Estudio sobre formación de biofilms en bacterias del suelo

• Autores: Supanitsky, Alicia Beatriz
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Zorreguieta, Ángeles; Russo, Daniela Marta
• Materia: BIOFILMS; BACTERIAS DEL SUELO; PSEUDOMONAS; BURKHOLDERIA; MESORHIZOBIUM JAPONICUM; EXOPOLISACARIDOS; EPS I; SUPERVIVENCIA; BIOFILMS; SOIL BACTERIA; PSEUDOMONAS; BURKHOLDERIA; MESORHIZOBIUM JAPONICUM; EXOPOLYSACCHARIDES; EPS I; SURVIVAL
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El estilo de vida en forma de biofilms desarrollados sobre diferentes sustratos podría ofrecer una ventaja adaptativa a los microorganismos del suelo frente a condiciones de estrés ambiental, por lo que resulta de interés contribuir a su conocimiento en especies autóctonas de Argentina. En esta Tesis se estudió la capacidad formadora de biofilms de una colección de aislamientos pertenecientes a los géneros Pseudomonas y Burkholderia spp., provenientes de suelos de diferentes localidades de Argentina. Estos microorganismos de vida libre presentan características deseables para el desarrollo agrícola sustentable como biocontroladores o promotores del crecimiento vegetal (PGPR). Se establecieron las condiciones de cultivo in vitro en las que es posible evaluar la biomasa adherida a soportes abióticos o bióticos y se analizaron las propiedades asociadas a componentes de la superficie bacteriana, la producción de polisacáridos extracelulares como posibles constituyentes de la matriz del biofilm y la tolerancia intrínseca de estos microorganismos a factores de estrés frecuentes en el suelo, como la salinidad y la presencia de arsénico. Los aislamientos pertenecientes a Pseudomonas spp. mostraron mayor diversidad de fenotipos asociados a componentes de superficie y mejor desempeño como formadores de biofilms in vitro sobre poliestireno (PE) o raíces de trigo en comparación con los aislamientos de Burkholderia spp. En presencia de factores de stress, observamos que el desarrollo de biofilms pudo dispararse como mecanismo de supervivencia en el caso de los aislamientos P. fluorescens P18 expuesto a 1 mM de arsénico o P. protegens P11 y Pseudomonas sp. P14 cultivados en presencia de 200 mM de cloruro de sodio donde el incremento de la biomasa adherida al PE fue significativo. Por otra parte, el aislamiento B. ambifaria B12 fue el que mostró mayor tolerancia a la salinidad, exacerbando el desarrollo del biofilm significativamente en presencia de 300 mM de cloruro de sodio. Finalmente, mediante un enfoque genético, se estudió el rol de los polisacáridos en la formación de biofilm en el simbionte modelo Mesorhizobium japonicum MAFF303099. Se interrumpieron genes localizados en dos locus involucrados en la síntesis del exopolisacárido I (EPS I) que fueron identificados en el genoma de MAFF303099. Una mutante afectada en el gen mll5252, que codifica la enzima galactosiltransferasa ExoY y otra en mlr6756, que codificaría una proteína putativamente involucrada en su biosíntesis y transporte, fueron estudiadas en cuanto a su capacidad de producción de exopolisacáridos, adhesión a diferentes sustratos y nodulación de Lotus tenuis. Nuestros resultados sugieren que el EPS I producido por M. japonicum MAFF303099 es requerido como constituyente de la matriz del biofilm desarrollado in vitro y durante la nodulación de las raíces de la planta hospedadora. Este trabajo aporta evidencias de la importancia de los polisacáridos extracelulares durante el ciclo de vida de M. japonicum MAFF303099, de manera similar a lo que fue propuesto en otros simbiontes de plantas como Rhizobium leguminosarum y Ensifer meliloti.
The biofilm-lifestyle on different substrates could offer an adaptative advantage to soil microorganisms against environmental stress conditions, so it is of interest to contribute to its knowledge in native species of Argentina. In this Thesis, the biofilm-forming abilities of a collection of Pseudomonas and Burkholderia spp. soil-isolates from different locations of Argentina were studied. These free-living microorganisms have desirable characteristics for sustainable agricultural development as biocontrollers or plant growth promoter (PGPR). The in vitro culture conditions to evaluate the adhered biomass to abiotic or biotic substrates were established. Several components of the bacterial surface and exopolysaccharides production, which could constitute the biofilm matrix, were studied. Since the high salinity and arsenic presence in soils are frequent environmental stress factors, we have analyzed the tolerance to them. Our results suggest that isolates belonging to Pseudomonas spp. showed greater diversity of phenotypes associated with surface components and better performance as in vitro biofilm developers on polystyrene (PE) or wheat roots compared to Burkholderia spp. In the presence of stress factors, we observed that the development of biofilms could be triggered as a survival mechanism in the case of P. fluorescens P18 exposed to 1 mM of arsenic or P. protegens P11 and Pseudomonas sp. P14 isolates cultured in the presence of 200 mM sodium chloride, where the biomass attached to PE was significately increased. On the other hand, the B. ambifaria B12 isolate was the one that showed the highest tolerance to salinity, exacerbating biofilm development significantly in the presence of 300 mM sodium chloride. Finally, using a genetic approach, the role of polysaccharides in the model symbiont Mesorhizobium japonicum MAFF303099 was studied. For this, genes located in two loci involved in the biosynthesis of exopolysaccharide I (EPS I) that were identified in the genome of MAFF303099 were interrupted. One mutant strain was affected in mll5252 gene, which encodes the ExoY galactosyltransferase, and the other in mlr6756 gene, which would encode a protein putatively involved in its synthesis and transport, were studied for their ability to produce exopolysaccarides, adhesion to different substrates and nodulation of Lotus tenuis. Taken together, these results suggest that EPS I produced by M. japonicum MAFF303099 is required as a constituent of the biofilm matrix developed in vitro and during host plant nodulation. This work provides evidence of the importance of extracellular polysaccharides during the life cycle of M. japonicum MAFF303099, similarly to what was proposed in other plant symbionts such as Rhizobium leguminosarum and Ensifer meliloti.
Fil: Supanitsky, Alicia Beatriz. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.