Bacterias diazotróficas y desnitrificantes asociadas a raíces del mangle negro: caracterización de las comunidades a nivel molecular y su producción de moléculas señal tipo acilo homoserina lactonas

Abstract

Los manglares son ecosistemas quejuegan un importante papel como zonas de crianza, refugio y alimentación para numerosos organismos y sostienen una cadena alimenticia muy extensa basada en el detritus. Adicionalmente, los manglares exportan nutrientes a ecosistemas marinos adyacentes tales como comunidades de pastos marinos y arrecifes de coral. Los manglares de áreas semiáridas son generalmente deficientes de nitrógeno, sin embargo, son altamente productivos. Esta aparente paradoja puede ser explicada por la alta actividad de fijación biológica de nitrógeno asociada a sedimentos y a raíces, tanto aereas como subterráneas, hojas en descomposición, que puede contribuir hasta con un 60% del los requerimientos de nitrógeno del manglar. La desnitrificación en manglares es importante porque permite la mineralización de materia orgánica bajo condiciones anaerobias y microaerofilicas, las cuales prevalecen en un ecosistema de manglar. Considerando la importancia de las comunidades diazotróficas y desnitrificantes en manglares la disponibilidad de nitrógeno, y la ausencia de información en la literatura con respecto a la composición y diversidad de estas comunidades en ecosistemas de manglar, nosotros realizamos un análisis de la diversidad molécular de las bacterias fijadoras de nitrógeno y desnitrificantes utilizando T-RFLP de los genes nifH (para la fijación de nitrógeno) y de nirS y nirK (para la desnitrificación). Se encontraron resultados relevantes donde la diversidad de bacterias fijadoras de nitrógeno fue mayor que el de bacterias desnitrificantes en los 3 sitios de estudio. Cuando comparamos la diversidad entre los tres sitios, se encontró que el sitio 3, el cual tuvo la mayor concentración de materia orgánica, el porcentaje de arena en la rizósfera, así como la baja concentración de oxígeno, también tuvo la mayor diversidad de nifH. Esas condiciones en el sedimentos que rodea la raíces, son apropiadas para la fijación de nitrógeno, deben haber favorecido la competitividad del grupo diazotróficos de otros grupos bacterianos, permitiendo la proliferación de las fijadoras de nitrógeno así como la transferencia lateral de genes nifH a otros grupos, circunstancias que inducen la diversidad del pool genético. Como para el gen nirS, su mayor diversidad se encontró en el sitio 2, caracterizado por tener una alta concentración de oxígeno en el sedimento a diferencia de los otros dos sitios. Esto concuerda con la mayoría de los reportes en la literatura que en la NirS es más dominante que NirK en bacterias que colonizan ambientes aerobios. Es posible, entonces que las condiciones aerobias en la rizósfera del sitio 2 favorecieran la colonización de las bacterias desnitrificantes que contengan NirS. Esto es importante hacer notar, como sabemos, el manglar de Balandra no ha sufrido grandes disturbios recientemente tanto natural o inducido por la mano del hombre y que las condiciones biogeoquímicas que prevalecen en la rizósfera pudieron haber existido por lo menos 10 años. Estudios recientes revelan la asombrosa habilidad de las bacterias para responder a cambios ambientales, apagando o prendiendo genes a conveniencia. Moléculas señal de diferentes tipos, es el medio utilizado por las bacterias para regular estas respuestas. Las acilo homoserina lactonas, AHLs, utilizadas por bacterias Gram negativas, pueden activar la expresión de diversos procesos bacterianos, desde síntesis de antibióticos, hasta conjugación y movimiento en enjambre, entre otros. Al analizar la producción de moléculas señal tipo AHLs en bacterias diazotróficas y desnitrificantes aisladas de raíces de mangle, encontramos que la mayoría produce AHLs, sintetizando varios tipos de éstas moléculas. Encontramos que la composición del medio de cultivo es determinante para la síntesis de AHLs y que el someter a las cepas a estrés nutricional puede llegar a incrementar la síntesis hasta 20 veces. Interesantemente, al crecer juntas algunas de las cepas en medio sin glucosa, observamos interacciones sinérgicas en relación a la síntesis de AHLs. Por ejemplo, al crecer juntas la cepa diazotrófica Paracoccus sp. AG4BC con la desnitrificante Arthrobacter sp. 61K, o con la cepa diazotrófica Pseudomonas sp. LR6b, la concentración de AHLs en el cultivo se incrementa hasta 5 veces. Fascinantemente, encontramos que la mayoría de las aislamientos presentan tanto el gen nifH y el gen nirK juntos en la misma célula. Los ensayos de reducción de acetileno y desnitrificación revelan que ambos de esos genes son funcionales.