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Simbiosi entre insectes i microorganismes: els endosimbionts

Les relacions simbiòtiques són un motor important per a la diversificació i evolució dels organismes. Als insectes, les relacions que estableixen amb microorganismes endosimbionts (és a dir, que resideixen a l’interior del seu cos) els han dotat d’un gran nombre d’adaptacions sorprenents.

La importància de la relació entre insectes i els seus endosimbionts

Gran part de l’èxit evolutiu i adaptatiu dels insectes ve donat per la seva capacitat per relacionar-se amb altres organismes i, especialment, amb microorganismes ubicats dins del seu cos: els endosimbionts.

Fins fa alguns anys, es considerava que la major contribució dels microorganismes endosimbionts a la fisiologia dels insectes era el seu paper en l’alimentació, fet que explicaria la seva gran diversitat de dietes. Tanmateix, s’ha demostrat que els endosimbionts afecten molts més aspectes de la seva fisiologia.

Tipus d’endosimbiosi

Els microorganismes endosimbionts poden trobar-se dins del tracte digestiu, als espais entre les cèl·lules i dins d’elles.

Com a norma general, com més internament es troba l’endosimbiont, més estreta és la seva relació amb l’insecte. A continuació, analitzarem els quatre tipus més habituals d’endosimbiosi en insectes, començant per la més externa i menys estreta.

Microorganismes del tracte digestiu

La microbiota del tracte digestiu dels insectes es compon tant de procariotes (unicel·lulars, sense nucli, com bacteris i arquees) com d’eucariotes (uni o pluricel·lulars, amb nucli, com els protozous), i és exclusiva de l’intestí.

Generalment, se situen fora de les cèl·lules a la part posterior de l’intestí, movent-se lliurement dins la seva llum o adherits a les seves parets. En molts insectes fitòfags, com tèrmits i paneroles, aquesta part posterior de l’intestí forma una càmera sense oxigen (anaeròbica) on té lloc la fermentació de la cel·lulosa i altres sucres complexos.

Sistema digestiu d’un tèrmit de casta obrera; la part verda correspon a la part posterior sense oxigen. Figura procedent de l’article: Brune, A. (2014). Symbiotic digestion of lignocellulose in termite guts. Nature Reviews Microbiology, 12(3), 168-180.

En els tèrmits, aquesta càmera conté procariotes anaeròbics facultatius (poden desenvolupar-se amb o sense oxigen) o obligats (només es desenvolupen en absència d’oxigen), com espiroquetes i metanògens, que participen en la digestió; a més a més, en certes termites obreres, aquesta càmera també conté protozous que participen en la digestió de la cel·lulosa de la fusta (heu vist mai un moble foradat per tèrmits?).

A diferència d’altres endosimbionts, els microorganismes del tracte digestiu es transmeten horitzontalment entre organismes; és a dir, els insectes no neixen amb ells, sinó que han d’adquirir-los al llarg de la seva vida. En el cas dels tèrmits, la seva adquisició lloc mitjançant un procés conegut com a trofolàxia: les obreres, que són les úniques que s’alimenten per si mateixes, digereixen i transfereixen l’aliment (i els seus microorganismes) a la resta de membres de la colònia mitjançant el contacte dels seus aparells bucals.

Trofolàxia en tèrmits. Imatge de Shutterstock.

A més a més, els microorganismes són eliminats durant la muda, de manera que la trofolàxia els permet recuperar-los.

Endoparàsits

Els paràsits que viuen dins d’un organisme es coneixen com endoparàsits i, igual que els microorganismes intestinals, es transmeten horitzontalment d’uns insectes als altres.

Hi ha moltes més relacions entre insectes i endoparàsits pluricel·lulars que amb microorganismes, essent els pluricel·lulars més nocius en termes generals; és el cas dels parasitoids (dels quals ja vam parlar en aquesta entrada) i els nematodes (capaços de transmetre bacteris mortals per l’insecte).

La relació endoparasítica més rellevant entre insectes i microorganismes, i l’única que tractem aquí, són els vectors: l’insecte (o vector) actua de contenidor i transport provisional del paràsit fins el moment que aquest arriba al seu hoste definitiu. Els paràsits transportats solen ser protozous nocius per a vertebrats, com Trypanosoma (malaltia de Chagas), Leishmania (leismaniosi) o Plasmodium (malària). En general, l’insecte no pateix cap dany, així que en realitat seria més convenient parlar de comensalisme i no de parasitisme.

El mosquit Anopheles és vector del protozou causant de la malària, Plasmodium. Imatge de domini públic.

Simbiosi extracel·lular i intracel·lular

A diferència dels microorganismes intestinals, els endosimbionts extra i intracel·lulars es transmeten verticalment generació rere generació; és a dir, l’insecte neix amb ells, els “hereta”. Es tracta de relacions molt més estretes.

  • Endosimbionts extracel·lulars

Els microorganismes extracel·lulars poden ser tant procariotes com eucariotes i trobar-se en diferents parts del cos de l’insecte (fins i tot a l’intestí juntament amb els microorganismes intestinals). En qualsevol cas, mai penetren dins les cèl·lules. Això no treu que algunes espècies puguin trobar-se tant fora com dins de les cèl·lules.

Atès que molts microorganismes extracel·lulars poden ser alhora intracel·lulars, es considera que podrien trobar-se, a nivell evolutiu, en una transició entre els microorganismes intestinals i els endosimbionts intracel·lulars.

Un cas interessant d’endosimbiosi extracel·lular té lloc en algunes espècies de pugons de la tribu Cerataphidini. En general, els pugons o àfids presenten un bacteri endosimbiont intracel·lular (Buchnera), però en aquestes espècies aquest bacteri és substituït per un fong unicel·lular similar als llevats que viu fora de les cèl·lules (YLS, de l’anglès “yeast-like symbiont” ), el qual se situa tant en les cavitats entre els òrgans (hemocel) per on circula l’hemolimfa com en diferents cossos grassos. Igual que Buchnera a la resta de pugons, els YLS tindrien un paper clau en la dieta de l’insecte en participar en la producció de certs nutrients essencials.

Ceratovacuna nekoashi (Cerataphidini). Link (CC 2.5)

Es creu que aquests microorganismes similars a llevats o YLS haurien evolucionat a partir d’un fong entomopatogen (és a dir, nociu pels insectes) el llinatge del qual hauria donat lloc, posteriorment, a organismes endosimbionts beneficiosos.

  • Endosimbionts intracel·lulars

Es considera que almenys un 70% d’insectes presenta microorganismes endosimbionts dins les seves cèl·lules. Hi ha dos tipus d’endosimbionts intracel·lulars:

Endosimbionts dins de micetòcits o cossos de Blochmann

Els bacteriòcits o micetòcits són un tipus especialitzat de cèl·lules adiposes que es troben en alguns grups d’insectes i que contenen microorganismes endosimbionts. Aquestes cèl·lules són transmeses a la descendència i usualment s’agrupen en forma d’òrgans coneguts com micetomes o bacteriomes.

Els cossos de Blochman, o el que és el mateix, els endosimbionts que es troben dins dels micetòcits, són propis de tres grups d’insectes: Blattaria (paneroles), diferents grups d’heteròpters dins de l’antic grup dels Homoptera (cícades, psílids, àfids, etc.) i Curculionidae (escarabats curculiònids). La relació d’aquests endosimbionts amb les cèl·lules sol ser tan estreta que podrien confondre’s amb orgànuls cel·lulars (més o menys com el que ocorre amb mitocondris i cloroplasts).

Buchnera aphidicola dins d’un micetòcit o bacteriòcit del pugó Acyrthosiphon pisum. L’element central és el nucli del bacteriòcit. Les cèl·lules de Buchnera són rodones i estan empaquetades dins del citoplasma del bacteriòcit. Imatge de J. White y N. Moran, University of Arizona (CC 2.5).

El cas més estudiat és el de Buchnera en els pugons o àfids. Aquest bacteri intracel·lular recicla l’àcid úric i altres restes nitrogenades del pugó per produir l’aminoàcid glutamina, el qual empra com a base per produir altres aminoàcids essencials necessaris pel creixement de l’insecte. Es creu que també produiria la vitamina B2 (riboflavina). Això explicaria el gran èxit evolutiu dels pugons i la seva elevada taxa de reproducció tot i tenir una dieta rica en carbohidrats (procedent de la saba de les plantes) però molt pobre en compostos nitrogenats.

S’ha comprovat que quan hi ha escassetat de nutrients, el nombre de Buchnera disminueix, fet que suggereix que els pugons s’alimenten d’ells en situacions límit. Així doncs, la relació és molt més beneficiosa pel pugó que per l’endosimbiont.

Endosimbionts inquilins

En aquest cas, la relació entre microorganismes inquilins i insectes no és beneficiosa per a tots dos organismes (mutualista), doncs l’inquilí altera l’insecte per sortir-ne beneficiat.

Els endosimbionts inquilins afecten la proporció de mascles i femelles, així com la seva capacitat reproductiva. Molts dels microorganismes inquilins que viuen dins el citoplasma de les cèl·lules es transmeten a la següent generació a través dels òvuls, motiu pel qual necessiten que hi hagi una major proporció de femelles d’insectes per assegurar la seva perpetuïtat. Per tal d’alterar aquesta proporció, recorren a diferents mètodes: mort dels mascles, inducció de la partenogènesi, feminització o incompatibilitat citoplasmàtica. Per aconseguir-ho, solen induir canvis a nivell genètic.

Un dels inquilins més estudiats és Wolbachia, un bacteri intracel·lular capaç de causar un biaix en la proporció de sexes mitjançant gairebé totes les vies abans esmentades.

Fenotips derivats d’insectes infectats per Wolbachia. Figura procedent de l’article: Werren, J. H., Baldo, L. & Clark, M. E. 2008. Wolbachia: master manipulators of invertebrate biology. Nature Reviews Microbiology, 6(10), 741-751.

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Coneixes més relacions entre microorganismes i insectes? Deixa’ns les teves aportacions als comentaris.

Referències

  • Bourtzis K. Miller T. A. (2003). Insect Symbiosis. CRC Press.
  • Douglas, A.E. (1998). Nutritional interactions in insect-microbial symbioses: Aphids and their symbiotic bacteria Buchnera. Annual Review of Entomology, 43: 17–38.
  • Vega F.E., Blackwell M. (2005). Insect-Fungal Associations: Ecology and Evolution. Oxford University Press, USA.

La imatge de portada és un muntatge realitzat per l’autora d’aquest article a partir de dues imatges: 1) vector de bacteri (per Flaticon de www.flaticon.com) i 2) vector de tèrmit (extret de www.allstatepest.com.au).

Simbiosis entre insectos y microorganismos: los endosimbiontes

Las relaciones simbióticas son un importante motor para la diversificación y la evolución de los organismos. En los insectos, las relaciones con microorganismos endosimbiontes (es decir, que residen en el interior de su cuerpo) les han dotado de un gran número de adaptaciones sorprendentes.

La importancia de la relación entre insectos y sus endosimbiontes

Gran parte del éxito evolutivo y adaptativo de los insectos viene dado por su capacidad para relacionarse con otros organismos y, especialmente, con microorganismos que se ubican en el interior de su cuerpo: los endosimbiontes.

Hasta hace algunos años, se consideraba que la mayor contribución de los microorganismos endosimbiontes a la fisiología de los insectos era su papel en la alimentación, hecho que explicaría su gran diversidad de dietas. Sin embargo, se ha demostrado que los endosimbiontes afectan muchos más aspectos de su fisiología.

Tipos de endosimbiosis

Los microorganismos endosimbiontes pueden encontrarse en el tracto digestivo, en los espacios entre las células y dentro de ellas.

Como norma general, cuanto más internamente se halla el endosimbionte, más estrecha es su relación con el insecto. A continuación, vamos a analizar los cuatro tipos más habituales de endosimbiosis en insectos, empezando por la más externa y menos estrecha.

Microorganismos del tracto digestivo

La microbiota del tracto digestivo de los insectos se compone tanto de procariotas (unicelulares, sin núcleo, como bacterias y arqueas) como de eucariotas (uni o pluricelulares, con núcleo, como los protozoos), y es exclusiva del intestino.

Por lo general, se ubican fuera de las células en la parte posterior del intestino, moviéndose libremente en su luz o adheridos a sus paredes. En muchos insectos fitófagos, como termitas y cucarachas, esta parte posterior del intestino forma una cámara sin oxígeno (anaeróbica) donde tiene lugar la fermentación de la celulosa y otros azúcares complejos.

Sistema digestivo de una termita obrera; la parte coloreada en verde corresponde a la parte posterior sin oxígeno. Figura procedente del artículo: Brune, A. (2014). Symbiotic digestion of lignocellulose in termite guts. Nature Reviews Microbiology, 12(3), 168-180.

En las termitas, esta cámara contiene procariotas anaeróbicos facultativos (pueden desarrollarse con o sin oxígeno) u obligados (sólo se desarrollan en ausencia de oxígeno), como espiroquetas y metanógenos, que participan en la digestión; además, en ciertas termitas obreras, esta cámara también contiene protozoos que participan en la digestión de la celulosa de la madera (¿habéis visto alguna vez un mueble agujereado por termitas?).

A diferencia de otros endosimbiontes, los microorganismos del tracto digestivo se transmiten horizontalmente entre organismos; es decir, los insectos no nacen con ellos, sino que deben adquirirlos a lo largo de su vida. En el caso de las termitas, su adquisición tiene lugar mediante un proceso conocido como trofolaxia: las obreras, que son las únicas que se alimentan por sí mismas, digieren y transfieren el alimento (y sus microorganismos) al resto de miembros de la colonia mediante el contacto de sus aparatos bucales.

Trofolaxia en termitas. Imagen de Shutterstock.

Además, se sabe que los microorganismos son eliminados durante la muda, por lo que la trofolaxia les permite recuperarlos.

Endoparásitos

Los parásitos que viven dentro de un organismo se conocen como endoparásitos, e igual que los microorganismos intestinales, se transmiten horizontalmente de unos insectos a otros.

Existen muchas más relaciones entre insectos y endoparásitos pluricelulares que con microorganismos, siendo los pluricelulares más dañinos en términos generales; es el caso de los parasitoides (de los cuales ya hablamos en esta entrada) y los nematodos (capaces de transmitir bacterias mortales para el insecto).

El tipo de relación endoparasítica más relevante entre insectos y microorganismos, y la única que tratamos aquí, son los vectores: el insecto (o vector) actúa de contenedor y transporte provisional del parásito hasta el momento que éste alcanza su hospedador definitivo. Los parásitos transportados suelen ser protozoos dañinos para vertebrados, como Trypanosoma (enfermedad de Chagas), Leishmania (leismaniosis) o Plasmodium (malaria). Por lo general, el insecto no sufre daño alguno, así que en realidad sería más conveniente hablar de comensalismo y no de parasitismo.

El mosquito Anopheles es vector del protozoo causante de la malaria, Plasmodium. Imagen de dominio público.

Simbiosis extracelular e intracelular

A diferencia de los microorganismos intestinales, los endosimbiontes extra e intracelulares se transmiten verticalmente generación tras generación; es decir, el insecto nace con ellos, los “hereda”. Se trata de relaciones mucho más estrechas.

  • Endosimbiontes extracelulares

Los microorganismos extracelulares pueden ser tanto procariotas como eucariotas y encontrarse en diferentes partes del cuerpo del insecto (incluso en el intestino junto con los microorganismos intestinales). En cualquier caso, nunca penetran en las células. Esto no quita que algunas especies puedan encontrarse tanto fuera como dentro de las células.

Dado que muchos microorganismos extracelulares pueden ser a la vez intracelulares, se considera que podrían encontrarse, a nivel evolutivo, en una transición entre los microorganismos intestinales y los endosimbiontes intracelulares.

Un caso interesante de endosimbiosis extracelular tiene lugar en algunas especies de pulgones de la tribu Cerataphidini. Por lo general, los pulgones o áfidos presentan una bacteria endosimbionte intracelular (Buchnera), pero en estas especies dicha bacteria es substituida por un hongo unicelular similar a las levaduras que vive fuera de las células (YLS, del inglés “yeast-like symbiont”), la cual se ubica tanto en las cavidades entre los órganos (hemocele) por donde circula la hemolinfa como en distintos cuerpos grasos. Igual que Buchnera en el resto de pulgones, los YLS tendrían un papel clave en la dieta del insecto al participar en la producción de ciertos nutrientes esenciales.

Ceratovacuna nekoashi (Cerataphidini). Link (CC 2.5)

Se cree que estos microorganismos similares a levaduras o YLS habrían evolucionado a partir de un hongo entomopatógeno (es decir, dañino para los insectos) cuyo linaje habría derivado, posteriormente, en organismos endosimbiontes beneficiosos.

  • Endosimbiontes intracelulares

Se considera que al menos un 70% de insectos presenta microrganismos endosimbiontes dentro de sus células. Existen dos tipos de endosimbiontes intracelulares:

Endosimbiontes dentro de micetocitos o cuerpos de Blochmann

Los bacteriocitos o micetocitos son un tipo especializado de células adiposas que se encuentran en algunos grupos de insectos y que contienen microorganismos endosimbiontes. Estas células son transmitidas a la descendencia y usualmente se agrupan en forma de órganos conocidos como micetomas o bacteriomas.

Los cuerpos de Blochman, o lo que es lo mismo, los endosimbiontes que se encuentran dentro de los micetocitos, son propios de tres grupos de insectos: Blattaria (cucarachas), diferentes grupos de heterópteros dentro del antiguo grupo de los Homoptera (cícadas, psílidos, áfidos, etc.) y Curculionidae (escarabajos curculiónidos). La relación de estos endosimbiontes con las células suele ser tan estrecha que podrían confundirse con orgánulos celulares (algo así como lo que ocurre con las mitocondrias y los cloroplastos).

Buchnera aphidicola dentro de un micetocito o bacteriocito del pulgón Acyrthosiphon pisum. El elemento central es el núcleo del bacteriocito. Las células de Buchnera son redondas y están empaquetadas dentro del citoplasma del bacteriocito. Imagen de J. White y N. Moran, University of Arizona (CC 2.5).

El caso más estudiado es el de Buchnera en los pulgones o áfidos. Esta bacteria intracelular recicla el ácido úrico y otros desechos nitrogenados del pulgón para producir el aminoácido glutamina, el cual usa como base para producir otros aminoácidos esenciales necesarios para el crecimiento del insecto. Se cree que también produciría la vitamina B2 (riboflavina). Esto explicaría el gran éxito evolutivo de los pulgones y su elevada tasa de reproducción a pesar de tener una dieta rica en carbohidratos (procedente de la sabia de las plantas) y tan pobre en compuestos nitrogenados.

Se ha comprobado que en escasead de nutrientes, el número de Buchnera disminuye, lo que sugiere que los pulgones se alimentan de ellos en situaciones límite. Así pues, la relación es mucho más beneficiosa para el pulgón que para el endosimbionte.

Endosimbiontes inquilinos

En este caso, la relación entre microorganismos inquilinos e insectos no es beneficiosa para ambos (mutualista), ya que el inquilino altera al insecto para salir beneficiado.

Los endosimbiontes inquilinos suelen afectar a la proporción de machos y hembras y a su capacidad reproductiva. Muchos microorganismos inquilinos que viven dentro del citoplasma de las células se transmiten a la siguiente generación a través de los óvulos, por lo que necesitan que haya una mayor proporción de hembras de insectos para asegurar su perpetuidad. Para alterar dicha proporción, recurren a diferentes métodos: muerte de los machos, inducción de la partenogénesis, feminización o incompatibilidad citoplasmática, para lo cual suelen inducir cambios a nivel genético. Uno de los inquilinos más estudiados es Wolbachia, una bacteria intracelular capaz de causar un sesgo en la proporción de sexos mediante casi todas las vías antes mencionadas.

Fenotipos derivados de insectos infectados por Wolbachia. Figura procedente del artículo: Werren, J. H., Baldo, L. & Clark, M. E. 2008. Wolbachia: master manipulators of invertebrate biology. Nature Reviews Microbiology, 6(10), 741-751.

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Referencias

  • Bourtzis K. Miller T. A. (2003). Insect Symbiosis. CRC Press.
  • Douglas, A.E. (1998). Nutritional interactions in insect-microbial symbioses: Aphids and their symbiotic bacteria Buchnera. Annual Review of Entomology, 43: 17–38.
  • Vega F.E., Blackwell M. (2005). Insect-Fungal Associations: Ecology and Evolution. Oxford University Press, USA.

La imagen de portada es un montaje realizado por la autora de este artículo a partir de dos imágenes: 1) vector de bacteria (por Flaticon de www.flaticon.com) y 2) vector de termita (extraído de www.allstatepest.com.au).

Basic Microbiology (I): invisible world

The 7 September 1674 Anton van Leeuwenhoek said having watched a few tiny animals in a drop of water. What you referred to the concept of tiny animals? In many of our articles we refer to these organisms. Read on to start your journey into the fascinating world of the invisible. 

A MICROSCOPIC WORLD

“They are imperceptible to the naked eye and abounded in such a way that the water seemed to be alive.” From a simple sample of water, Anton Leeuwenhoek concluded that there were tiny living organisms that were impossible to observe with the naked eye. With the help of a rudimentary microscope, he described the first microorganisms.

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A world microscopic drawings of Leeuwenhoek over what he described as tiny animals. (Photo: Miguel Vicente, Madrimasd).

The concept of microorganism refers to a heterogeneous group of organisms that can only be displayed with the help of microscopes, since they have sizes lower than the limits of vision of humans (approximately 0.1 mm). They may be prokaryotic (bacteria), eukaryotic (Protozoa, algae, fungi…) and even entities acellular, as it would be the case of the virus. These organisms are measured by submultiples of the metro, more specifically in micrometers (μm, thousandth of a millimeter) and nanometers (nm, millionth of a millimeter).

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The submultiples of the metro table (photo: Science Park).

This small size has its advantages: a high surface to volume ratio. This factor has an important biological effect. For example, the smaller cells tend to grow and multiply more quickly due to a rapid exchange of nutrients. Be reduced in size on the other hand, favors a more rapid evolution already that to multiply more quickly significantly increases the frequency of mutations (remember that mutations are the raw material of evolution). In addition, microorganisms more quickly adapt to the environment.

Let’s look at the different sizes that can be found in this large group of microorganisms. In the image below we can see a simple comparison between the various organisms and cells.

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Different microorganisms and cells size scale. (Photo: Isabel Etayo).

BACTERIA

This group of prokaryotes is characterized by a size that includes more than 700 μm and 0.2 μm. It should be noted that this group presents varied morphologies and therefore some are measured by diameter (spherical bacteria or coconuts) or by thickness and height (elongated bacteria or bacilli). A prokaryote’s average size is between 0.5 μm and 4 μm. The bacterium Escherichia coli is usually of approximately of 2 μm x 1 μm. In a small space, as the diameter of the point that there is at the end of this sentence would fit some 500 E. coli.

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Size comparative diagram of different bacteria. (Photo: University of Granada).

The largest known bacterium is Thiomargarita namibiensis. This prokaryote was found in Namibia in 1999. Its size is 750 μm in diameter (0.75 mm), so they are almost visible to the naked eye. These microorganisms usually present as large as some nutrient storage mechanism, in this case sulfur. Another great example is that of Epulopiscium fishelsoni with a size of 600 μm. On the right side of the picture below we can see the comparison of the latter with  E. coli.

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A. Picture of Thiomargarita namibiensis, of about 750 micrometers. B. comparison between Epulopiscium fishelsoni and E. coli. (Photos: Science Policy)

Having a microscopic size isn’t all advantages, it is obvious that there should be a lower limit. Sizes less than 0.15 μm in a bacterium would be almost impossible. Mycoplasma pneumoniae is the smallest bacterium, with a diameter of 0.2 μm. This is a bacterium without a cell wall which can be purchased in many different ways. Following the example of the final point, at 1 mm diameter would fit 5000 bacteria size of Mycoplasma pneumoniae.

VIRUSES

In general, viruses have sizes much smaller than bacteria. They usually have sizes ranging from 20 to 300 nm. So the virus can be up to one hundred times smaller than a bacterium like E. coli. 

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Comparison of sizes of different virus and E. coli. (Photo: diversidad microbiana)

The largest known virus is the Mimivirus. This presents 600 nm in diameter (larger than Mycoplasma pneumoniae). In the image below, you can see the comparison between the size of these giant virus and Rickettsia conorii (bacteria that causes human Boutonneuse Fever).

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Comparison between Mimivirus and Rickettsia conorii. (Photo: byte Size Biology)

The Polio virus is one of the smallest viruses that are known, with a size of 20 nm (0.02 μm). If we could observe how many polio virus would fit on the point of the end of the sentence, would find some 50000 polio viral particles.

MICROSCOPIC EUKARYOTES

In Protozoa, the size remains varied. The average size is usually 250 μm in length. Even so, small protozoa as bacteria can be found (between 2 and 3 μm, like for example the Leishmania or Babesia) or large protozoa visible to the naked eye (from 16 mm in the case of Porospora gigantea). In the case of Leishmania can be seen as almost a hundred of bodies (thin arrow) can live inside a macrophage of a 30 μm (coarse black arrow).

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Leishmania inside a macrophage (black arrow). The bar represents about 20 micrometers. (Photo: Thatawan Pothirat).

Microscopic fungi, such as yeasts, include sizes 6-20 μm. The best-known yeast is Saccharomyces cerevisiae with a size of oscillates between the 6 and 12 μm depending on its stage of ripeness. In the image below we can see an example very clear.

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Size of the cells of Saccharomyces cerevisiae. (Photo: Easy notes).

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“No view has reached my eye more pleasurable than this of so many living creatures within a small drop of water”. Anton Leeuwenhoek, in 1974, discovered an incredible invisible world.

REFERENCES

  • Brock, Biología de los microorganismos. Editorial Pearson.
  • Ignacio López-Goñi. Virus y Pandemias. Editorial Naukas.
  • Cover Photo: Escuela y Ciencia.

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Microbiología básica (I): el mundo invisible

El 7 de Septiembre de 1674, Anton van Leeuwenhoek afirmó haber observado unos minúsculos animálculos en una gota de agua. ¿A qué se refería con el concepto de animálculos? En muchos de nuestros artículos hacemos referencia a estos organismos. Sigue leyendo e inicia tu viaje en el fascinante mundo invisible. 

UN MUNDO MICROSCÓPICO

“Los animálculos son animales imperceptibles a simple vista y abundaban de tal manera que el agua parecía estar viva”. De una simple muestra de agua, Anton Leeuwenhoek concluyó que en el mundo había organismos vivos diminutos imposibles de observar a simple vista. Con la ayuda de un rudimentario pero eficiente microscopio, describió los primeros microorganismos (con permiso de Robert Hooke, el primero en describir estructuras microscópicas de ciertos hongos).

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Dibujos de Leeuwenhoek sobre lo que definió como animálculos. (Foto: Miguel Vicente, Madrimasd).

El concepto de microorganismo hace referencia a un grupo heterogéneo de organismos que sólo se pueden visualizar con la ayuda de microscopios, ya que presentan tamaños inferiores a los límites de visión de los humanos (aproximadamente 0,1 mm). Pueden ser procariotas (bacterias), eucariotas (protozoos, algas, hongos…) e incluso entidades biológicas acelulares, como seria el caso de los virus. Estos organismos se miden mediante submúltiplos del metro, más concretamente en micrómetros (μm, milésima parte de un milímetro)  y nanómetros (nm, millonésima de milímetro).

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Tabla de los submúltiplos del metro (Foto: Parque Ciencia).

Este tamaño tan pequeño tiene sus ventajas: una relación superficie/volumen elevada. Este factor tiene un importante efecto biológico. Por ejemplo, las células más pequeñas tienden a crecer y multiplicarse más rápido debido a un rápido intercambio de nutrientes. Por otro lado, ser de tamaño reducido favorece una evolución más rápida, es decir, al multiplicarse más rápido la frecuencia de las mutaciones aumenta significativamente ( recuerde que las mutaciones son la materia prima de la evolución). Además, los microorganismos se adaptan más rápidamente a las condiciones ambientales del medio.

Analicemos pues, los diferentes tamaños que podemos encontrar en este gran grupo de los microorganismos. En la imagen inferior podemos observar una comparativa sencilla entre los diferentes microorganismos y células.

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Escala de tamaño de diferentes microorganismos y células. (Foto: Isabel Etayo).

BACTERIAS

Este grupo de procariotas se caracteriza por presentar un tamaño que comprende entre los 0,2 μm y más de 700 μm. Hay que destacar que este grupo presenta morfologías muy variadas y, por tanto, algunos se miden por el  diámetro (bacterias esféricas o cocos) o por el grosor y la altura (bacterias alargadas o bacilos). El tamaño de un procariota de tipo medio es entre 0,5 μm y 4 μm. La bacteria Escherichia coli, modelo de estudio, suele ser de aproximadamente 2 μm x 1 μm. En un espacio pequeño, como el diámetro del punto que hay al final de esta frase cabrían unas 500 E.coli.

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Esquema comparativo del tamaño diferentes bacterias. (Foto: Universidad de Granada).

La bacteria más grande conocida hasta el momento es Thiomargarita namibiensis. Esta procariota fue encontrada en Namibia en 1999. Su tamaño es de 750 μm de diámetro (0,75 mm), de modo que son casi visibles a simple vista. Generalmente estos microorganismos presentan un tamaño tan grande como mecanismo de almacenamiento de algún nutriente, en este caso azufre. Otro gran ejemplo es el de Epulopiscium fishelsoni con un tamaño de 600 μm. En la parte derecha de la imagen inferior podemos observar la comparativa de este último con E.coli.

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A. Imagen de Thiomargarita namibiensis, de unos 750 micrómetros. B. Comparación entre Epulopiscium fishelsoni y E.coli. (Fotos: Science Policy)

Podría deducirse que tener un tamaño microscópico es todo ventajas, pero es obvio que debe existir un límite inferior. Tamaños inferiores a 0.15 μm serían casi imposibles en una bacteria. Mycoplasma pneumoniae es la bacteria más pequeña, con un diámetro de 0,2μm. Esta es una bacteria sin pared celular que puede adquirir muchas formas diferentes. Siguiendo el ejemplo del punto final, en su diámetro de 1 mm cabrían 5000 bacterias de tamaño de  Mycoplasma pneumoniae.

VIRUS

En general, los virus presentan tamaños mucho menores que las bacterias. Suelen tener tamaños comprendidos entre los 20 y los 300 nm. Por tanto los virus pueden ser hasta cien veces más pequeños que una bacteria de tipo medio.

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Comparación de los tamaños de diferentes virus y E.coli. (Foto: Diversidad microbiana)

El virus más grande conocido es Mimivirus. Este presenta un diámetro de 600 nm, es decir, 0,6 μm (más grande que  Mycoplasma pneumoniae). En la imagen inferior, podemos observar la comparación entre el tamaño de estos virus gigantes y  Rickettsia conorii (bacteria que provoca la fiebre botonosa mediterránea en humanos).

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Comparación entre el tamaño de Mimivirus y Rickettsia conorii. (Foto: Bytes Size Biology)

El virus de la Polio es uno de los virus más pequeños que se conocen, con un tamaño de 20 nm (osea, 0.02 μm). Si pudieramos observar cuantos virus de la polio cabrían en el punto del final de la frase, encontraríamos unas 50.000 partículas víricas de polio.

EUCARIOTAS MICROSCÓPICOS

En los protozoos, el tamaño sigue siendo muy variado. El tamaño medio suele ser de 250 μm de longitud. Aún así, podemos encontrar protozoos pequeños como bacterias (entre 2 y 3 μm, como por ejemplo la Leishmania o Babesia) o grandes protozoos visibles a simple vista (de 16 mm en el caso de Porospora gigantea). En el caso de Leishmania podemos observar como cerca de un centenar de organismos (flecha fina) pueden vivir en el interior de un macrófago de unos 30 μm (flecha negra gruesa).

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Amastigotas de Leishmania en el interior de un macrófago (flecha negra). La barra representa unos 20 micrómetros. (Foto: Thatawan Pothirat).

En el caso de los hongos micróscopicos, como las levaduras, comprenden tamaños entre 6 y 20 μm. La levadura más conocida es Saccharomyces cerevisiae con un tamaño de oscila entre los 6 y 12 μm dependiendo de su fase de maduración. En la imagen inferior podemos ver un ejemplo muy claro.

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Tamaño de las células de Saccharomyces cerevisiae. (Foto: Easy notes).

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“Ninguna vista ha alcanzado mi ojo más placentera que esta de tantas criaturas vivas dentro de una pequeña gota de agua”. Anton Leeuwenhoek, en 1974, descubrió un increíble y fascinante mundo invisible. 

REFERENCIAS

  • Brock, Biología de los microorganismos. Editorial Pearson.
  • Ignacio López-Goñi. Virus y Pandemias. Editorial Naukas.
  • Foto de portada: Escuela y ciencia.

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