La toxicidad puede propiciar la cooperación entre las especies microbianas
Los microbios son sistemas modelo que nos revelan mucho sobre la ecología y la evolución en organismos más grandes y con poblaciones de rápido crecimiento, algo de gran utilidad para los estudios en laboratorio. Además, son importantes en sí mismos, ya que suministran nutrientes vitales que algunos organismos no pueden absorber fácilmente sin ellos, por ejemplo, la vitamina K en ciertos animales (incluidas las personas) y el nitrógeno en las plantas. Dado que los microbios pueden ser patógenos, conocerlos mejor podría ayudar a reducir las enfermedades infecciosas, así como otras afecciones dependientes de los microbios, por ejemplo, la obesidad. «Aunque nuestra supervivencia está estrechamente relacionada con los microbios, todavía hay mucho que desconocemos, por ejemplo si las especies compiten o cooperan», afirma Sara Mitri, coordinadora del proyecto EVOMICROCOMM, financiado por el Consejo Europeo de Investigación.
Un sistema modelo
Los microbios son difíciles de estudiar en su entorno natural debido a la variedad de especies, pero los entornos estáticos de laboratorio son malos sustitutos. EVOMICROCOMM desarrolló un sistema modelo que consta de cuatro especies y utiliza un aceite industrial para asemejarse a su entorno natural. «Se trata de uno de los primeros estudios que siguen de cerca las interacciones cambiantes entre especies microbianas y, así, arroja luz sobre la coevolución de las comunidades y las dependencias ambientales», explica Mitri, de la Universidad de Lausana, entidad anfitriona del proyecto. Un resultado clave fue el descubrimiento de que las interacciones microbianas dependen del contexto y los entornos tóxicos en ocasiones dan lugar a interacciones positivas si al menos una especie puede degradar las toxinas. «Nuestro nuevo diseño de comunidad también es potencialmente aplicable a cualquier comunidad microbiana, incluidas las de compost y probióticos», añade Mitri.
¿Competencia o cooperación?
El equipo trabajó con cuatro especies bacterianas: «Agrobacterium tumefaciens», «Comamonas testosteroni», «Microbacterium saperdae» y «Ochrobactrum anthropi». Anteriormente se había determinado que podían crecer en el aceite industrial seleccionado, un líquido para trabajar el metal. Dado que este aceite industrial se considera contaminante, comprender los ecosistemas microbianos en su interior podría tener un importante uso práctico en la biorremediación. «Cuando nos dimos cuenta de que podíamos aprovechar la toxicidad del aceite como función, observamos que, si bien los microbios no podían proliferar fácilmente solos en entornos tóxicos, sí podían hacerlo como comunidad. Si siempre diseñamos medios de crecimiento en los que puedan crecer todas las especies, podríamos pasar por alto estas interacciones», afirma Mitri. El equipo estudió cómo los niveles de toxicidad determinan la ecología microbiana. Un único compuesto, tóxico a altas concentraciones, parecía impulsar la cooperación, pero cuando se reducía, la competencia entre especies se convertía en la interacción dominante. En un segundo experimento, tras dejar que una comunidad de cuatro especies evolucionase en el aceite industrial, se observó que, tras mantener interacciones positivas durante un cierto tiempo, la comunidad cooperaba para repeler a una nueva especie introducida por el equipo. EVOMICROCOMM también presentó un nuevo método para diseñar comunidades microbianas. Antes de experimentar con comunidades reales, se desarrollaron modelos informáticos que predicen las tasas de crecimiento de la comunidad en condiciones tóxicas. El algoritmo predijo la combinación óptima de especies que mejor degradan los contaminantes en el aceite industrial: dos de las especies originales y dos nuevas. «Nuestro método de reproducción funciona mejor que los anteriores, ya que intercambia especies más fácilmente, lo que amplía la gama de composiciones posibles», añade Mitri. .
Amplias y variadas ventajas
Saber qué especies se benefician de los antibióticos tóxicos (para ellas), y cómo, podría conducir a tratamientos más específicos y contrarrestar la evolución de la resistencia a los antibióticos. Además, los diseños comunitarios del proyecto son especialmente útiles para procesos industriales de degradación de compost o plásticos, lo cual los convierte en biocombustibles u otros productos químicos, temas en los que se está centrando el equipo actualmente. «Ya se han puesto en contacto con nosotros laboratorios interesados en este campo, así como en la conversión de fibras vegetales en etanol», concluye Mitri. Mientras tanto, el equipo está comprobando si sus métodos podrían aplicarse a otros ecosistemas, de nuevo construyendo modelos matemáticos y poniéndolos a prueba.
Palabras clave
EVOMICROCOMM, microbios, antibióticos, cooperación, competencia, tóxicos, bacterias, especies, nutrientes, aceite, plásticos
