceae" (enterobacterium no es un género, sino un nombre trivial alternativo a la bacteria entérica). [46] [47]

Se cree que la cepa original descrita por Escherich se ha perdido, por lo que se eligió como representante una nueva cepa tipo (neotipo): la cepa neotipo es U5 / 41 T, [48] también conocida con el nombre de depósito DSM 30083, [49] ATCC 11775, [50] y NCTC 9001, [51] que es patógena para los pollos y tiene un serotipo O1: K1: H7. [52] Sin embargo, en la mayoría de los estudios, se utilizaron O157: H7, K-12 MG1655 o K-12 W3110 como representante E. coli. El genoma de la cepa tipo sólo se ha secuenciado recientemente. [48]

Filogenia de E. coli cepas Editar

Se han aislado y caracterizado muchas cepas pertenecientes a esta especie. Además del serotipo (vide supra), se pueden clasificar de acuerdo con su filogenia, es decir, la historia evolutiva inferida, como se muestra a continuación, donde la especie se divide en seis grupos. [53] [54] Particularmente, el uso de secuencias del genoma completo produce filogenias altamente respaldadas. Sobre la base de estos datos, cinco subespecies de E. coli fueron distinguidos. [48]

El vínculo entre la distancia filogenética ("parentesco") y la patología es pequeño, [48] p.ej. las cepas del serotipo O157: H7, que forman un clado ("un grupo exclusivo"), grupo E a continuación, son todas cepas enterohemorrágicas (EHEC), pero no todas las cepas de EHEC están estrechamente relacionadas. De hecho, cuatro especies diferentes de Shigella están anidados entre E. coli cepasvide supra), tiempo E. albertii y E. fergusonii están fuera de este grupo. De hecho, todos Shigella Las especies se colocaron dentro de una sola subespecie de E. coli en un estudio filogenómico que incluyó la cepa tipo, [48] y por esta razón es difícil una reclasificación correspondiente. Todas las cepas de investigación de uso común de E. coli pertenecen al grupo A y se derivan principalmente de la cepa K-12 de Clifton (λ + F + O16) y en menor grado de la de d'Herelle Bacillus coli cepa (cepa B) (O7).

E. coli S88 (O45: K1. Patógeno extracelular)

E. coli UMN026 (O17: K52: H18. Patógeno extracelular)

E. coli (O19: H34. Patógeno extracelular)

E. coli (O7: K1. Patógeno extracelular)

E. coli GOS1 (O104: H4 EAHEC) Brote alemán de 2011

E. coli ATCC8739 (O146. E. coli de Crook utilizada en el trabajo con fagos en la década de 1950)

E. coli K-12 W3110 (O16. Λ - F - cepa de biología molecular "tipo salvaje")

E. coli K-12 DH10b (cepa de biología molecular de alta electrocompetencia O16.)

E. coli K-12 DH1 (O16. Cepa de biología molecular de alta competencia química)

E. coli K-12 MG1655 (O16. Λ - F - cepa de biología molecular "tipo salvaje")

E. coli BW2952 (cepa de biología molecular competente O16.)

E. coli B REL606 (O7. Cepa de biología molecular de alta competencia)

E. coli BL21-DE3 (cepa de biología molecular de expresión de O7 con polimerasa T7 para el sistema pET)

La primera secuencia de ADN completa de un E. coli El genoma (derivado de la cepa de laboratorio K-12 MG1655) se publicó en 1997. Es una molécula de ADN circular de 4,6 millones de pares de bases de longitud, que contiene 4288 genes codificadores de proteínas anotados (organizados en 2584 operones), siete operones de ARN ribosómico (ARNr), y 86 genes de ARN de transferencia (ARNt). A pesar de haber sido objeto de un análisis genético intensivo durante unos 40 años, muchos de estos genes eran desconocidos anteriormente. Se encontró que la densidad de codificación era muy alta, con una distancia media entre genes de solo 118 pares de bases. Se observó que el genoma contenía un número significativo de elementos genéticos transponibles, elementos repetidos, profagos crípticos y restos de bacteriófagos. [55]

Más de trescientas secuencias genómicas completas de Escherichia y Shigella Se conocen especies. La secuencia del genoma del tipo cepa de E. coli se agregó a esta colección antes de 2014. [48] La comparación de estas secuencias muestra una notable cantidad de diversidad, solo alrededor del 20% de cada genoma representa secuencias presentes en cada uno de los aislados, mientras que alrededor del 80% de cada genoma puede variar entre los aislados. [35] Cada genoma individual contiene entre 4000 y 5500 genes, pero el número total de genes diferentes entre todos los secuenciados E. coli cepas (el pangenoma) supera las 16.000. Se ha interpretado que esta gran variedad de genes componentes significa que dos tercios de los E. coli El pangenoma se originó en otras especies y llegó a través del proceso de transferencia horizontal de genes. [56]

Genes en E. coli generalmente se nombran mediante acrónimos de 4 letras que se derivan de su función (cuando se conocen) y en cursiva. Por ejemplo, recA lleva el nombre de su papel en la recombinación homóloga más la letra A. Los genes funcionalmente relacionados se nombran recB, recC, recibido etc. Las proteínas se nombran mediante acrónimos en mayúsculas, p. ej. RecA, RecB, etc. Cuando el genoma de E. coli fue secuenciado, todos los genes fueron numerados (más o menos) en su orden en el genoma y abreviados por números b, como b2819 (= recibido). Los nombres "b" se crearon después de Fred Blattner, quien dirigió el esfuerzo de secuenciación del genoma. [55] Se introdujo otro sistema de numeración con la secuencia de otro E. coli cepa, W3110, que fue secuenciada en Japón y, por lo tanto, usa números que comienzan por JW. (Japanese W3110), p. Ej. JW2787 (= recibido). [57] Por lo tanto, recibido = b2819 = JW2787. Sin embargo, tenga en cuenta que la mayoría de las bases de datos tienen su propio sistema de numeración, p. Ej. la base de datos EcoGene [58] utiliza EG10826 para recibido. Finalmente, los números ECK se utilizan específicamente para los alelos en la cepa MG1655 de E. coli K-12. [58] Se pueden obtener listas completas de genes y sus sinónimos de bases de datos como EcoGene o Uniprot.

Proteoma Editar

Varios estudios han investigado el proteoma de E. coli. Para 2006, 1.627 (38%) de los 4.237 marcos de lectura abiertos (ORF) se habían identificado experimentalmente. [59] Se presenta la secuencia de 4,639,221 pares de bases de Escherichia coli K-12. De 4288 genes codificadores de proteínas anotados, el 38 por ciento no tiene una función atribuida. La comparación con otros cinco microbios secuenciados revela familias de genes ubicuas, así como de distribución estrecha, muchas familias de genes similares dentro E. coli también son evidentes. La familia más grande de proteínas parálogas contiene 80 transportadores ABC. El genoma en su conjunto está sorprendentemente organizado con respecto a la dirección local de replicación guaninas, oligonucleótidos posiblemente relacionados con la replicación y recombinación, y la mayoría de los genes están orientados de esta manera. El genoma también contiene elementos de secuencia de inserción (IS), restos de fagos y muchos otros parches de composición inusual que indican la plasticidad del genoma a través de la transferencia horizontal. [55]

Interactome Editar

El interactoma de E. coli ha sido estudiado mediante purificación por afinidad y espectrometría de masas (AP / MS) y analizando las interacciones binarias entre sus proteínas.

Complejos proteicos. Un estudio de 2006 purificó 4,339 proteínas de cultivos de la cepa K-12 y encontró compañeros interactivos para 2,667 proteínas, muchas de las cuales tenían funciones desconocidas en ese momento. [60] Un estudio de 2009 encontró 5.993 interacciones entre proteínas del mismo E. coli tensión, aunque estos datos mostraron poca superposición con los de la publicación de 2006. [61]

Interacciones binarias. Rajagopala et al. (2014) han llevado a cabo cribados sistemáticos de levadura de dos híbridos con la mayoría de E. coli proteínas, y encontró un total de 2.234 interacciones proteína-proteína. [62] Este estudio también integró interacciones genéticas y estructuras de proteínas y mapeó 458 interacciones dentro de 227 complejos de proteínas.

E. coli pertenece a un grupo de bacterias conocidas informalmente como coliformes que se encuentran en el tracto gastrointestinal de animales de sangre caliente. [63] E. coli normalmente coloniza el tracto gastrointestinal de un bebé dentro de las 40 horas posteriores al nacimiento, llegando con comida o agua o de las personas que manipulan al niño. En el intestino E. coli se adhiere al moco del intestino grueso. Es el anaerobio facultativo primario del tracto gastrointestinal humano. [64] (Los anaerobios facultativos son organismos que pueden crecer en presencia o ausencia de oxígeno). Mientras estas bacterias no adquieran elementos genéticos que codifiquen los factores de virulencia, siguen siendo comensales benignos. [sesenta y cinco]

Uso terapéutico Editar

Debido al bajo costo y la velocidad con la que se puede cultivar y modificar en entornos de laboratorio, E. coli es una plataforma de expresión popular para la producción de proteínas recombinantes utilizadas en terapéutica. Una ventaja de usar E. coli sobre otra plataforma de expresión es que E. coli naturalmente no exporta muchas proteínas al periplasma, lo que facilita la recuperación de una proteína de interés sin contaminación cruzada. [66] El E. coli Las cepas K-12 y sus derivados (DH1, DH5α, MG1655, RV308 y W3110) son las cepas más utilizadas por la industria biotecnológica. [67] No patógeno E. coli cepa Nissle 1917 (EcN), (Mutaflor) y E. coli O83: K24: H31 (Colinfant) [68] [69]) se utilizan como agentes probióticos en medicina, principalmente para el tratamiento de diversas enfermedades gastrointestinales, [70] incluida la enfermedad inflamatoria intestinal. [71] Se cree que la cepa EcN podría impedir el crecimiento de patógenos oportunistas, incluidos Salmonela y otros enteropatógenos coliformes, a través de la producción de proteínas microcina la producción de sideróforos. [72]

La mayoría E. coli las cepas no causan enfermedades, viven naturalmente en el intestino, [73] pero las cepas virulentas pueden causar gastroenteritis, infecciones del tracto urinario, meningitis neonatal, colitis hemorrágica y enfermedad de Crohn. Los signos y síntomas comunes incluyen calambres abdominales severos, diarrea, colitis hemorrágica, vómitos y, a veces, fiebre. En casos más raros, las cepas virulentas también son responsables de la necrosis intestinal (muerte del tejido) y la perforación sin progresar a síndrome hemolítico-urémico, peritonitis, mastitis, sepsis y neumonía por gramnegativos.Los niños muy pequeños son más susceptibles a desarrollar enfermedades graves, como el síndrome urémico hemolítico; sin embargo, las personas sanas de todas las edades corren el riesgo de sufrir las consecuencias graves que pueden surgir como resultado de la infección con E. coli. [64] [74] [75] [76]

Algunas cepas de E. coli, por ejemplo O157: H7, puede producir la toxina Shiga (clasificada como agente de bioterrorismo). La toxina Shiga causa respuestas inflamatorias en las células diana del intestino, dejando atrás lesiones que resultan en la diarrea sanguinolenta que es un síntoma de una toxina Shiga productora de E. coli (STEC). Esta toxina causa además la destrucción prematura de los glóbulos rojos, que luego obstruyen el sistema de filtrado del cuerpo, los riñones, en algunos casos raros (generalmente en niños y ancianos) causando el síndrome urémico hemolítico (SUH), que puede conducir a insuficiencia renal. e incluso la muerte. Los signos del síndrome urémico hemolítico incluyen disminución de la frecuencia de la micción, letargo y palidez de las mejillas y el interior de los párpados inferiores. En el 25% de los pacientes con SUH se producen complicaciones del sistema nervioso, que a su vez provocan accidentes cerebrovasculares. Además, esta tensión provoca la acumulación de líquido (ya que los riñones no funcionan), lo que provoca edema alrededor de los pulmones, las piernas y los brazos. Este aumento en la acumulación de líquido, especialmente alrededor de los pulmones, impide el funcionamiento del corazón y provoca un aumento de la presión arterial. [77] [22] [78] [79] [80] [75] [76]

Uropatógeno E. coli (UPEC) es una de las principales causas de infecciones del tracto urinario. [81] Es parte de la microbiota normal del intestino y puede introducirse de muchas formas. En particular para las hembras, la dirección de limpieza después de la defecación (limpiando de atrás hacia adelante) puede conducir a la contaminación fecal de los orificios urogenitales. El coito anal también puede introducir esta bacteria en la uretra masculina y, al cambiar del coito anal al vaginal, el hombre también puede introducir UPEC en el sistema urogenital femenino.

Enterotoxigénico E. coli (ETEC) es la causa más común de diarrea del viajero, con hasta 840 millones de casos en todo el mundo en los países en desarrollo cada año. La bacteria, que generalmente se transmite a través de alimentos o agua potable contaminados, se adhiere al revestimiento intestinal, donde secreta cualquiera de dos tipos de enterotoxinas, lo que provoca diarrea acuosa. La tasa y la gravedad de las infecciones son más altas entre los niños menores de cinco años, e incluyen hasta 380.000 muertes al año. [82]

En mayo de 2011, uno E. coli La cepa O104: H4 fue objeto de un brote bacteriano que comenzó en Alemania. Ciertas cepas de E. coli son una de las principales causas de enfermedades transmitidas por los alimentos. El brote comenzó cuando varias personas en Alemania se infectaron con enterohemorrágico. E. coli (EHEC), que conduce al síndrome urémico hemolítico (SUH), una emergencia médica que requiere tratamiento urgente. El brote no solo afectó a Alemania, sino también a otros 15 países, incluidas regiones de América del Norte. [83] El 30 de junio de 2011, el alemán Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) (Instituto Federal de Evaluación de Riesgos, un instituto federal dentro del Ministerio Federal de Alimentación, Agricultura y Protección del Consumidor de Alemania) anunció que las semillas de fenogreco de Egipto probablemente fueron la causa del brote de ECEH. [84]

Algunos estudios han demostrado la ausencia de E.coli en la flora intestinal de sujetos con el trastorno metabólico Fenilcetonuria. Se plantea la hipótesis de que la ausencia de estas bacterias normales perjudica la producción de las principales vitaminas B2 (riboflavina) y K2 (menaquinona), vitaminas que están implicadas en muchas funciones fisiológicas en los seres humanos, como el metabolismo celular y óseo, y por lo tanto contribuyen al trastorno. [85]

Periodo de incubación Editar

El tiempo que transcurre entre la ingestión de la bacteria STEC y la sensación de malestar se denomina "período de incubación". El período de incubación suele ser de 3 a 4 días después de la exposición, pero puede ser tan corto como 1 día o tan largo como 10 días. Los síntomas a menudo comienzan lentamente con un leve dolor abdominal o diarrea sin sangre que empeora durante varios días. El SUH, si ocurre, se desarrolla un promedio de 7 días después de los primeros síntomas, cuando la diarrea está mejorando. [86]

Diagnóstico Editar

El diagnóstico de la diarrea infecciosa y la identificación de la resistencia a los antimicrobianos se realiza mediante un cultivo de heces con pruebas posteriores de sensibilidad a los antibióticos. Requiere un mínimo de 2 días y un máximo de varias semanas para cultivar patógenos gastrointestinales. Las tasas de sensibilidad (verdadero positivo) y especificidad (verdadero negativo) para el cultivo de heces varían según el patógeno, aunque varios patógenos humanos no pueden cultivarse. Para las muestras con cultivo positivo, la prueba de resistencia a los antimicrobianos demora entre 12 y 24 horas adicionales en realizarse.

Las pruebas de diagnóstico molecular actuales en el punto de atención pueden identificar E. coli y la resistencia a los antimicrobianos en las cepas identificadas mucho más rápido que el cultivo y las pruebas de sensibilidad. Las plataformas basadas en microarrays pueden identificar cepas patógenas específicas de E. coli y E. coli- genes AMR específicos en dos horas o menos con alta sensibilidad y especificidad, pero el tamaño del panel de prueba (es decir, patógenos totales y genes de resistencia a los antimicrobianos) es limitado. Actualmente se están desarrollando nuevas plataformas de diagnóstico de enfermedades infecciosas basadas en la metagenómica para superar las diversas limitaciones del cultivo y todas las tecnologías de diagnóstico molecular disponibles en la actualidad.

Tratamiento Editar

El pilar del tratamiento es la evaluación de la deshidratación y la reposición de líquidos y electrolitos. Se ha demostrado que la administración de antibióticos acorta el curso de la enfermedad y la duración de la excreción de E. coli (ETEC) en adultos en áreas endémicas y en la diarrea del viajero, aunque la tasa de resistencia a los antibióticos de uso común está aumentando y generalmente no se recomiendan. [87] El antibiótico utilizado depende de los patrones de susceptibilidad en la región geográfica particular. Actualmente, los antibióticos de elección son las fluoroquinolonas o la azitromicina, con un papel emergente de la rifaximina. La rifaximina oral, un derivado semisintético de la rifamicina, es un antibacteriano eficaz y bien tolerado para el tratamiento de adultos con diarrea del viajero no invasiva. La rifaximina fue significativamente más eficaz que el placebo y no menos eficaz que la ciprofloxacina para reducir la duración de la diarrea. Si bien la rifaximina es eficaz en pacientes con E. coli-diarrea del viajero predominante, parece ineficaz en pacientes infectados con enteropatógenos inflamatorios o invasivos. [88]

Prevención Editar

ETEC es el tipo de E. coli en el que se centran la mayoría de los esfuerzos de desarrollo de vacunas. Los anticuerpos contra la LT y las principales CF de ETEC brindan protección contra las CF homólogas que producen LT y que expresan ETEC. Se han desarrollado vacunas inactivadas orales que consisten en antígeno de la toxina y células completas, es decir, la vacuna contra el cólera de la subunidad B recombinante del cólera B (rCTB) -WC autorizada Dukoral. Actualmente no hay vacunas autorizadas para ETEC, aunque varias se encuentran en diversas etapas de desarrollo. [89] En diferentes ensayos, la vacuna contra el cólera rCTB-WC proporcionó una protección alta (85 a 100%) a corto plazo. Un candidato a vacuna oral de ETEC que consiste en rCTB y formalina inactivada E. coli Se ha demostrado en ensayos clínicos que las bacterias que expresan las principales FQ son seguras, inmunogénicas y eficaces contra la diarrea grave en viajeros estadounidenses, pero no contra la diarrea ETEC en niños pequeños en Egipto. Una vacuna ETEC modificada que consiste en recombinantes E. coli se están sometiendo a pruebas clínicas cepas que sobreexpresan las principales FC y un toxoide híbrido más parecido al LT llamado LCTBA. [90] [91]

Otros métodos de prevención probados para E. coli La transmisión incluye lavarse las manos y mejorar el saneamiento y el agua potable, ya que la transmisión se produce a través de la contaminación fecal de los alimentos y el agua. Además, cocinar bien la carne y evitar el consumo de bebidas crudas no pasteurizadas, como jugos y leche, son otros métodos probados para prevenir E. coli. Por último, evite la contaminación cruzada de utensilios y espacios de trabajo al preparar alimentos. [92]

Debido a su larga historia de cultivo de laboratorio y facilidad de manipulación, E. coli juega un papel importante en la ingeniería biológica moderna y la microbiología industrial. [93] El trabajo de Stanley Norman Cohen y Herbert Boyer en E. coli, utilizando plásmidos y enzimas de restricción para crear ADN recombinante, se convirtió en la base de la biotecnología. [94]

E. coli es un huésped muy versátil para la producción de proteínas heterólogas, [95] y se han desarrollado varios sistemas de expresión de proteínas que permiten la producción de proteínas recombinantes en E. coli. Los investigadores pueden introducir genes en los microbios utilizando plásmidos que permitan un alto nivel de expresión de proteínas, y dicha proteína puede producirse en masa en procesos de fermentación industrial. Una de las primeras aplicaciones útiles de la tecnología del ADN recombinante fue la manipulación de E. coli para producir insulina humana. [96]

Muchas proteínas que antes se pensaba que eran difíciles o imposibles de expresar en E. coli en forma plegada se han expresado con éxito en E. coli. Por ejemplo, las proteínas con múltiples enlaces disulfuro pueden producirse en el espacio periplásmico o en el citoplasma de mutantes que se vuelven lo suficientemente oxidantes para permitir que se formen enlaces disulfuro, [97] mientras que las proteínas que requieren una modificación postraduccional como la glicosilación para estabilidad o función tienen se ha expresado utilizando el sistema de glicosilación ligada a N de Campylobacter jejuni diseñado en E. coli. [98] [99] [100]

Modificado E. coli Las células se han utilizado en el desarrollo de vacunas, biorremediación, producción de biocombustibles, [101] iluminación y producción de enzimas inmovilizadas. [95] [102]

La cepa K-12 es una forma mutante de E. coli que sobreexpresa la enzima fosfatasa alcalina (ALP). [103] La mutación surge debido a un defecto en el gen que codifica constantemente la enzima. Se dice que un gen que produce un producto sin inhibición alguna tiene actividad constitutiva. Esta forma mutante particular se usa para aislar y purificar la enzima mencionada anteriormente. [103]

Cepa OP50 de Escherichia coli se utiliza para el mantenimiento de Caenorhabditis elegans culturas.

La cepa JM109 es una forma mutante de E. coli que es recA y endA deficiente. La cepa se puede utilizar para el cribado azul / blanco cuando las células portan el factor de fertilidad episoma [104]. La falta de recA disminuye la posibilidad de una restricción no deseada del ADN de interés y la falta de endA inhibe la descomposición del ADN plasmídico. Por tanto, JM109 es útil para sistemas de clonación y expresión.

Organismo modelo Editar

E. coli se utiliza con frecuencia como organismo modelo en estudios de microbiología. Cepas cultivadas (p. Ej. E. coli K12) están bien adaptadas al entorno de laboratorio y, a diferencia de las cepas de tipo salvaje, han perdido su capacidad de prosperar en el intestino. Muchas cepas de laboratorio pierden su capacidad para formar biopelículas. [105] [106] Estas características protegen a las cepas de tipo salvaje de los anticuerpos y otros ataques químicos, pero requieren un gran gasto de energía y recursos materiales. E. coli se utiliza a menudo como microorganismo representativo en la investigación de nuevos métodos de esterilización y tratamiento de agua, incluida la fotocatálisis. Mediante métodos estándar de recuento en placa, después de diluciones secuenciales y crecimiento en placas de gel de agar, se puede evaluar la concentración de organismos viables o UFC (Unidades formadoras de colonias) en un volumen conocido de agua tratada, lo que permite la evaluación comparativa del rendimiento de los materiales. [107]

En 1946, Joshua Lederberg y Edward Tatum describieron por primera vez el fenómeno conocido como conjugación bacteriana utilizando E. coli como bacteria modelo, [108] y sigue siendo el modelo principal para estudiar la conjugación. [109] E. coli fue una parte integral de los primeros experimentos para comprender la genética de los fagos, [110] y los primeros investigadores, como Seymour Benzer, utilizaron E. coli y fago T4 para comprender la topografía de la estructura genética. [111] Antes de la investigación de Benzer, no se sabía si el gen era una estructura lineal o si tenía un patrón de ramificación. [112]

E. coli fue uno de los primeros organismos en tener su genoma secuenciado el genoma completo de E. coli K12 fue publicado por Ciencias en 1997 [55]

De 2002 a 2010, un equipo de la Academia de Ciencias de Hungría creó una variedad de Escherichia coli llamado MDS42, que ahora es vendido por Scarab Genomics de Madison, WI bajo el nombre de "Clean Genome. E. coli", [113] donde el 15% del genoma de la cepa parental (E. coli K-12 MG1655) fueron eliminado para ayudar en la eficiencia de la biología molecular, eliminando elementos IS, pseudogenes y fagos, lo que resulta en un mejor mantenimiento de los genes tóxicos codificados por plásmidos, que a menudo son inactivados por transposones. [114] [115] [116] La bioquímica y la maquinaria de replicación no se alteraron.

Al evaluar la posible combinación de nanotecnologías con la ecología del paisaje, se pueden generar paisajes de hábitats complejos con detalles a nanoescala. [117] En tales ecosistemas sintéticos, los experimentos evolutivos con E. coli se han realizado para estudiar la biofísica espacial de la adaptación en una biogeografía insular en chip.

También se están realizando estudios para intentar programar E. coli para resolver problemas matemáticos complicados, como el problema del camino hamiltoniano. [118]

En otros estudios, no patógenos E. coli se ha utilizado como microorganismo modelo para comprender los efectos de la microgravedad simulada (en la Tierra) sobre el mismo. [119] [120]

En 1885, el pediatra alemán-austríaco Theodor Escherich descubrió este organismo en las heces de individuos sanos. Lo llamó Bacterium coli commune porque se encuentra en el colon. Las primeras clasificaciones de procariotas los ubicaron en un puñado de géneros en función de su forma y motilidad (en ese momento estaba en vigor la clasificación de bacterias de Ernst Haeckel en el reino Monera). [91] [121] [122]

Bacteria coli era la especie tipo del género ahora inválido Bacteria cuando se reveló que la especie tipo anterior ("Bacteria triloculare") faltaba. [123] Tras una revisión de Bacteria, fue reclasificado como Bacillus coli por Migula en 1895 [124] y luego reclasificado en el género recién creado Escherichia, llamado así por su descubridor original. [125]

En 1996, el peor brote hasta la fecha de E. coli En Wishaw, Escocia, se produjo una intoxicación alimentaria que provocó la muerte de 21 personas. [126] Este número de muertos se superó en 2011, cuando el brote de E. coli O104: H4 en Alemania de 2011, vinculado a brotes orgánicos de fenogreco, mató a 53 personas.


Contenido

Los organismos se comunican y cooperan para realizar una amplia gama de comportamientos. El mutualismo, o interacciones mutuamente beneficiosas entre especies, es común en los sistemas ecológicos. [5] Estas interacciones pueden pensarse en "mercados biológicos" en los que las especies ofrecen a sus socios bienes que son relativamente baratos para que ellos produzcan y reciban bienes que son más costosos o incluso imposibles de producir para ellos. [6] Sin embargo, estos sistemas brindan oportunidades de explotación por parte de individuos que pueden obtener recursos sin proporcionar nada a cambio. Los explotadores pueden adoptar varias formas: individuos fuera de una relación mutualista que obtienen una mercancía de una manera que no confiere ningún beneficio a los mutualistas, individuos que reciben beneficios de un socio pero que han perdido la capacidad de darlos a cambio, o individuos que tienen el beneficio opción de comportarse mutuamente con sus socios, pero eligieron no hacerlo. [5]

Los tramposos, que no cooperan pero se benefician de otros que sí cooperan, obtienen una ventaja competitiva. En un contexto evolutivo, esta ventaja competitiva se refiere a una mayor capacidad para sobrevivir o reproducirse. Si las personas que hacen trampa pueden obtener beneficios de supervivencia y reproducción sin incurrir en costos, la selección natural debería favorecer a los tramposos. Entonces, ¿qué impide que los tramposos socaven los sistemas mutualistas? Un factor principal es que las ventajas de hacer trampas a menudo dependen de la frecuencia. La selección dependiente de la frecuencia ocurre cuando la aptitud de un fenotipo depende de su frecuencia en relación con otros fenotipos en una población. Los fenotipos tramposos a menudo muestran una selección dependiente de la frecuencia negativa, donde la aptitud aumenta a medida que un fenotipo se vuelve menos común y viceversa. [7] En otras palabras, a los tramposos les va mejor (en términos de beneficios evolutivos como una mayor supervivencia y reproducción) cuando hay relativamente pocos, pero a medida que los tramposos se vuelven más abundantes, lo hacen peor.

Por ejemplo, en Escherichia coli colonias, hay "tramposos" sensibles a los antibióticos que persisten en cantidades bajas en medios con antibióticos cuando se encuentran en una colonia cooperativa. Estos tramposos disfrutan del beneficio de que otros produzcan agentes resistentes a los antibióticos sin que ellos mismos produzcan ninguno. Sin embargo, a medida que aumentan los números, si persisten en no producir el agente antibiótico por sí mismos, es más probable que se vean afectados negativamente por el sustrato del antibiótico porque hay menos agente antibiótico para proteger a todos. [7] Así, los tramposos pueden persistir en una población porque su comportamiento explotador les da una ventaja cuando existen a bajas frecuencias, pero estos beneficios disminuyen cuando son mayores en número.

Otros han propuesto que el engaño (comportamiento de explotación) puede estabilizar la cooperación en los sistemas mutualistas. [4] [8] En muchos sistemas mutualistas, habrá beneficios de retroalimentación para aquellos que cooperan. Por ejemplo, se puede mejorar la aptitud de ambos socios. Si hay una recompensa alta o muchos beneficios para el individuo que inició el comportamiento cooperativo, se debe optar por el mutualismo. Cuando los investigadores investigaron la coevolución de la cooperación y la elección en un anfitrión selectivo y su simbionte (un organismo que vive en una relación que beneficia a todas las partes involucradas), su modelo indicó que, aunque la elección y la cooperación pueden ser inicialmente seleccionadas, esto a menudo sería ser inestable. [4] En otras palabras, un socio cooperativo elegirá a otro socio cooperativo si se le da la opción. Sin embargo, si esta elección se hace una y otra vez, la variación se elimina y esta selección ya no se puede mantener. Esta situación es similar a la paradoja lek en la elección femenina. Por ejemplo, en la paradoja de lek, si las hembras eligen constantemente un rasgo masculino en particular, la variación genética para ese rasgo debería eliminarse eventualmente, eliminando los beneficios de la elección. Sin embargo, esa elección de alguna manera aún persiste.

¿Qué mantiene la variabilidad genética frente a la selección por mutualismo (comportamiento cooperativo)? Una teoría es que el engaño mantiene esta variación genética. Un estudio muestra que una pequeña afluencia de inmigrantes con una tendencia a cooperar menos puede generar suficiente variabilidad genética para estabilizar la selección para el mutualismo.[4] Esto sugiere que la presencia de individuos explotadores, también conocidos como tramposos, contribuye con suficiente variación genética para mantener el mutualismo en sí. Tanto esta teoría como la teoría dependiente de la frecuencia negativa sugieren que el engaño existe como parte de una estrategia evolutiva mixta estable con mutualismo. En otras palabras, el engaño es una estrategia estable utilizada por individuos en una población en la que muchos otros individuos cooperan. Otro estudio apoya que las trampas pueden existir como una estrategia mixta con el mutualismo utilizando un modelo de juego matemático. [9] Por lo tanto, el engaño puede surgir y mantenerse en poblaciones mutualistas.

Los estudios sobre el engaño y la comunicación deshonesta en poblaciones presuponen un sistema organizativo que coopera. Sin una población colectiva que tenga señales e interacciones entre los individuos, los comportamientos como el engaño no se manifiestan. En otras palabras, para estudiar la conducta de hacer trampa, se necesita un sistema modelo que se involucre en la cooperación. Los modelos que brindan información sobre las trampas incluyen la ameba social Dictyostelium discoideum [10] [11] [12] insectos eusociales, como hormigas, abejas y avispas [13] e interacciones interespecíficas que se encuentran en los mutualismos de limpieza. Ejemplos comunes de mutualismos de limpieza incluyen peces limpiadores como lábridos y gobios, [14] [15] y algunos camarones limpiadores. [dieciséis]

En Dictyostelium discoideum Editar

Dictyostelium discoideum es un modelo ampliamente utilizado para la cooperación y el desarrollo de la multicelularidad. Esta especie de ameba se encuentra más comúnmente en un estado unicelular haploide que se alimenta de forma independiente y se somete a una reproducción asexual. Sin embargo, cuando la escasez de fuentes de alimentos hace que las células individuales mueran de hambre, aproximadamente de 10⁴ a 10⁵ células se agregan para formar una estructura multicelular móvil denominada "babosa". [10] En la naturaleza, los agregados generalmente contienen múltiples genotipos, lo que resulta en mezclas quiméricas. A diferencia de los agregados clonales (genéticamente idénticos) que se encuentran típicamente en organismos multicelulares, el potencial de competencia existe en agregados quiméricos. [10] [11] [12] Por ejemplo, debido a que los individuos en el agregado contienen diferentes genomas, las diferencias en la aptitud pueden resultar en un conflicto de intereses entre las células en el agregado, donde diferentes genotipos potencialmente podrían competir entre sí por recursos y reproducción. [10] En Dictyostelium discoideum, aproximadamente el 20% de las células en el agregado mueren para formar el tallo de un cuerpo fructífero. El 80% restante de las células se convierten en esporas en el soro del cuerpo fructífero, que pueden germinar nuevamente una vez que las condiciones sean más favorables. [10] [11] En este caso, el 20% de las células deben abandonar la reproducción para que el cuerpo fructífero se forme con éxito. Esto hace agregados quiméricos de Dictyostelium discoideum susceptible de engañar a individuos que se aprovechan del comportamiento reproductivo sin pagar el precio justo. En otras palabras, si ciertos individuos tienden a convertirse en parte del sorus con más frecuencia, pueden obtener un mayor beneficio del sistema del cuerpo fructífero sin sacrificar sus propias oportunidades para reproducirse. [10] [11] [12] Comportamiento de trampa en D. discoideum está bien establecido, y muchos estudios han intentado dilucidar los mecanismos evolutivos y genéticos subyacentes al comportamiento. Tener un genoma de 34 Mb que está completamente secuenciado y bien anotado hace D. discoideum un modelo útil para estudiar las bases genéticas y los mecanismos moleculares del engaño y, en un sentido más amplio, la evolución social. [12]

En insectos eusociales Editar

Los insectos eusociales también sirven como herramientas valiosas para estudiar las trampas. Los insectos eusociales se comportan de manera cooperativa, donde los miembros de la comunidad renuncian a la reproducción para ayudar a algunos individuos a reproducirse. Tales sistemas modelo tienen el potencial de que surjan conflictos de intereses entre individuos y, por lo tanto, también tienen el potencial de que ocurran trampas. [13] [17] Los insectos eusociales del orden Hymenoptera, que incluye abejas y avispas, exhiben buenos ejemplos de conflictos de intereses presentes en las sociedades de insectos. En estos sistemas, las abejas reinas y las avispas pueden aparearse y poner huevos fertilizados que se convierten en hembras. Por otro lado, los trabajadores de la mayoría de las especies de himenópteros pueden producir huevos, pero no pueden producir huevos fertilizados debido a la pérdida de la capacidad de apareamiento. [13] Los trabajadores que ponen huevos representan un costo para la colonia porque los trabajadores que ponen huevos a menudo hacen un trabajo significativamente menor y, por lo tanto, tienen un impacto negativo en la salud de la colonia (por ejemplo: menor cantidad de alimentos recolectados o menos atención al cuidado de la huevos de reina). En este caso, surge un conflicto de intereses entre los trabajadores y la colonia. Las obreras deben poner huevos para transmitir sus genes; sin embargo, como colonia, el hecho de que solo la reina se reproduzca conduce a una mejor productividad. [13] Si los trabajadores buscaran transmitir sus propios genes poniendo huevos, las actividades de alimentación disminuirían, lo que conduciría a una disminución de los recursos para toda la colonia. Esto, a su vez, puede causar una tragedia de los comunes, [18] donde el comportamiento egoísta conduce al agotamiento de los recursos, con consecuencias negativas a largo plazo para el grupo. Sin embargo, en las sociedades naturales de abejas y avispas, solo el 0.01–0.1% y el 1%, respectivamente, de los trabajadores ponen huevos, lo que sugiere que existen estrategias para combatir las trampas para prevenir la tragedia de los comunes. [13] [18] Estos sistemas de insectos han brindado a los científicos la oportunidad de estudiar estrategias que controlan las trampas. Estas estrategias se conocen comúnmente como estrategias de "vigilancia", generalmente donde se imponen costos adicionales a los tramposos para desalentar o eliminar las conductas de engaño. Por ejemplo, las abejas y las avispas pueden comer huevos producidos por los trabajadores. En algunas especies de hormigas y avispas chaqueta amarilla, la vigilancia puede ocurrir mediante la agresión o la matanza de individuos que ponen huevos para minimizar las trampas. [13]

En simbiosis de limpieza Editar

La simbiosis de limpieza que se desarrolla entre organismos marinos pequeños y grandes a menudo representa modelos útiles para estudiar la evolución de las interacciones sociales estables y las trampas. En el pescado de limpieza Labroides dimidiatus (Lábrido limpiador Bluestreak), como en muchas especies limpiadoras, el pez cliente busca que los limpiadores eliminen los ectoparásitos. En estas situaciones, en lugar de eliminar los parásitos de la superficie del pescado del cliente, el limpiador puede hacer trampa alimentándose del tejido del cliente (capa de moco, escamas, etc.), obteniendo así un beneficio adicional del sistema simbiótico. [15] Está bien documentado que los limpiadores se alimentan de moco cuando sus clientes no pueden controlar el comportamiento del limpiador, sin embargo, en entornos naturales, los peces clientes a menudo se sacuden, persiguen a los limpiadores engañosos o terminan las interacciones de la natación, controlando eficazmente el comportamiento de trampa. [15] [16] [17] Los estudios sobre mutualismos de limpieza generalmente sugieren que el comportamiento de engaño a menudo se ajusta según la especie del cliente. Al limpiar camarones, se predice que las trampas ocurren con menos frecuencia porque los camarones tienen un costo más alto si los clientes usan la agresión para controlar el comportamiento del limpiador. [16] Los estudios han encontrado que las especies más limpias pueden ajustar estratégicamente el comportamiento de las trampas de acuerdo con el riesgo potencial asociado. Por ejemplo, los clientes depredadores, que presentan un costo significativamente alto por hacer trampa, experimentan menos comportamiento de trampa. Por otro lado, los clientes que no son depredadores presentan un costo menor por hacer trampa y, por lo tanto, experimentan más conductas de trampa por parte de los limpiadores. [16] [17] Alguna evidencia sugiere que los procesos fisiológicos pueden mediar en la decisión de los limpiadores de cambiar de cooperar a hacer trampa en interacciones mutualistas. Por ejemplo, en el pez limpiador bluestreak, los cambios en los niveles de cortisol están asociados con cambios de comportamiento. [14] Para los clientes más pequeños, aumentar los niveles de cortisol en el agua conduce a un comportamiento más cooperativo, mientras que para los clientes más grandes, el mismo tratamiento conduce a un comportamiento más deshonesto. Se ha sugerido que el "buen comportamiento" hacia los clientes más pequeños a menudo permite que los lábridos atraigan a clientes más grandes que a menudo son engañados. [14]

Otro Editar

Otros modelos de trampa incluyen la rana arborícola europea, "Hyla arborea". En muchas especies de reproducción sexual como ésta, algunos machos pueden acceder a parejas explotando los recursos de machos más competitivos. [19] Muchas especies tienen estrategias reproductivas dinámicas que pueden cambiar en respuesta a cambios en el medio ambiente. En estos casos, varios factores contribuyen a la decisión de cambiar entre estrategias de apareamiento. Por ejemplo, en la rana arborícola europea, un macho sexualmente competitivo (como en, percibido como atractivo por las hembras) tiende a llamar para atraer parejas. Esto a menudo se conoce como la táctica "burguesa". [19] Por otro lado, un macho más pequeño que probablemente no atraiga parejas usando la táctica burguesa tenderá a esconderse cerca de machos atractivos e intentará acceder a las hembras. En este caso, los machos pueden acceder a las hembras sin tener que defender territorios o adquirir recursos adicionales (que a menudo sirven como base para el atractivo). Esto se conoce como la táctica "parasitaria", en la que el macho más pequeño hace trampas para acceder a las hembras, obteniendo el beneficio de la reproducción sexual sin aportar recursos que normalmente atraen a las hembras. [19] Modelos como este proporcionan herramientas valiosas para la investigación dirigida a las limitaciones energéticas y las señales ambientales involucradas en el engaño. Los estudios encuentran que las estrategias de apareamiento son altamente adaptables y dependen de una variedad de factores, como la competitividad, los costos energéticos involucrados en la defensa del territorio o la adquisición de recursos. [19] [20] [21]

Condiciones ambientales e interacciones sociales que afectan el engaño microbiano Editar

Como muchos otros organismos, las bacterias dependen de la ingesta de hierro para sus procesos biológicos. [ cita necesaria ] Sin embargo, a veces es difícil acceder al hierro en ciertos entornos, como el suelo. Algunas bacterias han desarrollado sideróforos, partículas quelantes del hierro que buscan y devuelven hierro para las bacterias. Los sideróforos no son necesariamente específicos de su productor; a veces, otro individuo podría absorber las partículas en su lugar. [22] Pseudomonas fluorescens es una bacteria que se encuentra comúnmente en el suelo. En condiciones de bajo contenido de hierro, P. fluorescens produce sideróforos, específicamente pioverdina, para recuperar el hierro necesario para la supervivencia. Sin embargo, cuando el hierro está disponible, ya sea por difundirse libremente en el medio ambiente o por los sideróforos de otra bacteria, P. fluorescens cesa la producción, lo que permite que la bacteria dedique su energía al crecimiento. Un estudio mostró que cuando P. fluorescens creció en asociación con Streptomyces ambofaciens, otra bacteria que produce el sideróforo coelichen, no se detectó pioverdina. Este resultado sugirió que P. fluorescens cesó la producción de sideróforos a favor de adoptar el celicén unido al hierro, una asociación también conocida como piratería de sideróforos. [22]

Sin embargo, más estudios sugirieron que P. fluorescens ' la conducta de engaño podría suprimirse. En otro estudio, dos cepas de P. fluorescens Fueron estudiados en el suelo, su entorno natural. Una cepa, conocida como la productora, produjo un nivel más alto de sideróforos, lo que significó que otra cepa, conocida como la no productora, cesó la producción de sideróforos a favor de usar los sideróforos de la otra. Aunque uno esperaría que el no productor supere en competencia al productor, como el P. fluorescens y S. ambofaciens asociación, el estudio demostró que el no productor no podía hacerlo en las condiciones del suelo, lo que sugiere que las dos cepas podrían coexistir. Experimentos adicionales sugirieron que esta prevención de trampas puede deberse a interacciones con otros microbios en el suelo que influyen en la relación o la estructura espacial del suelo impidiendo la difusión del sideróforo y, por lo tanto, limitando la capacidad del no productor para explotar los sideróforos del productor. [23]

Presión de selección en bacterias (intraespecies) Editar

Por definición, las personas hacen trampa para obtener beneficios que sus contrapartes que no hacen trampa no reciben. Entonces, ¿cómo puede existir un sistema cooperativo frente a estos tramposos? Una respuesta es que los tramposos en realidad tienen una aptitud física reducida en comparación con los no tramposos.

En un estudio de Dandekar et al., Los investigadores examinaron las tasas de supervivencia de las poblaciones de bacterias que hacen trampa y que no lo hacen (Pseudomonas aeruginosa) en diversas condiciones ambientales. [24] Estos microorganismos, como muchas especies de bacterias, utilizan un sistema de comunicación célula-célula llamado detección de quórum que detecta la densidad de su población y estimula la transcripción de varios recursos cuando es necesario. En este caso, los recursos son proteasas compartidas públicamente que descomponen una fuente de alimento como la caseína y adenosina hidrolasa de uso privado, que descompone otra fuente de alimento, la adenosina. El problema surge cuando algunos individuos ("tramposos") no responden a estas señales de detección de quórum y, por lo tanto, no contribuyen a la costosa producción de proteasas pero disfrutan de los beneficios de los recursos descompuestos.

Cuando P. aeruginosa las poblaciones se encuentran en condiciones de crecimiento donde la cooperación (y la respuesta a la señal de quórum) es costosa, aumenta el número de tramposos y se agotan los recursos públicos, lo que puede conducir a una tragedia de los comunes. Sin embargo cuando P. aeruginosa Las poblaciones se colocan en condiciones de crecimiento con una proporción de adenosina, los tramposos son suprimidos porque las bacterias que responden a la señal del quórum ahora producen adenosina hidrolasa que ellos mismos usan en privado para digerir la fuente de alimento de adenosina. En poblaciones silvestres donde la presencia de adenosina es común, esta es una explicación de cómo los individuos que cooperan podrían tener una mayor aptitud que aquellos que hacen trampa, suprimiendo así a los tramposos y manteniendo la cooperación.

Vigilancia / castigo en insectos Editar

El engaño también se encuentra comúnmente en los insectos. Las comunidades sociales y aparentemente altruistas que se encuentran en insectos como las hormigas y las abejas brindan amplias oportunidades para que los tramposos aprovechen el sistema y acumulen beneficios adicionales a expensas de la comunidad.

A veces, una colonia de insectos se denomina "superorganismo" por su capacidad para adquirir propiedades superiores a las de la suma de los individuos. Una colonia de insectos en la que diferentes individuos se especializan para tareas específicas significa una mayor producción de colonias y una mayor eficiencia. [25] Además, según la teoría de la selección de parentesco, es colectivamente beneficioso para todos los individuos de la comunidad que la reina ponga huevos en lugar de que las obreras pongan huevos. [26] Esto se debe a que si las trabajadoras ponen huevos, se beneficia a la trabajadora que pone huevos individualmente, pero el resto de las trabajadoras ahora se separan dos veces de la descendencia de esta trabajadora. Por lo tanto, aunque es beneficioso para un individuo tener su propia descendencia, es beneficioso colectivamente que la reina ponga los huevos. Por lo tanto, existe un sistema de vigilancia de obreras y reinas contra los huevos puestos por las obreras.

Una forma de vigilancia se produce por la oofagia de los huevos puestos por los trabajadores, que se encuentran en muchas especies de hormigas y abejas. [25] Esto lo pueden hacer ambos o la reina o los trabajadores. En una serie de experimentos con abejas (Apis mellifera), Ratneiks & amp Visscher encontraron que otros trabajadores eliminaron efectivamente los huevos puestos por los trabajadores en todas las colonias, independientemente de que los huevos se originaran en las mismas colonias o no. [27] Un ejemplo de una combinación de vigilancia de reinas y obreras se encuentra en las hormigas, en el género Diacamma, en el que los huevos puestos por las trabajadoras son tomados por otras trabajadoras y alimentados a la "reina". [28] En general, estas señales que identifican a los huevos como puestos de reinas probablemente sean incorruptibles, ya que debe ser una señal honesta para ser mantenida y no utilizada por trabajadores engañosos. [26]

La otra forma de vigilancia se produce mediante la agresión a las trabajadoras que ponen huevos. En una especie de avispa arbórea Dolichovespula sylvestris, Wenseleers et al. descubrió que una combinación de comportamiento agresivo y destrucción de los huevos puestos por las trabajadoras mantenía baja la cantidad de huevos puestos por las trabajadoras. [29] De hecho, el 91% de los huevos puestos por los trabajadores fueron controlados dentro de un día. También encontraron que alrededor del 20% de las obreras que ponen huevos no pudieron hacerlo debido al comportamiento agresivo tanto de la reina como de las obreras. Las obreras y la reina agarraban a la obrera que pone huevos y trataban de picarla o empujarla fuera de la celda. Por lo general, esto hace que la trabajadora se quite el abdomen y no deposite los huevos.

Vigilancia / castigo en otros organismos Editar

La agresión y el castigo no solo se encuentran en los insectos. Por ejemplo, en las ratas topo desnudas, los castigos de la reina son una forma en que ella motiva a los trabajadores más perezosos y menos emparentados de sus grupos. [30] La reina empujaría a los trabajadores más perezosos, y el número de empujones aumentaría cuando hay menos trabajadores activos. Reeve descubrió que si se quita la reina cuando las colonias están saciadas, hay una caída significativa en el peso de las obreras activas porque las obreras más perezosas se están aprovechando del sistema.

El castigo también es un método utilizado por los cíclidos. Pulcher neolamprólogo en sus sistemas cooperativos de cría. Es un sistema de pago por estadía en el que los peces ayudantes pueden permanecer en ciertos territorios a cambio de su ayuda. [31] Al igual que las ratas topo desnudas, los ayudantes a los que se les impidió ayudar, los "ayudantes ociosos", reciben más agresión que los ayudantes de control en el estudio. Los investigadores teorizan que este sistema se desarrolló porque los peces generalmente no están estrechamente relacionados (por lo que los beneficios del parentesco tienen poco impacto) y porque existe un alto nivel de riesgo de depredación cuando el pez está fuera del grupo (por lo tanto, un fuerte motivador para que el pez ayudante permanecer en el grupo). [31]

Los monos Rhesus también usan la agresión como castigo. Estos animales tienen cinco llamadas distintas que pueden "decidir" producir al encontrar comida. El hecho de que llamen o no está relacionado con su género y número de parientes: las mujeres llaman con más frecuencia y las mujeres con más parientes llaman con más frecuencia. Sin embargo, a veces, cuando se encuentra comida, el individuo ("descubridor") no llama para atraer a sus parientes y, presumiblemente, para compartir comida. Si los individuos de menor rango encuentran que este descubridor se encuentra en el área de caída de comida del experimento, reclutan el apoyo de la coalición contra este individuo gritando. La coalición formada luego ahuyenta a este individuo. Si los individuos de mayor rango encuentran a este descubridor, ahuyentan al descubridor o se vuelven físicamente agresivos con el individuo. [32] Estos resultados muestran que la agresión como castigo es una forma de alentar a los miembros a trabajar juntos y compartir la comida cuando se encuentra.

Contramedidas interespecíficas Editar

El engaño y las limitaciones del engaño no se limitan a interacciones intraespecíficas, sino que también pueden ocurrir en una relación mutualista entre dos especies.Un ejemplo común es la relación mutualista entre peces limpiadores Labroides dimidiatus y peces de arrecife. Bshary y Grutter descubrieron que el lábrido limpiador prefiere el moco del tejido del cliente sobre los ectoparásitos. [33] Esto crea un conflicto entre el pez limpiador y el pez de arrecife, porque los peces de arrecife solo se benefician cuando el pez limpiador come los ectoparásitos. Otros estudios revelaron que en un entorno de laboratorio, el pez limpiador experimenta un cambio de comportamiento frente a los elementos disuasorios para no comer su alimento preferencial. [33] En varios ensayos, el plato de su fuente de alimento preferencial fue retirado inmediatamente cuando lo comieron, para imitar la "huida del cliente" en entornos naturales. En otros ensayos, el plato de su fuente de alimento preferencial persiguió al pez limpiador cuando lo comieron, imitando la "persecución del cliente" en un entorno natural. Después de solo seis pruebas de aprendizaje, los limpiadores aprendieron a elegir en contra de sus preferencias, lo que indica que el castigo es potencialmente una contramedida muy eficaz contra el engaño en las relaciones mutualistas.

Finalmente, las contramedidas no se limitan a las relaciones organizacionales. West y col. encontró una contramedida similar contra las trampas en el mutualismo entre leguminosas y rizobios. [34] En esta relación, la bacteria Rhizobium fijadora de nitrógeno fija el N2 atmosférico desde el interior de las raíces de las plantas leguminosas, proporcionando esta fuente esencial de nitrógeno a estas plantas y, al mismo tiempo, reciben ácidos orgánicos por sí mismos. Sin embargo, algunas bacterias son más mutualistas, mientras que otras son más parásitas porque consumen los recursos de la planta pero fijan poco o nada de N2. Además, estas plantas no pueden saber si las bacterias son más o menos parásitas hasta que se asientan en los nódulos de la planta. Para evitar las trampas, estas plantas parecen ser capaces de castigar a la bacteria rizobio. En una serie de experimentos, los investigadores forzaron la falta de cooperación entre las bacterias y las plantas colocando varios nódulos en una atmósfera libre de nitrógeno. Vieron una disminución en el éxito reproductivo del rhizobium en un 50%. [35] West y col. creó un modelo para que las leguminosas sancionen a las bacterias y plantea la hipótesis de que estos comportamientos existen para estabilizar las interacciones mutualistas. [34]

Otro ejemplo bien conocido de interacción planta-organismo ocurre entre las yucas y las polillas de la yuca. Las polillas hembras de la yuca depositan sus huevos uno a la vez en la flor de la yuca. Al mismo tiempo, también deposita una pequeña cantidad de polen de las flores de yuca como alimento para las polillas de la yuca. Debido a que la mayor parte del polen no es consumido por la larva, las polillas de la yuca son también polinizadores activos de la planta de la yuca. Además, a veces las polillas hembras no depositan con éxito sus huevos la primera vez y pueden intentarlo una y otra vez. La planta de yuca recibe cicatrices de los múltiples intentos, pero también recibe más polen, ya que las polillas están depositando polen con cada intento.

El "engaño" a veces ocurre cuando la polilla de la yuca deposita demasiados huevos en una planta. En este caso, la planta de yuca tiene poco o ningún beneficio de esta interacción. Sin embargo, la planta tiene una forma única de restringir este comportamiento. Si bien la restricción contra el engaño a menudo ocurre directamente en el individuo, en este caso, la restricción ocurre en la descendencia del individuo. La planta de yuca puede "abortar" las polillas abortando las flores. Pellmyr y Huth encontraron que existe una maduración selectiva para las flores que tienen poca carga de huevos y un alto número de cicatrices (y por lo tanto, una gran cantidad de polen). [36] De esta manera, existe una selección contra los "tramposos" que intentan utilizar la planta de yuca sin proporcionar los beneficios de la polinización.


Tipos de bacterias útiles y nocivas

Las bacterias son organismos microscópicos que forman un enorme mundo invisible a nuestro alrededor y dentro de nosotros. Son infames por sus efectos nocivos, mientras que los beneficios que brindan rara vez se conocen. Obtenga una breve descripción de las bacterias buenas y malas.

Las bacterias son organismos microscópicos que forman un enorme mundo invisible a nuestro alrededor y dentro de nosotros. Son infames por sus efectos nocivos, mientras que los beneficios que brindan rara vez se conocen. Obtenga una breve descripción de las bacterias buenas y malas.

Durante la primera mitad del tiempo geológico, nuestros antepasados ​​fueron bacterias. La mayoría de las criaturas todavía son bacterias, y cada uno de nuestros billones de células es una colonia de bacterias. & # 8211 Richard Dawkins

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Las bacterias & # 8211 los organismos vivos más antiguos de la tierra & # 8211 son omnipresentes. El cuerpo humano, el aire que respiramos, las superficies que tocamos, los alimentos que comemos, las plantas que nos rodean, el entorno en el que vivimos, etc., están repletos de bacterias.

Casi el 99% de estas bacterias son útiles, mientras que las restantes son notorias. De hecho, algunos son fundamentales para el correcto crecimiento de otros seres vivos. Son de vida libre o forman una relación simbiótica con animales o plantas.

La lista de bacterias útiles y dañinas contiene algunas de las más comúnmente conocidas bacterias beneficiosas y mortales.

Caracteristicas: Gram-positivos, en forma de varilla

Presencia: Las especies de lactobacilos están presentes en la leche y los productos lácteos, los alimentos fermentados y también forman parte de nuestra microflora oral, intestinal y vaginal. L. acidophilus, L. reuteri, L. plantarum, etc., son algunas de las especies más predominantes.

Beneficio: Los lactobacilos son conocidos por su capacidad para utilizar lactosa y producir ácido láctico, como subproducto metabólico. Esta capacidad de fermentar lactosa hace que los lactobacilos sean un ingrediente importante para preparar alimentos fermentados. También es una parte importante del proceso de decapado, ya que el ácido láctico sirve como conservante. La formación del yogur a partir de la leche se realiza mediante lo que se denomina fermentación. Algunas cepas incluso se utilizan comercialmente para la producción de yogur. En los mamíferos, los lactobacilos ayudan a descomponer la lactosa durante la digestión. El ambiente ácido resultante evita el crecimiento de otros microbios en los tejidos corporales. Siendo así, los lactobacilos son una parte importante de las formulaciones probióticas.

Caracteristicas: Gram-positivos, ramificados, en forma de varilla

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Presencia: Las bifidobacterias están presentes en el tracto gastrointestinal de los seres humanos.

Beneficio: Similar a los lactobacilos, estos también son conocidos por la producción de ácido láctico. Además, también produce ácido acético. Esto inhibe el crecimiento de bacterias patógenas al controlar los niveles de pH en los intestinos. B. longum Ayuda en la descomposición de polímeros vegetales no digeribles. B. longum y B. infantis ayudan a prevenir la diarrea, la candidiasis y otras infecciones por hongos en bebés y niños. Debido a estos beneficios, esta especie en particular también se incluye en los probióticos disponibles comercialmente.

Caracteristicas: Gram-negativos, en forma de varilla

Presencia: E. coli es parte de la microflora normal de los intestinos delgado y grueso.

Beneficio: E. coli Ayuda en la descomposición de los azúcares monosacáridos no digeridos y, por lo tanto, ayuda a la digestión. Estas bacterias producen vitamina K y biotina que son esenciales para una variedad de procesos celulares.

Nota.- Ciertas cepas de E. coli pueden causar toxicidad severa, diarrea, anemia e insuficiencia renal.

Caracteristicas: Gram-positivos, filamentosos

Presencia: Se encuentran ampliamente en el suelo, el agua y la materia en descomposición.

Beneficio: Streptomyces spp. Desempeñan un papel importante en la ecología del suelo al provocar la descomposición de la materia orgánica presente en el suelo. Como resultado, se están explorando como agentes de biorremediación. S. aureofaciens, S. rimosus, S. griseus, S. erythraeus y S. venezuelae son algunas de las especies comercialmente importantes que se utilizan para la producción de compuestos antibacterianos y antifúngicos.

Caracteristicas: Gram-negativos, en forma de varilla

Presencia: Los rizobios están presentes en el suelo o forman una asociación simbiótica con los nódulos de las raíces de las leguminosas.

Beneficio: Rhizobium etli, Bradyrhizobium spp., Azorhizobium spp.., y muchas otras especies, son útiles para fijar el nitrógeno atmosférico, incluido el amoníaco, haciéndolo disponible para las plantas. Las plantas no poseen la capacidad de utilizar el nitrógeno atmosférico y dependen de las bacterias fijadoras de nitrógeno, que están presentes en el suelo.

Caracteristicas: Gram-negativos, en forma de varilla

Presencia: Las cianobacterias son principalmente bacterias acuáticas, pero también se encuentran en rocas desnudas y en el suelo.

Beneficio: También conocidas como algas verde azuladas y bacterias verde azuladas, son un grupo de bacterias ambientalmente significativas. Provocan la fijación de nitrógeno en hábitats acuáticos. Sus capacidades de calcificación y descalcificación los hacen esenciales para mantener el equilibrio del ecosistema de los arrecifes de coral.

Caracteristicas: Ni grampositivos ni gramnegativos (debido al alto contenido de lípidos), en forma de varilla

Presencia: Las micobacterias se encuentran generalmente en el agua y los alimentos. Sin embargo, M. tuberculosis y M. leprae (también conocido como Hansen & # 8217s coccus spirilly), son parásitos obligados y no pueden sobrevivir en su forma libre.

Enfermedad: Las bacterias del género Mycobacterium son patógenos con largos tiempos de duplicación. M. tuberculosis y M. leprae, las especies más notorias, son los agentes causantes de la tuberculosis y la lepra, respectivamente. M. ulcerans provoca nódulos ulcerados y no ulcerados en la piel. M. bovis causa tuberculosis en el ganado.

Caracteristicas: Gram-positivos, en forma de caja

Presencia: C. tetani las esporas se encuentran en el suelo, la piel y el tracto gastrointestinal.

Enfermedad: C. tetani es el agente etiológico del tétanos. Entra en el cuerpo a través de una herida, se replica allí y libera toxinas, a saber, tetanoespasmina (también conocida como toxina espasmogénica) y tetanolisina. Estos conducen a espasmos musculares e insuficiencia respiratoria.

Caracteristicas: Gram-negativos, en forma de varilla

Presencia: Y. pestis solo pueden sobrevivir dentro del hospedador, es decir, roedores (pulgas) y mamíferos.

Enfermedad: Y. pestis causa peste bubónica y neumónica. Una infección de la piel con Y. pestis conduce a la forma bubónica caracterizada por malestar, fiebre, escalofríos e incluso convulsiones. Una infección en los pulmones causada por Y. pestis conduce a la peste neumónica que causa tos, dificultad para respirar y fiebre. De acuerdo a OMS, cada año se notifican alrededor de 1000 a 3000 casos de peste en todo el mundo. Este microbio está siendo reconocido y explorado como una potencial arma biológica.

Caracteristicas: Gram-negativos, en forma de varilla

Presencia: H. pylori coloniza el revestimiento mucoso del estómago humano.

Enfermedad: Es la principal causa de gastritis y úlceras pépticas. Produce citotoxinas y amoníaco que dañan el epitelio del estómago y provocan dolor abdominal, náuseas, vómitos e hinchazón. H. pylori está presente en la mitad de la población mundial, sin embargo, la mayoría de ellos son asintomáticos, mientras que solo unos pocos desarrollan gastritis y úlceras.

Caracteristicas: Gram-positivos, en forma de varilla

Presencia: B. anthracis está ampliamente presente en el suelo.

Enfermedad: La enfermedad mortal llamada ántrax es el resultado de una B. anthracis infección, donde la inhalación de B. anthracis endosporas es lo que causa esta enfermedad. El carbunco ocurre principalmente en ovejas, cabras, ganado vacuno, etc. Sin embargo, la transmisión de bacterias del ganado doméstico a los humanos ocurre en casos raros. La formación de llagas, fiebre, dolor de cabeza, dolor abdominal, náuseas, diarrea, etc., son los síntomas más comunes (del ántrax).

Estamos rodeados de bacterias, algunas amistosas y otras mortales. Depende de nosotros sacar el máximo partido a estos diminutos seres vivos. Benefíciese de los útiles evitando el uso excesivo o innecesario de antibióticos, y mantenga a raya los dañinos tomando las medidas preventivas adecuadas, como mantener la higiene y visitar al médico después de los chequeos regulares.

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Términos y conceptos

  • Culturas vivas
  • Bacterias
  • Microorganismos
  • Microscópico
  • Células
  • Especies
  • Platos de agar
  • Colonias de bacterias
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  • Anaeróbico
  • Esterilizar

Preguntas

  • ¿Cómo puede saber si hay bacterias viviendo en algún lugar?
  • ¿Qué es una colonia de bacterias?
  • ¿Por qué deberían cultivarse las bacterias del yogur en condiciones anaeróbicas?
  • ¿Cuáles son algunas especies de bacterias que ha visto enumeradas en los envases de yogur?



Comentarios:

  1. Jantje

    Le recomiendo que visite el sitio, en el que hay muchos artículos sobre este tema.

  2. Celeus

    Lo siento, pero creo que te equivocas. Estoy seguro. Vamos a discutir. Envíame un correo electrónico a PM, hablaremos.

  3. Voodootaur

    ¡Solo un Dios lo sabe!

  4. Corin

    De verdad gracias



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