La percepción que tenemos de las bacterias como seres vivos que interactúan es muy pobre. La interacción más estudiada y por tanto la que más conocemos es su papel como causante de enfermedades. Aparte de estas interacciones patogénicas, poco sabemos de cómo interaccionan las bacterias. En mente tenemos bacterias que crecen continuamente, unas más que otras. Esto logra que unas especies, a base de crecer más que las otras, se vuelvan más abundantes. Es la imagen que se crea al reflexionar sobre la "aparición" de cepas resistentes a los antibióticos. Hay antibióticos por doquier y por ese motivo, la bacteria mutante que resiste a ese antibiótico se hace cada vez más abundante porque no hay nada que detenga su crecimiento, mientras que las bacterias sensibles al antibiótico son eliminadas con cada ronda de aplicación del mismo. Del campo de estudio de los biofilms hemos aprendido que el 99% de las bacterias viven sésiles embebidas en matrices de azúcares llamados biofilms. Los estudios sobre el microbioma también crean esta imagen de que las bacterias crecen. Unas más que otras. Si por el motivo que sea, un tipo de bacterias crece más que otras puedes tener autismo, cáncer, obesidad, depresión...
Fig. 1. A mayor número de interacciones mayor riqueza ecológica. Un principio básico de la ecología.
Las bacterias son los seres vivos autónomos más pequeños. Las defino así porque considero a los virus seres vivos. Lo que ocurre es que lo virus necesitan de células para vivir. El tipo de interacciones que tienen los virus son de dos tipos: competitivas y parasíticas. Los bacteriófagos respecto a las bacterias se comportan así. O bien tienen ciclos líticos, esto es, entran en la bacteria, se reproducen y la lisan para estar disponibles para infectar a otra bacteria, o bien, entran en una bacteria e insertan su material genético en el ADN de la bacteria, es lo que se comoce como ciclo lisogénico. Cuando sienten que la bacteria está en peligro se excinden de su ADN y se comportan como bacterias líticas. Este es un ciclo típico parasítico, ¿Por qué? porque al igual que los parásitos más conocidos, virus y bacteria comparten el espacio durante una gran parte de la vida de la bacteria. La gestión del espacio es importante en cómo interactúas con los demás.
Las bacterias han ido más allá de la competición y el parasitismo para desarrollar simbiosis y sistemas coercitivos. La simbiosis se puede resumir en el verso del escritor uruguayo Mario Benedetti: "En la calle codo a codo somos mucho más que dos". Los sistemas coercitivos se basan en usar métodos que conviertan a células similares a ti en tus adeptos. "Ya no eres tu, ahora eres yo" mediante "El poder de uno necesita la estupidez del otro". He denominado a este tipo de interacción como coacción, o sistemas coercitivos, inspirado en los métodos sencillos de control mental que utilizan las sectas y son, a pesar de su sencillez, de una efectividad increíble.
Sospecho que la verdad de los individuos radica principalmente en como nos relacionamos con los demás. Por decirlo de una manera más clara: "Tu verdad está en el otro". Como nos relacionamos con los demás nos define poderosamente como individuos. Puede ser una relación entre iguales, puede ser una relación de dominancia en la que tu dominas al otro, o bien al contrario, que tu seas el dominado, que te acostumbres al "pegue patrón". Puede ser una relación parasítica, siendo tu el parasitado o siendo el parásito. Puedes sufrir la alienación de pertenecer a una organización que te anule como persona o anular parte de tu individualidad para formar parte de algo diferente.
Julio Anguita puntualiza sobre la libertad del ser humano
Si a esta clasificación basada en como te sitúas frente al otro (superioridad-igualdad-inferioridad) le sumamos la relación respecto a un espacio tenemos cuatro interacciones: competición, parasitismo, simbiosis y la coerción.
Figura 2. Ejemplos bacterianos de los cuatro tipos de interacciones
La interacción competitiva se ilustra perfectamente en el caso de Micavibrio que vamos a ver a continuación. El parasitismo se observa en el caso de Bdellovibrio. La simbiosis es más difícil de ver. Las cianobacterias y hongos que conforman los líquenes es un caso clásico, o la simbiosis que aconteció entre una Gram negativa y el arqueobacteria que dio lugar a la célula con núcleo de la que procedemos todos los protozoos, animales, plantas y hongos.
La simbiosis se define como una relación en la que cada una de las partes participantes recibe un beneficio de esa asociación. Es una buena definición ya que permite clasificar de manera precisa este tipo de interacciones. El beneficio es un concepto que podemos manejar con soltura. Estamos habituados a ello. Hay un problema, y es cómo se gestiona la individualidad en este tipo de interacciones. Por ejemplo, la mitocondria de una célula eucariota ya no es un individuo. El hongo o la cianobacteria pueden dejar de pertenecer al líquen si la otra parte de la asociación no cumple con su trato. Si metemos un líquen en agua, el hongo deja de respirar, se muere y las cianobacterias crecen alimentándose del hongo. Lo mismo ocurre si el líquen lo tapamos y no recibe la luz del sol. El hongo se alimenta de las cianobacterias que ya no le sirven porqué no le dan los azúcares resultantes de la fotosíntesis.
¿Podemos considerar simbiosis, o debemos de considerarlo parasitismo la relación de Wolbachia con Onchocerca volvulus, el gusano responsable de la ceguera de los ríos?
Micavibrio aeruginosavorus: bacterias devoradoras de bacterias
Existen varios géneros de bacterias depredadoras de otras bacterias: Vampirococcus, Daptobacter o Micavibrio
En 1983 se aisló por primera vez de una muestra de aguas residuales Micavibrio aeruginosavorus, una pequeña bacteria que actúa como una “sanguijuela”, pegándose a la superficie de otras bacterias de las que se alimenta. El ciclo vital de Micavibrio consiste en dos fases, una primera de ataque, en la que la bacteria se mueve y busca su presa, y una segunda fase de unión en la que Micavibrio se fija de manera irreversible a la superficie de la bacteria de la que se va alimentar. Micavibrio es muy exigente con su dieta y, por supuesto, no se alimenta de cualquier cosa. Normalmente en su menú suele preferir otras bacterias tan apetitosas como Pseudomonas, Burkholderia o Klebsiella.
Micavibrio aeruginosavorus (amarillo) depredando a Pseudomonas aeruginosa (púrpura). Fuente: Daniel Kadouri, University of Medicine and Dentistry of New Jersey
Bdellovibrio, más que depredar parasita
El vídeo 1 nos muestra a Bdellovibrio, una bacteria parásita de bacterias Gram negativas ya dentro de una bacteria E. coli fluorescente. La bacteria, en negro comienza a crecer longitudinalmente. Crece por los dos extremos hasta alcanzar un tamaño que le permite dividirse en cinco bacterias hijas. Luego se ve como la bacteria fluorescente va perdiendo la fluorescencia, esto es así porque la bacteria revienta por acción de las Bdellovibrio que se liberan para así ir nadando en busca de otra víctima
En esta fotografía de microscopía electrónica se ve como Bdellovibrio contacta con una Pseudomonas antes de penetrar en su interior mediante un movimiento rotatorio como de sacacorchos. Abajo vemos como cuando esta bacteria entra en su víctima va arrinconando poco a poco el citoplasma de la célula depredada porque poco a poco va agotando sus recursos nutritivos formando lo que se llama Bdelloplasma.
La célula de Bdellovibrio aumenta unas ocho veces su tamaño en el espacio periplásmico (es el espacio que en las bacterias Gram negativas está delimitado por la pared celular y la membrana plasmática). Alcanzado este tamaño se divide en varias células hijas, desarrollan otra vez el flagelo y rompen la pared celular de la exhausta víctima para nadar en busca de nuevas presas.
Las bacterias que manipulan plantas e insectos
Las bacterias Phytoplasmas, cuando infectan ciertas plantas las convierten en zombies. Por efecto de sustancias segregadas por la bacteria, las flores se convierten en brotes apetitosos para los saltamontes. Esto esteriliza a la planta, pero eso a Phytoplasma le da igual. Las bacterias Phytoplasma son parásitos obligados del floema de plantas. Para transmitirse de planta a planta utilizan a los insectos como vectores.
Simbiosis: cuando las cianobacterias y los hongos forman líquenes
Los líquenes son una cooperativa de hongo, algas y recientemente se ha descubierto que también de bacterias. Los hongos construyen la casa y las algas viven dentro como si fuesen la mortadela de un bocadillo. Muchos amantes del altruísmo han visto en esta asociación la prueba que valida al altruísmo como un motor de la evolución (Kropotkin, Margulis...). Pero ¿Qué hay detrás de esta imagen bucólica de comuna hippy?
Un grupo de investigadores españoles y alemanes han publicado un artículo muy interesante sobre el líquen Cetraria aculeata. Este líquen puede vivir en sitios muy muy distintos tales como las costas del Mediterraneo, las llanuras heladas de la Antártida, regiones áridas del Asia Central o la Patagonia. La mayor parte de los organismos que viven en la Antártida son incapaces de vivir en sitios calidos y soleados como el Mediterraneo.
Diversidad genética de las distintas poblaciones del hongo integrado en el líquen Cetraria aculeata (semicírculos blancos) y sus cianobacterias (semicírculos grises). El tamaño de los semicírculos es proporcional al nivel de diversidad. Los círculos de la derecha resumen los niveles de diversidad entre regiones. Fuente: Printzen et al. 2007.
Esta capacidad sorprendente de adaptación se debe a la habilidad del líquen para secuestrar o para reclutar a nuevos simbiontes que les permitan vivir en los nuevos hábitats. Muchos líquenes son capaces de crear estructuras para mantener distintas cianobacterias aisladas porque quizás juntas no se lleven bien. Para ello crean unas estructuras llamadas cefalodios. En este sentido el líquen más que funcionar como una comuna funcionaría como una pensión en donde cada huesped tendría su propia habitación. Estos investigadores descubrieron que C. aculeata cambia de simbiontes según el área geográfica en donde viva. No hay fidelidad sino puras relaciones de conveniencia
Los genomas de algunas bacterias, Myxococcus xanthus, Escherichia coli ejemplifican cómo la evolución ocurre por mecanismos independientes de la selección natural. La selección natural es obvia cuando se trata de organismos que dejan cadaver. Tienes una camada de perros. Al haber presión selectiva no pueden sobrevivir los 10 cachorros, por lo tanto, por probabilidad, habrá el que haga bien más tareas y que por tanto tenga la posibilidad de llegar a adulto, competir con otros adultos y ser capaz de mantener a su progenie. En el mundo bacteriano vemos ejemplos que podrían expandir esta idea de la evolución: existencia de individuos altruístas/egoístas; individuos que hacer un esfuerzo por aquellos que son como ellos (kin selection). Surge la idea de que lo que se selecciona ya no es el individuo sino el genoma. En los organismos con sexo existe cadaver. Cuando nos apareamos cada gameto baraja los genes, ocurren las recombinaciones, en la descendencia podemos ver esa variabilidad: los hermanos se parecen pero son diferentes, nacen en distinto momento según los padres sean más o menos jóvenes, con más o menos fuerza y capacidad. Sobre esa variabilidad opera la selección natural.
En el mundo de los genomas bacterianos, donde la compartimentalización genómica no está clara por la transmisión horizontal de los genes (conjugación, transformación, vesículas, transducción) ¿Cómo mantienes la independencia y la identidad de una combinación de genes exitosa? Necesitas un tag, un “identity signal”, una unidad de egoísmo.
En el mundo bacteriano se ensaya la aparición del cadaver. Si partimos de una sóla bacteria de Myxococcus xanthus y la dejamos tener, teóricamente toda la descendencia va a ser clónica ya que no existen las ventajas del sexo. ¿Podría haber mucha variabilidad intraespecífica al cabo de unas cuantas generaciones? ¿digamos un día?. Los experimentos de Lenski sugieren que puede haber mucha variabilidad intraespecífica a partir de un solo clon si se le deja tener las suficientes generaciones. Probablemente para llegar a niveles en que la variabilidad intraespecífica llegue a ser notoria hagan falta más de un día. Si a la descendencia de 24 horas de crecimiento de Myxo se la pone en una placa con escasez de nutrientes entonces la bacteria comienza a formar un cuerpo fructífero. De ser una babosa (una colonia móvil de bacterias, una especie de manada de lobos) en busca de nutrientes pasa a ser una especie de seta. La mayor parte de las células del tallo son consideradas altruistas ya que forman el tallo para que las células egoístas se coloquen en la parte superior de la estructura para poder dispersarse lejos de la zona en la que las bacterias han detectado una falta de recursos. Las células egoístas tienen mayor probabilidad de llegar a un medio favorable. Serán favorecidas por la selección natural. Lo curioso es que estas células egoístas si las dejas crecer a su vez durante 24 h volverán a formar un cuerpo fructífero con células altruistas y células egoístas.
Las células egoístas son un remedo de las células reproductivas, espermatozoides y óvulos, mientras que las células altruístas seríamos nosotros sin gónadas: un carrier que sólo trata de pasar las células egoístas a la siguiente generación buscando un background genético apropiado para mezclar genes y darle mayores oportunidades de tener éxito en su vida.
Coerción: lecciones de Myxococcus xanthus
Los genomas de algunas bacterias, Myxococcus xanthus, Escherichia coli ejemplifican cómo la evolución ocurre por mecanismos independientes de la selección natural. La selección natural es obvia cuando se trata de organismos que dejan cadaver. Tienes una camada de perros. Al haber presión selectiva no pueden sobrevivir los 10 cachorros, por lo tanto, por probabilidad, habrá el que haga bien más tareas y que por tanto tenga la posibilidad de llegar a adulto, competir con otros adultos y ser capaz de mantener a su progenie. En el mundo bacteriano vemos ejemplos que podrían expandir esta idea de la evolución: existencia de individuos altruístas/egoístas; individuos que hacer un esfuerzo por aquellos que son como ellos (kin selection). Surge la idea de que lo que se selecciona ya no es el individuo sino el genoma. En los organismos con sexo existe cadaver. Cuando nos apareamos cada gameto baraja los genes, ocurren las recombinaciones, en la descendencia podemos ver esa variabilidad: los hermanos se parecen pero son diferentes, nacen en distinto momento según los padres sean más o menos jóvenes, con más o menos fuerza y capacidad. Sobre esa variabilidad opera la selección natural.
En el mundo de los genomas bacterianos, donde la compartimentalización genómica no está clara por la transmisión horizontal de los genes (conjugación, transformación, vesículas, transducción) ¿Cómo mantienes la independencia y la identidad de una combinación de genes exitosa? Necesitas un tag, un “identity signal”, una unidad de egoísmo.
En el mundo bacteriano se ensaya la aparición del cadaver. Si partimos de una sóla bacteria de Myxococcus xanthus y la dejamos tener, teóricamente toda la descendencia va a ser clónica ya que no existen las ventajas del sexo. ¿Podría haber mucha variabilidad intraespecífica al cabo de unas cuantas generaciones? ¿digamos un día?. Los experimentos de Lenski sugieren que puede haber mucha variabilidad intraespecífica a partir de un solo clon si se le deja tener las suficientes generaciones. Probablemente para llegar a niveles en que la variabilidad intraespecífica llegue a ser notoria hagan falta más de un día. Si a la descendencia de 24 horas de crecimiento de Myxo se la pone en una placa con escasez de nutrientes entonces la bacteria comienza a formar un cuerpo fructífero. De ser una babosa (una colonia móvil de bacterias, una especie de manada de lobos) en busca de nutrientes pasa a ser una especie de seta. La mayor parte de las células del tallo son consideradas altruistas ya que forman el tallo para que las células egoístas se coloquen en la parte superior de la estructura para poder dispersarse lejos de la zona en la que las bacterias han detectado una falta de recursos. Las células egoístas tienen mayor probabilidad de llegar a un medio favorable. Serán favorecidas por la selección natural. Lo curioso es que estas células egoístas si las dejas crecer a su vez durante 24 h volverán a formar un cuerpo fructífero con células altruistas y células egoístas.
Las células egoístas son un remedo de las células reproductivas, espermatozoides y óvulos, mientras que las células altruístas seríamos nosotros sin gónadas: un carrier que sólo trata de pasar las células egoístas a la siguiente generación buscando un background genético apropiado para mezclar genes y darle mayores oportunidades de tener éxito en su vida.
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