Microbiologa ambiental

Instituto Nacional de Ecologa (INE-SEMARNAT)

Perifrico sur 5000. Col. Insurgentes Cuicuilco, C.P. 04530. Mxico, D.F.

Internet: www.ine.gob.mx

COORDINACIN EDITORIAL Y TIPOGRAFA: Ral Marc del Pont Lalli

DISEO DE LA PORTADA: lvaro Figueroa

FOTO DE LA PORTADA: Alejandro Martnez

CORRECCIN DE ESTILO: Eduardo Chagoya Medina

Foto de la portada: gota de agua con ciliados en biparticin,

eugenelas y numerosas bacterias (bacilos). Tomadas en contraste de

fases con ltro azul y ayuda de microash a 1/2,000 seg. Aumentos 336 x.

ISBN: 968-817-707-5

Impreso y hecho en Mxico

D.R.

Primera edicin: noviembre de 2004

Microbiologa ambiental

Secretara de Medio Ambiente y Recursos naturalesInstituto Nacional de Ecologa

Programa Universitario del Medio Ambiente-UNAM

Irma Rosas, Alejandro Cravioto y Exequiel Ezcurra(compiladores)

NDICE

Agradecimientos 8

Prlogo 9Jos Sarukhn

Introduccin 13Irma Rosas, Alejandro Cravioto y Exequiel Ezcurra

Bacterias en la atmsfera 15Irma Rosas, Eva Salinas, Leticia Martnez, Carlos Eslava y Alejandro Cravioto

Vibrio cholerae: una bacteria ambiental con diferentes tipos de vida 47Carlos Eslava, Irma Rosas, Martha Solano, Gabriela Delgado,Maritoa Ramrez, Jorge Villaseca y Alejandro Cravioto

la ecologa de las amibas patgenas de vida libre 67en ambientes acuticosPatricia Bonilla, Elizabeth Ramrez, Ricardo Ortz y Carlos Eslava

Cianobacterias, microorganismos del fitoplancton 83 y su relacin con la salud humanaPedro Ramrez, Evaristo Martnez, Mara Dolores Martnez y Carlos Eslava

La ecologa microbiana: una nueva ciencia 107para un nuevo siglo Valeria Souza, Ana Escalante, Ana Noguez, Laura Espinosa-Asuar, Ren Cerritos y Luis Eguiarte

AGRADECIMIENTOS

Los compiladores de esta obra desean agradecerle la revisin y la asesora tcnica al Programa Universitario de Medio Ambiente (PUMA) de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico (UNAM) y a la Srta. ngeles Prado.

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SOMOS PRODUCTO DE LA DIVERSIDAD. Todos nosotros. Nuestra especie y las ms de un milln setecientas cincuenta mil que han sido nombradas y depositadas en mu-

seos y herbarios de todo el mundo por taxnomos especialistas en muy diferentes

grupos. Nuestras miles de culturas y lenguas diferentes tambin son producto de la

diversidad, lo mismo que nuestro desarrollo cultural, lo que actualmente llamamos

nuestra civilizacin, con todos sus claroscuros.

A pesar de lo anterior, somos enormemente ignorantes de esa diversidad de la

que provenimos. No solo eso, sino que en ocasiones parece que estamos empea-

dos en despreciarla y aun borrarla. Algunos ejemplos para ilustrar lo anterior: seis

millones de hectreas de zonas ridas se desertican cada ao. Las selvas tropicales

se pierden a una velocidad de 30 hectreas por minuto. Existen ya cerca de 50

zonas muertas en los ocanos por causa de la eutrozacin originada por el uso

ineciente de fertilizantes. Se introduce ms nitrgeno en los sistemas terrestres

por intervencin humana que el que se ja naturalmente, y casi la mitad del mismo

se pierde por lixiviacin. Ms de dos terceras partes de las pesqueras comerciales

estn agotadas y 90% de los grandes depredadores marinos han desaparecido.

No lo hemos hecho mucho mejor en lo que se reere al conocimiento y la con-

servacin de las diferencias culturales que se ha desarrollado en cada una de las

regiones de la Tierra. Ao con ao se pierden, por un complejo de circunstancias

derivadas de la forma en que nos hemos desarrollado, cientos de lenguas que ya no

sern habladas nunca ms. No ser difcil que nuestra era, como otras geolgicas,

sea conocida por un epteto que la distinga: el del Homogeoceno, es decir, la era de

la aniquilacin de la diversidad y de la homogeneizacin biolgica y cultural del

planeta producida por las actividades humanas.

Ese milln setecientas cincuenta mil especies conocidas hasta la fecha represen-

PRLOGO

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otan, dependiendo del especialista, entre el 15 y el 5% de todas las especies que se

calcula existen en el mundo. En otras palabras, desconocemos, por lo menos por un

orden de magnitud, la dimensin de la diversidad biolgica que existe en la Tierra

y de la que somos producto.

En contraste, hemos mostrado una destreza asombrosa en otras reas del

conocimiento humano. Por un lado, podemos calcular con precisin apabullante

la trayectoria, composicin y edad de objetos celestes que ni siquiera vemos a

simple vista; por otro, hemos penetrado hasta los ms reducidos espacios de la

materia al estudiar su estructura, y hemos descifrado los cdigos ms ntimos de

la regulacin de nuestros procesos hereditarios. Paradjicamente, quiz porque se

encuentra situado entre lo ultramicroscpico y las escalas inmensas del universo,

hemos abandonado el esfuerzo por incrementar nuestro conocimiento del mundo

biolgico que nos rodea y sin el cual no podemos vivir. No solamente no sabemos

con razonable aproximacin cuntas especies conviven con nosotros en la Tierra,

sino que ignoramos las funciones que desempean en la trama de la vida y ni

siquiera para la enorme mayora de ellas, desde el enfoque ms antropocntrico

y utilitario, sabemos si pueden o no resultar tiles para satisfacer las mltiples

necesidades de las sociedades.

Por ello, resulta muy graticante atestiguar el nacimiento de obras como la pre-

sente que enfocan su inters en el conocimiento de uno de los grupos biolgicos

menos estudiados: el de las bacterias y algunos otros microorganismos unicelulares.

Otra vez, con un error de un orden de magnitud, se calcula que existen en nuestro

planeta entre cien mil y un milln de especies de este grupo. Obviamente la dicultad

de su observacin y el enorme reto que representa la denicin de lo que en este

caso es una entidad taxonmica (especie) han contribuido al lento avance de su

conocimiento. Esto es en especial grave debido al enorme papel que este grupo

juega en los procesos vitales de los sistemas ecolgicos y biolgicos en la Tierra y a

que representan los tabiques biolgicos bsicos de la construccin de los sistemas

vivos, incluyndonos a los seres humanos. Su importancia e inters ciertamente va

mucho ms all del comn de la gente les asigna en lo que se reere a los proble-

mas de salud humana, los cuales, desde luego, no son de manera alguna nimios.

Baste recordar enfermedades tan serias como la tuberculosis, el clera (tratado en

un captulo especialmente por el Dr. Carlos Eslava y colaboradores) la difteria, las

disenteras o el tifo.

No es aventurado armar que toda una nueva biologa est a la espera de ser

descubierta en estos organismos, que funcionan por rutas metablicas y mecanismos

ecolgicos, siolgicos, y probablemente evolutivos, que podran ser harto diferentes

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de los que conocemos para la mayor parte de los organismos superiores. Como grupo,

las bacterias representan los seres vivos ms antiguos, habindoseles encontrado en

estratos geolgicos de hace tres mil quinientos millones de aos. El rango de hbitats

en los que pueden vivir es el ms amplio de cualquier otro grupo de organismos

(como el artculo de la Dra. Valeria Souza y colaboradores lo ilustra ampliamente),

desde profundidades de ms de 400 m en el hielo de la Antrtida hasta tempera-

turas cercanas a los 80 C en giseres. Su papel en los procesos ecolgicos es en

extremo importante (un ejemplo de ello lo constituye el interesante captulo sobre

cianobacterias del Dr. Pedro Ramrez y colaboradores): como jadores de CO2 y

mantenedores del balance de carbono en la biosfera; como descomponedores de

materia orgnica y el consecuente reciclado de nutrientes, especialmente impor-

tante en suelos agrcolas, los cuales pueden contener, en un solo gramo, cerca de

2,500 millones de bacterias; lo anterior como una adicin a su fundamental papel

como jadores de nitrgeno, no solamente en los suelos agrcolas sino en todos

los ecosistemas terrestres.

Hay que felicitar la idea y el esfuerzo de estructurar un libro cuyos captulos

tocan una variedad de temas relacionados con las bacterias y algunos otros mi-

croorganismos, como es el caso del captulo escrito por la Dra. Patricia Bonilla y

colaboradores sobre amibas de vida libre. La obra nace en un terreno que no es

particularmente frtil en ejemplos como el presente. Se trata de una iniciativa muy

til para enriquecer la cultura biolgica de nuestro pas, dado que est escrito para

un pblico no necesariamente especialista en los temas, y es en especial til para

aquellos lectores cuyo acceso a obras en lenguas extranjeras est limitado. Es de re-

marcarse que la mayora de los autores son acadmicos de diversas dependencias de

la Universidad Nacional Autnoma de Mxico, aspecto que subraya el papel central

de esta institucin en la investigacin cientca y en la difusin del conocimiento

a la sociedad en general. Hay que desear que el cometido educativo e informativo

del libro se logre de la mejor forma; ser el mejor obsequio a los esfuerzos de los

autores y editores de este trabajo.

Jos Sarukhn

INSTITUTO DE ECOLOGA, UNAM

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Nos maravilla el conocimiento que hoy tenemos sobre la gran diversidad microbiana. Sin embargo, poco se habla de ello, a pesar de su enorme impor-tancia.

El gran espectro metablico existente entre los distintos microorganismos, los capacita para colonizar cualquier ambiente por inhspito que parezca, de tal forma que su presencia nos asegura que la energa entra al ecosistemal ya sea a travs de la fotosntesis o del ciclo del detritus.

Es por ello que cuando hablamos de la evolucin del planeta, de las ciencias ambientales, de la biotecnologa ambiental, de la ecologa funcional, del cambio climtico o de la generacin de gases de efecto invernadero, invariablemente el tema central son los microorganismos, principalmente los procariontes.

Abordar el tema de la microbiologa ambiental resulta largo y complejo, pero seleccionando algunos ejemplos es posible dar una idea clara de la importancia de conocer la interaccin entre los parmetros ambientales y los microorganismos. Su presencia en la atmsfera, sin ser esencialmente un hbitat para ellos, implica dispersin a cortas o largas distancias y colonizacin de sustratos diferentes al de su fuente de origen, en donde pueden actuar en procesos fsicos atmosfricos, como topatgenos, alergenos, colonizadores primarios, etc.

Su interaccin con los parmetros ambientales es de gran importancia ya que estos seleccionarn aquellos microorganismos que presenten ciertas habilidades para soportar la prdida de agua y los efectos de la radiacin ul-travioleta, entre otros.

Al tratarse el tema de Vibrio cholera, una bacteria de vida libre, hetertrofa, de gran importancia en ecosistemas acuticos salobres y marinos, se resalta el hecho de ser potencialmente patgena y generalmente la relacionamos solo con daos a la salud. Olvidamos su gran versatilidad y centramos nuestra atencin en los parmetros ambientales que han estado asociados a eventos epidmicos.

INTRODUCCIN

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oLas cianobacterias, organismos extraordinarios que forman parte del

plancton, bentos y periton, y por lo tanto, de la produccin primaria de los sistema acutico, llevan a cabo fotosntesis y jacin de nitrgeno, son capaces de sobrevivir en situaciones desfavorables para otros microorganismos llegando a constituir grandes poblaciones, por lo que la ingestin del agua en estas con-diciones representa un riesgo de salud debido a la produccin de toxinas.

Entre los protozoarios, que resultan un importante eslabn en la cadena alimentaria, reguladores de las poblaciones bacterianas, se encuentran micro-organimos de vida libre que pueden actuar como patgenos oportunistas, y cuya interaccin con los parmetros ambientales determina en gran parte el riesgo que implica su ingestin, contacto o inhalacin.

La gran diversidad fenotpica de los microorganismos encuentra su respuesta en su exploracin genmica y en el conocimiento de los distintos mecanismos de recombinacin gentica. Todo ello nos permite describir la estructura y funcin de las comunidades microbianas, de gran importancia en el estudio de los diversos ecosistemas o como agentes etiolgicos de diversas enfermedades.

Por lo anterior, se considera importante realizar estudios sobre el impacto en la estructura y funcin de las comunidades microbianas de vida libre por el continuo intercambio de microorganismos entre hospedero-ambiente (en gran parte propiciado por los seres humanos), todo ello de gran inters tanto ecolgico como mdico.

Irma Rosas, Alejandro Cravioto y Exequiel Ezcurra

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BACTERIAS EN LA ATMSFERAIrma Rosas, Eva Salinas, Leticia Martnez, Carlos Eslavay Alejandro Cravioto

1. INTRODUCCIN

Una gran variedad de organismos que cambian su localizacin geogrca durante su ciclo de vida, lo hacen a travs de la atmsfera. Por tal motivo, las partculas biolgicas estn siempre presentes en dicho ambiente, aunque su nmero y viabilidad cambien con las horas del da, las condiciones del tiempo, las estaciones del ao y su ubicacin geogrca. El tamao de la biota que uye en la atmsfera vara desde micrmetros, como en el caso de virus, bacterias, esporas y polen, hasta milmetros, como las semillas y los insectos sin alas. Se pueden encontrar cerca del suelo o a grandes alturas, pero su presencia mas all de la tropsfera no se ha determinado con precisin.

La aerobiologa es una disciplina relativamente nueva, surgida alrededor de 1930 y que se encarga de estudiar el aerotransporte pasivo de los microor-ganismos, su identicacin, comportamiento, movimientos y supervivencia, conjuntando los conocimientos de la microbiologa, la meteorologa, la fsica de los aerosoles y la qumica atmosfrica.

La atmsfera en general no se considera un hbitat de los microorganis-mos, ya que slo algunos de ellos son capaces de reproducirse all.1 Durante su transporte bajan su tasa metablica y se recuperan hasta que se impactan sobre un organismo o un medio con las condiciones ptimas para crecer o infectar. Sin embargo, su presencia en la atmsfera tiene gran relevancia desde el punto de vista ecolgico, por el grado de dispersin que pueden adquirir y que difcilmente lograran, siendo su hbitat primario terrestre o acutico.2 Considerando la fsica atmosfrica, las aerobacterias se asocian con los ncleos de condensacin, los ncleos de congelacin y con su enriquecimiento por efecto de la niebla.3,4

Los estudios aerobiolgicos se iniciaron como resultado de un inters epi-demiolgico, para tratar patgenos de animales, plantas o del hombre. Recien-

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ltemente este tipo de investigaciones se han incrementado en el rea agrcola, incluyendo plaguicidas microbianos, actividades de composteo y dao por he-ladas, entre otros. Asimismo, en zonas urbanas se ha registrado la introduccin de microorganismos a la atmsfera asociada a la turbulencia vehicular y a la gran densidad poblacional, lo que ha dado lugar a un campo de estudio especco. Actualmente, en respuesta a la problemtica del terrorismo, se ha desarrollado infraestructura para la deteccin y dispersin de armas biolgicas.

La mayora de las bacterias que entran a la atmsfera provienen de fuentes naturales como la vegetacin, el suelo y los cuerpos de agua, y en menor pro-porcin de las actividades antropognicas; su supervivencia y distribucin estn moduladas por factores biolgicos, meteorolgicos (como el viento, la radiacin solar, la temperatura, la humedad relativa) y por la qumica atmosfrica.

Su presencia en la atmsfera ha sido demostrada por su crecimiento en me-dios de cultivo (denominndose cultivables); sin embargo, se considera que esto representa slo una pequea fraccin de la poblacin que llega a la atmsfera, de forma tal que la mayora podra estar muerta o encontrarse en forma viable no cultivable.

2. LA ATMSFERA COMO PARTE DEL HBITAT

El continuo intercambio entre agua, aire y suelo nos obliga a incluir a la atmsfera como parte del hbitat de los organismos y a descubrir en ella diversos factores que determinan su distribucin, en donde la dispersin juega un papel muy importante. Es un hecho que slo para ciertos organismos la atmsfera ser eciente, y para otros resultar un medio hostil en el cual slo algunos podrn soportar la presin, por lo que se le considera un medio selectivo.

Por las dimensiones de este uido de gases y partculas que rodea a la super-cie terrestre, es necesario describir a la atmsfera considerando sus diferentes capas cuya altura esta relacionada con la temperatura, la presin baromtrica y la densidad del aire.

A la tropsfera o atmsfera baja (que comprende los primeros diez kilme-tros), por su cercana a los ecosistemas terrestres y acuticos, llegarn las diversas partculas biolgicas en sus formas esporuladas o vegetativas, por mecanismos activos o pasivos; se distribuirn vertical y horizontalmente, dependiendo de la energa disponible (viento, corrientes de conveccin, remolinos locales, etc.) lo que les proporcionar otacin y movimiento.

En esta atmsfera baja encontraremos diversas capas asociadas a las condicio-nes del tiempo, como noches claras, das nublados o soleados. As la capa lmite laminar podr tener una altura que va de pocos centmetros hasta alcanzar varios metros; una vez que las partculas biolgicas entran a la capa de los remolinos

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locales y a la capa turbulenta, podrn llegar a zonas cuyas barreras geogrcas no lo permiten.

En las noches la condicin isoterma o la inversin trmica determinarn la estabilidad de la atmsfera, de tal forma que las partculas introducidas a la troposfera permanecern en algunas ocasiones cerca del suelo (gura 1).

Es importante considerar que las dimensiones y la dinmica en cada capa atmosfrica dependern en parte de la orografa, del tipo de suelo y dosel del lugar; es por ello que se habla de lo contrastante entre el comportamiento de una atmsfera urbana respecto de una rural (gura 2). Para el caso de las concentra-ciones de aerobacterias registradas durante el da se reporta: urbana> bosques> rural> zona costera.

Figura. 1. Las capas de la atmsfera y la dispersin de las partculas biolgicas

Fuente: 5.

Estratosfera

TroposferaCapa de conveccin

Capa de mezcla

Capa lmite turbulenta

Capa lmite laminar

Cumulus

Aire ca-

Noche despejada

Condiciones estables

Capa lmi-te laminar

Da soleado

Velocidad del vientoen aumento

Da nublado

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lEste enriquecimiento de partculas biolgicas en la zona urbana est asocia-

do a diversas fuentes antropognicas, pero principalmente a la contaminacin del suelo aunado a la turbulencia, que facilita la introduccin de partculas a la atmsfera a diferentes alturas.

3. LAS FUENTES DE LAS AEROBACTERIAS

A la atmsfera se pueden introducir una gran variedad de partculas de origen biol-gico, como granos de polen, esporas fngicas, bacterias, algas, protozoarios, insectos y, ocasionalmente, virus. En general, las partculas predominan en las partes bajas de la atmsfera cerca de las fuentes locales de generacin. Sin embargo, algunas esporas de hongos y bacterias pigmentadas se han recuperado a 48-77 km de altura.6

Las bacterias constituyen uno de los grupos ms abundantes en el ambiente. En condiciones naturales se les encuentra en el suelo, el agua, y las plantas, prin-cipalmente como organismos saprobios. Debido a que carecen de mecanismos

Figura 2. Comparacin de las diversas capas atmosfricas en una zona urbana y una rural

Siglas: CLP (capa lmite planetaria), CLU (capa lmite urbana), CLR (capa lmite rural), CDU (capa del dosel urbano).

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activos de liberacin, son introducidas a la atmsfera por procesos mecnicos, directamente por la accin del viento y la lluvia sobre el suelo, los cuerpos de agua y la supercie de las hojas, e indirectamente por la accin de las olas y la formacin de burbujas sobre los sistemas acuticos.

Las actividades antropognicas, como el trco vehicular, las plantas de trata-miento de aguas residuales, los centros de manejo de desechos slidos, el movi-miento de los animales en suelos expuestos, las prcticas agrcolas y la manipulacin de composta7, 8, 9 entre otros, liberan una gran cantidad de bacterias a la atmsfera, produciendo la contaminacin de las reas circundantes (cuadro 1).

Las bacterias suspendidas en la atmsfera generalmente se encuentran asocia-das a partculas, por lo que su concentracin aumenta durante la poca de secas, debido al transporte convectivo de las partculas provenientes de las supercies secas. Durante la poca de lluvias su nmero disminuye signicativamente debido al lavado de la atmsfera.10

Las plantas, al ser un hbitat natural de muchos microorganismos (saprobios o patgenos), entre los que se incluyen las bacterias, contribuyen de manera im-

Cuadro 1. Fuentes naturales y antropognicas que contribuyen a incrementar la concentracin de bacterias a la atmsfera

Fuente Concentracin (UFC m-3) Naturales

Costa ND 560 Bosques 385 1.2x103 Pastizales 127 587 Matorral desrtico 2 283

Antropognicas

Zona urbana 539 7.2x103 Calles transitadas 100 13x103 Parques 100 2.5x103 Estacin de transferencia de basura 350 14x103 Planta recicladora de basura 1.1x103 2.8x107 Planta de composteo 1x103 11x106 Planta de tratamiento de aguas residuales 1x102 2x105 Zona rural 202 3.4x103 Campo agrcola 46 6.5x103 Empacadora de algodn 3.3x106 19x106

UFC: Unidades formadoras de colonias. ND: No detectable.

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lportante a incrementar el nmero de stas suspendidas en el aire, por la accin del viento y de la lluvia, as como por el roce entre las mismas hojas.11 Durante la poca hmeda del ao la vegetacin puede liberar una mayor carga bacteriana a la atmsfera que el suelo.

La supercie de los vegetales se considera un sistema abierto, en continuo intercambio con la atmsfera. Este hbitat areo, cercano a la supercie de las plantas y con el que se mantiene cierta relacin, se conoce con el nombre de losfera, y sus habitantes son llamados eptos.12 En gran parte el inters por el estudio de la losfera se deriva de la necesidad de conocer el comportamiento (dispersin, colonizacin, sobrevivencia y patogenicidad), as como el control de los topatgenos, que son abundantes en este ambiente.

La comunidad bacteriana que compone la losfera es muy amplia y en realidad se conoce muy poco acerca del nmero y especies que la integran, debido a que mu-chos de sus miembros se encuentran dentro del grupo de organismos no cultivables. Recientemente se han desarrollado tcnicas moleculares para tratar de conocer la identidad de los miembros que integran a la comunidad de bacterias eptas. Entre stas se presenta una alta tasa de transferencia de plsmidos, a la vez que la abun-dancia de fagos encontrados sobre las plantas sugiere que la transduccin tambin puede prevalecer. Por otra parte, la supercie de las hojas se considera como un medio de colonizacin hostil para las bacterias, debido a los frecuentes cambios en la disponibilidad de agua, incidencia de la radiacin y baja disponibilidad de nutri-mentos, por lo que dichas cepas pueden servir como fuente de genes que codiquen para tolerar condiciones de estrs. Esto sugiere que la supercie de las hojas puede considerarse un rea importante para la diseminacin horizontal de genes y por lo tanto un sustento para la diversicacin microbiana.12

Por otra parte, los animales y el hombre tambin constituyen una fuente im-portante de bacterias patgenas. Las bacterias contenidas en la saliva se liberan a la atmsfera al hablar, toser y estornudar; la descamacin de la piel y el cabello es una fuente constante de generacin de virus, bacterias y hongos; las heces de animales y humanos pueden contaminar el suelo con microorganismos potencial-mente patgenos, y existe la posibilidad de que sean suspendidos posteriormente en la atmsfera. En diversas muestras de polvo urbano y casero de la Ciudad de Mxico (datos no publicados) se ha aislado la bacteria Escherichia coli, indicadora de contaminacin fecal, y que constituye el 40% del total de bacterias coliformes aisladas en el polvo,13 lo que indica un riesgo potencial de contaminacin por sta y otras bacterias patgenas, as como por virus o parsitos.

Se reconoce que las bacterias estn presentes en la atmsfera de ambientes extramuros, y que su inhalacin representa un riesgo para la salud, ya sea en su forma vegetativa o parte de sus compuestos estructurales denominados com-puestos biognicos, como son los lipopolisacridos de la membrana externa de las bacterias Gram negativas y los cidos teicoicos de las Gram positivas.

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4. MUESTREADORES

Existen diferentes tipos de muestreadores para colectar las partculas suspendidas en la atmsfera as como para determinar su distribucin por tamao. Algunos se han diseados para el muestreo de polvo o partculas no viables, mientras que otros se usan exclusivamente para la colecta de bioaerosoles o microorga-nismos. A continuacin se describirn algunos de los muestreadores cuyo uso es ms frecuente en el rea de la aerobiologa para el aislamiento de bacterias.

IMPACTADORES

El principio de colecta por impactacin se basa en la tendencia de una partcula a desviarse del ujo de aire debido a la inercia, cuando la corriente de aire se curva al pasar por una supercie slida o semislida. Las partculas se separan de la corriente de aire y se impactan sobre la supercie.

Impactador de cascada

Dentro de esta clase de muestreadores el ms usado en los estudios aerobiolgicos es el impactador para partculas viables Andersen (Graseby, Atlanta, GA.). Este equipo est constituido por una serie de seis placas de aluminio, cada una con 400 oricios cuyo dimetro disminuye sucesivamente, por lo que la velocidad del aire se incrementa de una etapa a la siguiente. Succiona un ujo de aire de 28.3 L min.-1 (1 pie3) por medio de una bomba de vaco. Las partculas que son acarreadas en la corriente de aire, con un dimetro aerodinmico entre >15 a 1 m, son separadas por su tamao en seis fracciones al pasar por las placas per-foradas. Las partculas de una masa mayor son depositadas en la etapa superior, mientras que las partculas ms pequeas, capaces de mantenerse en el ujo de aire a baja velocidad, son transportadas sucesivamente a mayor velocidad y se impactan sobre la supercie de colecta de las siguientes etapas.14 Bajo cada placa se coloca una caja Petri con agar, en cuya supercie se desarrollarn las partculas viables (gura 3).

Existe una versin del impactador de cascada Andersen de dos etapas, cada una con 200 oricios. Al igual que el muestreador anterior, succiona un ujo de aire de 28.3 L min-1 y las partculas son separadas en las fracciones respirable y no-respirable. La etapa superior corresponde a las placas 1 y 2 del muestreador de seis etapas y la inferior a las etapas 3 a 6 (gura 3).

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lFigura 3. Muestreadores de cascada Andersen de dos y seis etapas

Muestreadores de una etapa

Existen diferentes modelos de muestreadores de una etapa. El muestreador porttil Burkard (Rickmansworth, England) colecta las partculas suspendidas con un ujo de aire de 10 L min.-1 a travs de una placa perforada con 100 oricios. Se recomienda el uso de este equipo para la colecta de partculas < 5 m de dimetro, con una eciencia > 95%. El muestreador N6-Andersen, el cual es una adaptacin del equipo de seis etapas, slo usa la sexta etapa del muestreador. El uso de los impactadores de una etapa es ms econmico en trminos del nmero de placas de agar requeridas y del tiempo empleado en el procesamiento de las muestras; sin embargo, presenta la desventaja de no fraccionar la muestra por tamaos.

Impactadores en lquido (Impingers)

En este equipo de muestreo el aire succionado con una bomba de vaco se colecta directamente sobre un medio lquido. La mayora de los impingers estn hechos de vidrio Pyrex, con una sola cmara de colecta y un conducto para la succin del aire, el cual cuenta con un oricio crtico que determina la velocidad del ujo de aire.

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Uno de los modelos es el AGI-30 (all-glass impinger), en el cual el ujo de aire llega a 30 mm de la base del muestreador. Esto incrementa la eciencia del muestreo de partculas viables, ya que reduce la velocidad a la que son impactadas y disminuye el dao causado por el contacto con la base del muestreador. Este equipo funciona con un ujo de aire de 12.5 L min-1 y generalmente se usan 20 mL de medio de colecta. La ventaja de este muestreador es que se puede realizar una serie de diluciones del lquido de colecta cuando la concentracin de mi-croorganismos es muy alta.

El empleo de este tipo de equipo no se ha reducido nicamente a la colecta de partculas fngicas y bacterias suspendidas en el aire, se ha empleado exito-samente en la colecta de algas, amibas de vida libre,15 virus y recientemente se ha utilizado el lquido de colecta en la deteccin de diversos microorganismos por medio de la tcnica de la reaccin en cadena de la polimerasa (PCR).16 El mtodo de PCR es rpido y sensible, por lo que puede ser usado como una alternativa para la evaluacin de la calidad del aire.

Impingers con fraccionamiento de tamao

En 1960 May dise un muestreador que combina las ventajas de colectar las partculas suspendidas dentro de un medio lquido, con la de fraccionar las partculas por su tamao.17 Este muestreador es conocido como MSLI (multis-tage all glass liquid impinger) y se presenta en tres tamaos que colectan 55, 20 y 10 L min-1 por medio de una bomba de vaco. Las partculas suspendidas en la corriente de aire se separan en tres fracciones, que corresponden por su tamao, a la depositacin en la regin extra-torcica, bronquial y alveolar del tracto respiratorio (gura 4).

Una alternativa al uso del MSLI, es el impactador en lquido Burkard, el cual al igual que el muestreador anterior separa las partculas en tres fracciones (>10 m; 10-4 m;

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lFigura. 4. Muestreadores en fase lquida con fraccionamiento de

tamao

por el rotor del muestreador, que al girar crea una fuerza centrfuga y ocasiona la impactacin de las partculas. Sobre las paredes de la cmara se coloca una tira plstica con agar en la que se desarrollarn las colonias de microorganis-mos, despus de ser retirada del equipo e incubada a la temperatura adecuada. El motor funciona con bateras y succiona un ujo de aire de 40 L min-1 (gura 5). Es un equipo pequeo y de fcil manejo, por lo que su uso se ha populari-zado especialmente en la evaluacin de la calidad microbiolgica de ambientes hospitalarios.18 Sin embargo, no es un equipo recomendado para el muestreo de ambientes ocupacionales ya que la supercie de las tiras de agar se saturan fcilmente.

5. DISTRIBUCIN TEMPORAL Y ESPACIAL DE LAS AEROBACTERIAS

Las bacterias son menos numerosas en la atmsfera que los hongos, aunque algunas veces pueden encontrarse en la atmsfera como clulas independientes, generalmente lo hacen asociadas a partculas que varan en tamao de 7.0 m DA, excepto en zonas costeras donde los aerosoles bacterianos son de menor tamao. En esta rea ms del 84% de las partculas transportadoras de bacteria tienen un tamao promedio de 3.6 m DA. La razn de este tamao se

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Figura 5. Muestreador de centrfuga Biotest

debe a que las bacterias se asocian a materiales amorfos de plantas, a escama-ciones drmicas, suelos, hongos, aerosoles marinos, ncleos de condensacin o bien pueden ser introducidas a la atmsfera en conglomerados bacterianos, protegidos por solutos o sustancias mucosas.19 La gura 6 muestra la distribucin de las aerobacterias por tamao, en muestreos realizados en la Ciudad de Mxico a las 10:00 h. durante la poca de secas.10

Estas partculas se encuentran en una compleja dinmica establecida entre la atmsfera, el suelo, los cuerpos de agua y el dosel que forman los edicios o los diferentes tipos de vegetacin, inuenciada por procesos de depositacin hmeda y seca, viento y corrientes de conveccin por mencionar algunos. Estos factores sern de gran importancia para la distribucin de las aerobacterias cerca del suelo o a grandes distancias, en una zona costera, en los polos, en una zona rural o una urbana. Por esta complejidad es natural esperar que la concen-tracin de las aerobacterias presente una gran variabilidad, tanto diurna como estacional. Los resultados obtenidos sobre la cuanticacin de aerobacterias en un valle localizado entre dos montaas, sujeto a condiciones meteorolgicas locales y de mesoescalas, se comportaron bajo el siguiente patrn diurno: en la noche se registr la mnima concentracin y al amanecer la mxima, debido probablemente a la dispersin de lo acumulado cerca del suelo del da anterior; durante el da el calentamiento promueve el ujo de bacterias a grandes alturas

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lFigura 6. Distribucin de las aerobacterias asociadas

a partculas de diferentes tamaos

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Figura.7 Distribucin horaria de las aerobacterias durante la poca de secas

Fuente: 19.

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diacin solar, por lo que se registra una mayor proporcin de aerobacterias pigmentadas.20

La distribucin espacial de las aerobacterias es dependiente de los ujos y la modulacin meteorolgica. El ujo es denido como el nmero de bacterias que pasan a travs de una unidad de rea por una unidad de tiempo (UFC m3 s-1) y esto a su vez, est determinado por la dinmica atmosfrica. Sin embargo, se tienen pocos datos al respecto. En un matorral desrtico,21, 22 se han encontrado 4.7 UFC m3 s-1, 75 UFC m3 s-1por encima de campos de trigo, y 543 UFC m3 s-1 en campos de alfalfa.23, 24 Diferentes observaciones se-alan que estos ujos varan durante el da a pesar de que se considera que la tasa de crecimiento de las bacterias eptas se mantiene constante. En general puede mencionarse que:

Las aerobacterias decrecen con la altura (la capa de inversin representa una barrera para la dispersin de las bacterias).

La concentracin de aerobacterias cambia dependiendo de las caractersticas de la supercie por la que atraviesa la masa de aire.

Los sistemas climticos frontales con vientos en rfaga pueden incrementar la concentracin, mientras que disminuyen con la lluvia.

Las actividades en zonas urbanas y rurales pueden aumentar la entrada de bacterias a la atmsfera.

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l El efecto de la contaminacin atmosfrica puede afectar su viabilidad y por

lo tanto su distribucin espacial.

Algunas bacterias pueden viajar grandes distancias y otras pueden afectar solamente a nivel local y su supervivencia es por corto tiempo.

Las aerobacterias son ms numerosas en las ciudades (4000 UFCm-3, promedio 850) que en reas rurales (3400 UFCm-3, promedio 99).25, 26, 27

Hasta este momento, utilizando el mismo muestreador y las mismas condi-ciones de cultivo, se obtuvieron los siguientes datos: las bacterias Gram positivas (73-90%) son el grupo predominante entre las aerobacterias, siendo abundantes las Micrococaceas y los Staphylococcus; las formas esporuladas registran altas concentraciones en los bosques, entre intermedias y altas en zonas rurales, y bajas proporciones en zonas costeras.21 No ha sido posible identicar aproximadamente 21% de las Gram positivas cultivables.

Las Gram negativas representan una baja proporcin de la poblacin de las aerobacterias, donde los grupos representativos son las Pseudomonas (5.5-10.7%), principalmente en zonas rurales, y las Xanthomonas (0-7.6%) en zonas costeras (cuadro 2).

En la atmsfera de zonas marinas se han registrado concentraciones de aerobacterias de 1-32 UFC m-3, incluyendo Micrococcus, Sarcina, Bacillus, Cory-nebacterium, bacilos pleomrcos, Gram positivos y formas esporuladas. En la estratosfera (1827 km), no se ha determinado cul es la mejor tcnica para hacer un muestreo, sin embargo, se han logrado aislar micrococos, bacilos Gram positivos, negativos y bacterias difteroides.28

6. VIABILIDAD DE LAS AEROBACTERIAS

Cuando los organismos son estresados por aerosolizacin, fro, calor, conge-lacin, radiacin, contaminacin qumica o choque osmtico, pueden morir o ser daados, aunque otros pueden permanecer aparentemente sin resentir sus efectos. Las bacterias daadas son importantes ya que no son capaces de crecer en medios de cultivo (viables no cultivables) como lo haran las especies no daadas; sin embargo, stas se podran reproducir al encontrar un ambiente adecuado, obteniendo suplementos metablicos que les permitiran reparar el dao sufrido y as poderse reproducir.

De tal forma que la supervivencia de una bacteria al ser estresada, depender de su capacidad de reparar sus funciones biolgicas afectadas y podra mencio-narse de manera general que lo realizan a travs de dos tipos de procesos:

1) Fsico-qumicos2) Enzimtico (dependiente de energa)

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Microorganismo Ubicacin Porcentaje del total

Bacillus Oregon, EE.UU. 16.92Arthrobacter (Bosque, costa, urbano, rural) 1.22 Clavibacter 1.92 Curtobacteruim 8.06 Rhodococcus 0.84 Micrococcus 1.46 Pseudomonas 2.46 Xanthomonas 2.24 Staphylococcus Beijing, China 30.5 Micrococcus 7.15 Corynebacterium 12.85 Brevibacterium 10.9 Listeria 30.3 Bacillius 51.3

Escherichia coli Ciudad de Mxico 4.9Serratia (zona urbana) 2.1 Enterobacter 46.4 Aeromonas 5.5 Klebsiella 1.0 No fermentadoras 32.0

Cuadro 2. Bacterias cultivables aisladas de la atmsfera de ambientes extramuros

Debe mencionarse que las diferentes estructuras y compuestos de las bacterias no presentan la misma estabilidad termodinmica, siendo menos estables las mem-branas que los cidos nucleicos; consecuentemente la molcula daada depender de la energa del factor estresante. Tal es el caso de la desecacin que cuenta con menos energa que la radiacin ultravioleta (UV), por lo que la primera afectar ms fcilmente a las membranas.29 En el cuadro 3 se presentan las molculas blanco asociadas con los factores estresantes, lo que resulta importante porque nos da idea del tipo de proceso que se deber llevar a cabo durante la reparacin.

La reparacin de estructuras superciales es necesaria ante el estrs por des-hidratacin o rehidratacin, los cuales producen dao a estas estructuras y a las membranas; una forma en que este dao se expresa es a travs de la afectacin de enzimas hidrolticas; metales como el Mg, Fe, o Zn son importantes en los mecanismos de reparacin, pero se ha observado que una completa reparacin

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ltiene lugar slo en presencia de fuentes de carbn. La congelacin y la descon-gelacin producen este mismo tipo de dao y se ha registrado una recuperacin favorable con pptidos.

La reparacin del transporte activo es un proceso que llevan a cabo algunas bacterias afectadas por deshidratacin. El mecanismo de reparacin se debe en parte por un incremento del -metil glucsido, aunque el mecanismo completo de reparacin an no se conoce.

El oxgeno, el ozono, los diferentes contaminantes ambientales y la radiacin exacerban la desecacin de las bacterias debido a la formacin de radicales libres, los cuales oxidarn principalmente a los lpidos, afectando la uidez de la membrana.

La reparacin del dao por radiacin UV induce en el cido desoxirribonu-cleico (ADN) un dmero ciclobutano pirimidina, cercano a las uniones citosina o timina, formando un anillo ciclobutano. Muchas bacterias poseen una enzima muy especca capaz de separar este dmero, restaurando as la secuencia de bases; esta enzima tiene requerimientos estrictos de luz. La reparacin tambin puede ser por corte del dmero de la pirimidina, completndose el espacio por la accin de la ADN-polimerasa usando la banda complementaria de ADN como molde.

Se conoce que el gen rulAB, presente en plsmidos de bacterias que habitan en la losfera, y el gen umuDC, presente en cromosoma de bacterias entricas, estn involucrados en la reparacin del ADN despus de la exposicin a radiacin ultravioleta.30

De lo anteriormente descrito, se desprende que los microorganismos que cuentan con grandes reservas de adenosin trifosfato (ATP) y trehalosa, entre otros, sern capaces de reparar los daos causados por el estrs de la aerosolizacin.

Cuadro 3. Molculas blanco afectadas por factores ambientales estresantes

Factor estresante Molcula blanco Humead relativa y temperatura Fosfolpidos de membrana, protenas Oxgeno Fosfolpidos, protenas Ozono Fosfolpidos, protenas Factor aire libre (ozono+olens) Fosfolpidos, protenas y cidos nuclicos Rayos , rayos X y UV Fosfolpidos, protenas y cidos nuclicos

Fuente: 29.

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7. RELACIN DE LAS AEROBACTERIAS CON LAS FASES DE TRANSICIN

EN LA ATMSFERA

Las partculas solubles e insolubles, orgnicas e inorgnicas, naturales o antropo-gnicas, participan en las fases de transicin vapor-lquido, vapor-slido (hielo) y lquido-slido.

Est bien documentado el hecho de que las aeropartculas actan como ncleos de condensacin en la formacin de nubes. Sin embargo, la mayora de ellas requieren de temperaturas de aproximadamente 10oC. La peculiaridad de algunas partculas biolgicas, principalmente bacterias, es que tienen la ca-pacidad de inducir congelacin a temperaturas de 2oC, aunque la mayora lo hacen a 4oC. Esto signica que si el agua que las rodea est fra, el proceso de formacin de la nube puede ser inducido por estas partculas biolgicas como ncleos activos de congelacin.

Algunos organismo han desarrollado mecanismos mediante los cuales minimizan el dao debido a la congelacin, mediante la formacin de hielo extracelular. Especcamente las bacterias sintetizan protenas con diferentes funciones:31

Protenas ncleo de hielo, actan como soporte para formar hielo. Protenas anti-ncleo, inhiben la formacin del ncleo de hielo, por medio

de una partcula extraa en la gota de agua. Protenas anticongelantes, disminuyen las temperaturas de congelacin, mo-

dican o inhiben el crecimiento de los cristales de hielo y su recristalizacin, y protegen a la membrana celular de los daos inducidos por el fro.

Los genes involucrados en la formacin de ncleos de congelacin han sido secuenciados para Erwinia ananas (inaA) y para varias especies de Pseudomo-nas (inaW, inaZ); la alta homologa y su posible ancestro comn an es tema de discusin.32

Se conoce poco del papel de las partculas biolgicas en la formacin de n-cleos de condensacin de nubes, aunque se especula que ciertas partculas con gran anidad por el agua podran tener un papel activo. Datos experimentales sealan que los granos de polen presentan propiedades higroscpicas, ya que adquieren agua de la atmsfera a una humedad relativa menor al 100%.33

Por otro lado, es importante mencionar que se considera que la niebla acta como una fuente generadora de bioaerosoles secundarios, ya que algunas aero-bacterias se duplican durante los eventos con niebla.4

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l8. AEROBACTERIAS PATGENAS

FITOPATGENOS

Para los microorganismos la dispersin es una oportunidad para que muchos de sus propgulos se distribuyan amplia y azarosamente entre reas y hospederos, principalmente inhspitos. Uno de los mecanismos utilizados en la dispersin consiste en la formacin de propgulos resistentes y la liberacin de cantidades considerables de esporas, situacin que incrementa notablemente la colonizacin de un hbitat. Tal es el caso de numerosos hongos topatgenos transportados por el aire. Puccinia graminis es capaz de liberar millones de esporas por m3 en un campo de trigo, su liberacin puede realizarse en perodos cortos o hasta por seis meses y no requiere de ningn otro vehculo o vector para su diseminacin.34 En el caso de las bacterias, muchas de stas provienen de la losfera35 y su dispersin se ve favorecida durante las primeras horas de la maana de das soleados, cuando las hojas estn secas y la velocidad del vien-to supera 1 ms-1, lo que permite que se efecte el transporte de alrededor de 100 UFCm3s-1; sin embargo, esta concentracin puede ser muy variable.23 La inmigracin y emigracin de topatgenos tambin puede ocurrir durante la lluvia, la irrigacin de los cultivos y su cosecha, a travs de aerosoles ge-nerados y transportados por el viento o cuando las gotas de lluvia golpean la supercie de hojas infectadas.36 Sin embargo, este mecanismo tambin puede reducir rpidamente las poblaciones de bacterias, debido al efecto de lavado que ejerce sobre ellas. Finalmente los patgenos son depositados en el suelo, el cual constituye una fuente de microorganismos que pueden ser nuevamente suspendidos en la atmsfera, siempre que la velocidad del viento sea mayor a 0.2 ms-1, y el suelo se encuentre lo sucientemente seco.23, 37 Otro mecanismo de dispersin se presenta a travs de vectores, como algunos insectos y aves, los cuales transportan hongos y bacterias eptas en sus extremidades.38, 39

El transporte areo es extremadamente deletreo, ya que las clulas son ex-puestas a radiacin UV, desecacin y altas temperaturas; no obstante, algunas bacterias pueden tolerar dichas condiciones. La dispersin de los topatgenos puede ser local, si se realiza dentro del mismo cultivo, o de forma global, como ocurre durante las tormentas de polvo. Un ejemplo de transporte a grandes distancias lo representa Puccinia graminis, el cual fue transportado del norte de Mxico y el sur de Texas al norte de los Estados Unidos de Amrica y Canad durante la primavera, haciendo un recorrido similar en sentido contrario du-rante el verano y otoo. Se han registrado transportes a travs de los ocanos de topatgenos que van de Australia a Sudfrica, de Angola a Brasil y de frica al Caribe y Amrica.40, 41, 42 Se requiere del diseo de modelos donde los eventos de

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liberacin, dispersin y depositacin en el hospedero estn interconectados con los fenmenos de turbulencia atmosfrica y de esta forma poder predecir cmo, cundo y dnde sern transportados los topatgenos.43

EFECTO DE LOS MICROORGANISMOS EN LAS PLANTAS

Las plantas superiores sirven como un ambiente donde pueden desarrollarse poblaciones y comunidades microbianas, que incluyen bacterias, levaduras y hongos. Las bacterias constituyen uno de los colonizadores ms numerosos, re-gistrando concentraciones de 107 bacterias cm-2.12, 44 Las actividades de las plantas, la nutricin y los componentes celulares proveen una fuente de nutrimentos para dichos microorganismos, estos a su vez, son la causa de respuestas morfolgicas, bioqumicas o patolgicas en el individuo con el cul estn asociados. Esta re-lacin entre macro y microorganismos es altamente interdepen-diente, debido a la proximidad fsica tan estrecha que presentan.34 Las relaciones microbianas pueden ocurrir en la rizsfera, en la losfera o en el suelo, a una distancia cercana de la planta. El inters por dichas relaciones, se debe al impacto econmico de los topatgenos en la produccin agrcola, con una clara necesidad de entender su comportamiento y control.

Estudios sobre la diversidad de bacterias realizados con las secuencias del cido ribonucleico ribosomal (ARNr) del 16S revelan comunidades ms comple-jas a las reportadas con anterioridad.45 En el cuadro 4 se enlistan algunas de las especies topatgenas frecuentemente aisladas en hospederos con importancia econmica. Las bacterias pueden afectar el desarrollo y la productividad de una planta por diferentes mecanismos: disminuyendo la eciencia del proceso fotosinttico, como patgenos, actuando como ncleos de congelacin y por la produccin de tohormonas. Sin embargo, poco se conoce sobre el papel de colonizadores no patgenos; Pseudomonas uorescens y Pantoea agglomerans son dos especies eptas que inhiben la colonizacin de topatgenos y actualmente son explotadas comercialmente.12, 46, 47 Los factores que participan en la relacin planta-bacteria son la distribucin geogrca y clima, la fenologa y edad de la planta, y la gentica de las bacterias.

Dentro de las caractersticas de los topatgenos se encuentra la abundancia de formas pigmentadas, como Erwinia herbicola, que coneren ventajas selecti-vas para colonizar ambientes expuestos a radiacin solar intensa.48 Otro de los habitantes comunes en las hojas es Pseudomonas syringae, cuyo xito en la colo-nizacin se debe a su capacidad para utilizar como fuente de energa y carbono compuestos como el metanol y metilaminas, los cuales se encuentran disponibles en la supercie de las hojas y constituyen una de las principales fuentes de emisin de metanol a la atmsfera.49 Esta caracterstica le permite a la bacteria parasitar

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lms de 80 especies de plantas, causando lesiones necrticas. Otro mecanismo de dao es su participacin como ncleo de congelacin.50

Cuadro 4. Bacterias aisladas de la filosfera de especies de importancia econmica

Hospedero: centeno Hospedero: olivoPseudomonas uorescent Pseudomonas syringae Xanthomonas campestris Xanthomonas campestris Flexibacter spp. Erwinia herbicola Listeria spp. Acinetobacter aceti Staphylococcus saprophyticus Gluconobacter oxydans Klebsiella spp. Pseudomonas uorescens Acinetobacter spp. Bacillus megaterium Erwinia herbicola Leuconostoc mesenteroides Pseudomonas spp. Lactobacillus plantarum Staphylococcus spp. Curtobacterium plantarum Bacillus spp. Micrococcus luteus Micrococcus luteus Arthobacter globiformis Aislados no identicados Klebsiella planticola Streptococcus faeciumHospedero: pera y manzano Clavibacter sp. Erwinia amylovora Micrococcus sp.Pseudomonas uorescens Serratia marcescensPantoea agglomerans Bacillus subtilis Cellulomonas avigenaHospedero: olmo Erwinia sp.Bacillus megaterium Zymomonas mobilis Bacillus sp.Hospedero: frijol Alcaligenes faecalis Curtobacterium citreum Erwinia carotovora Pseudomona aeruginosaHospedero: arroz Curtobacterium albidum Hospedero: diversas plantas Sphingomonas pruni

BARRERAS PARA LA COLONIZACIN

La losfera puede ejercer una accin selectiva sobre los topatgenos. Las con-diciones qumicas, fsicas y biolgicas determinan cules clulas sobrevivirn, proliferarn o morirn, y aunque existen diversas especies con distribucin

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global, algunas pueden ser excluidas debido a una o ms propiedades del hbitat potencial. La condicin que evita la presencia de otras especies es considerada una barrera, aunque no necesariamente debe ser un obstculo fsico, ya que pueden ser sustancias u organismos los que pueden evitar la colonizacin microbiana. En el caso especco de las plantas, stas poseen cubiertas que protegen los sitios potenciales de colonizacin y reducen la difusin de nutrimentos, limitando el crecimiento bacteriano. Tal es el caso de la cutcula externa de los frutos, la cera de las hojas, los exudados de resina, gomas y taninos.51 Existen tambin com-puestos fenlicos y glucsidos fungistticos, y la presencia de diferentes enzimas como la peroxidasa, involucrada en la resistencia contra hongos patgenos.34 Estos microorganismos tambin estn sujetos a condiciones extremas de dese-cacin, radiacin UV, cambios de temperatura, humedad relativa, velocidad del viento, y lluvia cida, caractersticas por las que se considera a la losfera como un ambiente estrs.46

GENES ASOCIADOS CON LA PATOGENICIDAD

Se han identicado numerosos genes que capacitan a una bacteria topa-tgena en el proceso de colonizacin. Durante el contacto entre una planta y un microorganismo patgeno se produce una cascada de eventos, dentro de los cuales se distinguen dos tipos de respuesta. La primera requiere de un receptor que interacte con alguna protena de la bacteria, desarrollando una reaccin protectora inmediata de la planta; en esta situacin, la bacteria es denominada avirulenta para un genotipo especco.52, 53 En el otro tipo de respuesta existen protenas virulentas que afectan a la planta produciendo radicales libres en el sitio de penetracin del patgeno, generando la muerte de las clulas infectadas.

En ambos casos se requiere de la transcripcin de genes que coneran ca-ractersticas de resistencia a las bacterias. Tal es el caso del incremento de poli-sacridos extracelulares que fortalecen las paredes, la produccin de pigmentos como la melanina y la expresin de genes rulAB, responsables de mecanismos de reparacin de ADN, caractersticas que les permiten a las bacterias resistir condiciones de desecacin y tolerar la radiacin UV.

La utilizacin de diferentes compuestos orgnicos como sustratos, moti-lidad, osmotolerancia y la capacidad para adherirse a supercies, son tambin adaptaciones de topatgenos. Algunas de estas caractersticas las codican genes comunes, y otras genes patgenos, como es el caso del gen gae que codica un pili tipo IV que participa en la adherencia de las bacterias.54 El modelo mejor estudiado es hrp (reaccin de hipersensibilidad y patogenicidad) de Pseudomonas syringae, presente en la mayora de las bacterias topatgenas Gram negativas

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ly responsable de la necrosis de clulas vegetales. Algunos genes similares a hrp han sido identicados de especies no patgenas, en donde funcionan como pro-motores de crecimiento en la rizsfera. Dentro de las funciones de las protenas codicadas por los genes hrp se encuentran la regulacin de la transcripcin, la sntesis de los componentes de una va de secrecin y la sntesis de protenas de secrecin de esta va, lo que conforma un sistema de secrecin tipo III, similar al que utilizan los patgenos de animales como Yersinia, Shigella y Salmonella spp.55, 56, 57

En otros topatgenos se han caracterizado nueve genes que muestran gran similitud con las secuencias de hrp altamente conservados, denominados hrc.

Otro grupo de genes requeridos en la formacin de lesiones y produccin de toxinas es gacS (activador global del sensor cinasa) y gacA. En este sistema las protenas cinasas codicadas por gacS sirven como un sensor de estmulos ambientales, en donde la seal es transmitida por fosforilacin de un regulador citoplsmico, que induce cambios en la transcripcin del gen gacA responsable de la produccin de numerosos metabolitos que contribuyen al biocontrol de hongos de la rizsfera; ambos genes tambin inuyen en la produccin de pro-teasas extracelulares.58 El gen ice presente en cepas de Pseudomonas syringae es el responsable del dao por congelacin, ya que muestra una correlacin positiva entre la temperatura de congelacin y el tamao de la poblacin de cepas ice +. Actualmente una estrategia de control de dao es la utilizacin de cepas recom-binantes ice .12 Los genes asociados a procesos topatgenos continan siendo estudiados en otras especies, con la nalidad de esclarecer el comportamiento de la microbiota presente en la losfera.

La gura 8 nos muestra cmo un topatgeno (Pseudomonas syringae) puede ser dispersado a partir de una semilla infectada y llegar hasta la supercie de la hoja; su desarrollo depende de la susceptibilidad y estado vegetativo de la planta, la intensidad de la lluvia y del establecimiento de poblaciones numerosas. En caso contrario, si las condiciones que prevalecen son de desecacin y calor, aunado al arribo a una planta desfavorable, solamente sobrevivir el topatgeno. Durante la colonizacin es necesaria la expresin tanto de genes ordinarios como de ge-nes patgenos (gac, hrp, ice), los cuales favorecen el incremento de la poblacin. En esta etapa las bacterias pueden producir lesiones, que constituyen espacios donde el organismo patgeno puede sobrevivir durante condiciones climticas desfavorables. Despus de este evento el patgeno est preparado para la emi-gracin y dispersin de la enfermedad. Si la planta llega a un estado maduro y logra producir semillas, el patgeno puede permanecer en ellas hasta que sean sembradas y as iniciar un nuevo ciclo.46

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Figura 8. Comportamiento de un fitopatgeno

Genes patgenos

Ordinarioshrpgac

Comunidad bacteriana

Baja probabilidad

ice Emigracin

Susceptibilidad de la planta Inmigracin Resistencia Viento

gacSsalA

Inmigracin

Formacin de semillas

Planta enferma

Nueva planta contaminada por bacterias

Semillas con bacterias

PATGENOS DE HUMANOS

La presencia de las bacterias en la atmsfera ha sido investigada principalmente por su potencial patgeno en plantas y animales, incluyendo al hombre, ya que tanto las estructuras areas vegetales como el tracto respiratorio se consideran sistemas abiertos, en continuo intercambio con la atmsfera.

En general puede mencionarse que la concentracin de bioaerosoles en ex-tramuros es mayor que la existente en intramuros; a pesar de ello la posibilidad de infeccin para la poblacin general en los ambientes externos es menor. Sin embargo, la entrada de bioaerosoles a los ambientes intramuros59 representa un peligro importante principalmente en los hospitales, en los que los pacientes con problemas inmunes pueden ser afectados tanto por los microorganismos patgenos como por los oportunistas presentes en estos.

Recientemente se ha investigado la diseminacin de patgenos a travs de los ocanos, analizando la dispersin de nubes de polvo de los desiertos africa-

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lnos. Dependiendo de los vientos y la poca del ao, las nubes de polvo pueden llegar al norte de Europa, Amrica del Norte, Sudamrica, Amrica Central y el Caribe. Aunque durante mucho tiempo se consider que la transmisin de microor-ganismos patgenos por esta va era poco factible, principalmente por el tiempo que tienen que permanecer expuestos a la luz ultravioleta durante el viaje (5-7 das para cruzar el Atlntico y 7-9 das para el Pacco), se ha mostrado que diferentes microorganismos, incluidos algunos patgenos para humanos, pueden realizar este recorrido y sobrevivir.42

Se cuenta con informacin42 que seala que existen billones de microorga-nismos por tonelada de polvo; sin embargo, el mismo estudio reere que con los mtodos de cultivo tradicionales se puede aislar nicamente el 1% de los microorganismos asociados a muestras de polvo. Por otro lado, dicho trabajo considera que la concentracin de patgenos es muy baja para causar infeccin en humanos, aunque es importante tomar en cuenta que un individuo con res-puesta inmune deciente puede infectarse inclusive con dosis bajas y constituirse en una posible fuente de transmisin en ambientes cerrados.

Las principales fuentes de bacterias en el aire son originadas por el hombre, siendo las ms importantes las aguas negras y los desechos de origen animal. La degradacin y digestin de los desechos produce aerosoles que contienen bacterias, algunas de las cuales pueden ser patgenas como es el caso de los es-treptococos y las coliformes fecales. El viento y las corrientes turbulentas de aire tienen enorme inuencia sobre la distancia que recorren las partculas despus de ser liberadas. Un estudio realizado en la ciudad de Marsella60 mostr que el nmero de bacterias se incrementaba con la temperatura y la velocidad del viento. La identicacin de las bacterias mostr que la localizacin geogrca tena inuencia cualitativa y cuantitativa sobre la biota del aire, observndose un incremento global de los microorganismos, en particular de las bacterias Gram negativas, sobre todo en el rea urbana.

Las bacterias pueden producir endosporas que le coneren resistencia contra los cambios ambientales, la temperatura y la congelacin. Aunque la mayora de las bacterias esporuladas son anaerobios estrictos (Clostri-dium), las hay facultativas como en el caso de Bacillus. Las esporas pueden ser transportadas a grandes distancias y dispersadas por el viento, por lo que en los ltimos aos han adquirido gran relevancia ante la inminencia de atentados bioterroristas.

Los virus, al igual que las bacterias, normalmente son introducidos a la atmsfera a travs de desechos de origen humano y animal. Sin embargo, su presencia como partculas individuales en el aire es rara. Su deteccin e iden-ticacin en muestras de aire es complicada, por lo que la evidencia de su pre-sencia en bioaerosoles se ha establecido mediante estudios epidemiolgicos en veterinaria. No obstante, existen reportes de la presencia del virus de la rabia en

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grutas habitadas por murcilagos, y de grupos de enterovirus como: echovirus, poliovirus y coxsackievirus provenientes de muestras de aire obtenidas en sitios de riego con aguas negras.

El efecto ms importante en la poblacin humana (desde el punto de vista econmico y por el nmero de personas afectadas), atribuido a los aerosoles de origen extramuros, son los problemas de hipersensibilidad, en particular la rinitis alrgica, el asma, as como algunas infecciones. Un ejemplo al respecto lo constituye la legionelosis, padecimiento cuyo agente etiolgico es Legionella pneumophila. Se ha descrito que el principal mecanismo de infeccin en este caso es la transmisin directa del medio ambiente por la inhalacin de gotas de agua aerosolizadas o partculas que contienen Legionella viable; la bacteria se deposita posteriormente en los alvolos de los pulmones ocasionando una enfermedad respiratoria severa.

COMPONENTES DE LAS BACTERIAS IMPLICADOS EN EL DAO A HUMANOS

La presencia en los bioaerosoles de componentes de la pared celular de bacterias, como es el caso de la endotoxina de las Gram negativas y los cidos lipoteicoicos de las Gram positivas, representa un problema de salud. La inhalacin de estos compuestos causa reacciones febriles y una respuesta inamatoria intensa en los individuos expuestos.61

Uno de los componentes principales, responsable de dicho efecto son las en-dotoxinas, trmino empleado para describir el lipopolisacrido (LPS) de la mem-brana externa de las bacterias Gram negativas, el cual produce un efecto txico. El lpido A del LPS es qumicamente distinto de otros lpidos de las membranas biolgicas y es el responsable de la actividad txica de la molcula.62

Las endotoxinas son ubicuas, dada la naturaleza cosmopolita de las bacterias Gram negativas. En ambientes extramuros se ha encontrado un patrn estacional en la concentracin de endotoxinas presentes en el aire, siendo superior durante el verano.63 Sin embargo, las concentraciones ms altas en la atmsfera (2-7 g m-3) se han obtenido en ambientes ocupacionales, como son las fbricas donde se procesan bras vegetales (como el algodn), plantas de tratamiento de aguas residuales y bioterios, entre otros.64, 65, 66

La respuesta inamatoria inducida por la endotoxina provoca la liberacin de citocinas a travs de un receptor de membrana denominado CD14 y una protena de unin al LPS (LBP) presente en el suero. Aunque se crea que CD14 era un receptor especco para la endotoxina, ahora se sabe que tambin los peptidoglucanos y los cidos lipoteicoicos de la pared celular de las bacterias Gram positivas son capaces de estimular macrfagos alveolares, a travs de un mecanismo dependiente de CD14.67 Sin embargo, CD14 no es un receptor que

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lfuncione como transductor de seales, y requiere de otras protenas receptoras, como TLR (toll like receptor), que controlan la sealizacin. El resultado es la activacin del factor nuclear NF- responsable de la transcripcin de genes encargados de la produccin de citocinas. La endotoxina durante la sealiza-cin utiliza una protena TLR4, mientras que los peptidoglucanos y los cidos lipoteicoicos requieren de TLR2; ambas protenas, de manera independiente o combinada, estn involucradas en la respuesta inamatoria.

Las partculas actan como transportadores de compuestos biognicos as como de microorganismos y alergenos. Diversos estudios epidemiolgicos han demostrado que el incremento de aeropartculas menores a 10 m (PM

10),

consideradas como partculas inhalables, afecta la salud de nios y adultos. Esta situacin se ve reejada en un aumento en las ausencias escolares por infecciones respiratorias como la bronquitis, la exacerbacin asmtica, etc. Tal situacin incrementa las visitas a hospitales e incluso la tasa de mortalidad.68, 69, 70

Las evidencias epidemiolgicas antes mencionadas slo comprometen el tamao y la concentracin de las partculas; sin embargo, la composicin de las mismas tiene un papel muy importante en el tipo de respuesta desarrolla-da. Alfaro-Moreno et al.71 demuestran que las partculas ambientales de origen industrial con concentraciones elevadas de metales de transicin, colectadas en la zona norte de la Ciudad de Mxico, son capaces de inducir apoptosis y dao al ADN en macrfagos y broblastos. En cambio, partculas colectadas en la zona centro, un rea donde se combina el trco vehicular y la contaminacin biolgica, son responsables de una respuesta inamatoria ms signicativa.

Otros investigadores, como Soukup y Becker72 y Becker et al.73 han demos-trado que bacterias ambientales, como Pseudomonas sp. y Staphylococcus lentus, asociadas a las aeropartculas, son las responsables de la produccin de citocinas en macrfagos y clulas CHO transfectadas con CD14, ya que su produccin puede ser reducida hasta en un 50% cuando se utilizan inhibidores de endotoxina como la polimixina B o bloqueando el receptor CD14. Este tipo de respuesta es tres veces ms alto con bacterias Gram negativas; sin embargo, stas se presentan en menor concentracin en la atmsfera. Osornio-Vargas et al.74 reportaron resultados similares en donde la produccin de citocinas se ve disminuida por la protena neutralizante de endotoxina (PNEr); sin embargo, no se observa una completa inhibicin, lo que sugiere la participacin de otros componentes presentes en las partculas durante la respuesta inamatoria. El aire de ambientes urbanos registra concentraciones relativamente altas de bac-terias y endotoxina asociadas a partculas, por lo que su inhalacin constituye un riesgo para la salud.

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Vibrio cholerae: UNA BACTERIA AMBIENTAL CON DIFERENTES TIPOS DE VIDACarlos Eslava, Irma Rosas, Martha Solano, Gabriela Delgado, Mari-toa Ramrez, Jorge Villaseca y Alejandro Cravioto

1. INTRODUCCIN

En 1965, Vron propuso crear la familia Vibrionaceae para agrupar aquellos gneros cuyas especies fueran oxidasa positiva y mviles por un agelo polar. La familia est constituida por los gneros Vibrio, Photobacterium, Aeromonas y Ple-siomonas. El gnero Vibrio incluye 35 especies de las cuales 26 se han identicado como agentes etiolgicos de enfermedad en humanos, de stas, Vibrio cholerae es una de las especies con mayor importancia clnica y epidemiolgica.1

Los vibrios son proteobacterias-gama, hetertrofas, cuyo hbitat primario son los ecosistemas acuticos salobres y marinos, en donde ocupan una gran diversidad de nichos. Estn presentes en la columna de agua y en el sedimento, por lo que se les puede encontrar como bacterias de vida libre, comensales, saprobias o parsitas.2 Las bacterias de este gnero son bacilos curvos o rec-tos, Gram negativos, anaerobios facultativos, mviles por agelos polares y no esporulados. Para estimular el crecimiento de Vibrio spp. se requiere de 5 a 15 mM de NaCl. Sin embargo, V. cholerae puede crecer sin la adicin de NaCl al medio y en un pH alcalino (10-6.0); con menor de 6.0 su crecimiento se inhibe.3

2. EL COMPORTAMIENTO DE VIBRIO EN ESTADO DE VIDA LIBRE

Cuando los vibrios se encuentran en su forma de estado libre (planctnica) queda claro que las condiciones en este hbitat son extremas, ya que el material suspendido en la columna de agua, as como el contenido de nutrimentos en general, es bajo.4 En tal situacin adopta una condicin morfolgica diferente a la que se conoce, disminuye su tamao (pueden pasar ltros de hasta 0.2 mm), por lo que en este estado se denominan microvibrios.5

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Diversos estudios sealan que los vibrios tienen preferencia por los ecosis-temas acuticos como epibionte, asociado tanto a sustratos vivos como abiticos. Su relacin con material suspendido les asegura que en algn momento pueden ser depositados en el sedimento donde encontrarn mayor concentracin de nutrimentos. Por otro lado, tambin se pueden mover hacia niveles superiores a travs de la cadena alimentaria iniciando su viaje con organismos bentnicos ltradores y detritvoros.6 Se sabe que los vibrios pueden adherirse a diversos organismos acuticos, V. cholera por ejemplo, se asocia con coppodos del plancton, otros del zooplancton, races de lirio acutico, algas, etc.7 Tambin se ha observado que la bacteria sobrevive y crece en dos especies de amibas de agua dulce.

La adherencia de los vibrios a los sustratos biticos se considera una interac-cin de tipo comensal; en este caso las bacterias utilizan compuestos de excrecin como las llamadas protenas de adhesin asociadas a la supercie. Durante este proceso es importante considerar propiedades como la produccin de enzimas (como la quinolasa) que le conere a la bacteria la capacidad para actuar como degradador de la quitina.8,9 Este polmero es muy abundante en los sistemas

Figura1. Mecanismos de supervivencia de Vibrio cholera en zonas estuarinas

Escasez de nutrimentos

Asociado con:. Quitina. CaCO

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. Tejidos

. Detritus

. Plancton

Epibionte Vida libre Microvibrio

Reproduccin de la tasa respiratoriaDisminucin de tamaoReduccin de reservas celularesCambios morfolgicosCambios antignicos

Densidad o disponibilidad de partculas o supercies para asociarse

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salobres y marinos, ya que forma parte del exoesqueleto de crustceos como la jaiba y el camarn, por lo que representa una fuente muy rica de carbono y nitrgeno.

3. Vibrio: MICROORGANISMO PATGENO EN SU HBITAT

Es importante analizar los casos en que los vibrios pueden actuar como pa-tgenos de organismos acuticos de importancia comercial, o bien que estos organismos puedan ser un vector de patgenos para el hombre. Al respecto se ha estudiado la relacin entre Vibrio y los coppodos; por un lado, la bacteria utiliza la quitina de estos ltimos como sustrato y por otro, dado que uno de los sitios de colonizacin es el saco ovgero, cuando el coppodo libera los huevos fertilizados al ambiente estos se convierten en un vehculo para la diseminacin de los vibrios.7

Con respecto a su participacin como patgeno, se ha reportado que V. anguillarum, V. alginoliticus y V. splendidus son responsables de ocasionar la muerte de larvas de ostin. El estudio del posible mecanismo mediante el cual colonizan y producen la muerte de dichas larvas, seala que un estado de estrs del hospedero da lugar a una respuesta neuroendcrina que incremen-ta los niveles de noradrenalina induciendo la liberacin de hierro, elemento importante para la reproduccin de los vibrios.10 Se ha establecido que ciertos factores ambientales afectan el comportamiento de la bacteria. Por ejemplo diversos estudios muestran cmo el incremento de la temperatura inuye en el comportamiento patgeno de diferentes especies de Vibrio sobre ciertos organismos acuticos.11