La ecología Microbiana (ó Microbiología Ambiental) es la ecología de los microorganismos: su relación entre sí y con su entorno. Se trata de los tres principales dominios de la vida, Eukaryota, Arqueas y Bacterias, además de los Virus.

Los Microorganismos, por su omnipresencia, afectan toda la biosfera. La vida microbiana juega un papel principal en la regulación de los sistemas biogeoquímicos en prácticamente todos los entornos de nuestro planeta.

Ecología Microbiana y Microbiología Ambiental 2024

Incluidos algunos de los más extremos, desde ambientes congelados y lagos ácidos hasta los respiraderos hidrotermales en el fondo de los océanos más profundos, y algunos de los más como el intestino delgado humano.

Como consecuencia de la magnitud cuantitativa de la vida microbiana, los microbios, en virtud de su biomasa sola, constituyen un importante sumidero de carbono. Además de la fijación de carbono, los procesos metabólicos colectivos clave de los microorganismos (que incluyen la fijación de nitrógeno, el metabolismo del metano y el metabolismo del azufre) controlan el ciclo biogeoquímico global.

La inmensidad de la producción de microorganismos es tal que, incluso en ausencia total de vida eucariótica, estos procesos probablemente continuarían sin cambios.

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Historia de la Ecología Microbiana

Si bien los microbios se han estudiado desde el siglo XVII, esta investigación fue desde una perspectiva principalmente fisiológica en lugar de uno ecológico. Por ejemplo, Louis Pasteur y sus discípulos estaban interesados en el problema de la distribución microbiana tanto en tierra como en el océano.

Martinus Beijerinck inventó la cultura de enriquecimiento, un método fundamental para estudiar los microbios del medio ambiente. A menudo se le atribuye incorrectamente el hecho de enmarcar la idea biogeográfica microbiana de que «todo está en todas partes, pero el medioambiente selecciona«, que fue declarado por Lourens Baas Becking.

Sergei Winogradsky fue uno de los primeros investigadores en tratar de comprender los microorganismos fuera del contexto médico, convirtiéndolo en uno de los primeros estudiantes de ecología microbiana y microbiología ambiental, descubriendo la quimiosíntesis y desarrollando la columna de Winogradsky en el proceso.

Beijerinck y Windogradsky, sin embargo, se centraron en la fisiología de los microorganismos, no en el hábitat microbiano o sus interacciones ecológicas. La ecología microbiana moderna fue lanzada por Robert Hungate y sus colegas, quienes investigaron el ecosistema del rumen.

El estudio del rumen requirió que Hungate desarrollara técnicas para cultivar microbios anaeróbicos, y también fue pionero en un enfoque cuantitativo para el estudio de los microbios y sus actividades ecológicas que diferenciaban las contribuciones relativas de las especies y las vías catabólicas.

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Roles dentro de la Ecología Microbiana

Los microorganismos son la columna vertebral de todos los ecosistemas, pero aún más en las zonas donde la fotosíntesis no puede llevarse a cabo debido a la ausencia de luz. En tales zonas, los microbios quimiosintéticos proporcionan energía y carbono a los otros organismos.

Otros microbios son descomponedores, con la capacidad de reciclar los nutrientes de los productos de desecho de otros organismos. Estos microbios juegan un papel vital en los ciclos biogeoquímicos.

El ciclo del nitrógeno, el ciclo del fósforo, el ciclo del azufre y el ciclo del carbono dependen todos de microorganismos de una forma u otra. Por ejemplo, el gas nitrógeno que compone el 78% de la atmósfera terrestre no está disponible para la mayoría de los organismos, hasta que se convierte a una forma biológicamente disponible mediante el proceso microbiano de fijación de nitrógeno.

Debido al alto nivel de transferencia horizontal de genes entre las comunidades microbianas, la ecología microbiana también es importante para los estudios de evolución.

Simbiosis en la Ecología Microbiana

Los microbios, especialmente las bacterias, a menudo participan en relaciones simbióticas (ya sean positivas o negativas) con otros microorganismos u organismos más grandes. Aunque físicamente pequeñas, las relaciones simbióticas entre los microbios son importantes en los procesos eucarióticos y su evolución.

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Los tipos de relación simbiótica en los que participan los microbios incluyen el mutualismo, el comensalismo, el parasitismo y el amensalismo, y estas relaciones afectan al ecosistema de muchas maneras.

Amensalismo

Amensalismo (también conocido comúnmente como antagonismo) es un tipo de relación simbiótica donde una especie/organismo se daña mientras que el otro permanece intacto. Un ejemplo de tal relación que tiene lugar en la ecología microbiana es entre las especies microbianas Lactobacillus casei y Pseudomonas taetrolens.

Cuando coexiste en un ambiente, Pseudomonas taetrolens muestra un crecimiento inhibido y una disminución en la producción de ácido lactobiónico (su principal producto) muy probablemente debido a los subproductos creados por Lactobacillus casei durante su producción de ácido láctico. Sin embargo, Lactobacillus casei no muestra diferencia en su comportamiento, y tal relación se puede definir como amensalismo.

Gestión de recursos microbianos

La biotecnología se puede usar junto con la ecología microbiana para abordar una serie de desafíos ambientales y económicos. Por ejemplo, las técnicas moleculares, como la toma de huellas dactilares de la comunidad, se pueden utilizar para rastrear los cambios en las comunidades microbianas a lo largo del tiempo o evaluar su biodiversidad.

La gestión del ciclo del carbono para secuestrar el dióxido de carbono y prevenir el exceso de metanogénesis es importante para mitigar el calentamiento global, y las perspectivas de la bioenergía se están expandiendo mediante el desarrollo de células de combustible microbianas. La gestión de recursos microbianos aboga por una actitud más progresiva hacia la enfermedad, mediante la cuallos agentes de control biológico son favorecidos por sobre los intentos de erradicación.

Los flujos en las comunidades microbianas deben caracterizarse mejor para que el potencial de este campo se realice. Además, también hay implicaciones clínicas, ya que las simbiosis microbianas marinas son una fuente valiosa de agentes antimicrobianos nuevos y existentes, y por lo tanto ofrecen otra línea de investigación en la carrera armamentista evolutiva de la resistencia a los antibióticos, una preocupación apremiante para los investigadores.

Microbiota humana

Los microbios existen en todas las áreas, incluidos hogares, oficinas, centros comerciales y hospitales. En 2016, la revista Microbiome publicó una colección de varios trabajos que estudian la ecología microbiana del entorno construido.

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Un estudio de 2006 de bacterias patógenas en hospitales descubrió que su capacidad de sobrevivir variaba según el tipo, con algunos sobreviviendo solo unos pocos días mientras que otros sobrevivían durante meses.

La vida útil de los microbios en el hogar varía de manera similar. En general, las bacterias y los virus requieren un ambiente húmedo con una humedad de más del 10 por ciento. E. coli puede sobrevivir durante unas pocas horas a un día. Las bacterias que forman esporas pueden sobrevivir más tiempo, sobreviviendo Staphylococcus aureus durante semanas o, en el caso de Bacillus anthracis, años.

En el hogar, las mascotas pueden ser portadoras de bacterias; por ejemplo, los reptiles son comúnmente portadores de salmonella.

S. aureus es particularmente común, y coloniza asintomáticamente alrededor del 30% de la población humana. Los intentos de descolonizar a los portadores han tenido un éxito limitado y generalmente involucran la mupirocina nasal y el lavado con clorhexidina, potencialmente junto con la vancomicina y el cotrimoxazol para tratar las infecciones del tracto intestinal y urinario.

Antimicrobianos

Algunos metales, particularmente el cobre y la plata, tienen propiedades antimicrobianas. El uso de superficies antimicrobianas de aleación de cobre y cobre es una técnica que comenzó a utilizarse en el siglo XXI para evitar la transmisión de bacterias.

Las nanopartículas de plata también han comenzado a incorporarse a las superficies y telas de construcción, aunque se han expresado preocupaciones sobre los posibles efectos secundarios de las pequeñas partículas en la salud humana.

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