Las Bacterias del Suelo y sus Virus (Fagos): Estructuración de las Comunidades Microbianas del Suelo

Como casi todos sabéis, ni un ser vivo se libra de ser infectado por los virus. Las bacterias del suelo no son una excepción, mientras que los canijos (no siempre malvados, ni mucho menos) se denominan bacteriófagos o simplemente fagos. Sabemos poco de ellos, pero se presume que su papel en suelos, aguas incluso en la flora bacteriana humana resulta ser de capital importancia. Todo apunta a que constituyen uno de los principales reguladores y estructuradotes de las comunidades microbianas sobre las que se asienta toda la vida (biosfera). Obviamente las bacterias del suelo padecen de otros muchos enemigos que las depredan, como por ejemplo ciertos grupos de nematodos. La noticia de hoy me deja un tanto frío aunque sea interesante. Los autores del estudio han demostrado que los fagos de una muestra de suelo infectan u hospedan mejor a estos procariotas que se encuentran a su alrededor que a los que se encuentren en el mismo suelo a 25 cm de distancia. Y de tal hecho concluyen que: (i) La evolución estructura los ecosistemas (diversidad genética microbiana) a escalas muy detalladas; (ii) que los fagos controlan las poblaciones bacterianas del suelo; (iii) que estos virus se adaptan localmente, (iv) en el caso de que las últimas también se adaptaran a las primeras cabría hablar de coevolución (algo que consideran bastante probable) y (v) las poblaciones de microorganismos no se distribuyen aleatoriamente. Ufff: demasiadas conclusiones para un simple estudio. Vayamos por parte.  

Fagos infectando una bacteria. Fuente: Campus William & Mary USA

 No resulta ninguna novedad el aserto de que los virus (en esta caso fagos) atesoran un papel capital en la dinámica de poblaciones y comunidades microbianas. Existen muchas referencias bibliográficas al respecto, aunque la magnitud en cifras, así como los mecanismos aun distan de ser conocidos. Eso sí la dirección de la flecha en la relación: “evolución condiciona ecosistemas” es más que discutible ¿Y porque no al revés, o ambas a la vez?

 Veinticinco centímetros puede ser una distancia insignificante para el ser humano, pero no así si en el caso de los microorganismos. Aquí los autores resbalan estrepitosamente. Un puñadito de tierra es una inmensidad espacial ecosistémica para “esos pequeños bichitos”, como nos dirían Miguel Vicente desde el blog que lleva tal nombre. Se trata de un aserto con un marcado tinte antropomórfico. Del mismo modo, parece lógico pensar (también se han aportado evidencias en otros ambientes, como lo son las aguas y sedimentos (¿suelos?) oceánicos, que los fagos controlan las comunidades bacterianas. Reitero que soy de la misma opinión, aunque se trata de un tema muy amplio que a penas ha comenzado a ser explorado. Hablamos pues de meras evidencias, más que de datos concluyentes aunque todo apunta a que así sea. En el blog de Miguel Vicente se especifica claramente que no deben entenderse a los virus (tampoco a las bacterias) como meros agentes infecciosos, atesorando otros papeles mucho más relevante en la biosfera. No abundaré sobre el tema. Que virus y bacterias “asociadas”, aunque sea por razones de vecindad, co-evolucionen ya que de una u otra manera interactuarán en muchos casos (el vocablo especie resulta más confundente que esclarecedor para el universo microbiano) parece lógico y presumible. Recordemos el rol de los virus en la transferencia horizontal de genes, entre otros asuntos.

 El que los microorganismos, como ninguna otra comunidad biológica, se distribuye aleatoriamente es un asunto archiconocido, y del que hemos hablado reiteradamente en este post. El patrón más ramplón (al que suele apelarse en estos casos) recibe el nombre de distribuciones contagiosas, pudiendo analizarse estructuras espaciales mucho más precisas y mejor formuladas matemáticamente. En el caso del suelo tal ausencia de aleatoriedad es palmaria y se ha demostrado multitud de ocasiones. No resulta pues una aportación digna de mención. Sin embargo si lo sería su inversa. ¡Sin comentarios!

 Sin embargo, el hecho de que se constate experimentalmente que los fagos se “relacionan” más estrechamente con sus bacterias vecinas que con las que se encuentran alejadas no deja de tener interés, mostrando la enorme variedad de micro-hábitats, biocenosis y ecosistemas que atesora un suelo (terrestre y marino) a nivel centimétrico. El suelo es un medio poroso heterogéneo muy complejo, pudiendo albergar un universo de organismos en tal solo 1 cm³. De ahí la gran biodiversidad que alberga de esos bichitos pequeños.

 Juan José Ibáñez         

Evolutionary Arms Race Between Bacteria and Their Viruses in Soil

 ScienceDaily (Dec. 1, 2009) — Viruses of soil bacteria (phages) evolve to improve their ability to infect the bacterial hosts that surround them. This is shown in a new study by Dutch researcher Michiel Vos, published in the journal Science. Phages appear to be better able to infect bacteria from the same small soil sample than bacteria from just a few centimetres away. Evolution can therefore restructure ecosystems on a very small scale.

 Working at the University of Oxford, Michiel Vos took 5 lots of 5 samples from an area of soil measuring 25cm by 25cm. From each sample, he isolated Stenotrophomonas bacteria and their associated phages. Phages infect bacteria, proliferate, burst out of the cell and then go on to infect new bacteria. More than a third of the bacteria were found to be sensitive to infection by phages from the same area of soil. Phages can therefore markedly control populations of soil bacteria.

 Vos went on to investigate whether the phages were better at infecting their surrounding bacteria than bacteria from a few centimetres (further) away. This turned out to be the case: phages were better at infecting bacteria from the same soil sample than those from other soil samples. In the language of evolutionary ecologists, the phages are ‘locally adapted’. Whether the bacteria in turn adapted to the phages (co-evolution) was not investigated in the experiment, but this is quite likely.

 This study demonstrates the importance of interactions between different types of soil microbes in structuring of biodiversity. While microorganisms in the soil are tremendously abundant and diverse, and are key to ecosystem functioning, relatively little is known about them — certainly compared with our knowledge of animals and plants.

 The research undertaken by Vos and his colleagues shows that even at a scale of just a few centimetres, populations of microorganisms are not distributed at random. Instead, phages are found alongside the bacteria that they can best infect, by the process of natural selection. This is especially remarkable because tiny and numerous microorganisms could be expected to be easily dispersed, erasing such spatial structure.

The article on this research was published in Science on 14 August 2009. The research was funded by a Rubicon grant from NWO, which Michiel Vos received in 2006.

 Story Source: The above story is reprinted (with editorial adaptations by ScienceDaily staff) from materials provided by NWO (Netherlands Organization for Scientific Research), via AlphaGalileo.

 Journal Reference: Michiel Vos, Philip J. Birkett, Elizabeth Birch, Robert I. Griffiths, and Angus Buckling. Local Adaptation of Bacteriophages to Their Bacterial Hosts in Soil. Science, 2009; 325 (5942): 833 DOI: 10.1126/science.1174173

 Resumen del trabajo original

 Science 14 August 2009: Vol. 325. no. 5942, p. 833., DOI: 10.1126/science.1174173       

 Local Adaptation of Bacteriophages to Their Bacterial Hosts in Soil

Michiel Vos, et al.

 Microbes are incredibly abundant and diverse and are key to ecosystem functioning, yet relatively little is known about the ecological and evolutionary mechanisms that shape their distributions. Bacteriophages, viral parasites that lyse their bacterial hosts, exert intense and spatially varying selection pressures on bacteria and vice versa. We measured local adaptation of bacteria and their associated phages in a centimeter-scale soil population. We first demonstrate that a large proportion of bacteria is sensitive to locally occurring phages. We then show that sympatric phages (isolated from the same 2-gram soil samples as the bacteria) are more infective than are phages from samples some distance away. This study demonstrates the importance of biotic interactions for the small-scale spatial structuring of microbial genetic diversity in soil.