La dinámica social entre microorganismos marinos se relaciona con la producción de sideróforos

Una estrategia común entre los microorganismos que viven en ambientes con disponibilidad de hierro limitada, es la secreción de sideróforos, los cuales pueden unirse al hierro poco soluble y ponerlo a disposición de las células a través de mecanismos de transporte activo.

Tales complejos sideróforos-hierro pueden considerarse como bienes públicos, ya que pueden ser explotados por las comunidades locales e impulsar la diversificación, por ejemplo, mediante la evolución del «engaño». Sin embargo, no está claro si las poblaciones bacterianas son lo suficientemente estables como para que las interacciones sociales impacten significativamente la dinámica evolutiva.  Por esta razón, este trabajo se centró en demostrar que la buena dinámica pública favorece la evolución de las estrategias de adquisición de hierro en poblaciones silvestres de bacterias marinas. Para ello se analizaron alrededor de 1700 genotipos de la familia de bacterias.

Vibrionaceae altamente relacionados y 61 fenotipos del microorganismo marino. Se hizo una correlación entre los productores de sideróforos, consumidores de sideróforos y los rasgos de tamaño de partícula presente en el océano para proporcionar una perspectiva ambiental sobre cómo la interacción entre los fenómenos ecológicos y evolutivos influye en las estrategias de adquisición de hierro.

La inspección de los genomas mostró que los no productores han sufrido una pérdida selectiva de genes de biosíntesis pero han retenido los relacionados a receptores específicos,lo cual es consistente con el modelo canónico de un organismo “tramposo”. Los microorganismos tramposos disminuyeron su crecimiento cuando fueron colocados en medios pobres en hierro. Por el contrario, el crecimiento de los productores fue similar en los medios ricos en hierro y pobres en hierro. Además, al suplementar los medios pobres en hierro con sideróforos puros, los supuestos tramposos pudieron mejorar su crecimiento.

El análisis filogenético muestra que aunque las poblaciones conservan una frecuencia intermedia de productores, las transiciones ocurren con frecuencia a lo largo de linajes individuales, de modo que los productores y tramposos coexisten en un equilibrio dinámico en el que la producción de bienes públicos es estable a nivel de población pero no a nivel individual.

Finalmente, los datos indicaron que el microentorno marino influye en las interacciones del bien público de manera predecible, en este caso, el tamaño de las partículas influye en la frecuencia de los tramposos a través de su efecto en la dinámica de la población.

La perspectiva de este estudio es interesante ya que resalta la importancia de describir los fenómenos poblacionales, para interpretar los mecanismos que generan y sostienen la enorme diversidad genética observada en las poblaciones de bacterias silvestres.

Figura 3. Los ensayos de crecimiento confirman las predicciones bioinformáticas de la biosíntesis y consumo de sideróforos. (A y B) Crecimiento de las cepas productoras en medios basados en M9 (Fe +) y en medios suplementados con EDDA (quelante de Fe). Ambas cepas productoras de sideróforos son insensibles a la adición de EDDA. (C y D)  Los no productores sufrieron un efecto apreciable cuando crecieron en medio deficiente de Fe. Este efecto se contrarrestó mediante la adición de la correspondiente aerobactina siderófora o vibrioferrina.

Referencia:

• Cordero, O. X., Ventouras, L. A., DeLong, E. F., & Polz, M. F. (2012). Public good dynamics drive evolution of iron acquisition strategies in natural bacterioplankton populations. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(49), 20059-20064.