COMUNIDADES MICROBIANAS EN LA PIEL DE ANFIBIOS: ROL Y PERSPECTIVAS
Escrito por: Allanis Vera, Alumni Serendipity
Primera barrera de defensa
La piel de los anfibios es una interfase entre el organismo interno y el ambiente externo. Su piel, además de ser un órgano inmune por constituir una compleja red entre barreras físicas y químicas (como sustancias tóxicas y antimicrobianas), también posee una gran barrera microbiológica. Está conformado por comunidades microbianas que poseen una relación simbiótica con el hospedero (anfibio), formando asociaciones a lo largo del desarrollo del individuo. Otros estudios reportan que la remoción o alteración de la microbiota en estadios tempranos (renacuajo), los hace más susceptibles a enfermedades en la etapa de adultez.
Se sabe además que esta gran comunidad en simbiosis con los anfibios contribuyen en gran medida a su resistencia y tolerancia a diversas enfermedades, especialmente la quitridiomicosis, causada por el hongo Batrachochytrium dendrobatidis (Bd), este hongo afecta gravemente a poblaciones de anfibios y en algunas especies se le atribuye la causa de su extinción. Hasta hace unos años se sabía de diversos mecanismos de defensa que los anfibios habían desarrollado como la producción de péptidos antimicrobianos (AMPs) o sustancias antifúngicas; sin embargo, no se conoce de la microbiota que existe en su piel. Es por ello que biólogos y ecologistas al descubrir la existencia de especies resistentes al hongo Bd centraron su atención en estudiar a fondo esta compleja interacción simbiótica.
Composición de la microbiota
Las comunidades bacterianas de la piel varían dependiendo de la especie, factores específicos del hospedero como el hábitat, región del cuerpo, dieta, estadío de desarrollo, factores ambientales asociados, presencia de patógenos, exposición a contaminantes antropogénicos e inclusive el sitio de captura. Diversos estudios sugieren que la comunidad microbiana que existe en la piel de anfibios, se encuentra fuertemente relacionada con la microbiota inicial, es decir, que esta comunidad inicial se encuentra regida bajo ciertas condiciones tanto ambientales como las del propio anfibio, en este caso, aquellos factores de su sistema innato (como AMPs o compuestos antifúngicos) que contribuyen también a la conformación microbiana y que posiblemente, también la promuevan a lo largo de su vida.
Por otro lado, surge la interrogante de la fuente de este microbioma tan diverso. Diversos estudios lo atribuyen al ambiente externo añadido a un microambiente selectivo en la piel. Las contribuciones externas pueden ser de ambientes acuáticos como terrestres y se cree que sirven como “reservorios” para la microbiota de los anfibios. En ese sentido, puede darse mediante una transmisión horizontal (como el apareamiento) o vertical (por descendencia), aunque … es poco común.
Los filos Proteobacteria y Actinobacteria son, en su mayoría, reportados como los más abundantes en la conformación de la microbiota en anfibios. Sin embargo, esto puede variar por factores mencionados anteriormente. Asimismo, dentro del primer filo se destaca a las clases Gammaproteobacteria y Betaproteobacteria, que fueron reportadas por su alta capacidad de inhibición contra el hongo Bd.
Figura 1: Diagrama de Venn. Bacterias que se encuentran en el sapo boreal Anaxyrus boreas, durante sus diferentes estadíos de vida. Fuente: Modificado de Kueneman et al., 2016. Obtenido de BioRender Learning Hub.
Mecanismos de inhibición patogénica
El principal mecanismo de inhibición contra potenciales patógenos se da mediante la antibiosis o secreción de compuestos con efecto directo sobre el patógeno. Esto se logra mediante la excreción de diversos compuestos como enzimas líticas, quitinasas, proteasas, celulasas o lipasas con el fin de hidrolizar la pared celular de hongos patógenos. Sin embargo, también existe en algunos casos la producción de bacteriocinas y compuestos orgánicos volátiles (VOCs) que también inhiben al hongo Bd. Cabe mencionar que, bacterias aisladas del suelo que tienen la capacidad de producir estos compuestos orgánicos volátiles, también han sido encontradas en la piel de anfibios.
Janthinobacterium lividum
Perteneciente a la clase Proteobacteria, y comúnmente encontrada en la piel de la salamandra de lomo rojo (Plethodon cinereus). Esta cepa tiene una alta capacidad antifúngica debido a su producción de metabolitos en altas concentraciones contra el hongo Bd. Destacan principalmente dos de ellos: la violaceína (pigmento insoluble en agua) y el 3-indol carboxaldehído (MIC). Cabe resaltar que, el primero, no es un pigmento exclusivo de J. lividum, ya que también es producido por Chromobacterium violaceum, que forma parte de la microbiota de cuerpos de agua y suelo de regiones tropicales. Sin embargo, ambos metabolitos resaltan por inhibir el crecimiento de patógenos a bajas concentraciones y por contribuir fuertemente como agentes de defensa química. Adicionalmente, algunos estudios sugieren que existe una asociación mutualista entre las bacterias productoras de estos metabolitos y la especie hospedera (salamandra), lo cual refuerza aún más la idea de que bacterias simbióticas como J. lividum juegan un rol fundamental en la resistencia contra patógenos del hospedero.
Perspectivas futuras:
Se necesita investigar aún más la compleja interacción entre el microbioma simbionte existente en la piel de anfibios y sus hospederos. Si bien se han reportado diversos avances en la determinación de su composición o sus posibles mecanismos de acción, aún falta comprender su compleja ecología microbiana y poder determinar qué o quienes permiten que algunas poblaciones microbianas persistan y otras desaparezcan a lo largo de la vida de sus hospederos. Esto significa, además, que estos microorganismos poseen un gran potencial como fuente de metabolitos contra diversos patógenos, los cuales podrían ser explorados más allá del plano ecológico, con miras en la agricultura, o inclusive como potenciales agentes para el tratamiento de enfermedades en humanos.
Referencias Bibliográficas:
Bucker, RM; Harris, RN; Schwantes, CR; Gallaher, TN; Flaherty, DC; Lam, BA; Minbiole, KPC. 2008. Amphibian Chemical Defense: Antifungal Metabolites of Microsymbiont Janthionobacterium lividum on the Salamander Plethodon cinereus (en línea). Journal of Chemical Ecology 34: 1422-1429. Disponible en https://link.springer.com/article/10.1007/s10886-008-9555-7
Davis, LR; Bigler, L; Woodhams, DC. 2017. Developmental trajectories of amphibian microbiota: response to bacterial therapy depends on initial community structure (en línea). Environmental Microbiology 19(4): 1502-1517. Disponible en https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28229543/
Knutie, SA; Wilkinson, CL; Kohl, KD; Rohr, JR. 2017. Early-life disruption of amphibian microbiota decreases later-life resistance to parasites (en línea). Nature Communications 8(86). Disponible en https://www.nature.com/articles/s41467-017-00119-0
Kueneman, JG; Woodhams, DC; Van Treuren, W; Archer, HM; Knight, R; McKenzie, VJ. 2016. Inhibitory bacteria reduce fungi on early life stages of endangered Colorado boreal toads (Anaxyrus boreas) (en línea). The ISME Journal 10: 934-944. Disponible en https://www.nature.com/articles/ismej2015168
Pantanella, F; Berlutti, F; Passariello, C; Sarli, S; Morea, C; Schippa, S. 2006. Violacein and biofilm production in Janthinobacterium lividum (en línea). Journal of Applied Microbiology 102(4): 992-999. Disponible en https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2672.2006.03155.x
Rebollar, EA; Bridges, T; Hughey, MC; Medina, D; Belden, LK; Harris, RN. 2019. Integrating the role of antifungal bacteria into skin symbiotic communities of three Neotropical frog species (en línea). ISME J 13: 1763-1775. Disponible en https://www.nature.com/articles/s41396-019-0388-x
Varga, J; Bui-Marinos, M; Katzenback, B. 2019. Frog Skin Innate Immune Defences: Sensing and Surviving Pathogens (en línea). Frontiers in Immunology 9(3128). Disponible en https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2018.03128/full
Woodhams, D; Bletz, M; Kueneman, J; McKenzie, V. 2016. Managing Amphibian Disease with Skin Microbiota (en línea). Trends in Microbiology 24(3): 161-164. Disponible en https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0966842X15003017?via%3Dihub