Estudio del impacto de la microbiota natural de Caenorhabditis elegans en la conducta y fisiología

Abstract

La búsqueda de nuevos microorganismos en la naturaleza para estudiar su interacción entre ellos y otros organismos proporciona una poderosa herramienta para comprender los beneficios y daños para la salud animal y humana. Entender cómo interactúan las bacterias en los ecosistemas genera conocimiento para el desafío del cambio climático. A medida que el clima cambia, también lo hacen las comunidades bacterianas tanto en su abundancia como en su fisiología. En la naturaleza, Caenorhabditis elegans se alimenta de bacterias del suelo de frutas y vegetación en descomposición, y estas se establecen como su microbiota salvaje. El propósito de esta tesis fue analizar el efecto de bacterias individuales y sus mezclas en la conducta y fisiología del gusano. Con ello, nos planteamos la siguiente pregunta: ¿existe diferencia en la conducta y fisiología del gusano al alimentarlo con diferentes dietas bacterianas individuales y como consorcio? Para responder esta pregunta, aislamos un gusano del suelo el cual venía con su microbiota natural. Se aisló e identificó las bacterias mediante secuenciación de su ADN y posterior ensamble de sus genomas. Se identificó cada aislado como ISO1 (Salmonella entérica), ISO2 (Stenotrophomonas humi) e ISO3 (Bacillus pumilus). Se realizó ensayos de conducta como bombeo faríngeo, defecación, preferencia entre bacterias, desarrollo, movimiento y distribución dentro de la placa para comparar dietas individuales con las mezcladas. Para analizar el efecto fisiológico se utilizó un modelo de neurodegeneración desencadenado genéticamente causado por la expresión constitutiva de la degenerina mec-4d causando un desequilibrio osmótico a nivel celular, activación de proteasas y colapso energético de las neuronas. En este contexto, se evaluó la morfología y funcionalidad de la neurona post-embrionaria AVM en el gusano mec-4d con las diferentes dietas bacterianas. La alimentación de los gusanos con las bacterias individuales produjo un mayor bombeo faríngeo en comparación a las mezclas. ISO3 generó mayor número de bombeos en el gusano (327 bombeos/min). Por otro lado, el tiempo de defecación de los gusanos alimentados con mezclas presentó ser menor que en las individuales. ISO2 generó que el gusano tenga un intervalo de tiempo mayor entre una defecación y otra (50 segundos). El gusano prefiere las dietas de los aislados bacterianos en lugar de E. coli OP50. La mezcla de las tres bacterias es la dieta con mayor preferencia en comparación a las bacterias del laboratorio. Los gusanos en E. coli HT115, ISO3 e ISO23 presentaron un tipo de movimiento con ceses y giros recurrentes (dwelling), común cuando están en una comida con un aporte nutricional alto. En conclusión, se logró identificar y caracterizar los aislados bacterianos mediante técnicas de bioinformática y microbiología. Existe una diferencia en la conducta del gusano al ser alimentado con bacterias individuales en comparación a los consorcios. La mezcla de bacterias retrasa el desarrollo del gusano en comparación a las dietas individuales. Finalmente, ISO3 demostró ser candidata para el estudio de la neuroprotección en comparación a las otras bacterias. También, generó mayor cambio dentro de las conductas de las mezclas, lo que sugiere un potencial candidato para la interacción con otras bacterias y el gusano. Una de las proyecciones biotecnológicas es el uso de bacterias del medio ambiente para el estudio de su composición a nivel de nutrientes para los organismos y posible uso clínico.

La búsqueda de nuevos microorganismos en la naturaleza para estudiar su interacción entre ellos y otros organismos proporciona una poderosa herramienta para comprender los beneficios y daños para la salud animal y humana. Entender cómo interactúan las bacterias en los ecosistemas genera conocimiento para el desafío del cambio climático. A medida que el clima cambia, también lo hacen las comunidades bacterianas tanto en su abundancia como en su fisiología. En la naturaleza, Caenorhabditis elegans se alimenta de bacterias del suelo de frutas y vegetación en descomposición, y estas se establecen como su microbiota salvaje. El propósito de esta tesis fue analizar el efecto de bacterias individuales y sus mezclas en la conducta y fisiología del gusano. Con ello, nos planteamos la siguiente pregunta: ¿existe diferencia en la conducta y fisiología del gusano al alimentarlo con diferentes dietas bacterianas individuales y como consorcio? Para responder esta pregunta, aislamos un gusano del suelo el cual venía con su microbiota natural. Se aisló e identificó las bacterias mediante secuenciación de su ADN y posterior ensamble de sus genomas. Se identificó cada aislado como ISO1 (Salmonella entérica), ISO2 (Stenotrophomonas humi) e ISO3 (Bacillus pumilus). Se realizó ensayos de conducta como bombeo faríngeo, defecación, preferencia entre bacterias, desarrollo, movimiento y distribución dentro de la placa para comparar dietas individuales con las mezcladas. Para analizar el efecto fisiológico se utilizó un modelo de neurodegeneración desencadenado genéticamente causado por la expresión constitutiva de la degenerina mec-4d causando un desequilibrio osmótico a nivel celular, activación de proteasas y colapso energético de las neuronas. En este contexto, se evaluó la morfología y funcionalidad de la neurona post-embrionaria AVM en el gusano mec-4d con las diferentes dietas bacterianas. La alimentación de los gusanos con las bacterias individuales produjo un mayor bombeo faríngeo en comparación a las mezclas. ISO3 generó mayor número de bombeos en el gusano (327 bombeos/min). Por otro lado, el tiempo de defecación de los gusanos alimentados con mezclas presentó ser menor que en las individuales. ISO2 generó que el gusano tenga un intervalo de tiempo mayor entre una defecación y otra (50 segundos). El gusano prefiere las dietas de los aislados bacterianos en lugar de E. coli OP50. La mezcla de las tres bacterias es la dieta con mayor preferencia en comparación a las bacterias del laboratorio. Los gusanos en E. coli HT115, ISO3 e ISO23 presentaron un tipo de movimiento con ceses y giros recurrentes (dwelling), común cuando están en una comida con un aporte nutricional alto. En conclusión, se logró identificar y caracterizar los aislados bacterianos mediante técnicas de bioinformática y microbiología. Existe una diferencia en la conducta del gusano al ser alimentado con bacterias individuales en comparación a los consorcios. La mezcla de bacterias retrasa el desarrollo del gusano en comparación a las dietas individuales. Finalmente, ISO3 demostró ser candidata para el estudio de la neuroprotección en comparación a las otras bacterias. También, generó mayor cambio dentro de las conductas de las mezclas, lo que sugiere un potencial candidato para la interacción con otras bacterias y el gusano. Una de las proyecciones biotecnológicas es el uso de bacterias del medio ambiente para el estudio de su composición a nivel de nutrientes para los organismos y posible uso clínico.