Interacciones

entre microorganismos

y

control biológico de fitopatógenos

Interacciones entre microorganismos

Interrelaciones benéficas

* comensalismo

* mutualismo (protocooperación)

* simbiosis

Interrelaciones antagónicas

* competencia

* amensalismo

* predación

* parasitismo

Neutralismo

Concepto amplio: asociación íntima entre dos o más organismos

diferentes (puede ser benéfica o perjudicial)

Concepto restringido: ambos microorganismos se benefician y no

podrían sobrevivir en un ambiente dado sin la interacción

⇒ dependencia fisiológica mutua

⇒⇒⇒⇒ duración en el tiempo

⇒⇒⇒⇒ favorece el crecimiento

⇒ Ej.: líquenes; protozoos con algas dentro

Simbiosis

Comensalismo

Un microoganismo se beneficia (comensal) de la actividad de otro

⇒⇒⇒⇒ Cadenas tróficas: degradación de macromoléculas

⇒⇒⇒⇒ Liberación de factores de crecimiento: vitaminas, aa, etc

⇒ Degradación de sustancias tóxicas: antibióticos

⇒ Superficies adecuadas para la proliferación

⇒ Ejemplos: Nitrosomonas-Nitrobacter (en medio rico en amonio)

Bacillus cereus-hongos micorríticos (comensal)

aerobio y anaerobio en microagregado de suelo

Comensalismo: adhesión de células de Caulobacter a Bacillus

(arriba) y con Azotobacter (abajo), en ambientes acuáticos: usan

materiales orgánicos segregados. Crecen lentamente y esta ventaja

les permite competir con otros quimiheterótrofos en la naturaleza.

Protocooperación-Mutualismo

• Beneficio mutuo, carácter laxo: una interacción

obligada en un ambiente puede proliferar

independientemente en otras condiciones

• Un organismo provee fuente de energía a su

pareja y ésta le aporta algún nutriente esencial

• Cada integrante excreta un factor de crecimiento

sin el cual el asociado no puede desarrollarse

Streptococcus faecalis- Lactobacillus arabinosus

(fenilalanina +, ác.fólico - ) y (fenilalanina -, ác. fólico+)

cultivo mixto (medio sin la

vitamina ni el aminoácido)

L. arabinosus S. faecalis

Do

tiempo

Ejemplos

Interacciones antagónicas

Competencia

⇒⇒⇒⇒ nutricional: por el carbono, nitrógeno, fósforo, hierro, etc.

⇒⇒⇒⇒ espacio

⇒⇒⇒⇒ oxígeno

⇒ luz

Fusarium oxysporum solo (izq)

y con Agrobacterium radiobacter

(der)

Características de un buen competidor

• Alta velocidad de crecimiento

• Adaptado a amplias condiciones ecológicas

• Tolerancia a fluctuaciones del ambiente

• Capacidad de multiplicarse a bajas concentraciones de

factores limitantes

• Pocos requerimientos en factores de crecimiento

(protótrofos con ventaja frente a auxótrofo, en ambientes

pobres)

• Movilidad

Modelo de competencia entre bacterias en medio líquido

9 A sola o en mezcla

logNº cél/ml 8

7 B creciendo sola

6

5 B creciendo con A

3 6 9 12 horas

Aportes de glucosa y nitratos en la competencia entre Agrobacterium

radiobacter y Fusarium oxysporum (diámetro micelio en cm)

Glucosa% KNO3% Fusarium solo Fusarium + Agrobacterium

0 0 2,8 1,2

0,25 2,9 1,0

0,50 3,1 0,8

2,50 2,8 2,9

1,0 0 5,5 2,1

0,25 5,2 1,9

0,50 5,4 1,9

2,50 5,4 5,0

3,0 0 5,3 1,8

0,25 5,2 1,8

0,50 5,4 2,0

2,50 5,2 5,2

Amensalismo

Liberación de sustancias químicas inhibidoras o tóxicas para otros

microorganismos. Importante en la lucha biológica, ocupación de un

ambiente

Poco específicas: ácidos, alcoholes, bases. Actúan a altas dosis

Muy específicas: toxinas, enzimas, sulfas, antibióticos, bacteriocinas

actúan a muy bajas dosis, alta toxicidad

Ejemplos:

• inhibidores inorgánicos (NO-2, CN

-, Cl- )

• inhibidores orgánicos (etanol, ácidos grasos)

• inhibidores orgánicos específicos (antibióticos)

Aislamiento de productores de antibióticos

Espectro de acción Parasitismo

• Organismo que se nutre a partir de células, tejidos o fluídos de

otro organismo (hospedero) el que generalmente es injuriado en

el proceso

• El cuerpo del hospedero se considera como un microambiente

que protege y mantiene al parásito, que en general es el más

pequeño de los integrantes.

• Puede vivir en la superficie (ectoparásito) o internamente

(endoparásito)

Hospedero final: el parásito se puede reproducir en él

intermediario: ambiente temporal

de transferencia: sirve de vehículo para llegar al último

reservorio: también puede afectar a humanos

a) Bdellovibrio bacteriovorus parasitando

una célula de Pseudomonas phaseolicola

b) Ciclo vital de Bdellovibrio

Predación

• Período de contacto generalmente corto y la presa es

muerta y digerida rápidamente.

• El predador vive, por lo general, libre y es de mayor

tamaño que la presa

⇒ hongos- nemátodos

hongos- protozoos

protozoos-bacterias

hongos-hongos

Aplicaciones de las interacciones entre

microoganismos

Control biológico de microorganismos

fitopatogenos

• Definido como la reducción en la cantidad del

inóculo del patógeno o de la actividad que

produce una enfermedad en una planta, por

acción de microorganismos o sus enzimas

Posibles modos de acción de microorganismos

promotores del crecimiento vegetal

DirectamenteCrecimiento del organismo en la rizosfera con estimulación del

crecimiento vegetal por medio de actividades como:

•mineralización

• solubilización de nutrientes

• producción de fitohormonas

Indirectamente (Control

biológico)• Competencia por nutrientes (C, N, P, Fe,), espacio, luz

• Amensalismo

• Parasitismo

• Predación

Qué es el control biológico de enfermedades

vegetales ?

•En sentido amplio: toda forma de reducción de la densidad del

inóculo de un patógeno y de la enfermedad que él produce.

• rotación de cultivos

• aradas

• empleo de variedades resistentes

• tratamiento del suelo (vapor de agua, solarización,

biocidas) que cambian la microflora del suelo.

• Inoculación con microorganismos antagonistas.

•Más acotado: introducción artificial de microflora antagonista en

el ambiente para controlar al patógeno

Características de un microorganismos para actuar

como antagonista ideal

• Ser genéticamente estable

• Ser efectivo a bajas concentraciones

• Poco exigente en requerimientos nutritivos

• Capaz de sobrevivir en condiciones ambientales adversas

• Ser eficaz contra amplio rango de patógenos

• Posible de cultivo en medios corrientes

• Mantener el efecto en el tiempo

• Que no produzca efectos secundarios

• Ser resistente a pesticidas

• No ser patógeno para el hospedero

Predación y parasitismo

Bacterias productoras

de enzimas líticas

(quitinasa, glucanasa)

hidrolizan paredes

fúngicas.

Hongos predatores de hongos, de nematodos,

etc.

Trichoderma sp. además de antibióticos

produce enzimas que lisan pared de hongos y

otros organismos

Protozoarios predatores de

bacterias patógenas

Inhibición o lisis del patógeno por productos metabólicos

del antagonista, incluyendo agentes líticos, enzimas,

toxinas, etc.

•Ejemplo

Control de Agrobacterium tumefaciens

o Agente de CB: A. radiobacter cepa 84

(agrocina)

o Método: sumergir las raíces en una solución

de A. radiobacter 84 antes de la siembra.

o Cuál será el efecto de una mutante de la cepa

84 (agrocina-)?

Antibiosis

Antibióticos y otras sustancias producidas por

bacterias del control biológico

• Pseudomonas fluorescens:

pioluteorina, pirrolnitrina

diacetilfloroglucinol, HCN, fenazina,

carboxilato, tropolone

• Pseudomonas putida WCS358,

produce sideróforos

• Pseudomonas fluorescens 2-79,

antibióticos y sideróforos

• Bacillus cereus: kanosamina,

zwittermicina

• Gliocladium virens: gliovirina,

gliotoxina,Bacteriocinas

• Agrobacterium radiobacter K84:

Agrocina 84 para el control de

Agrobacterium tumefaciens (agalla de

corona)

Penicilina

Competencia

• Competencia por recursos limitados

• nutrientes (C, N, Fe, etc.)

• sitios de infección (ej: cepas no patógenas de Fusarium

oxysporum)

•Competencia sin recursos limitantes: competencia por el agua, luz, espacio, etc.

⇒⇒⇒⇒ El caso más conocido es la competencia por el Fe

• en baja disponibilidad

• algunos microorganismos poseen alta afinidad por sistemas de

toma de hierro y lo introducen en la célula

• Involucra

� Sideróforos: ligandos que se combinan con el hierro de la

solución del suelo

� Proteínas de unión: transportan los sideróforos en la célula

Pseudomonas (seudobactinas), otros microorganismos y plantas

Competencia

Interespecífica: entre organismos de la misma especie

Intraespecífica: de diferentes especies

⇒⇒⇒⇒ Requerimientos para la competencia

• alta velocidad de crecimiento

• tolerancia a factores abióticos y fluctuaciones ambientales

• multiplicarse con concentraciones de nutrientes bajas

• eficiencia en el uso de nutrientes limitantes

• capacidad de sintetizar y almacenar sustancias de reserva

• capacidad de desplazarse (quimiostasis)

1- control “in vitro” a bajas concentraciones de Fe3+ y no

en altas

2- mayor rendimiento de cultivos en suelos privados de

Fe+3

3- agregado de pseudobactina al suelo: supresión

enfermedades por Phytium y Gaeumanomyces

4- mutantes no productoras (sid-) pierden capacidad de

supresión de patógenos en la rizosfera

⇒⇒⇒⇒ Control mediado por

sideróforos

⇒⇒⇒⇒ Efecto de pseudomonas fluorescentes en el

crecimiento de hongos

inhibición (mm)

cepa 429 cepa 374

-Fe +Fe -Fe +Fe

Botrytis cinerea 2,7 0 15,0 4,0

Cochliobolus sativus 3,8 0 9,5 4,2

C. victoria 6,0 0 4,3 1,0

Fusarium solani 0 0 0 0

Trichoderma hamatum 6,3 0 4,8 3,0

T. harzianum 6,5 0 4,6 1,3

• Los microorganismos ofrecen mayor seguridad en

relación a sustancias químicas

• No se acumulan en cadenas alimenticias

• Su persistencia y multiplicación evita repetidas

aplicaciones

• Raramente desarrollan resistencias

Ventajas del CB

Desventajas del CB

• Variabilidad genética del agente

• Experimentación larga (lab, inv. campo)

• Resultados afectado por : suelo, clima, otros m.o.