Microbiología Marina: Adaptaciones, Metabolismo y Ecología de las Bacterias del Mar

1. Bacterias marinas: géneros representativos

Enterobacter, Vibrio y Photobacterium.

2. Hábitat

Sedimentos marinos sin O₂.

3. Metabolismo quimiolitotrofo: donadores inorgánicos de electrones

Lo que utilizan como donador inorgánico de electrones es el Fe²⁺. Estas bacterias oxidan el Fe²⁺ liberando energía (E) que utilizan para reducir el CO₂, ya que necesitan E para obtener C; y necesitan E para obtener Fe(OH)₃.

Los donadores inorgánicos de e^- tienen un potencial de oxidación menor que el NADH, por lo que la oxidación de estos donadores inorgánicos solo puede generar E, pero no poder reductor de modo directo. Para obtener poder reductor, se emplea un transporte inverso de e^-, a partir del gradiente electroquímico creado, que se emplea para reducir NAD⁺.

4. Indicadores de contaminación

Debido a que indican si existe contaminación en el agua, ya que si fuese así se produciría un aumento en el número de bacterias.

5. Control de la población microbiana

Controlan la población microbiana. Un ejemplo de ello sería Bdellovibrio, una bacteria Gram negativa aerobia.

6. Clasificación según halofilia

• Oceanospirillum y Photobacterium: ligeramente halófilas.
• Haloferax: halófila extrema (arqueobacteria).
• Marinococcus: incapaz de crecer sin sal; ligeramente halófila.
• Natrobacterium: halófila alcalina.

7. Adaptaciones a ambientes extremos

7.1. Paredes celulares sin peptidoglucano

• Pseudopeptidoglucano: exclusivo de arqueobacterias.
• Polisacáridos: Methanosarcina, Halococcus.
• Proteínas o glicoproteínas: capa superficial paracristalina.

7.2. Membranas

• Carecen de ácidos grasos; presentan isoprenoides unidos a glicerol mediante enlace éter.

7.3. ARN polimerasas

• ARN polimerasas complejas.

8. Relación con el oxígeno y fuentes de energía

• Nitrobacter: oxígeno, CO₂, compuestos de N reducidos.
• Desulfovibrio (escrito como Desulforomonas en el original): anaerobias estrictas, sin O₂, ácidos orgánicos, ácidos grasos, alcoholes, ricos en sulfatos.
• Pseudomonas: O₂, azúcares, nitrato (anaerobio).

9. Membrana y estabilidad proteica

A nivel de membrana poseen una alta proporción de lípidos saturados de cadena larga, por eso tienen fluidez adecuada a altas temperaturas. Las proteínas tienen mucha estabilidad porque poseen enlaces de tipo covalente e interacciones hidrofóbicas.

10. Dificultades técnicas de cultivo

Dado que existen problemas técnicos a la hora de su cultivo a partir de una fuente de H₂S, debido a que es un gas, no se puede atrapar.

11. Zona de metabolismo esencial

En la zona que proporciona lo esencial para mantener su metabolismo, debe haber materia orgánica (MO) pero no O₂, en el sedimento.

12. Quimiotaxis

Fenómeno en el que las bacterias y otras células dirigen sus movimientos de acuerdo a ciertas sustancias en el medio ambiente. Se da principalmente en organismos marinos libres y supone una respuesta a estado nutricional o señal ambiental.

13. Temperatura del medio marino

De 15 a 20 ºC, dado que es la temperatura a la que se encuentra en el medio marino las bacterias marinas.

14. Remineralización

La transformación de la materia orgánica particulada (MOP) lleva a la utilización de E y formación en muchos casos de dióxido de carbono, agua y sales orgánicas → remineralización.

15. Bacterias metilotrofas y quimiolitotrofas

• Hyphomicrobium y Methylococcus: son metilotrofas, crecen con CH₄ y CO.
• Thiobacillus: quimiolitotrofo oxidante del azufre; realiza fijación de CO₂ y oxida SH₂ y S₂O₃^2-.
• Thermotoga: productores primarios de fuentes hidrotermales; sirven de alimento a organismos de aguas profundas.

16. Hongos

Los hongos filamentosos.

17. Simbiosis: Riftia pachyptila

Se trata de una relación de simbiosis o mutualismo, es decir, una relación positiva. En emanaciones hidrotermales con quimiolitotrofas del azufre, Riftia no tiene boca ni sistema digestivo; depende nutricionalmente de sus bacterias en el trofosoma (órgano especializado en forma de saco donde se encuentran las bacterias).

• Riftia toma el H₂S y el CO₂ de los fluidos hidrotermales a través de una pluma localizada en la parte anterior.
• El O₂ lo toman del H₂O. Estos elementos son llevados al trofosoma por el sistema sanguíneo.
• Las bacterias usan el H₂S como fuente de E y el CO₂ como fuente de C para producir materia orgánica, que es transferida al animal para que crezca.

18. Arqueas extremófilas

• Haloferax volcanii: habita en el Mar Muerto; es halófila extrema y necesita entre 20-30 % de sal.
• Methanopyrus: vive en paredes de chimeneas hidrotermales abisales; es hipertermófila, crece a 110 ºC.
• Thermococcus: vive en eventos hidrotermales; su temperatura óptima de crecimiento es 85 ºC y necesita azufre, ya que es reductora del mismo.

19. Bacterias epífitas

Tienen un soporte físico sobre el cual van a encontrar nutrientes (aminoácidos, ácidos, etc.). Pueden vivir de forma libre sin depender del organismo colonizado. Ejemplos: bacterias que colonizan algas (Flavobacterium, Cytophaga).

20. Bacterias formadoras de vainas

Son indicadoras de zonas ricas en materia orgánica. Forman vainas que mantienen a las células unidas, alcanzan un desarrollo masivo a temperaturas de 5-20 ºC y a pH entre 6 y 9. En agua poco movida puede llegar a consumir el O₂, y por putrefacción se forma SH₂, que se incrementa con el desarrollo de bacterias sulforreductoras.

21. Coliformes fecales

La temperatura de incubación de coliformes fecales es de 44 ºC, y la de los coliformes totales de 35 ºC. Los fecales son de origen intestinal.

22. Requerimientos salinos

Precisan entre 5-20 % de sal.

23. Características moleculares

• Pigmentación.
• Alto contenido en G+C.
• Sistemas de reparación del ADN.
• Plásmidos.

24. Condiciones de desarrollo

Dado que se dan en condiciones anóxicas y con abundancia de materia orgánica.

25. Especies de Vibrio y patogenicidad

• Vibrio alginolyticus (dorada), V. carchariae y V. splendidus (rodaballo).
• Vibrio vulnificus, V. cholerae, V. salmonicida.

26. Respiración anaerobia

En condiciones anóxicas en un medio con acetato y etanol.

27. Función ecológica

Remineralización de la materia orgánica.

28. Biofilm

Permite el paso de agua al interior del biofilm, posibilitando el intercambio de solutos orgánicos e inorgánicos con el medio exterior mediante un proceso de difusión. Se trata de una matriz de mucopolisacáridos.

29. Temperatura y halofilia

• Halococcus: termófila.
• Alcaligenes, Oceanospirillum, Halomonas: mesófilas.
• Thermococcus: hipertermófila extrema (85 ºC).

30. Bioluminiscencia

Permite emitir luz para el reconocimiento, para reproducirse o como defensa. Además, les ayuda a regular el nivel de O₂ y evita el estrés oxidativo.

31. Requerimiento de oxígeno

• Nitrobacter y Pseudomonas: necesitan O₂.
• Desulfovibrio: no lo precisan.

32. Fotosíntesis anoxigénica

Las bacterias heterótrofas anóxicas aparecen en sedimentos poco profundos. Las bacterias fotosintéticas anoxigénicas en sedimentos iluminados pueden realizar fotosíntesis, y bajo condiciones aerobias no, ya que no disponen de O₂. Dado que tienen MO y no O₂, se desarrollan en estos ambientes.

33. Fijación de nitrógeno

Dado que el nitrógeno (N) es limitante en el mar, gracias a su fijación obtienen aportes de N.

34. Contaminación reciente

Sabremos si hay contaminación reciente, dado que sobreviven muy poco tiempo los coliformes fecales.

35. Condiciones de vida en el fondo marino

• Fondos marinos a -5 ºC, a profundidades superiores a 100 m (su temperatura depende de la temperatura del punto de aislamiento).
• Temperatura óptima: 10-55 ºC.
• Se dan en regiones polares.

36. Halofilia en cultivo

Arqueobacterias halófilas, por lo que se necesita más de 2 % de sal en el medio de cultivo.

37. Bacterias oligotrofas

Son oligotrofas, es decir, viven en ambientes con escasez de nutrientes.

38. Metabolismo quimilitoautotrofo

Son quimiolitoautótrofas: reducen CO₂ hasta materia orgánica celular.

39. Aplicaciones

Se realizan ensayos de toxicidad a afluentes de origen industrial.