Efecto de las vesículas de membrana (MVs) en la motilidad de bacterias quimiolitoautótrofas.

Abstract

Los suelos sulfatados ácidos (ASS) son suelos altamente ácidos y ricos en sulfatos, estos representan una amenaza ambiental y para la salud humana debido a la producción de ácido y liberación de metales, los contaminan no solo los suelos, sino que también aguas subterráneas. Los ASS se pueden encontrar en zonas costeras como en arroyos, ríos y estuarios, en donde se les conoce como suelos sulfatados ácidos costeros (CASS), ocasionando enfermedades y mortandad en peces. La formación de ASS y CASS ocurre cuando los sulfuros metálicos presentes en los suelos entran en contacto con el aire y se oxidan, liberando los iones metálicos y produciendo ácido sulfúrico. Este fenómeno es catalizado por el metabolismo bacteriano quimiolitoautótrofo de bacterias azufre-oxidantes, las que obtienen energía mediante la oxidación de distintos compuestos azufrados. Las bacterias del género Acidithiobacillus (los acidithiobacilli) participan particularmente en la oxidación de sulfuros metálicos. Se ha reconocido que la colonización de las superficies del sustrato por parte de estas bacterias se relaciona directamente con la oxidación del mineral y con la producción de ácido. Una manera de colonizar la superficie del sustrato es la formación de biopelículas, lo que implica la producción de una matriz extracelular. Las vesículas de membrana (MVs), son estructuras esféricas compuestas por lípidos y proteínas que se forman a partir de la membrana celular de las bacterias. Recientemente, se han encontrado MVs, en las biopelículas de las bacterias del género Acidithiobacillus, y su rol está siendo investigado actualmente. Otra forma de colonización bacteriana de superficie es la motilidad tipo swarming, la que depende de la presencia de flagelo y permite el desplazamiento multicelular coordinado sobre medios semisólidos. No obstante, el swarming de los acidithiobacilli es prácticamente desconocido hoy en día, así como también lo es el efecto de las MVs sobre este tipo de colonización de superficies. En esta tesis, se construyó un medio semisólido adecuado y se demostró que las especies de Acidithiobacillus (A. caldus, A. albertensis y A. thiooxidans) son capaces de moverse mediante swarming sobre él. Se observó que diferentes inóculos producen distintos patrones de swarming. Además, se evaluó el efecto de las MVs obtenidas de A. caldus en el swarming de estas 3 especies. A través de un análisis estadístico, se comparó la colonización de las poblaciones inoculadas con y sin MVs y se observó que las MVs aumentaron la coordinación y velocidad de movimiento de las células de A. caldus solo en uno de los 3 fenotipos de swarming mostrado por esta especie. Estos hallazgos son relevantes ya que proporcionan la primera evidencia del efecto de las MVs bacterianas en la motilidad swarming, lo que podría ser importante para la comprensión de la colonización bacteriana y la comunicación intercelular. Finalmente, se propone que este efecto pudiese ser debido a la entrega de proteínas flagelares desde las MVs hacia las células receptoras.

Sulfate Acid Soils (ASS) are highly acidic and sulfate-rich soils that represent an environmental and human health threat due to the production of acid and release of metals, which contaminates not only the soils but also groundwater. ASS can be found in coastal areas such as streams, rivers, and estuaries, where they are known as Coastal Acid Sulfate Soils (CASS), causing diseases and fish mortality. The formation of ASS and CASS occurs when metallic sulfides present in soils come into contact with air and oxidize, releasing metal ions and producing sulfuric acid. This phenomenon is catalyzed by the chemolithoautotrophic bacterial metabolism of sulfur-oxidizing bacteria, which obtain energy by oxidizing various sulfur compounds. Bacteria belonging to Acidithiobacillus genus (acidithiobacilli) participate particularly in the oxidation of metallic sulfides. It has been recognized that the colonization of the substrate surfaces by these bacteria is directly related to the mineral oxidation and acid production. One way to colonize the substrate surface is by forming biofilms, which involve the production of an extracellular matrix. Membrane vesicles (MVs) are spherical structures composed of lipids and proteins that form from the cell membrane of bacteria. Recently, MVs have been found in the biofilms of Acidithiobacillus bacteria, and their role is currently being investigated. Another way of bacterial surface colonization is swarming motility, which depends on the presence of flagella and allows coordinated multicellular movement on semi-solid media. However, the swarming of acidithiobacilli is practically unknown today, as is the effect of MVs on this type of surface colonization. In this thesis, a suitable semi-solid medium was constructed, and it was demonstrated that Acidithiobacillus species A. caldus, A. albertensis, and A. thiooxidans are capable of swarming on it. It was observed that different inocula produce different swarming patterns. In addition, the effect of MVs obtained from A. caldus on the swarming of these three species was evaluated. Through statistical analysis, the colonization of inoculated populations with and without MVs was compared, and it was observed that MVs increased the coordination and speed of movement of A. caldus cells only in one of the three swarming phenotypes shown by this specie. These findings are relevant because they provide the first evidence of the effect of bacterial MVs on swarming motility, which could be important for understanding bacterial colonization and intercellular communication. Finally, it is proposed that this effect may be due to the delivery of flagellar proteins from MVs to recipient cells.