Unicellular but not asocial. Life in community of a bacterium

All living organisms have acquired the outstanding ability to overcome the limitations imposed by changeable environments through the gain of genetic traits over years of evolution and the tendency of individuals to associate in communities. The complementation of a singular weakness, the deployment of reinforcement for the good of the community, the better use of resources, or effective defense against external aggression are advantages gained by this communal behavior. Communication has been the cohesive element prompting the global responses that promote efficiency in two features of any community: specialization in differentiated labor and the spatio-temporal organization of the environment. These principles illustrate that what we call human ecology also applies to the cellular world and is exemplified in eukaryotic organisms, where sophisticated cell-to-cell communication networks coordinate cell differentiation and the specialization of multiple tissues consisting of numerous cells embedded in a multifunctional extracellular matrix. This sophisticated molecular machinery appears, however, to be invented by the ‘simple’ but still fascinating bacteria. What I will try to expand in the following sections are notions of how ‘single prokaryotic cells’ organize a multicellular community (AU)

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Identification of a class B acid phosphatase in Haemophilus parasuis

An acid phosphatase activity was detected in the supernatant of Haemophilus parasuis, a Gram-negative pleomorphic bacillus and the causative agent of Glässer’s disease in pigs. To identify the gene responsible for the secreted activity, a genomic library of H. parasuis strain ER-6P was produced in Escherichia coli. Screening of the library allowed identification of two homologs to known phosphatases: PgpB and AphA. PgpB was predicted to be located in the bacterial membrane through six transmembrane domains while AphA was predicted to have a signal peptide. The aphA gene was cloned and expressed in E. coli. Characterization of H. parasuis AphA indicated that this protein belongs to the class B nonspecific acid phosphatases. AphA contained sequence signatures characteristic of this family of phosphatases and its activity was inhibited by EDTA. The optimal pH of recombinant AphA differed from that of the phosphatase activity found in H. parasuis supernatants. In addition, the phosphatase activity from H. parasuis supernatants was not inhibited by EDTA, indicating that H. parasuis AphA does not account for the phosphatase activity observed in the supernatants. Our results demonstrate the presence of a class B acid phosphatase (AphA) in H. parasuis and suggest that the bacterium would also secrete another, as yet unidentified phosphatase (AU)

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Endophytic and rhizospheric bacterial communities isolated from the medicinal plants Echinacea purpurea and Echinacea angustifolia

In this work we analyzed the composition and structure of cultivable bacterial communities isolated from the stem/leaf and root compartments of two medicinal plants, Echinacea purpurea (L.) Moench and Echinacea angustifolia (DC.) Hell, grown in the same soil, as well as the bacterial community from their rhizospheric soils. Molecular PCR-based techniques were applied to cultivable bacteria isolated from the three compartments of the two plants. The results showed that the two plants and their respective compartments were characterized by different communities, indicating a low degree of strain sharing and a strong selective pressure within plant tissues. Pseudomonas was the most highly represented genus, together with Actinobacteria and Bacillus spp. The presence of distinct bacterial communities in different plant species and among compartments of the same plant species could account for the differences in the medicinal properties of the two plants (AU)

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The Microbe’s Contribution to Biology-50 years after

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From growth physiology to systems biology / De la fisiología del crecimiento a la biología de sistemas

As it focuses on the integrated behavior of the entire cell, systems biology is a powerful extension of growth physiology. Here, I briefly trace some of the origins of modern-day bacterial growth physiology and its relevance to systems biology. I describe how growth physiology emerged from the foggy picture of the growth curve as a self-contained entity. For this insight, we can thank Henrici, Hershey, Monod, Maaløe, and others. As a result of their work, growth rate is understood to be the unitary manifestation of the response to nutritional conditions and to the control condition for studies on the effect of environmental stresses. For this response to be usefully reproducible, cultures must be in the steady state known as balanced growth. I point out that present-day experimenters are not always aware of this imperative and thus do not always use conditions that ensure the balanced growth of their control cultures (AU)

Al centrarse en el comportamiento integrado de la célula en su totalidad, la biología de sistemas es una poderosa extensión de la fisiología del crecimiento. En este estudio se indican brevemente algunos de los fundamentos de la fisiología moderna del crecimiento bacteriano y su importancia en la biología de sistemas. Se describe la forma en que la fisiología del crecimiento emergió como entidad autónoma del cuadro brumoso de la curva de crecimiento. Podemos agradecer en todo esto las percepciones que modelaron Henrici, Hershey, Monod, Maaløe y otros. Gracias a sus trabajos se ha entendido que la velocidad de crecimiento es la manifestación unitaria de la respuesta a las condiciones nutricionales y es la condición que rige los estudios sobre el efecto del estrés ambiental. Para que todo ello pueda ser útilmente reproducible, los cultivos tienen que estar en la fase de crecimiento sostenido que se conoce como crecimiento equilibrado. Queremos destacar que los experimentadores de hoy en día no siempre tienen conocimiento de este imperativo y no siempre emplean las condiciones que aseguran el crecimiento equilibrado en sus cultivos de control (AU)

Genomics and marine microbial ecology / Genómica marina y ecología microbiana

Genomics has brought about a revolution in all fields of biology. Before the development of microbial ecology in the 1970s, microbes were not even considered in marine ecological studies. Today we know that half of the total primary production of the planet must be credited to microorganisms. This and other discoveries have changed dramatically the perspective and the focus of marine microbial ecology. The application of genomics-based approaches has provided new challenges and has allowed the discovery of novel functions, an appreciation of the great diversity of microorganisms, and the introduction of controversial ideas regarding the concepts of species, genome, and niche. Nevertheless, thorough knowledge of the traditional disciplines of biology is necessary to explore the possibilities arising from these new insights. This work reviews the different genomic techniques that can be applied to marine microbial ecology, including both sequencing of the complete genomes of microorganisms and metagenomics, which, in turn, can be complemented with the study of mRNAs (transcriptomics) and proteins (proteomics). The example of proteorhodopsin illustrates the type of information that can be gained from these approaches. A genomics perspective constitutes a map that will allow microbiologists to focus their research on potentially more productive aspects (AU)

La genómica ha supuesto una revolución en todos los campos de la biología. En la década de 1970, antes del desarrollo de la ecología microbiana, los microbios ni siquiera estaban presentes en los estudios de ecología marina. Hoy día sabemos que la mitad de la producción primaria total del planeta se debe a los microorganismos. Éste y otros descubrimientos han cambiado la perspectiva y el enfoque de la ecología microbiana marina. La aplicación de procedimientos basados en la genómica ha abierto nuevos retos y permitido descubrir nuevas funciones, a la vez que apreciar la gran diversidad de microorganismos. También ha facilitado la aparición de polémicas en torno a los conceptos de especie, genoma, y nicho. Sin embargo, es necesario explorar las posibilidades que presentan estos nuevos métodos, lo cual puede hacerse a través del conocimiento de las disciplinas tradicionales de la biología. Este trabajo examina las diversas técnicas genómicas que se pueden aplicar a la ecología microbiana marina, y que incluyen la secuenciación completa de microorganismos y la metagenenomica la cual, a su vez, se complementa con el estudio de mRNAs (transcriptómica) y proteínas (proteinómica). El ejemplo de la proteorrodopsina ilustra el tipo de información que puede obtenerse con estas aproximaciones. Una perspectiva genómica es como un mapa que permitirá a los microbiólogos enfocar su investigación en aspectos potencialmente más productivos (AU)

Diversity and biosynthesis of compatible solutes in hyper/thermophiles / Diversidad y biosíntesis de solutos compatibles en hiper/termófilos

The accumulation of compatible solutes, either by uptake from the medium or by de novo synthesis, is a general response of microorganisms to osmotic stress. The diversity of compatible solutes is large but falls into a few major chemical categories, such as carbohydrates or their derivatives and amino acids or their derivatives. This review deals with compatible solutes found in thermophilic or hyperthermophilic bacteria and archaea that have not been commonly identified in microorganisms growing at low and moderate temperatures. The response to NaCl stress of Thermus thermophilus is an example of how a thermophilic bacterium responds to osmotic stress by compatible solute accumulation. Emphasis is made on the pathways leading to the synthesis of mannosylglycerate and glucosylglycerate that have been recently elucidated in several hyper/thermophilic microorganisms. The role of compatible solutes in the thermoprotection of these fascinating microorganisms is also discussed (AU)

La acumulación de solutos compatibles por incorporación del medio o mediante síntesis de novo es una respuesta general de los microorganismos al estrés osmótico. La diversidad de solutos compatibles es grande pero cae en unas pocas categorías químicas importantes tales como carbohidratos o sus derivados y aminoácidos o sus derivados. Esta revisión trata de los solutos compatibles encontrados en bacterias y en arqueas termófilas o hipertermófilas y que no se han identificado en microorganismos que viven a temperaturas bajas y moderadas. La respuesta de Thermus thermophilus al estrés causado por el NaCl es un ejemplo de cómo responde una bacteria termófila al estrés osmótico mediante la acumulación de solutos compatibles. Se destacan las vías que conducen a la síntesis del manosilglicerato y del glucosilglicerato que se han descubierto recientemente en varios microorganismos hiper/thermófilos. Se describe también la función de los solutos compatibles en la termoprotección de estos apasionantes microorganismos (AU)

Life’s unity and flexibility: the ecological link / La unidad y flexibilidad de la vida: la conexión ecológica

The small size, ubiquity, metabolic versatility and flexibility, and genetic plasticity (horizontal transfer) of microbes allow them to tolerate and quickly adapt to unfavorable and/or changing environmental conditions. Prokaryotes are endowed with sophisticated cellular envelopes that contain molecules not found elsewhere in the biological world. Although prokaryotic cells lack the organelles that characterize their eukaryotic counterparts, their interiors are surprisingly complex. Prokaryotes sense their environment and respond as individual cells to specific environmental challenges; but prokaryotes also act cooperatively, displaying communal activities. In many microbial ecosystems, the functionally active unit is not a single species or population (clonal descendence of the same bacterium) but a consortium of two or more types of cells living in close symbiotic association. Only recently have we become aware that microbes are the basis for the functioning of the biosphere. Thus, we are at a unique time in the history of science, in which the interaction of technological advances and the exponential growth in our knowledge of the present microbial diversity will lead to significant advances not only in microbiology but also in biology and other sciences in general (AU)

Los microbios son de pequeño tamaño, ubicuos, presentan versatilidad y flexibilidad metabólica, y plasticidad genética (transferencia horizontal) que les permite soportar y adaptarse rápidamente a las condiciones ambientales desfavorables y/o cambiantes. Los procariotas poseen sofisticadas envolturas que contienen moléculas que no se encuentran en ninguna otra parte del mundo biológico. Aunque la célula procariota carece de los orgánulos que caracterizan sus equivalentes eucariotas, su interior es asombrosamente complejo. Los procariotas sienten su ambiente y responden como células individuales a los desafíos ambientales específicos; pero también actúan de forma cooperativa, mostrando actividades comunitarias. En muchos ecosistemas microbianos, la unidad funcionalmente activa no es una sola especie o población (descendencia clónica de la misma bacteria), sino un consorcio de dos o más tipos de células que vive en estrecha asociación simbiótica. La comprensión de los microbios como la base del funcionamiento de la biosfera es algo muy reciente. Nos encontramos en un momento en que la interacción de avances tecnológicos y el conocimiento exponencial de la actual diversidad microbiana permitirán avances significativos no sólo en microbiología, sino en biología y en otras ciencias en general (AU)

Plant-associated microorganisms: a view from the scope of microbiology

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Plant-microbe interactions and the new biotechnological methods of plant disease control / Interacciones plantas–microorganismos y los nuevos métodos biotecnológicos para el control de las enfermedades de las plantas

Plants constitute an excellent ecosystem for microorganisms. The environmental conditions offered differ considerably between the highly variable aerial plant part and the more stable root system. Microbes interact with plant tissues and cells with different degrees of dependence. The most interesting from the microbial ecology point of view, however, are specific interactions developed by plant-beneficial (either non-symbiotic or symbiotic) and pathogenic microorganisms. Plants, like humans and other animals, also become sick, but they have evolved a sophisticated defense response against microbes, based on a combination of constitutive and inducible responses which can be localized or spread throughout plant organs and tissues. The response is mediated by several messenger molecules that activate pathogen-responsive genes coding for enzymes or antimicrobial compounds, and produces less sophisticated and specific compounds than immunoglobulins in animals. However, the response specifically detects intracellularly a type of protein of the pathogen based on a gene-for-gene interaction recognition system, triggering a biochemical attack and programmed cell death. Several implications for the management of plant diseases are derived from knowledge of the basis of the specificity of plant-bacteria interactions. New biotechnological products are currently being developed based on stimulation of the plant defense response, and on the use of plant-beneficial bacteria for biological control of plant diseases (biopesticides) and for plant growth promotion (biofertilizers) (AU)

Las plantas constituyen un excelente ecosistema para los microorganismos. Las condiciones ambientales que ofrecen difieren considerablemente entre la parte aérea de la planta, muy variable, y el sistema de raíces, más estable. Los microorganismos interaccionan con las células y tejidos de la planta con distintos grados de dependencia. Sin embargo, lo más interesante desde el punto de vista de la ecología microbiana son las interacciones específicas desarrolladas por microorganismos patógenos beneficiosos para la planta (tanto las no simbióticas como las simbióticas). Las plantas, como los humanos y otros animales, también enferman, pero han desarrollado una sofisticada respuesta de defensa contra los microorganismos, basada en una combinación de respuestas constitutivas y respuestas inducibles, que pueden ser locales o esparcidas por todos los tejidos y órganos de la planta. La respuesta está mediada por varias moléculas mensajeras que activan genes de respuesta a los patógenos los cuales codifican enzimas o compuestos antimicrobianos, y produce compuestos menos complejos y específicos que las inmunoglobulinas de los animales. Sin embargo, la respuesta detecta de manera específica y en el interior de las células una proteína del patógeno mediante un sistema de reconocimiento de interacción gen a gen, y desencadena un ataque bioquímico y la muerte celular programada. El conocimiento de las bases de la especificidad de las interacciones entre plantas y bacterias repercute en el control de las enfermedades de las plantas. Actualmente se están desarrollando nuevos productos biotecnológicos basados en la estimulación de la respuesta de defensa por parte de las plantas y en el uso de bacterias beneficiosas, que combaten las enfermedades de las plantas (bioplaguicidas) y que estimulan el crecimiento de los vegetales (biofertilizantes). (AU)

Microbial ecology comes of age / Mayoría de edad de la ecología microbiana

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Microflora bacteriana e inmunidad intestinal / Bacterial microflora and intestinal immunity

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Speciation of termite gut protist: the role of bacterial symbionts

At least 12 termite gut protists have been named because of their bacterial symbionts. Dozens more species are diagnosed by epi- and endosymbionts and more still have regular bacterial associations referred to in their species description. Molecular systematic studies have begun to identify these bacteria, but the ecological relations with their protist bionts are still unknown. Recent findings of acetogenic spirochetes in termite guts may explain the peculiar arrangement of spirochetes on some of these protists. Other bacteria function as motility or chemotactic symbionts of these protists. The size and shape of the parabasal body, a Golgi complex, are morphological characters of the Parabasalia (trichomonads, hypermastigids) that may be influenced by regular, heritable epi- and endosymbiotic bacteria (AU)

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Intracellular bacteria in ciliates

Ciliates are frequently colonized by other micro-organisms. The large size of ciliate cells offers habitats for hundreds to thousands of bacteria in different compartments, such as cytoplasm, nuclei and even perinuclear spaces. Size, phagocytic feeding habit and other features appear to be favorable pre-adaptations of ciliates for symbiosis with bacteria. Certain intracellular bacteria are permanent symbionts that are not infectious, whereas others are highly infectious. Both types show specific adaptations. With their wide spectrum of phylogenetic positions, intracellular bacteria in ciliates show relationships to different taxa of free-living bacteria and even archaea. Certain symbionts may be deleterious for their host ciliates, whereas others may provide a selective advantage under appropriate conditions or even be essential for the host cells. Depending on the nature of a symbiont, its prevalence in a host population may be low or high. Symbionts that express a killer toxin affecting non-infected ciliates achieve high infection rates in a host population, whereas certain infectious bacteria may only show a low prevalence (AU)

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Production of phenolics by immobilized cells of the lichen Pseudevernia furfuracea: the role of epiphytic bacteria

Immobilized lichen cells from the thalli of the lichen Pseudevernia furfuracea, supplied with acetate as the only source of carbon, continuously produced phenolic substances, atranorin and physodic acid, over 23 days. Epiphytic bacteria associated with the lichen thallus grew actively, probably using both acetate and reduced compounds supplied by lichen cells, since their active growth was avoided by including 10 microM 3,3'-dichlorophenyl-1,1'dimethylurea in the bath solution. Penicillin largely impeded the growth of epiphytic bacteria and decreased phenolic production, which was recovered only at the end of the experimental period, just when the bacteria started a slow, but active growth. We suggest the cooperation of epiphytic bacteria in the biosynthesis of both atranotrin and physodic acid (AU)

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Uso de probióticos, prebióticos y simbióticos en patología humana: efectos preventivos y terapéuticos / Use of probiotics, prebiotics and synbiotics in human pathology: preventive and therapeutic efects

Los probióticos son microorganismos vivos que al ser ingeridos producen un efecto favorable sobre la salud humana, al poder prevenir o tratar determinadas patologías (diarrea aguda, diarrea del viajero, diarrea por antibióticos, alergia gastrointestinal, colon irritable, candidiasis vaginal, helicobacter pylori, enfermedad inflamatoria intestinal, sobrecrecimiento bacteriano intestinal, prevención del cáncer, reducción del colesterol, intolerancia a la lactosa, enterocolitis necrotizante).Deben poseer una serie de condiciones: procedencia humana, no ser patógenos, alta resistencia a su paso por el intestino, capacidad de adhesión a las mucosas, supervivencia en el ecosistema intestinal, respuesta inmune, prevención de la adhesión y colonización de patógenos, poder ser utilizados tecnológicamente.Los prebióticos son moléculas fermentables que poseen un efecto favorable sobre la flora intestinal, al estar dirigidos selectivamente al crecimiento y/o actividad de los probióticos.Los simbióticos son una mezcla de probióticos y prebióticos, mejorando la supervivencia, el crecimiento y la efectividad de los probióticos (AU)

Mecanismos de resistencia bacteriana en la infección de implantes / Mechanisms of bacterial resistance in implant infection

Las infecciones de los implantes ortopédicos no se curan simplemente con antibióticos. Se han desarrollado diversas hipótesis explicativas complementarias entre sí: Los antibióticos no llegan a los implantes: al no estar vascularizados los antibióticos y elementos inmunes sólo llegan por difusión desde los tejidos próximos. Los biomateriales disminuyen la eficacia del sistema inmune: el polimetilmetacrilato inhibe la activación del complemento y la fagocitosis, infectándose más fácilmente que los metales ortopédicos. Éstos se infectan según su citotoxicidad, siendo el riesgo, de mayor a menor, con las aleaciones de acero inoxidable, cromo-cobalto, y titanio. Adhesión y colonización bacteriana de la superficie de los implantes: sobre la superficie de un biomaterial compiten por adherirse las bacterias (infección) y las células del huésped (integración tisular). Si triunfan las bacterias se multiplican y forman colonias adheridas envueltas en glicopolisacáridos extracapsulares. Los antibióticos y elementos del sistema inmune atraviesan esta capa con gran dificultad, cronificándose la infección. Los materiales menos biocompatibles (menor adherencia de células del huésped) o de superficie más porosa se infectan más fácilmente. Bacterias intracelulares: los Staphylococci y otros patógenos fagocitados son capaces de evitar su lisis, viviendo en situación vegetativa en el interior de los fagosomas de los macrófagos, protegidos de la mayoría de los antibióticos y de las sustancias del sistema inmune. Estas bacterias intracelulares son las responsables del mantenimiento de la infección y de las recidivas y reactivaciones periódicas. Para combatirlas habrán de utilizarse combinaciones de antibióticos de alta penetración y actividad intracelular (rifampicina, quatrimoxazol, ofloxacino, ciprofloxacino, clindamicina, macrólidos) as infecciones de los implantes ortopédicos no se curan simplemente con antibióticos. Se han desarrollado diversas hipótesis explicativas complementarias entre sí: Los antibióticos no llegan a los implantes: al no estar vascularizados los antibióticos y elementos inmunes sólo llegan por difusión desde los tejidos próximos.Los biomateriales disminuyen la eficacia del sistema inmune: el polimetilmetacrilato inhibe la activación del complemento y la fagocitosis, infectándose más fácilmente que los metales ortopédicos. Éstos se infectan según su citotoxicidad, siendo el riesgo, de mayor a menor, con las aleaciones de acero inoxidable, cromo-cobalto, y titanio.Adhesión y colonización bacteriana de la superficie de los implantes: sobre la superficie de un biomaterial compiten por adherirse las bacterias (infección) y las células del huésped (integración tisular). Si triunfan las bacterias se multiplican y forman colonias adheridas envueltas en glicopolisacáridos extracapsulares. Los antibióticos y elementos del sistema inmune atraviesan esta capa con gran dificultad, cronificándose la infección. Los materiales menos biocompatibles (menor adherencia de células del huésped) o de superficie más porosa se infectan más fácilmente.Bacterias intracelulares: los Staphylococci y otros patógenos fagocitados son capaces de evitar su lisis, viviendo en situación vegetativa en el interior de los fagosomas de los macrófagos, protegidos de la mayoría de los antibióticos y de las sustancias del sistema inmune. Estas bacterias intracelulares son las responsables del mantenimiento de la infección y de las recidivas y reactivaciones periódicas. Para combatirlas habrán de utilizarse combinaciones de antibióticos de alta penetración y actividad intracelular (rifampicina, quatrimoxazol, ofloxacino, ciprofloxacino, clindamicina, macrólidos) (AU)