fbpx
Wikipedia

Cooperación microbiana

Los microorganismos participan en una amplia variedad de interacciones bióticas sociales, incluida la cooperación. Una conducta cooperativa es aquella en donde se beneficia un individuo (el receptor) y no necesariamente al que realiza la conducta (el actor). [1]​ Este artículo describe las diversas formas de interacciones cooperativas ( mutualismo y altruismo ) observadas en los sistemas microbianos, así como los beneficios que podrían haber impulsado la evolución de estos comportamientos complejos.

Introducción

Los microorganismos, o microbios, abarcan los tres dominios de la vida, incluidas las bacterias, arqueas, virus y muchos eucariotas unicelulares (p. Ej., Algunos hongos y protistas ). Normalmente se definen como formas de vida unicelulares que solo pueden observarse mediante microscopio. Los microorganismos fueron las primeras formas de vida celulares y fueron fundamentales para crear las condiciones para el origen de formas multicelulares más complejas.

Aunque los microbios son demasiado pequeños para verlos a simple vista, representan la inmensa mayoría de la diversidad biológica y, por lo tanto, sirven como un excelente sistema para estudiar cuestiones evolutivas. Uno de esos temas que los científicos han examinado en microbios es la evolución de los comportamientos sociales, incluida la cooperación. Una interacción cooperativa beneficia a un receptor y se selecciona sobre esa base. En los sistemas microbianos, se ha documentado que las células que pertenecen a los mismos taxones participan en interacciones cooperativas para realizar una amplia gama de comportamientos multicelulares complejos como la dispersión, la búsqueda de alimento, la construcción de biopelículas, la reproducción, la guerra química y la señalización. Este artículo describirá las diversas formas de interacciones cooperativas observadas en los sistemas microbianos, así como los beneficios que podrían haber impulsado la evolución de estos comportamientos complejos.

Historia

Tabla 1: Clasificación de Hamilton de los cuatro tipos de interacciones sociales. [1]
Efecto sobre el destinatario
+ -
Efecto sobre el actor + Beneficio mutuo Egoísmo
- Altruismo Rencor

Desde un punto de vista evolutivo, un comportamiento es social si tiene consecuencias de aptitud tanto para el individuo que realiza ese comportamiento (el actor) como para otro individuo (el receptor). Hamilton primero categorizó los comportamientos sociales según si las consecuencias que conllevan para el actor y el receptor son beneficiosas (aumentan la aptitud directa) o costosas (disminuyen la aptitud directa). [2]​ Según la definición de Hamilton, hay cuatro tipos únicos de interacciones sociales : mutualismo (+ / +), egoísmo (+/−), altruismo (- / +) y rencor (- / -) (Tabla 1). El mutualismo y el altruismo se consideran interacciones cooperativas porque son beneficiosas para el receptor y serán el tema central de este artículo.

Explicar la cooperación sigue siendo uno de los mayores desafíos para la biología evolutiva, independientemente de si el comportamiento se considera mutuamente beneficioso o altruista. Según la teoría evolutiva clásica, un organismo solo se comportará de manera que maximice su propia aptitud. Por lo tanto, el origen de las interacciones cooperativas o las acciones de los individuos que dan como resultado que otros individuos reciban beneficios de aptitud física parece contradictorio.

Las explicaciones teóricas para la evolución de la cooperación pueden clasificarse en dos categorías: beneficios directos de aptitud o beneficios indirectos de aptitud. Esto se desprende de la idea de Hamilton de 1964 de que los individuos obtienen una aptitud cuando hay un impacto en su propia reproducción (efectos directos de aptitud), o en la reproducción de individuos con genes relacionados (efectos indirectos de aptitud). [2]

Tipos de cooperación

Mutualismo

Quizás las interacciones cooperativas más comunes observadas en los sistemas microbianos son mutuamente beneficiosas (+ / +). Las interacciones sociales mutuamente beneficiosas brindan un beneficio directo de aptitud a ambos individuos involucrados, mientras superan cualquier costo de realizar el comportamiento. [3]​ En un entorno con microbios individuales, el mutualismo se realiza con mayor frecuencia para aumentar el beneficio de la aptitud individual. Sin embargo, en una comunidad, los microorganismos podrán interactuar a gran escala para permitir la persistencia de la comunidad, lo que aumentará su propia aptitud. [4]

La mayoría de las veces, los organismos que participan en estos comportamientos tienen un interés compartido en la cooperación. En los sistemas microbianos, esto se ve a menudo en la producción de metabolitos o moléculas que son metabólicamente caras de producir. Muchos microbios, especialmente bacterias, producen numerosos metabolitos públicos que se liberan en el entorno extracelular. La difusión que se produce permite que sean utilizados por otros organismos vecinos.

Un ejemplo muy popular de interacciones microbianas mutuamente beneficiosas implica la producción de sideróforos . Los sideróforos son moléculas captadoras de hierro producidas por muchos taxones microbianos, incluidas bacterias y hongos. Estas moléculas se conocen como agentes quelantes y desempeñan un papel importante para facilitar la absorción y el metabolismo del hierro en el medio ambiente, ya que normalmente existe en forma insoluble. [5]​ Para que las bacterias accedan a este factor limitante, las células fabricarán estas moléculas y luego las secretan al espacio extracelular. [6]​ Una vez liberados, los sideróforos secuestrarán el hierro y formarán un complejo, que es reconocido por los receptores de las células bacterianas. Luego puede transportarse a la célula y reducirse, haciendo que el hierro sea metabólicamente accesible para las bacterias. La producción de sideróforos se usa a menudo como un ejemplo de mutualismo, ya que los compuestos no están restringidos al uso individual. Siempre que el organismo posea un receptor para el complejo sideróforo-Fe (III), se pueden absorber y utilizar. [7]

Existen muchas explicaciones que justifican la evolución de interacciones mutualistas. Para que la producción de bienes públicos sea evolutivamente beneficiosa, el comportamiento debe proporcionar un beneficio directo al desempeño reproductivo del actor que supere el costo de realizar el comportamiento. [5]​ Esto se ve con mayor frecuencia en el caso de un beneficio físico directo. Como las bacterias se encuentran con mayor frecuencia en colonias, es probable que las bacterias vecinas expresen similitudes genéticas. Por lo tanto, al aumentar las posibilidades de que una bacteria cercana crezca y se divida, el huésped aumenta su propio paso de material genético. En el caso de los sideróforos, se encontró una correlación positiva entre la relación entre los linajes bacterianos y la producción de sideróforos. [6]

Sin embargo, las comunidades microbianas no solo están interesadas en la supervivencia y productividad de su propia especie. En una comunidad mixta, se ha encontrado que diferentes especies bacterianas se adaptan a diferentes fuentes de alimentos, incluidos los productos de desecho de otras especies, para evitar una competencia innecesaria. [8]​ Esto permite una mayor eficiencia para la comunidad en su conjunto.

Tener una comunidad equilibrada es muy importante para el éxito microbiano. En el caso de la producción de sideróforos, debe haber un equilibrio entre los microbios que gastan su energía para producir los agentes quelantes y los que pueden utilizar xenosideróforos. De lo contrario, los microbios explotadores eventualmente superarían a los productores, dejando una comunidad sin organismos capaces de producir sideróforos y, por lo tanto, incapaz de sobrevivir en condiciones de bajo contenido de hierro. Esta capacidad de equilibrio entre las dos poblaciones se está investigando actualmente. Se cree que se debe a la presencia de receptores de baja afinidad en los no productores o productores que generan un mecanismo de interferencia mediado por toxinas. [9]

 
Figura 1: El dilema del prisionero en una comunidad bacteriana . Los mutantes de GASP alcanzan inicialmente una alta densidad de población y posteriormente disminuyen la viabilidad de la población. (A) Unidades formadoras de colonias (UFC) medidas el día 1 (barras azules) y el día 4 (barras rojas) de cultivos y co-cultivos de WT y GASP puros con inicio fracciones de 90% WT y 10% GASP, 50% WT y 50% GASP, y 10% WT y 90% GASP. Las barras de error indican el error estándar de la media de tres cultivos replicados. El recuadro muestra que el cambio en el número de UFC entre el día 4 y el día 1 depende de la fracción de GASP inicial de un cultivo. (b) Curvas de crecimiento, medidas como densidad óptica (DO) a 600 nm, de cultivos discontinuos bien mezclados. Un cultivo de WT puro (negro) mantiene su densidad de población durante días, mientras que un cultivo de GASP puro (rojo) alcanza inicialmente una densidad de población más alta que luego declina y cae por debajo del nivel del cultivo de WT puro. Los cocultivos de WT-GASP (líneas discontinuas) muestran la dependencia de la frecuencia del exceso y la posterior disminución de la densidad de población.

Si bien la producción de bienes públicos tiene como objetivo beneficiar a todos los individuos, también conduce a la evolución de organismos tramposos, o individuos que no pagan el costo de producir un bien, pero aun así reciben el beneficio (Figura 1). Con el fin de minimizar los costos de aptitud, la selección natural favorecerá a los individuos que no segreguen mientras se aprovechan de las secreciones de sus vecinos. En una población de células secretoras de sideróforos, las células mutantes no secretoras no pagan el costo de la secreción, pero aún obtienen el mismo beneficio que las vecinas de tipo salvaje. Recientemente, Griffin et al. (2004) investigaron la naturaleza social de la producción de sideróforos en Pseudomonas aeruginosa . [10]​ Cuando las células se cultivaron puras, se colocaron en un entorno que limitaba el hierro, las poblaciones de células que secretaban sideróforos ( tipo salvaje ) superaron a una población de no secretores mutantes . Por tanto, la producción de sideróforos es beneficiosa cuando el hierro es limitante. Sin embargo, cuando las mismas poblaciones se colocaron en un entorno rico en hierro, la población mutante superó a la población de tipo salvaje, lo que demuestra que la producción de sideróforos es metabólicamente costosa. Finalmente, cuando tanto las bacterias de tipo salvaje como las mutantes se colocaron en la misma población mixta, las mutantes pueden obtener el beneficio de la producción de sideróforos sin pagar el costo y, por lo tanto, aumentar la frecuencia. Este concepto se refiere comúnmente a la tragedia de los comunes .

El juego del dilema del prisionero es otra forma en que los biólogos evolucionistas explican la presencia de trampas en los sistemas microbianos cooperativos. Originalmente enmarcado por Merrill Flood y Melvin Dresher en 1950, el Dilema del Prisionero es un problema fundamental en la teoría de juegos y demuestra que dos individuos podrían no cooperar incluso si lo mejor para ambos es hacerlo. En el dilema, dos individuos cada uno elige si cooperar con el otro individuo o hacer trampa. La cooperación de ambos individuos da la mayor ventaja promedio. Sin embargo, si un individuo decide hacer trampa, obtendrá una mayor ventaja individual. Si el juego se juega solo una vez, hacer trampa es la estrategia superior, ya que es la estrategia superior. Sin embargo, en situaciones biológicamente realistas, con interacciones repetidas (juegos), mutaciones y entornos heterogéneos, a menudo no existe una única solución estable y el éxito de las estrategias individuales puede variar en ciclos periódicos o caóticos sin fin. La solución específica del juego dependerá fundamentalmente de la forma en que se implementen las iteraciones y de cómo los beneficios se traduzcan en la población y la dinámica de la comunidad.

En la bacteria Escherichia coli, se puede observar una situación de Dilema del Prisionero cuando mutantes que exhiben un fenotipo Grow Advantage in Stationary Phase (GASP) [11]​ compiten con una cepa de tipo salvaje (WT) en cultivo discontinuo. [12]​ En tales entornos de cultivo por lotes, donde el entorno de crecimiento se homogeneiza agitando los cultivos, las células WT cooperan deteniendo el crecimiento bacteriano para evitar el colapso ecológico, mientras que los mutantes GASP continúan creciendo por defecto del mecanismo regulador de tipo salvaje. Como consecuencia de dicha deserción a la autorregulación, se logran densidades celulares mayores a corto plazo, pero a largo plazo hay un colapso poblacional debido a la tragedia de los comunes (Figura 1). Por el contrario, aunque las células WT no alcanzan densidades de población tan altas, sus poblaciones son sostenibles a la misma densidad a largo plazo. La coexistencia entre las dos cepas es posible debido a la localización de interacciones y la segregación espacial de los tramposos. [13]​ Cuando se les proporciona un entorno espacial de este tipo, las bacterias pueden autoorganizarse en patrones dinámicos de agregación celular, desegregación que aseguran que las células cooperadoras puedan cosechar los beneficios de la cooperación (Figura 2).

 
Figura 2: Dilema espacial prisionero y la coexistencia de tramposos y cooperadores en una comunidad de E. Coli . WT y GASP E. coli coexisten en un hábitat de un solo parche. (a) Imágenes de microscopía que muestran una sección de un hábitat que consta de un solo parche (8500 × 100 × 15   ) en tres momentos, la barra blanca indica 50 m. Los glóbulos WT (verde) y GASP (rojo) se convierten en una comunidad estructurada. Inicialmente (1 hora) las células planctónicas colonizan el hábitat, un día después se han formado muchos agregados multicelulares. La composición de estos agregados (indicada por su color) cambia con el tiempo. (b) Fracción de GASP a través del tiempo de microhábitats que consiste en un solo parche con un volumen igual al volumen total de un microhábitat de 85 parches. Media de los experimentos (línea sólida roja), las líneas discontinuas negras indican la media de la desviación estándar.

Otro estudio (Greig y Travisano 2004) abordó estas ideas con la levadura Saccharomyces cerevisiae . S. cerevisiae posee múltiples genes y cada uno produce invertasa, una enzima que se secreta para digerir la sacarosa fuera de la célula. Como se mencionó anteriormente, esta producción de bien público crea el potencial de que las células individuales hagan trampa al robar azúcar digerido por sus vecinas sin aportar la enzima por sí mismas. Greig y Travisano (2004) midieron la aptitud de un tipo tramposo (que poseía un número reducido de genes invertasa) en relación con un cooperador (que contenía todos los genes invertasa). [14]​ Al manipular el nivel de interacción social dentro de la comunidad variando la densidad de población, encontraron que el tramposo es menos apto que el cooperador en niveles bajos de densidad poblacional comunal, pero más apto en comunidades densas. Por lo tanto, proponen que la selección para "hacer trampa" provoca una variación natural en la cantidad de genes invertasa que puede poseer un individuo, y que la variación en los genes invertasa refleja una adaptación constante a un entorno biótico en constante cambio, que es consecuencia de la inestabilidad de las interacciones cooperativas. .

Altruismo

El segundo tipo de interacciones cooperativas es altruista, o interacciones que son beneficiosas para el receptor pero costosas para el actor (- / +). Justificar el beneficio evolutivo del comportamiento altruista es un tema muy debatido. Una justificación común para la presencia de comportamientos altruistas es que brindan un beneficio indirecto porque el comportamiento se dirige hacia otros individuos que portan el gen cooperativo. [2]​ La razón más simple y común para que dos individuos compartan genes en común es que sean parientes genealógicos (parientes), por lo que a menudo esto se denomina selección de parientes . [15]​ Según Hamilton, un acto altruista es evolutivamente beneficioso si la relación del individuo que se beneficia del acto altruista es mayor que la relación costo / beneficio que impone este acto. Este razonamiento se conoce como la regla de Hamilton .

La selección natural normalmente favorece a un gen si aumenta la reproducción, porque la descendencia comparte copias de ese gen. Sin embargo, un gen también puede verse favorecido si ayuda a otros parientes, que también comparten copias. Por lo tanto, al ayudar a un pariente cercano a reproducirse, un individuo sigue transmitiendo sus propios genes a la siguiente generación, aunque sea indirectamente. Hamilton señaló que la selección de parentesco podría ocurrir a través de dos mecanismos: (a) discriminación de parentesco, cuando la cooperación se dirige preferencialmente hacia los parientes, y (b) dispersión limitada (viscosidad de la población), que mantiene a los parientes en proximidad espacial entre sí, lo que permite la cooperación para estar dirigido indiscriminadamente hacia todos los vecinos (que suelen ser parientes). [2]​ En los sistemas microbianos, estos dos mecanismos son igualmente importantes. Por ejemplo, la mayoría de las poblaciones microbianas a menudo comienzan a partir de un pequeño número de colonizadores. Debido a que la mayoría de los microbios se reproducen asexualmente, los parientes genéticos cercanos rodearán las células a medida que la población crece. Estas poblaciones clonales a menudo resultan en una densidad extremadamente alta, especialmente en sistemas terrestres. Por lo tanto, la probabilidad de que el comportamiento altruista de una célula beneficie a un pariente cercano es extremadamente alta.

Si bien los comportamientos altruistas son más comunes entre individuos con alta relación genética, esto no es completamente necesario. Los comportamientos altruistas también pueden ser evolutivamente beneficiosos si la cooperación se dirige hacia individuos que comparten el gen de interés, independientemente de si esto se debe a la coancestría o a algún otro mecanismo. [16]​ Un ejemplo de esto se conoce como el mecanismo de la " barba verde " y requiere un solo gen (o varios genes estrechamente ligados) que causan el comportamiento cooperativo y pueden ser reconocidos por otros individuos debido a un marcador fenotípico distintivo, como una barba verde. [2]

El moho de limo más estudiado desde esta perspectiva es Dictyostelium discoideum, un depredador de bacterias que es común en el suelo. Cuando mueren de hambre, las amebas unicelulares, generalmente solitarias, se agregan y forman una babosa multicelular que puede contener de 10 4 a 10 6 células. Esta babosa migra a la superficie del suelo, donde se transforma en un cuerpo fructífero compuesto por una punta esférica de esporas y un tallo formado por células de tallo no viables que mantienen las esporas en alto (Figura 2). Aproximadamente el 20% de las células se convierten en el tallo no reproductivo, elevando las esporas y ayudando a su dispersión. [17]

La muerte celular programada (PCD) es otra forma sugerida de comportamiento altruista microbiano. Aunque la muerte celular programada (también conocida como apoptosis o autólisis ) claramente no proporciona ningún beneficio directo de aptitud, puede ser evolutivamente adaptativa si proporciona beneficios indirectos a individuos con alta relación genética ( selección de parentesco ). Se han sugerido varias posibilidades altruistas para la PCD, como proporcionar recursos que podrían ser utilizados por otras células para el crecimiento y la supervivencia en Saccharomyces cerevisiae . [18][19]​ Si bien es común utilizar la selección de parentesco para explicar los beneficios evolutivos de la PCD, el razonamiento contiene algunos problemas inherentes. Charlesworth (1978) señaló que es extremadamente difícil que un gen que causa el suicidio se propague porque solo los parientes que NO comparten el gen se beneficiarían en última instancia. [20]​ Por lo tanto, la posible solución a este problema en microbios es que la selección podría favorecer una baja probabilidad de PCD entre una gran población de células, posiblemente dependiendo de la condición individual, las condiciones ambientales o la señalización.

Otras interacciones microbianas

Quorum sensing

 
Figura 3: Diagrama de detección de quórum . (izquierda) En baja densidad, la concentración del autoinductor (puntos azules) es relativamente baja y la producción de sustancia está restringida. (derecha) En alta densidad, la concentración del autoinductor es alta y se producen las sustancias bacterianas (puntos rojos).

La integración de interacciones cooperativas y comunicativas parece ser extremadamente importante para los microbios; por ejemplo, del 6 al 10% de todos los genes de la bacteria Pseudomonas aeruginosa están controlados por sistemas de señalización célula-célula. [21]​ Una forma en que los microbios se comunican y se organizan entre sí para participar en interacciones cooperativas más avanzadas es a través de la detección cuórum sensing . La detección de cuórum describe el fenómeno en el que la acumulación de moléculas de señalización en el entorno circundante permite que una sola célula evalúe el número de individuos (densidad celular) para que la población en su conjunto pueda dar una respuesta coordinada. Esta interacción es bastante común entre taxones bacterianos e implica la secreción por parte de células individuales de moléculas de "señalización", llamadas autoinductores o feromonas . Estas bacterias también tienen un receptor que puede detectar específicamente la molécula de señalización. Cuando el inductor se une al receptor, activa la transcripción de ciertos genes, incluidos los de síntesis del inductor. Existe una baja probabilidad de que una bacteria detecte su propio inductor secretado. Por tanto, para que se active la transcripción de genes, la célula debe encontrar moléculas de señalización secretadas por otras células en su entorno. Cuando solo hay unas pocas bacterias del mismo tipo en las proximidades, la difusión reduce la concentración del inductor en el medio circundante a casi cero, por lo que las bacterias producen poco inductor. Sin embargo, a medida que la población crece, la concentración del inductor pasa un umbral, lo que hace que se sintetice más inductor. Esto forma un circuito de retroalimentación positiva y el receptor se activa por completo. La activación del receptor induce la regulación positiva de otros genes específicos, lo que hace que todas las células comiencen la transcripción aproximadamente al mismo tiempo. En otras palabras, cuando la concentración local de estas moléculas ha alcanzado un umbral, las células responden activando genes particulares. De esta manera, las células individuales pueden detectar la densidad local de bacterias, de modo que la población en su conjunto pueda dar una respuesta coordinada. [22]

En muchas situaciones, el costo que pagan las células bacterianas para coordinar comportamientos supera los beneficios, a menos que haya un número suficiente de colaboradores. Por ejemplo, la luciferasa bioluminiscente producida por Vibrio fischeri no sería visible si fuera producida por una sola célula. Al utilizar la detección de cuórum para limitar la producción de luciferasa a situaciones en las que las poblaciones de células son grandes, las células de V. fischeri pueden evitar el desperdicio de energía en la producción de productos inútiles. En muchas situaciones, las actividades bacterianas, como la producción de los bienes públicos mencionados, solo merecen la pena como actividad conjunta de un número suficiente de colaboradores. La regulación por detección de cuórum permitiría que las células expresen un comportamiento apropiado solo cuando sea efectivo, ahorrando así recursos en condiciones de baja densidad. Por lo tanto, la detección de cuórum se ha interpretado como un sistema de comunicación bacteriano para coordinar comportamientos a nivel de población.

La bacteria oportunista Pseudomonas aeruginosa también utiliza la detección de cuórum para coordinar la formación de biopelículas, la motilidad de enjambre, la producción de exopolisacáridos y la agregación celular. [23]​ Estas bacterias pueden crecer dentro de un huésped sin dañarlo, hasta que alcanzan cierta concentración. Luego se vuelven agresivos, su número es suficiente para vencer el sistema inmunológico del huésped y forman una biopelícula que conduce a la enfermedad dentro del huésped. Otra forma de regulación genética que permite que las bacterias se adapten rápidamente a los cambios circundantes es a través de la señalización ambiental. Estudios recientes han descubierto que la anaerobiosis puede afectar significativamente el circuito regulador principal de detección de cuórum. Este vínculo importante entre la detección de cuórum y la anaerobiosis tiene un impacto significativo en la producción de factores de virulencia de este organismo. [24]​ Se espera que la degradación enzimática terapéutica de las moléculas de señalización evite la formación de tales biopelículas y posiblemente debilite las biopelículas establecidas. La interrupción del proceso de señalización de esta manera se denomina inhibición de cuórum.

Trascendencia

Si bien la evolución de las interacciones cooperativas permitió que los taxones microbianos aumentaran su aptitud, se plantea la hipótesis de que la cooperación proporcionó una causa próxima a otras transiciones evolutivas importantes, incluida la coevolucion y la evolución de la multicelularidad . [25]​ Esta idea, a menudo denominada Teoría Colonial, fue propuesta por primera vez por Haeckel en 1874, y afirma que la simbiosis de muchos organismos de la misma especie (a diferencia de la teoría simbiótica, que sugiere la simbiosis de diferentes especies) condujo a un organismo multicelular . En pocos casos, la multicelularidad se produce cuando las células se separan y luego se vuelven a unir (p. Ej., Mohos mucosos celulares) mientras que para la mayoría de los casos, la multicelularidad se produce como consecuencia de que las células no se separan después de la división. [26]​ El mecanismo de esta última formación de colonias puede ser tan simple como una citocinesis incompleta, aunque también se suele considerar que la multicelularidad implica diferenciación celular. [27]

La ventaja de la hipótesis de la teoría colonial es que se ha visto que ocurre independientemente en numerosas ocasiones (en 16 filos de protoctistán diferentes). Por ejemplo, durante la escasez de alimentos, las células de Dictyostelium discoideum se agrupan en una colonia que se traslada a una nueva ubicación. Algunas de estas células luego se diferencian ligeramente entre sí. Otros ejemplos de organización colonial en protozoos son las Volvocaceae, como Eudorina y Volvox . Sin embargo, a menudo puede ser difícil separar a los protistas coloniales de los verdaderos organismos multicelulares, ya que los dos conceptos no son distintos. Este problema afecta a la mayoría de las hipótesis sobre cómo pudo haber ocurrido la multicelularidad. Sin embargo, la mayoría de los científicos aceptan que los organismos multicelulares, de todos los phyla, evolucionaron por el mecanismo colonial.

Véase también

Referencias

  1. West SA, Griffin AS, Gardner A. 2007. Social semantics: altruism, cooperation, mutualism, strong reciprocity and group selection. Eur. Soc. for Evol. Biol. 20:415–432.
  2. Hamilton WD. 1964. The genetical evolution of social behavior, I&II. J. Theor. Biol. 7:1–52.
  3. Sachs JL et al. 2004. The Evolution of Cooperation. The Quarterly Review of Biology 79:135-160. doi: 10.1128/mBio.00099-12
  4. Guimarães, P. R., Pires, M. M., Marquitti, F. M. and Raimundo, R. L. 2016. Ecology of Mutualisms. eLS. 1–9. doi: 10.1002/9780470015902.a0026295 el 18 de agosto de 2020 en Wayback Machine.
  5. Neilands JB. Siderophores 1995. Structure and function of microbial iron transport compounds. J. Biol. Chem. 270:26723–6. 7. doi: 10.1074/jbc.270.45.26723
  6. West SA, Buckling A. 2003. Cooperation, virulence and siderophore production in bacterial parasites. Proc. R. Soc. Lon. Ser. B 270:37–44. doi: 10.1098/rspb.2002.2209
  7. Miethke, M., Marahiel M. A., 2007. Siderophore-Based Iron Acquisition and Pathogen Control. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 71:413-451. doi: 10.1128/MMBR.00012-07
  8. Lawrence, D. et al. 2010. Species Interactions Alter Evolutionary Responses to a Novel Environment. PLOS. Bio. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1001330
  9. Butaitė, E., et al. 2017. Siderophore cheating and cheating resistance shape competition for iron in soil and freshwater Pseudomonascommunities. Nat. Commun. 8. doi: 10.1038/s41467-017-00509-4
  10. Griffin AS, West SA, Buckling A. 2004. Cooperation and competition in pathogenic bacteria. Nature 430:1024–27.
  11. Zinser E., Kolter R. 2004 Escherichia coli evolution during stationary phase. Res. Microbiol. 155:328–336
  12. Vulic M, Kolter R. 2001.Evolutionary Cheating in Escherichia coli Stationary Phase Cultures. Genetics 158: 519–526 .
  13. Hol F., Galajda P., Nagy K., Woolthuis R., Dekker C., Keymer J.E. 2013. Spatial Structure Facilitates Cooperation in a Social Dilemma: Empirical Evidence from a Bacterial Community PLoS One 8(10):e77042.
  14. Greig D, Travisano M. 2004. The prisoner's dilemma and polymorphism in yeast SUC genes. Biol. Lett. 271:S25–26.
  15. Maynard Smith J. 1964. Group selection and kin selection. Nature 201:1145–1147.
  16. West SA, et al. 2006. Social evolution theory for microbes. Nat. Rev. Microbiol. 4:597–607.
  17. West SA, et al. 2007. The Social Lives of Microbes. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 38:53-77.
  18. Fabrizio P, et al. 2006. Superoxide is a mediator of an altruistic aging program in S. cerevisiae. J. Cell Biol. 166:1055–67.
  19. Gourlay CW, Du W, Ayscough KR. 2006. Apoptosis in yeast—mechanisms and ben- efits to a unicellular organism. Mol. Microbiol. 62:1515–21.
  20. Charlesworth B. 1978. Some models of evolution of altruistic behavior between siblings. J. Theor. Biol. 72:297–319.
  21. Schuster M, et al. 2003. Identification, timing and signal specificity of Pseudomonas aeruginosa quorum-controlled genes: a transcriptome analysis. J. Bacteriol. 185:2066–79.
  22. Czaran T, Hoekstra RF. 2009. Microbial Communication, Cooperation and Cheating: Quorum Sensing Drives the Evolution of Cooperation in Bacteria. PLoS One 4:6655.
  23. Lewis Sauer K, Camper A, Ehrlich G, Costerton J, Davies D. 2002. Pseudomonas aeruginosa displays multiple phenotypes during development as a biofilm. Journal of Bacteriology 184: 1140–1154.
  24. Cornelis P. 2008. Pseudomonas: Genomics and Molecular Biology (1st ed.). Caister Academic Press.
  25. Maynard Smith J, Szathmary E. 1995. The major transitions in evolution. Freeman, Oxford.
  26. Wolpert L, Szathmary E. 2002. Multicellularity: Evolution and the egg. Nature 420:747-748.
  27. Kirk DL. 2005. A twelve-step program for evolving multicellularity and a division of labor. BioEssays 27: 299–310.

Enlaces externos

  •   Datos: Q6839259

cooperación, microbiana, referencias, este, artículo, tienen, formato, correcto, puedes, colaborar, editándolas, como, indica, esta, página, también, puedes, avisar, página, discusión, quien, añadió, pegando, siguiente, subst, aviso, formato, referencias, este. Las referencias de este articulo no tienen un formato correcto Puedes colaborar editandolas como se indica en esta pagina Tambien puedes avisar en su pagina de discusion a quien las anadio pegando lo siguiente subst Aviso formato de referencias Cooperacion microbiana Este aviso fue puesto el 27 de septiembre de 2020 Los microorganismos participan en una amplia variedad de interacciones bioticas sociales incluida la cooperacion Una conducta cooperativa es aquella en donde se beneficia un individuo el receptor y no necesariamente al que realiza la conducta el actor 1 Este articulo describe las diversas formas de interacciones cooperativas mutualismo y altruismo observadas en los sistemas microbianos asi como los beneficios que podrian haber impulsado la evolucion de estos comportamientos complejos Indice 1 Introduccion 2 Historia 3 Tipos de cooperacion 3 1 Mutualismo 3 2 Altruismo 4 Otras interacciones microbianas 4 1 Quorum sensing 5 Trascendencia 6 Vease tambien 7 Referencias 8 Enlaces externosIntroduccion EditarLos microorganismos o microbios abarcan los tres dominios de la vida incluidas las bacterias arqueas virus y muchos eucariotas unicelulares p Ej Algunos hongos y protistas Normalmente se definen como formas de vida unicelulares que solo pueden observarse mediante microscopio Los microorganismos fueron las primeras formas de vida celulares y fueron fundamentales para crear las condiciones para el origen de formas multicelulares mas complejas Aunque los microbios son demasiado pequenos para verlos a simple vista representan la inmensa mayoria de la diversidad biologica y por lo tanto sirven como un excelente sistema para estudiar cuestiones evolutivas Uno de esos temas que los cientificos han examinado en microbios es la evolucion de los comportamientos sociales incluida la cooperacion Una interaccion cooperativa beneficia a un receptor y se selecciona sobre esa base En los sistemas microbianos se ha documentado que las celulas que pertenecen a los mismos taxones participan en interacciones cooperativas para realizar una amplia gama de comportamientos multicelulares complejos como la dispersion la busqueda de alimento la construccion de biopeliculas la reproduccion la guerra quimica y la senalizacion Este articulo describira las diversas formas de interacciones cooperativas observadas en los sistemas microbianos asi como los beneficios que podrian haber impulsado la evolucion de estos comportamientos complejos Historia EditarTabla 1 Clasificacion de Hamilton de los cuatro tipos de interacciones sociales 1 Efecto sobre el destinatario Efecto sobre el actor Beneficio mutuo Egoismo Altruismo RencorDesde un punto de vista evolutivo un comportamiento es social si tiene consecuencias de aptitud tanto para el individuo que realiza ese comportamiento el actor como para otro individuo el receptor Hamilton primero categorizo los comportamientos sociales segun si las consecuencias que conllevan para el actor y el receptor son beneficiosas aumentan la aptitud directa o costosas disminuyen la aptitud directa 2 Segun la definicion de Hamilton hay cuatro tipos unicos de interacciones sociales mutualismo egoismo altruismo y rencor Tabla 1 El mutualismo y el altruismo se consideran interacciones cooperativas porque son beneficiosas para el receptor y seran el tema central de este articulo Explicar la cooperacion sigue siendo uno de los mayores desafios para la biologia evolutiva independientemente de si el comportamiento se considera mutuamente beneficioso o altruista Segun la teoria evolutiva clasica un organismo solo se comportara de manera que maximice su propia aptitud Por lo tanto el origen de las interacciones cooperativas o las acciones de los individuos que dan como resultado que otros individuos reciban beneficios de aptitud fisica parece contradictorio Las explicaciones teoricas para la evolucion de la cooperacion pueden clasificarse en dos categorias beneficios directos de aptitud o beneficios indirectos de aptitud Esto se desprende de la idea de Hamilton de 1964 de que los individuos obtienen una aptitud cuando hay un impacto en su propia reproduccion efectos directos de aptitud o en la reproduccion de individuos con genes relacionados efectos indirectos de aptitud 2 Tipos de cooperacion EditarMutualismo Editar Quizas las interacciones cooperativas mas comunes observadas en los sistemas microbianos son mutuamente beneficiosas Las interacciones sociales mutuamente beneficiosas brindan un beneficio directo de aptitud a ambos individuos involucrados mientras superan cualquier costo de realizar el comportamiento 3 En un entorno con microbios individuales el mutualismo se realiza con mayor frecuencia para aumentar el beneficio de la aptitud individual Sin embargo en una comunidad los microorganismos podran interactuar a gran escala para permitir la persistencia de la comunidad lo que aumentara su propia aptitud 4 La mayoria de las veces los organismos que participan en estos comportamientos tienen un interes compartido en la cooperacion En los sistemas microbianos esto se ve a menudo en la produccion de metabolitos o moleculas que son metabolicamente caras de producir Muchos microbios especialmente bacterias producen numerosos metabolitos publicos que se liberan en el entorno extracelular La difusion que se produce permite que sean utilizados por otros organismos vecinos Un ejemplo muy popular de interacciones microbianas mutuamente beneficiosas implica la produccion de sideroforos Los sideroforos son moleculas captadoras de hierro producidas por muchos taxones microbianos incluidas bacterias y hongos Estas moleculas se conocen como agentes quelantes y desempenan un papel importante para facilitar la absorcion y el metabolismo del hierro en el medio ambiente ya que normalmente existe en forma insoluble 5 Para que las bacterias accedan a este factor limitante las celulas fabricaran estas moleculas y luego las secretan al espacio extracelular 6 Una vez liberados los sideroforos secuestraran el hierro y formaran un complejo que es reconocido por los receptores de las celulas bacterianas Luego puede transportarse a la celula y reducirse haciendo que el hierro sea metabolicamente accesible para las bacterias La produccion de sideroforos se usa a menudo como un ejemplo de mutualismo ya que los compuestos no estan restringidos al uso individual Siempre que el organismo posea un receptor para el complejo sideroforo Fe III se pueden absorber y utilizar 7 Existen muchas explicaciones que justifican la evolucion de interacciones mutualistas Para que la produccion de bienes publicos sea evolutivamente beneficiosa el comportamiento debe proporcionar un beneficio directo al desempeno reproductivo del actor que supere el costo de realizar el comportamiento 5 Esto se ve con mayor frecuencia en el caso de un beneficio fisico directo Como las bacterias se encuentran con mayor frecuencia en colonias es probable que las bacterias vecinas expresen similitudes geneticas Por lo tanto al aumentar las posibilidades de que una bacteria cercana crezca y se divida el huesped aumenta su propio paso de material genetico En el caso de los sideroforos se encontro una correlacion positiva entre la relacion entre los linajes bacterianos y la produccion de sideroforos 6 Sin embargo las comunidades microbianas no solo estan interesadas en la supervivencia y productividad de su propia especie En una comunidad mixta se ha encontrado que diferentes especies bacterianas se adaptan a diferentes fuentes de alimentos incluidos los productos de desecho de otras especies para evitar una competencia innecesaria 8 Esto permite una mayor eficiencia para la comunidad en su conjunto Tener una comunidad equilibrada es muy importante para el exito microbiano En el caso de la produccion de sideroforos debe haber un equilibrio entre los microbios que gastan su energia para producir los agentes quelantes y los que pueden utilizar xenosideroforos De lo contrario los microbios explotadores eventualmente superarian a los productores dejando una comunidad sin organismos capaces de producir sideroforos y por lo tanto incapaz de sobrevivir en condiciones de bajo contenido de hierro Esta capacidad de equilibrio entre las dos poblaciones se esta investigando actualmente Se cree que se debe a la presencia de receptores de baja afinidad en los no productores o productores que generan un mecanismo de interferencia mediado por toxinas 9 Figura 1 El dilema del prisionero en una comunidad bacteriana Los mutantes de GASP alcanzan inicialmente una alta densidad de poblacion y posteriormente disminuyen la viabilidad de la poblacion A Unidades formadoras de colonias UFC medidas el dia 1 barras azules y el dia 4 barras rojas de cultivos y co cultivos de WT y GASP puros con inicio fracciones de 90 WT y 10 GASP 50 WT y 50 GASP y 10 WT y 90 GASP Las barras de error indican el error estandar de la media de tres cultivos replicados El recuadro muestra que el cambio en el numero de UFC entre el dia 4 y el dia 1 depende de la fraccion de GASP inicial de un cultivo b Curvas de crecimiento medidas como densidad optica DO a 600 nm de cultivos discontinuos bien mezclados Un cultivo de WT puro negro mantiene su densidad de poblacion durante dias mientras que un cultivo de GASP puro rojo alcanza inicialmente una densidad de poblacion mas alta que luego declina y cae por debajo del nivel del cultivo de WT puro Los cocultivos de WT GASP lineas discontinuas muestran la dependencia de la frecuencia del exceso y la posterior disminucion de la densidad de poblacion Si bien la produccion de bienes publicos tiene como objetivo beneficiar a todos los individuos tambien conduce a la evolucion de organismos tramposos o individuos que no pagan el costo de producir un bien pero aun asi reciben el beneficio Figura 1 Con el fin de minimizar los costos de aptitud la seleccion natural favorecera a los individuos que no segreguen mientras se aprovechan de las secreciones de sus vecinos En una poblacion de celulas secretoras de sideroforos las celulas mutantes no secretoras no pagan el costo de la secrecion pero aun obtienen el mismo beneficio que las vecinas de tipo salvaje Recientemente Griffin et al 2004 investigaron la naturaleza social de la produccion de sideroforos en Pseudomonas aeruginosa 10 Cuando las celulas se cultivaron puras se colocaron en un entorno que limitaba el hierro las poblaciones de celulas que secretaban sideroforos tipo salvaje superaron a una poblacion de no secretores mutantes Por tanto la produccion de sideroforos es beneficiosa cuando el hierro es limitante Sin embargo cuando las mismas poblaciones se colocaron en un entorno rico en hierro la poblacion mutante supero a la poblacion de tipo salvaje lo que demuestra que la produccion de sideroforos es metabolicamente costosa Finalmente cuando tanto las bacterias de tipo salvaje como las mutantes se colocaron en la misma poblacion mixta las mutantes pueden obtener el beneficio de la produccion de sideroforos sin pagar el costo y por lo tanto aumentar la frecuencia Este concepto se refiere comunmente a la tragedia de los comunes El juego del dilema del prisionero es otra forma en que los biologos evolucionistas explican la presencia de trampas en los sistemas microbianos cooperativos Originalmente enmarcado por Merrill Flood y Melvin Dresher en 1950 el Dilema del Prisionero es un problema fundamental en la teoria de juegos y demuestra que dos individuos podrian no cooperar incluso si lo mejor para ambos es hacerlo En el dilema dos individuos cada uno elige si cooperar con el otro individuo o hacer trampa La cooperacion de ambos individuos da la mayor ventaja promedio Sin embargo si un individuo decide hacer trampa obtendra una mayor ventaja individual Si el juego se juega solo una vez hacer trampa es la estrategia superior ya que es la estrategia superior Sin embargo en situaciones biologicamente realistas con interacciones repetidas juegos mutaciones y entornos heterogeneos a menudo no existe una unica solucion estable y el exito de las estrategias individuales puede variar en ciclos periodicos o caoticos sin fin La solucion especifica del juego dependera fundamentalmente de la forma en que se implementen las iteraciones y de como los beneficios se traduzcan en la poblacion y la dinamica de la comunidad En la bacteria Escherichia coli se puede observar una situacion de Dilema del Prisionero cuando mutantes que exhiben un fenotipo Grow Advantage in Stationary Phase GASP 11 compiten con una cepa de tipo salvaje WT en cultivo discontinuo 12 En tales entornos de cultivo por lotes donde el entorno de crecimiento se homogeneiza agitando los cultivos las celulas WT cooperan deteniendo el crecimiento bacteriano para evitar el colapso ecologico mientras que los mutantes GASP continuan creciendo por defecto del mecanismo regulador de tipo salvaje Como consecuencia de dicha desercion a la autorregulacion se logran densidades celulares mayores a corto plazo pero a largo plazo hay un colapso poblacional debido a la tragedia de los comunes Figura 1 Por el contrario aunque las celulas WT no alcanzan densidades de poblacion tan altas sus poblaciones son sostenibles a la misma densidad a largo plazo La coexistencia entre las dos cepas es posible debido a la localizacion de interacciones y la segregacion espacial de los tramposos 13 Cuando se les proporciona un entorno espacial de este tipo las bacterias pueden autoorganizarse en patrones dinamicos de agregacion celular desegregacion que aseguran que las celulas cooperadoras puedan cosechar los beneficios de la cooperacion Figura 2 Figura 2 Dilema espacial prisionero y la coexistencia de tramposos y cooperadores en una comunidad de E Coli WT y GASP E coli coexisten en un habitat de un solo parche a Imagenes de microscopia que muestran una seccion de un habitat que consta de un solo parche 8500 100 15 m m displaystyle mu m en tres momentos la barra blanca indica 50 m Los globulos WT verde y GASP rojo se convierten en una comunidad estructurada Inicialmente 1 hora las celulas planctonicas colonizan el habitat un dia despues se han formado muchos agregados multicelulares La composicion de estos agregados indicada por su color cambia con el tiempo b Fraccion de GASP a traves del tiempo de microhabitats que consiste en un solo parche con un volumen igual al volumen total de un microhabitat de 85 parches Media de los experimentos linea solida roja las lineas discontinuas negras indican la media de la desviacion estandar Otro estudio Greig y Travisano 2004 abordo estas ideas con la levadura Saccharomyces cerevisiae S cerevisiae posee multiples genes y cada uno produce invertasa una enzima que se secreta para digerir la sacarosa fuera de la celula Como se menciono anteriormente esta produccion de bien publico crea el potencial de que las celulas individuales hagan trampa al robar azucar digerido por sus vecinas sin aportar la enzima por si mismas Greig y Travisano 2004 midieron la aptitud de un tipo tramposo que poseia un numero reducido de genes invertasa en relacion con un cooperador que contenia todos los genes invertasa 14 Al manipular el nivel de interaccion social dentro de la comunidad variando la densidad de poblacion encontraron que el tramposo es menos apto que el cooperador en niveles bajos de densidad poblacional comunal pero mas apto en comunidades densas Por lo tanto proponen que la seleccion para hacer trampa provoca una variacion natural en la cantidad de genes invertasa que puede poseer un individuo y que la variacion en los genes invertasa refleja una adaptacion constante a un entorno biotico en constante cambio que es consecuencia de la inestabilidad de las interacciones cooperativas Altruismo Editar El segundo tipo de interacciones cooperativas es altruista o interacciones que son beneficiosas para el receptor pero costosas para el actor Justificar el beneficio evolutivo del comportamiento altruista es un tema muy debatido Una justificacion comun para la presencia de comportamientos altruistas es que brindan un beneficio indirecto porque el comportamiento se dirige hacia otros individuos que portan el gen cooperativo 2 La razon mas simple y comun para que dos individuos compartan genes en comun es que sean parientes genealogicos parientes por lo que a menudo esto se denomina seleccion de parientes 15 Segun Hamilton un acto altruista es evolutivamente beneficioso si la relacion del individuo que se beneficia del acto altruista es mayor que la relacion costo beneficio que impone este acto Este razonamiento se conoce como la regla de Hamilton La seleccion natural normalmente favorece a un gen si aumenta la reproduccion porque la descendencia comparte copias de ese gen Sin embargo un gen tambien puede verse favorecido si ayuda a otros parientes que tambien comparten copias Por lo tanto al ayudar a un pariente cercano a reproducirse un individuo sigue transmitiendo sus propios genes a la siguiente generacion aunque sea indirectamente Hamilton senalo que la seleccion de parentesco podria ocurrir a traves de dos mecanismos a discriminacion de parentesco cuando la cooperacion se dirige preferencialmente hacia los parientes y b dispersion limitada viscosidad de la poblacion que mantiene a los parientes en proximidad espacial entre si lo que permite la cooperacion para estar dirigido indiscriminadamente hacia todos los vecinos que suelen ser parientes 2 En los sistemas microbianos estos dos mecanismos son igualmente importantes Por ejemplo la mayoria de las poblaciones microbianas a menudo comienzan a partir de un pequeno numero de colonizadores Debido a que la mayoria de los microbios se reproducen asexualmente los parientes geneticos cercanos rodearan las celulas a medida que la poblacion crece Estas poblaciones clonales a menudo resultan en una densidad extremadamente alta especialmente en sistemas terrestres Por lo tanto la probabilidad de que el comportamiento altruista de una celula beneficie a un pariente cercano es extremadamente alta Si bien los comportamientos altruistas son mas comunes entre individuos con alta relacion genetica esto no es completamente necesario Los comportamientos altruistas tambien pueden ser evolutivamente beneficiosos si la cooperacion se dirige hacia individuos que comparten el gen de interes independientemente de si esto se debe a la coancestria o a algun otro mecanismo 16 Un ejemplo de esto se conoce como el mecanismo de la barba verde y requiere un solo gen o varios genes estrechamente ligados que causan el comportamiento cooperativo y pueden ser reconocidos por otros individuos debido a un marcador fenotipico distintivo como una barba verde 2 El moho de limo mas estudiado desde esta perspectiva es Dictyostelium discoideum un depredador de bacterias que es comun en el suelo Cuando mueren de hambre las amebas unicelulares generalmente solitarias se agregan y forman una babosa multicelular que puede contener de 10 4 a 10 6 celulas Esta babosa migra a la superficie del suelo donde se transforma en un cuerpo fructifero compuesto por una punta esferica de esporas y un tallo formado por celulas de tallo no viables que mantienen las esporas en alto Figura 2 Aproximadamente el 20 de las celulas se convierten en el tallo no reproductivo elevando las esporas y ayudando a su dispersion 17 La muerte celular programada PCD es otra forma sugerida de comportamiento altruista microbiano Aunque la muerte celular programada tambien conocida como apoptosis o autolisis claramente no proporciona ningun beneficio directo de aptitud puede ser evolutivamente adaptativa si proporciona beneficios indirectos a individuos con alta relacion genetica seleccion de parentesco Se han sugerido varias posibilidades altruistas para la PCD como proporcionar recursos que podrian ser utilizados por otras celulas para el crecimiento y la supervivencia en Saccharomyces cerevisiae 18 19 Si bien es comun utilizar la seleccion de parentesco para explicar los beneficios evolutivos de la PCD el razonamiento contiene algunos problemas inherentes Charlesworth 1978 senalo que es extremadamente dificil que un gen que causa el suicidio se propague porque solo los parientes que NO comparten el gen se beneficiarian en ultima instancia 20 Por lo tanto la posible solucion a este problema en microbios es que la seleccion podria favorecer una baja probabilidad de PCD entre una gran poblacion de celulas posiblemente dependiendo de la condicion individual las condiciones ambientales o la senalizacion Otras interacciones microbianas EditarQuorum sensing Editar Figura 3 Diagrama de deteccion de quorum izquierda En baja densidad la concentracion del autoinductor puntos azules es relativamente baja y la produccion de sustancia esta restringida derecha En alta densidad la concentracion del autoinductor es alta y se producen las sustancias bacterianas puntos rojos La integracion de interacciones cooperativas y comunicativas parece ser extremadamente importante para los microbios por ejemplo del 6 al 10 de todos los genes de la bacteria Pseudomonas aeruginosa estan controlados por sistemas de senalizacion celula celula 21 Una forma en que los microbios se comunican y se organizan entre si para participar en interacciones cooperativas mas avanzadas es a traves de la deteccion cuorum sensing La deteccion de cuorum describe el fenomeno en el que la acumulacion de moleculas de senalizacion en el entorno circundante permite que una sola celula evalue el numero de individuos densidad celular para que la poblacion en su conjunto pueda dar una respuesta coordinada Esta interaccion es bastante comun entre taxones bacterianos e implica la secrecion por parte de celulas individuales de moleculas de senalizacion llamadas autoinductores o feromonas Estas bacterias tambien tienen un receptor que puede detectar especificamente la molecula de senalizacion Cuando el inductor se une al receptor activa la transcripcion de ciertos genes incluidos los de sintesis del inductor Existe una baja probabilidad de que una bacteria detecte su propio inductor secretado Por tanto para que se active la transcripcion de genes la celula debe encontrar moleculas de senalizacion secretadas por otras celulas en su entorno Cuando solo hay unas pocas bacterias del mismo tipo en las proximidades la difusion reduce la concentracion del inductor en el medio circundante a casi cero por lo que las bacterias producen poco inductor Sin embargo a medida que la poblacion crece la concentracion del inductor pasa un umbral lo que hace que se sintetice mas inductor Esto forma un circuito de retroalimentacion positiva y el receptor se activa por completo La activacion del receptor induce la regulacion positiva de otros genes especificos lo que hace que todas las celulas comiencen la transcripcion aproximadamente al mismo tiempo En otras palabras cuando la concentracion local de estas moleculas ha alcanzado un umbral las celulas responden activando genes particulares De esta manera las celulas individuales pueden detectar la densidad local de bacterias de modo que la poblacion en su conjunto pueda dar una respuesta coordinada 22 En muchas situaciones el costo que pagan las celulas bacterianas para coordinar comportamientos supera los beneficios a menos que haya un numero suficiente de colaboradores Por ejemplo la luciferasa bioluminiscente producida por Vibrio fischeri no seria visible si fuera producida por una sola celula Al utilizar la deteccion de cuorum para limitar la produccion de luciferasa a situaciones en las que las poblaciones de celulas son grandes las celulas de V fischeri pueden evitar el desperdicio de energia en la produccion de productos inutiles En muchas situaciones las actividades bacterianas como la produccion de los bienes publicos mencionados solo merecen la pena como actividad conjunta de un numero suficiente de colaboradores La regulacion por deteccion de cuorum permitiria que las celulas expresen un comportamiento apropiado solo cuando sea efectivo ahorrando asi recursos en condiciones de baja densidad Por lo tanto la deteccion de cuorum se ha interpretado como un sistema de comunicacion bacteriano para coordinar comportamientos a nivel de poblacion La bacteria oportunista Pseudomonas aeruginosa tambien utiliza la deteccion de cuorum para coordinar la formacion de biopeliculas la motilidad de enjambre la produccion de exopolisacaridos y la agregacion celular 23 Estas bacterias pueden crecer dentro de un huesped sin danarlo hasta que alcanzan cierta concentracion Luego se vuelven agresivos su numero es suficiente para vencer el sistema inmunologico del huesped y forman una biopelicula que conduce a la enfermedad dentro del huesped Otra forma de regulacion genetica que permite que las bacterias se adapten rapidamente a los cambios circundantes es a traves de la senalizacion ambiental Estudios recientes han descubierto que la anaerobiosis puede afectar significativamente el circuito regulador principal de deteccion de cuorum Este vinculo importante entre la deteccion de cuorum y la anaerobiosis tiene un impacto significativo en la produccion de factores de virulencia de este organismo 24 Se espera que la degradacion enzimatica terapeutica de las moleculas de senalizacion evite la formacion de tales biopeliculas y posiblemente debilite las biopeliculas establecidas La interrupcion del proceso de senalizacion de esta manera se denomina inhibicion de cuorum Trascendencia EditarSi bien la evolucion de las interacciones cooperativas permitio que los taxones microbianos aumentaran su aptitud se plantea la hipotesis de que la cooperacion proporciono una causa proxima a otras transiciones evolutivas importantes incluida la coevolucion y la evolucion de la multicelularidad 25 Esta idea a menudo denominada Teoria Colonial fue propuesta por primera vez por Haeckel en 1874 y afirma que la simbiosis de muchos organismos de la misma especie a diferencia de la teoria simbiotica que sugiere la simbiosis de diferentes especies condujo a un organismo multicelular En pocos casos la multicelularidad se produce cuando las celulas se separan y luego se vuelven a unir p Ej Mohos mucosos celulares mientras que para la mayoria de los casos la multicelularidad se produce como consecuencia de que las celulas no se separan despues de la division 26 El mecanismo de esta ultima formacion de colonias puede ser tan simple como una citocinesis incompleta aunque tambien se suele considerar que la multicelularidad implica diferenciacion celular 27 La ventaja de la hipotesis de la teoria colonial es que se ha visto que ocurre independientemente en numerosas ocasiones en 16 filos de protoctistan diferentes Por ejemplo durante la escasez de alimentos las celulas de Dictyostelium discoideum se agrupan en una colonia que se traslada a una nueva ubicacion Algunas de estas celulas luego se diferencian ligeramente entre si Otros ejemplos de organizacion colonial en protozoos son las Volvocaceae como Eudorina y Volvox Sin embargo a menudo puede ser dificil separar a los protistas coloniales de los verdaderos organismos multicelulares ya que los dos conceptos no son distintos Este problema afecta a la mayoria de las hipotesis sobre como pudo haber ocurrido la multicelularidad Sin embargo la mayoria de los cientificos aceptan que los organismos multicelulares de todos los phyla evolucionaron por el mecanismo colonial Vease tambien EditarInteligencia microbiana Microorganismo La evolucion de la cooperacion Cooperacion evolucion Referencias Editar a b West SA Griffin AS Gardner A 2007 Social semantics altruism cooperation mutualism strong reciprocity and group selection Eur Soc for Evol Biol 20 415 432 a b c d e Hamilton WD 1964 The genetical evolution of social behavior I amp II J Theor Biol 7 1 52 Sachs JL et al 2004 The Evolution of Cooperation The Quarterly Review of Biology 79 135 160 doi 10 1128 mBio 00099 12 Guimaraes P R Pires M M Marquitti F M and Raimundo R L 2016 Ecology of Mutualisms eLS 1 9 doi 10 1002 9780470015902 a0026295 Archivado el 18 de agosto de 2020 en Wayback Machine a b Neilands JB Siderophores 1995 Structure and function of microbial iron transport compounds J Biol Chem 270 26723 6 7 doi 10 1074 jbc 270 45 26723 a b West SA Buckling A 2003 Cooperation virulence and siderophore production in bacterial parasites Proc R Soc Lon Ser B 270 37 44 doi 10 1098 rspb 2002 2209 Miethke M Marahiel M A 2007 Siderophore Based Iron Acquisition and Pathogen Control Microbiol Mol Biol Rev 71 413 451 doi 10 1128 MMBR 00012 07 Lawrence D et al 2010 Species Interactions Alter Evolutionary Responses to a Novel Environment PLOS Bio doi https doi org 10 1371 journal pbio 1001330 Butaite E et al 2017 Siderophore cheating and cheating resistance shape competition for iron in soil and freshwater Pseudomonascommunities Nat Commun 8 doi 10 1038 s41467 017 00509 4 Griffin AS West SA Buckling A 2004 Cooperation and competition in pathogenic bacteria Nature 430 1024 27 Zinser E Kolter R 2004 Escherichia coli evolution during stationary phase Res Microbiol 155 328 336 Vulic M Kolter R 2001 Evolutionary Cheating in Escherichia coli Stationary Phase Cultures Genetics 158 519 526 Hol F Galajda P Nagy K Woolthuis R Dekker C Keymer J E 2013 Spatial Structure Facilitates Cooperation in a Social Dilemma Empirical Evidence from a Bacterial Community PLoS One 8 10 e77042 Greig D Travisano M 2004 The prisoner s dilemma and polymorphism in yeast SUC genes Biol Lett 271 S25 26 Maynard Smith J 1964 Group selection and kin selection Nature 201 1145 1147 West SA et al 2006 Social evolution theory for microbes Nat Rev Microbiol 4 597 607 West SA et al 2007 The Social Lives of Microbes Annu Rev Ecol Evol Syst 38 53 77 Fabrizio P et al 2006 Superoxide is a mediator of an altruistic aging program in S cerevisiae J Cell Biol 166 1055 67 Gourlay CW Du W Ayscough KR 2006 Apoptosis in yeast mechanisms and ben efits to a unicellular organism Mol Microbiol 62 1515 21 Charlesworth B 1978 Some models of evolution of altruistic behavior between siblings J Theor Biol 72 297 319 Schuster M et al 2003 Identification timing and signal specificity of Pseudomonas aeruginosa quorum controlled genes a transcriptome analysis J Bacteriol 185 2066 79 Czaran T Hoekstra RF 2009 Microbial Communication Cooperation and Cheating Quorum Sensing Drives the Evolution of Cooperation in Bacteria PLoS One 4 6655 Lewis Sauer K Camper A Ehrlich G Costerton J Davies D 2002 Pseudomonas aeruginosa displays multiple phenotypes during development as a biofilm Journal of Bacteriology 184 1140 1154 Cornelis P 2008 Pseudomonas Genomics and Molecular Biology 1st ed Caister Academic Press Maynard Smith J Szathmary E 1995 The major transitions in evolution Freeman Oxford Wolpert L Szathmary E 2002 Multicellularity Evolution and the egg Nature 420 747 748 Kirk DL 2005 A twelve step program for evolving multicellularity and a division of labor BioEssays 27 299 310 Enlaces externos EditarEsta obra contiene una traduccion parcial derivada de Microbial cooperation de Wikipedia en ingles concretamente de esta version del 28 de agosto de 2020 publicada por sus editores bajo la Licencia de documentacion libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribucion CompartirIgual 3 0 Unported Datos Q6839259 Obtenido de https es wikipedia org w index php title Cooperacion microbiana amp oldid 147049829, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

español

, española, descargar, gratis, descargar gratis, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, imagen, música, canción, película, libro, juego, juegos