Ecología microbiana

Son muchos los ambientes que conforman nuestro planeta, presentando composiciones físicas, químicas y biológicas únicas que favorecen la presencia de determinados microorganismos atendiendo a las condiciones del área en el que se desarrollan. Su estudio se engloba bajo el término de ecología microbiana, con un papel esencial en la comprensión de las interacciones de estos seres junto a su medio abiótico y biótico. Se trata de un término multidisciplinar en el que confluyen los conocimientos actuales entre la ecología y la microbiología. Esta teoría puede aplicarse para entender la ecología de animales y plantas, gracias a que los microorganismos son elementos fundamentales de las cadenas tróficas y son fáciles de manipular. Además de esto, su polivalencia, estructura y población dinámica, facilitan la evaluación.

En la actualidad, la diversidad microbiana viene establecida mayoritariamente por el tipo de sustrato empleado para crecer y obtener su energía, ayudando a caracterizar e identificar los distintos microorganismos muestreados a lo largo de los años. El sustrato más influyente es el carbono, donde las variaciones de su concentración en el ambiente determinan la presencia de una especie u otra.

¿Qué función tiene el estudio de la ecología microbiana? Principalmente, permite obtener información cuantitativa sobre la relación entre la estructura microbiana, la dinámica poblacional y sus actividades. Esta información permite evaluar tanto el grado de mitigación¹ en el cambio climático producido por las comunidades microbianas, como las variaciones en la actividad de los microorganismos provocados por el mismo.

Las bacterias están presentes en todos los tipos de ecosistemas. Gran parte de la producción primaria anual se debe a su actividad sobre el medio. Son responsables de la respiración aerobia, toda la respiración anaerobia y la remineralización de la mayor parte de los nutrientes orgánicos. Este motivo ha conllevado al aumento del número de estudios tendentes a establecer y/o esclarecer los mecanismos subyacentes a su papel ecológico.

Para que estas actividades sean efectivas es clave el proceso de comunicación de los microorganismos entre sí y con el ambiente. La comunicación viene establecida por interacciones químicas a través de la producción de un extenso repertorio de metabolitos secundarios que les permite alterar el comportamiento de las comunidades bacterianas mediante la regulación de la expresión génica. Este proceso es conocido como “quorum-sensing” o comunicación célula-célula. Hasta la fecha se han descrito tres moléculas encargadas de iniciar la señalización y la comunicación: destacan los oligopéptidos (predominante en las bacterias Gram negativa), N-acil homoserina lactona (AHL) y LuxS/autoinductor-2 (aparece tanto en bacterias Gram positivas como Gram negativas). Las moléculas señalizadoras desencadenantes de esta respuesta son principalmente autoinductores. Enlazados a su promotor correspondiente, favorecen o limitan la expresión de ciertos genes permitiendo la comunicación, cooperación y alteración del comportamiento de la población bacteriana. Su activación puede verse afectada por la densidad poblacional, la competencia o los cambios que estén teniendo lugar en el ambiente.

Comprender la ecología microbiana significará entender el entorno, pudiendo extrapolar los conocimientos obtenidos a la mejora de la calidad de vida humana. Son muchos los casos prácticos que encuentran solución en el entendimiento de la naturaleza de estos organismos. La depuración de las aguas residuales para su reutilización tanto para riego como consumo humano, la reducción de la contaminación de los suelos, las interacciones entre los distintos niveles de las cadenas tróficas, el desarrollo sostenible, la prevención de problemas futuros, la disminución del agravamiento del cambio climático y la obtención de productos biodegradables son algunos ejemplos de la potencialidad de estos estudios. Sin embargo, se han encontrado dos limitaciones que impiden el correcto desarrollo de esta materia. La primera es la insuficiencia de datos y conocimientos necesarios debido a la dificultad que supone el estudio de los microorganismos en su medio: simular las condiciones del ambiente en los laboratorios es prácticamente imposible, pudiendo aparecer respuestas o actividades por parte de los microorganismos que no se darían verdaderamente en la naturaleza. El segundo factor influyente está relacionado con el tema académico: la teoría ecológica, y los conocimientos asociados a ésta, han sido componentes menores de la formación en la microbiología.

Este último punto cada vez está adquiriendo un papel más relevante entre la comunidad científica y está consiguiendo asentarse como una de las bases primarias para la comprensión de estos organismos y su papel en el medio.