Microorganismso y biodiversidad

CONOCIMIENTO DE LAS COMUNIDADES MICROBIANAS COMO COMPONENTE DE LA BIODIVERSIDAD.

PRESENTADO POR: Carlos A. Montoya - Laura Londo帽o S.

Gesti贸n y Legislaci贸n Ambiental - 2012

Especie

Grupo de cepas que tienen algún grado de consistencia fenotípica, exhibiendo al menos un 70% de hibridación DNA-DNA y más del 97% de similaridad en la secuencia del rRNA 16s (Torsvik V. et al., 1998) Biodiversidad La variedad y variabilidad de todas las formas de vida, el complejo ecológico en el que están presentes y los procesos de los que forman parte (Olalde V. y Aguilera L, 1998).

La riqueza de especies (número de especies de una comunidad), y el tamaño de la población de una especie son dos parámetros esenciales para definir la estructura y diversidad de una comunidad (Liu W. et al., 1997)

IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS Permiten el funcionamiento de los sistemas biol贸gicos y el mantenimiento de la vida sobre el planeta.

Participan en procesos metab贸licos, ecol贸gicos y biotecnol贸gicos.

Monta単o A. et al. (2010)

¿Cuánto conocemos de los microorganismos?

Microorganismo Bacterias

Virus

Hongos

Protozoarios

Especies conocidas

Especies desconocidas

O,1 – 1%

4 E5 – 3 E6

1%

5 E5

5 - 10 %

1,5 E6

4 E4

1 – 2 E5

Técnicas para estudiar los microorganismos (bioquímicas) Método

ventajas

Desventajas

Placas de recuento

 Rápido Barato

No detecta microorganismos no cultivables Sesgo con microorganismos de rápido crecimiento Sesgo con especies de hongos que produzcan muchas esporas

Perfiles del nivel fisiológico comunitario (CLPP),

Rápido Altamente reproducible Barato Diferencia entre comunidades microbianas Opción de usar platos microbianos, de hongos o fuentes de carbono sitio específicas.

Sólo representa una fracción de las comunidades cultivables. Favorece organismos de rápido crecimiento. Sólo representa organismos que utilizan la fuente de carbono disponible Diversidad metabólica potencial – no in situ Sensitivo a la densidad del inoculo.

Técnicas para estudiar los microorganismos (bioquímicas) Método

ventajas

Desventajas

Análisis de esteres metílicos de ácidos grasos.

 No requiere un cultivo de microorganismos, se extraen directamente del suelo. Busca microorganismos específicos o comunidades

Su se usan esporas, se necesita mucho material. Puede estar influenciado por factores externos Posibilidad de que los resultados sean confundidos con otros microorganismos.

Técnicas para estudiar los microorganismos (Moleculares) Método

ventajas

Desventajas

Guanina + citosina

 No influenciado por sesgos de PCR Incluye todo el DNA extraído. Cuantitativa

Requiere grandes cantidades de DNA. Depende de la eficiencia de la lisis y extracción. Tosco nivel de resolución

Re asociación e hibridización de ácidos nucleícos

DNA total extraído. No influenciado por sesgos de PCR Estudia el DNA o RNA Puede ser estudiado in situ

Falta de sensibilidad Secuencias deben estar en un alto nivel de copias para ser detectadas. Depende de la eficiencia de la lisis y extracción.

Micro arreglos de DNA e hibridización de DNA

Igual que la hibridización de ácidos nucleicos. Miles de genes pueden ser analizados Si se usan genes o fragmentos de DNA aumenta la especificidad.

Sólo detecta las especies más abundantes. Necesita microorganismos con capacidad de cultivarse Sólo es preciso en sistemas con baja diversidad.

Técnicas para estudiar los microorganismos (Moleculares) Método

ventajas

Electroforesis en un gel con  SE puede analizar gran gradiente desnaturalizante cantidad de muestras simultáneamente (DGGE) y (TGGE) Seguro, reproducible y rápido

polimorfismo de conformación de la cadena simple (SSCP)

Lo mismo que DGGE/TGGE No usa gradientes

Desventajas Sesgos por PCR dependiente de la eficiencia de la extracción y lisis de DNA La forma en que se haga el muestreo influencia los resultados de comunidades (ej: almacenado) Una banda puede representar más de una especie Sólo detecta especies dominantes Sesgos pro PCR Algunas hebras sencillas de DNA pueden tomar más de una conformación estable.

Técnicas para estudiar los microorganismos (Moleculares) Método

ventajas

análisis de restricción de del  Detecta cambios DNA ribosomal amplificado estructurales en la comunidad (ARDRA), polimorfismo en la microbiana

Desventajas

Sesgos por PCR Patrones de bandeo complejos.

longitud de los fragmentos de restricción (RFLP) polimorfismo en la longitud de los fragmentos de restricción terminales (T-RFLP)

Patrones de bandeo más simples que RFLP Puede ser automatizado Gran cantidad de muestras Altamente reproducible Compara diferencias entre comunidades microbianas

Depende de la eficiencia de la lisis y extración Tipos de Taq pueden incrementar variabilidad Elección de primers universales Requiere gran cantidad de DNA La elección de enzimas de restricción influencia el patrón de bandeo obtenido

análisis automatizado de los espacios internos del rRNA (RISA), análisis de restricción del DNA ribosomal amplificado (ARDRA)

Perfiles comunitarios altamente reproducibles

Requiere grandes cantidades de DNA

Limitaciones de los métodos de estudio (moleculares)  La eficiencia de la lisis varía de acuerdo al grupo microbiano.  Según el método de extracción celular se puede lisar bacterias Gram (-)/Gram (+).

Si el método es muy fuerte ambas células serán lisadas con pérdida de DNA.  La lisis actuará diferencialmente si se trata de esporas, micelio y micelio de diferentes edades (sesgos)  En muestras ambientales es necesario remover ácidos húmicos (interfieren con la PCR)  Los pasos subsecuentes de purificación conllevan a una perdida de DNA o RNA  La amplificación diferencial de genes blanco puede conllevar a un sesgo en el estudio de diversidad.  Aunque se usan genes o fragmentos presentes en todos los organismos (rRNA 16s, rRNA 18s, regiones ITS) los primers presentan diferente afinidad por el templado.

(Kirk J. et al., 2004).

Limitaciones de los métodos de estudio (Ambigüedad de taxonomía) 24 definiciones de especie (todas diferentes) La definición tradicional de especie está basada en plantas superiores y animales (no aplica para procariotas u organismos asexuales). Las bacterias presentan plasticidad genética (transfieren su DNA a través de plásmidos, bacteriófagos y transposones) (Kirk J. et al., 2004).

Diversidad al utilizar métodos bioquímicos y moleculares <O kaiser et al. (2001) estudio de una comunidad microbiana del suelo> Librería RNA 16s

Medio de cultivo

Composición

(51%) de α proteobateria y (30%) de Bacterias del filum Cytophaga– Flavobacterium– Bacteroides (CFB)

Menos del 17% de pertenecen pertenecían a α proteobateria y (CFB).

Subclase β y γ de proteobacteria

Alrededor del 14% pertenecen a esta subclase

Mas del 64% pertenecen a este subclase

Similitud con Bradyrhizobium sp.

Muchos clones presentaron similitud

Ninguno presentó similitud

Normativa en Colombia Las normativas existentes controlan el nĂşmero de microorganismos presentes en cuerpos de agua o alimentos. Pero nada estĂĄ escrito con relaciĂłn a su uso sustentable.

Normativa en el mundo Normativa

Objetivo

US Endangered Species Act (ESA) Convention on International Trade in Endangered Species of Fauna y Flora (CITES)

Conservación de especies individuales de flora y fauna (en peligro de extinción)

Caring of the earth (actualización de World Conservation Strategy) 1980

Preservación del ambiente y la diversidad biológica. Establecimiento de áreas protegidas para cuidar de todos los organismos allí presentes. La producción de energía de biomasa. Mantener buenas condiciones del suelo para agricultura. Incentivos a la investigación taxonómica y sistemática.

La convención de biodiversidad de Rio de janeiro de 1993

Acuerdo sobre tarifas y comercio (GATT) y sobre propiedad intelectual (TRIPS) de m.o. modificados y procesos microbianos

“Es aún más difícil conservar organismos que no se conocen”

Perturbaciones ambientales en Java

Extinción de una especie de árbol Diospyros en Indonesia

E X T I N C I Ó N

Cookeina tricoloma

Penicilliopsis clavariaeformis

http://www.huh.harvard.edu/research/discomycetes/image/Cookeina/Cookeina.tricholoma.1.html http://www.sysbot.biologie.uni-muenchen.de/en/people/yorou/mycodiv_img.html?n=penicilliopsis_clavariaeformis

PERPECTIVAS Y TENDENCIAS

AUTOR

la diversidad microbiana ha de ser considerada como un recurso para elaborar tecnologías novedosas que generen riqueza y bienestar para los países (Montaño A. et al., 2010)

(Montaño A. et al., 2010)

Estudiar la biodiversidad microbiana para comprender la relación entre diversidad, estructura de la comunidad microbiana y función (la actividad humana afecta biodiversidad microbiana ----> función del ecosistema?)

(Kirk J. et al., 2004)

Se debe empezar a considerar estudios a grandes escalas que incluyan todos los niveles trópicos

(Peh Kelvin y Lewis Simon, 2012)

Conocer más sobre los organismos del suelo, su distribución, interacciones y funciones y cómo todo esto se traduce en servicios ecosistémicos, así será más fácil desarrollar acciones y políticas en pro de su conservación

(Pulleman M. et al., 2012)

Conocimiento de las comunidades microbianas en ambientes extremos ya que son la fuente de enzimas con inusuales y deseables propiedades.

(Lewin A. et al, 2012)

Se podría combatir el hambre utilizando la genética molecular y la diversidad metabólica de los microorganismos.

Se utilizaríamos todo su potencial para combatir las enfermedades

Ayudara a preservar el bienestar de la tierra y los humanos haciendo un uso racional y equitativo de este recurso.

¿Cómo sería el mundo si conociéramo s más de los microorganis mos

Producción de insulina

Manipulacion del DNA

ยกGracias!