Un consorcio microbiano o comunidad microbiana son dos o más grupos bacterianos o microbianos que viven simbióticamente . [1] [2] Los consorcios pueden ser endosimbióticos o ectosimbióticos , o en ocasiones pueden ser ambos. El protista Mixotricha paradoxa , en sí mismo un endosimbionte de la termita Mastotermes darwiniensis , siempre se encuentra como un consorcio de al menos un coco endosimbiótico , múltiples especies ectosimbióticas de bacterias flageladas o ciliadas y al menos una especie de Treponema helicoidal.bacteria que forma la base de la locomoción de los protistas Mixotricha . [3]
El concepto de consorcio fue introducido por primera vez por Johannes Reinke en 1872, [4] [5] y en 1877 se introdujo el término simbiosis y luego se amplió.
Descripción general
Los microbios tienen un potencial de aplicación prometedor para aumentar la eficiencia de los bioprocesos cuando se trata de sustancias resistentes a la descomposición. [7] [8] Se ha aislado una gran cantidad de microorganismos en función de su capacidad para degradar materiales recalcitrantes como la lignocelulosa y los poliuretanos. [9] [10] En muchos casos de eficiencia de degradación, los consorcios microbianos han resultado superiores en comparación con las cepas individuales. [11] Por ejemplo, nuevos consorcios termofílicos de Brevibacillus spp. y Aneurinibacillus sp. se han aislado del medio ambiente para mejorar la degradación del polímero. [12] Existen dos enfoques para obtener consorcios microbianos que involucran (i) un ensamblaje sintético desde cero mediante la combinación de varias cepas aisladas, [13] o (ii) la obtención de comunidades microbianas complejas a partir de muestras ambientales. [14] Para los últimos, el proceso de enriquecimiento se utiliza a menudo para obtener los consorcios microbianos deseados. [15] [16] [17] Por ejemplo, un consorcio derivado de termitas que mostraba una alta actividad xilanasa se enriqueció con paja de trigo crudo como única fuente de carbono, que pudo transformar la lignocelulosa en carboxilatos en condiciones anaeróbicas. [18] Sin embargo, todavía se observan niveles de diversidad relativamente altos a pesar del uso de pasos de enriquecimiento cuando se trabaja con muestras ambientales, [17] probablemente debido a la alta redundancia funcional observada en las comunidades microbianas ambientales, siendo un activo clave de su estabilidad funcional. [19] [20] Esta diversidad intrínseca puede constituir un cuello de botella en los intentos de avanzar hacia la aplicación práctica debido a (i) una posible correlación negativa con la eficiencia, [21] (ii) verdaderos tramposos microbianos cuya presencia no tiene ningún impacto en la degradación, (iii) amenazas a la seguridad planteadas por la presencia de patógenos conocidos o desconocidos, y (iv) riesgos de perder las propiedades de interés si están respaldados por taxones raros. [22]
La utilización de consorcios microbianos con menos complejidad, pero con la misma eficiencia, puede conducir a procesos industriales más controlados y optimizados. [23] Por ejemplo, una gran proporción de genes funcionales se alteraron notablemente y la eficiencia de la biodegradación del diesel se incrementó al reducir la biodiversidad de una comunidad microbiana de suelos contaminados con diesel. [24] Por lo tanto, es crucial encontrar estrategias confiables para reducir la diversidad hacia consorcios microbianos optimizados obtenidos de muestras ambientales. Se aplicó un enfoque de detección reductiva para construir consorcios microbianos mínimos efectivos para la degradación de la lignocelulosa basados en diferentes grupos funcionales metabólicos. [23] Además, también se han empleado enfoques de selección artificial (dilución, toxicidad y calor) para obtener consorcios bacterianos. [25] Entre ellos, la dilución hasta la extinción ya ha demostrado su eficacia para obtener consorcios microbianos funcionales a partir del agua de mar y el licor del rumen. [26] [27] [28] Se espera que la dilución hasta la extinción proporcione más ventajas en comparación con el aislamiento y el ensamblaje convencionales, ya que (i) genera muchas combinaciones microbianas listas para ser examinadas, (ii) incluye cepas del grupo microbiano inicial que podrían perderse debido a sesgos de cultivo / aislamiento, y (iii) asegura que todos los microbios estén físicamente presentes e interactúen espontáneamente. [29] [22]
Ejemplos de
Degradación de la queratina
La capacidad de los microbios para degradar materiales recalcitrantes ha sido ampliamente explorada para la remediación ambiental y la producción industrial. Se han logrado logros significativos con cepas únicas, pero ahora el enfoque se dirige hacia el uso de consorcios microbianos que se adueñen de su estabilidad funcional y eficiencia. Sin embargo, el ensamblaje de consorcios microbianos simplificados (SMC) de comunidades ambientales complejas aún está lejos de ser trivial debido a la gran diversidad y el efecto de las interacciones bióticas . [22]
Las queratinas son materiales fibrosos recalcitrantes con componentes reticulados , que representan las proteínas más abundantes en las células epiteliales . [30] Se estima que tienen un valor económico considerable después de la biodegradación . [31] Un consorcio microbiano queratinolítico eficiente (KMCG6) se enriqueció previamente a partir de una muestra ambiental mediante cultivo en medio de queratina. [17] A pesar de reducir la diversidad microbiana durante el proceso de enriquecimiento, KMCG6 todavía incluía varias OTU dispersas entre siete géneros bacterianos. [22]
En 2020 Kang et al., Utilizando una estrategia basada en cultivos de enriquecimiento y dilución hasta la extinción, extrajeron de este consorcio original (KMCG6) un consorcio microbiano simplificado (SMC) con menos especies pero actividad queratinolítica similar. [22] Se realizaron diluciones en serie en un consorcio microbiano queratinolítico enriquecido previamente a partir de una muestra de suelo. Se seleccionó un régimen de dilución apropiado (10 9 ) para construir una biblioteca de SMC del consorcio microbiano enriquecido. El análisis de secuenciación adicional y los ensayos de actividad queratinolítica demostraron que las SMC obtenidas mostraban una diversidad microbiana reducida real, junto con varias composiciones taxonómicas y capacidades de biodegradación. Más importante aún, varios SMC poseían niveles equivalentes de eficiencia queratinolítica en comparación con el consorcio inicial, lo que demuestra que se puede lograr la simplificación sin pérdida de función y eficiencia. [22]
Como se muestra en el diagrama de la derecha, el flujo de trabajo para este estudio incluyó cuatro pasos: (1) Enriquecimiento para los rasgos deseados, por ejemplo, actividad queratinolítica por selección en medio de queratina, donde la queratina es la única fuente de carbono. Este proceso se evaluó mediante evaluaciones funcionales (densidad celular, actividad enzimática y proporción del sustrato residual) y análisis de composición. (2) Se realizaron diluciones en serie para los consorcios microbianos eficaces enriquecidos. Se prepararon seis diluciones, desde la dilución 10 2 hasta 10 10 con 24 repeticiones. La diferencia entre las diluciones se evaluó mediante el cálculo de la distancia euclidiana según los criterios de evaluación funcional. (3) La construcción de la biblioteca se realizó a partir de la dilución que ofrece la disimilitud óptima entre las réplicas. Dilución 10 9 fue seleccionado para construir la biblioteca SMC en este caso. (4) La selección del SMC más prometedor se basa en la caracterización funcional y composicional. [22]
Salud humana
Los consorcios se encuentran comúnmente en humanos, siendo los ejemplos predominantes el consorcio de la piel y el consorcio intestinal que brindan protección y ayuda en la nutrición humana. Además, se ha identificado que las bacterias existen dentro del cerebro (anteriormente se creía que eran estériles), con evidencia metagenómica que sugiere que las especies encontradas pueden ser de origen entérico. [32] [33] Como las especies encontradas parecen estar bien establecidas, no tienen un impacto perceptible en la salud humana y se sabe que las especies forman consorcios cuando se encuentran en el intestino, es muy probable que también hayan formado un consorcio simbiótico dentro de el cerebro. [34]
Ver también
- Biofilm
- Inteligencia microbiana
- Bucle microbiano
- Estera microbiana
- Biología de poblaciones microbianas
- Consorcios microbianos sintéticos
- Cooperación microbiana
Notas
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Los consorcios son conjuntos de diferentes especies de microbios en contacto físico (y a veces bioquímico intrincado) entre sí, y están implicados en procesos biológicos que van desde el tratamiento de aguas residuales hasta el ciclo del nitrógeno marino y los procesos metabólicos dentro del rumen.
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