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INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS
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División Ciencias Microbiológicas

DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGÍA

 

 

Ecología acuática microbiana.

Dra. Claudia Piccini, Mag. Germán Pérez, Lic. Natalia Rigamonti, Lic. Martina Soumastre, Br. Gabriela Martínez y Br. Paula Vico.

 

La presencia y actividad humana a gran escala, como son los monocultivos, las industrias y las ciudades generan cambios en su entorno. Uno de los cambios relevantes que ha producido esta actividad es el incremento del ingreso de materia orgánica y nutriente, como el nitrógeno y el fósforo, a los ecosistemas acuáticos. Este proceso, que favorece la eutrofización y la consiguiente pérdida de calidad del agua, es especialmente importante en los ecosistemas costeros, ya que reciben los aportes de materiales provenientes de sus grandes extensiones de cuenca.

Entre los ecosistemas costeros más vulnerables a estos cambios se encuentran los estuarios y las lagunas costeras. En Uruguay las lagunas costeras son sistemas altamente productivos que sostienen pesquerías artesanales, son sitio de anidamiento y alimentación de aves migratorias y están siendo incluidas en el sistema nacional de áreas protegidas. En los últimos años se ha producido un aumento de la práctica agrícola en los alrededores de las lagunas, lo que ha coincidido con variaciones en el funcionamiento de estos sistemas. Por ejemplo en la Laguna de Rocha se han detectado floraciones de cianobacterias y bacterias potencialmente tóxicas, así como un aumento de la vegetación acuática. Estos síntomas están generalmente asociados a la eutrofización y la consiguiente pérdida de calidad del agua.

Los principales actores en la captación, descomposición y mineralización de los compuestos que entran en los sistemas acuáticos son las bacterias, por lo que son un componente fundamental de los ciclos del carbono y el nitrógeno. Distintas poblaciones tienen diferente relevancia en los ciclos biogeoquímicos de estos elementos. En cuerpos de agua someros, como lo son las lagunas costeras uruguayas, existen gradientes de salinidad, materia orgánica y nutrientes que determinan la presencia de poblaciones bacterianas con roles diferentes en la utilización del carbono orgánico, por lo que se torna fundamental entender los mecanismos que regulan su presencia y abundancia en las lagunas.

Nuestra línea de investigación está centrada en el estudio de las poblaciones bacterianas. También relacionada con la calidad del agua, otra de las líneas de investigación de nuestro grupo es acerca de la ecología y distribución de la cianobacteria tóxica Cylindrospermopsis raciborskii, mediante el estudio de poblaciones naturales ecológicamente distinguibles. Este estudio se realiza en colaboración con el grupo de Ecología del Fitoplancton de CSIC e involucra el análisis filogenético de aislamientos obtenidos de lagos someros de Uruguay y su comparación con aislamientos de otras partes del mundo. Esto nos ha permitido distinguir la presencia de ecotipos de la especie con diferente fitness, cuya selección y éxito estarían sujetos a filtros ambientales. Asimismo, con el fin de entender mejor en qué condiciones las cianobacterias producen mayor cantidad de toxinas, se analiza la expresión de genes involucrados en la biosíntesis de las mismas bajo distintas condiciones de disponibilidad de nutrientes.

Nuestro trabajo resulta de la interacción con investigadores de diversas áreas del conocimiento e instituciones, tanto nacionales como extranjeras. Esta colaboración e intercambio entre las disciplinas microbiológicas y la ecología acuática nos permite integrar conocimientos generados en otros ecosistemas, ya que la problemática a la que se enfrenta hoy la conservación de los sistemas de agua dulce es similar en todo el mundo.

 

Aquatic microbial ecology

Dr. Claudia Piccini, MSc. Germán Pérez, BSc. Natalia Rigamonti, BSc. Martina Soumastre, Ms. Gabriela Martínez and Ms. Paula Vico.

 

Human activities (cities, agriculture, industry) are increasingly changing the environment. Among the most important changes we can found is the augmented input of nutrients, Duch as nitrogen (N) and phosphorous, to aquatic ecosystems. The progress of this process provokes eutrophication and this is especially relevant in coastal ecosystems receiving important input of materials from their catchments.

Shallow coastal lagoons are among the most productive natural ecosystems on Earth. These relatively closed basins are extremely vulnerable to nutrient input from the surrounding catchment. Therefore, they are highly susceptible to anthropogenic influence and pollution. Coastal lagoons, moreover, exhibit great spatial and temporal variability in their physicochemical water characteristics due to the sporadic mixing of freshwater with marine influx. They are commonly surrounded by extensive areas of freshwater and salt marshes, which are important sources of the dissolved organic matter (DOM) that drives the ecosystem metabolism. The exchange of water masses of freshwater and marine origin is crucial to the natural functioning of coastal lagoons and their associated littoral wetlands because basic ecological processes are controlled by this mixing. It determines the gradient of DOM and nutrients between the limnetic and brackish areas, which in turn controls the productivity of the system The biotic mineralization of DOM in aquatic ecosystems is carried out by a diverse community of heterotrophic microbes from various phylogenetic lineages. Some of these groups differ in their distributions across freshwater and marine habitats and contribute in different ways to ecosystem functioning. In this context, one of our research topics focused on the role of the microbial community in DOM and nutrient mineralization (especially nitrogen) and cycling. We use culture-independent approaches (TRFLP fingerprinting, FISH, clone libraries, etc.) to evaluate which bacterial populations are involved in the uptake of C and N, as well as how the interaction with other microbial communities (phytoplankton, nano and microzooplankton) affect nutrient uptake.

Cyanobacteria are highly successful in modern aquatic systems worldwide. These organisms reach high abundances and form toxic blooms from the tropics to the high latitudes, affecting severely diverse ecosystems. Proliferation of bloom-forming species of cyanobacteria is improved by eutrophication and increased temperature, and it is possible to identify differences in their functional traits and environmental preferences linked with phylogeny. Although information regarding cyanobacterial diversity and toxicity is abundant, little is known about the probability of a given population to cause a bloom and if toxicity is a characteristic conditioning the success of the bloom-forming population. Using isolates of Cylindrospermopsis raciborskii, a toxic invasive species as a model, we analyzed if ecological preferences (measured as morphology, growth behavior under different environmental characteristics and tolerance to temperature) are linked to toxin production and molecular phylogeny. Phylogenetic analysis using ITS, nifH gene and rep-PCR showed that the Uruguayan strains clustered together to other C. raciborskii isolated from the Americas, especially to those from Brazil. In addition, nifH-based phylogeny allowed detecting subclusters inside American populations, suggesting an early spread of the species within the continent. Integrating phenotypic and genotypic information from the isolates, we suggested that they could be identified as different ecotypes whose success is subject to local environmental conditions. In addition, current hypothesis support that the ability of C. raciborskii to produce the toxin cylindrospermopsin (CYN) originate in Australian strains and subsequently radiated to Europe and Asia but not to the Americas. When toxin production was addressed in our strains by different analytical techniques, we found that the studied ecotypes are saxitoxin-producers but not able to produce cylindrospermopsin (CYN). Interestingly, these non-CYN producing ecotypes isolated from South America harbor the gene cluster involved in the synthesis of this toxin, questioning the current hypothesis and setting the widespread question about how intraspecific diversity (phenotypic, genotypic and toxin production) is related to proliferation and success of this cyanobacteria in the world.

We work in close cooperation with researchers from other areas of knowledge and institutions. This collaboration between microbiology and aquatic ecology allow us to integrate knowledge from other ecosystems and from a different prospective, since the troubles and challenges that freshwater ecosystems face is similar worldwide.

 

Células de E.coli teñidas con DAPI (azul)
Células de E.coli teñidas con Cy3 (rojo) con sonda específica para Escherichia coli (EntB) marcada en extremos 3’ y 5’.

Laguna de Rocha
Imagen de muestra de agua de pozo de Cabo Polonio (Rocha) por microscopia de Fuerza Atómica.
actualizado el 11-05-2012.