Continuando con nuestro tema de las bacterias púrpuras no sulfurosas (PNSB por sus siglas en ingles) que introducía en la nota del “Acuario espectacular” quisiera abordar más a fondo sus grandes beneficios, en adición a los ya desarrollados en la primer entrega respecto de la nieve marina y su rol en el holobionte coralino.
Como explicaba en dicha nota, el entorno de los arrecifes coralinos es pobre en nutrientes, es un entorno oligotrófico, pero a pesar de ello existe una gran riqueza de vida y de biodiversidad marina. Mucho de ello es responsabilidad de las bacterias y microbios marinos que no solo permiten la existencia de aquella nieve marina, sino también de la fijación del nitrógeno, del reciclaje, etc. De estas bacterias un grupo que forma casi la mitad de la microbiota asociada a los corales son diazotrófas (desde un 11% a un 49% según las especies de corales estudiados) y son fundamentales para esa fijación de los compuestos nitrogenados (de amonio a nitratos) en el holobionte coralino. Para los que gusten conocer más en detalles pueden acceder a este PDF que les comparto aquí.
Al realizar esta fijación del nitrógeno para hacerlo disponible como “abono” para las algas zooxantelas del coral se crea un impacto directo en la buena salud del coral y por supuesto en la abundancia o no de la zooxantela que entrega alimentos al coral adecuadamente o en déficit según esa densidad.
Como podrán ver, en el documento que les comparto para su descarga, la composición en mayor densidad o menor densidad de estas bacterias diazotróficas en el holobionte coralino puede cambiar a medida que cambie la necesidad dietética del coral a lo largo de las estaciones durante el año y que en nuestros acuarios puede estar siendo cambiada con el uso del carbono orgánico aplicado sin control.
Recordemos, como explique en la primer nota del tema, que también la composición de la densidad de estas bacterias puede variar entre el moco del coral y sus tejidos internos, siendo que es mayormente abundante en el moco, el cual de tiempo en tiempo se libera a la columna de agua y se integra a la nieve marina y por tanto son bacterias que también están presentes en el agua circundante al coral. (véase aquí para mayor detalle)
Las bacterias púrpuras no sulfurosas están asociadas a este grupo de bacterias diazotróficas, particularmente las Rhodopseudomonas palustris que tienen un 92% de similitud.
Esta bacteria Rhodopseudomonas palustris a sido bien estudiada y se le conoce su capacidad de utilizar cuatro modos básicos de metabolismo, para mi sería como una súper bacteria cuando pienso en el acuario marino y los metabolismos que vemos, pues esta puede ser:
Foto autotrófica (obtienen su energía para vivir usando la luz y el carbono a partir del dióxido de carbono, similar al proceso de fotosíntesis de las algas).
Foto heterotrófica (obtienen la energía a partir de la luz y el carbono a partir de compuestos orgánicos, como por ejemplo las bacterias que reproducimos al meter nopox, vodka al acuario).
Quimio autotrófica (obtienen la energía a parir de compuestos inorgánicos y carbono a partir del dióxido de carbono, como el caso de las bacterias nitrificantes tradicionales)
y Quimio heterotrófica (obtienen energía a partir de la luz y el carbono de compuestos orgánicos, como es el caso de las bacterias de azufre).
¡Se imaginan poder cambiarla forma de metabolismo según se necesite para sobrevivir!
Las bacterias púrpuras no sulfurosas como la Rhodopseudomonas palustris tienen la capacidad para cambiar entre cada uno de estos modos de metabolismo conforme el cambio de ambiente les obligue. Por ello las veo como unas súper bacterias y por dicha del lado bueno para nuestros acuarios.
Las implicaciones de su capacidad para utilizar estos cuatro modos básicos de metabolismo significa que esta bacteria puede vivir libremente en la columna de agua del acuario rica en oxígeno, luz y carbono, vivir en el moco del coral donde hay grandes cantidades de oxigeno por el desecho de fotosíntesis de la zooxantela o bien, vivir en el interior de los tejidos del coral (cavidades gastrovasculares, gastrodermis, etc) o en el fondo marino, que al igual que en el interior del tejido del coral son pobres o de nulo oxígeno -anoxia- (el oxigeno no para respirar sino para oxidar y generar energía). En términos simples pueden funcionar de forma similar las bacterias nitrificantes quimio autótrofas y quimio heterotrófas, o bien, a lo que hacen las algas y plantas en su fotosíntesis como foto autótrofas, pero como estas bacterias son también foto heterotrófas pueden usar el carbono de la materia orgánica, de forma que cuando la materia orgánica se sedimenta y acumula en el sustrato o rocas estas bacterias púrpuras no sulfurosas nos ayudan en el control de desechos orgánicos (exista o no oxigeno) o bien, consumir los exudados de las algas, principalmente las que genera el refugio y le dan el color amarillento al agua, sea, su presencia nos da agua más cristalina sin uso del carbón activo.
Tenemos por tanto en esta bacteria R. palustris una que remueve el exceso de amonio/amoniaco, nitrito de zonas anóxicas y de zonas con oxígeno (estudios han mostrado que estas bacterias pueden remover 5 ppm de amoniaco en tan solo 5 días). A diferencia de las bacterias nitrificantes tradicionales, las bacterias púrpuras no sulfurosas, como nuestra R. palustris, no oxida el amoniaco/amonio/nitritos, sino que los metaboliza y asimila directamente y recordemos que esa oxidación del nitrito, por las bacterias tradicionales, es lo que da lugar a los nitratos. Por ello al metabolizarse los nitritos, amonio o el amoniaco por la R. palustris no surge el nitrato, lo que implica que existan menos nitratos en el acuario.
Pero como veremos de seguido esta bacteria R. palustris también consume nitratos que son resultado de la oxidación de las bacterias nitrificantes y al consumir también el nitrato tendremos nuevamente menos presencia de este en el acuario.
Esta bacteria R. palustris también realiza la desnitrificación compitiendo con bacterias propias de este proceso como lo son las Thiabacillus. Muchos acuaristas luchan por no tener altos niveles de nitratos que se nos van acumulando en el acuario y debemos diluirlos con los cambios de agua o secuestrarlos con las macroalgas cuando nuestra desnitrificación no es eficiente y de paso esa deficiencia impacta en nuestra reserva alcalina y estabilidad del pH.
Un exceso o alta presencia de nitrato no solo afecta muchos invertebrados, sino que también fomenta las algas indeseables como sabemos. De ordinario las bacterias desnitrificantes nos resuelven este problema al convertir el nitrato a nitrógeno gaseoso y de paso regresar la reserva alcalina. Pero estas bacterias tradicionales para la desnitrificación no son fáciles de promover pues son quimio heterotróficas y anaeróbicas y por ello solo proliferan en las camas profundas de sustrato, en la parte interna de las rocas, en los bloques de media ubicado en zonas de muy lento flujo o en los reactores o filtros desnitrificantes, estos últimos que sí trabajan con bacterias sulfuradas. Pero por dicha ya hoy podemos echar mano de estas bacterias púrpuras no sulfúricas como la R. palustris que no presenta tantos inconvenientes para remover el nitrato pues tienen aquellas 4 formas básicas de metabolismo que les he descrito.
Cuando a estas bacterias se les agota el nitrógeno inorgánico, como sucede en un arrecife coralino natural, pobre en nutrientes, pueden realizar también fijación de nitrógeno en beneficio de las zooxantelas como ya explicamos y como vimos en la primer nota. Es decir, cuando en nuestro acuario el nitrógeno inorgánico en forma de amoniaco, amonio, nitritos o nitratos esta ausente o indetectable, hace lo mismo que en el arrecife coralino natural, que al tener un entorno oligotrófico, fija el nitrógeno, es decir, puede fijar el nitrógeno atmosférico, las bacterias R palustris pueden producir su propia fuente de nitrógeno que le permite luego a las zooxantelas vivir en los hábitats bajos en nutrientes u oligotróficos y por tanto ser actores fundamentales del holobionte coralino.
En otro orden, también son sumamente útiles para consumir residuos biológicos que transforman y que dan paso la nieve marina que hablamos en la nota anterior y que es sumamente rica y le aporta a los corales, fotosintéticos y no fotosintéticos proteínas, vitaminas, ácidos grasos, aminoácidos y carotenoides.
Las bacterias púrpuras no sulfurosas son eficientes haciendo digestión, y por tanto, transformando sustancias orgánicas. Dado ello permiten mineralizar el detritus, son bacterias que por sus encimas pueden descomponer los carbohidratos complejos como la celulosa y la lignina lo cual resulta sumamente útil para quienes usamos refugios.
Pero como si todo lo anterior no fuera poco, también tienen un rol muy importante como bacterias probióticas y removiendo el fosfato.
Veamos su aporte como probiótico.
Estas bacterias promueven el crecimiento y buena salud desde copépodos hasta corales y peces dado que fomentan una mejor conversión alimenticia por lo que incrementa la tasa de crecimiento y reduce la producción de residuos, esto por el lado del crecimiento.
Por el de la salud impactan pues contienen componentes dietéticos como carotenoides, por ejemplo, la astaxantina que mejora la coloración, vitaminas del grupo B y ácidos grasos y estas bacterias pueden sintetizar sustancias antibióticas que permanecen viables en el intestino del animal. Por tanto, al sintetizar antibióticos en el cuerpo o tracto digestivo del huésped le proveen una fuente continua y permanente de estos para enfrentar las enfermedades. Las principales sustancias antibióticas son la estreptomicina, la kanamicina y la neomicina.
Esta bacteria, con propósitos probióticos es hoy ofrecida en el producto Rhodofest que contiene la Rhodopseudomonas palustris viva que se dosifica directamente a la comida congelada o seca, la bacteria se envasa en botellas de 4 onzas y tiene una vida de 6 meses en el envase sin necesidad de refrigeración.
En cuanto a la remoción de fosfatos sabemos que todo organismo requiere de fósforo para sobrevivir. Las bacterias púrpuras no sulfúricas son especialmente buenas para consumir el fosfato más allá del que requieren para uso de su metabolismo y crecimiento. Esto sucede porque pueden acumular polifosfato de forma intracelular y con ello logran crear reservas que pueden utilizar más adelante si fuera necesario para ellas. Esta reserva puede ser de hasta un 15% de su peso celular seco según un estudio publicado en 2010 en la revista Applied Microbiology Biotechnology.
El estudio que les comento encontró que la tasa de crecimiento y la biomasa, así como la acumulación de polifosfato, eran mayores cuando la bacteria R. palustris estaba en condiciones foto heterotróficas versus la acumulación que hacía en condiciones quimio heterotróficas y por tanto los investigadores establecieron que esta bacteria púrpura no sulfúrica es "diferente del conocido modelo de eliminación biológica de fósforo".
La pregunta lógica luego de esto es, ¿sí mis fosfatos ya son bajos o está en su rango, me causará daño la bacteria al bajar más los fosfatos del valor conveniente?, las investigaciones realizadas nos dicen que no, pues dado que el fosfato está más limitado o bien para el caso de si no hay nitrógeno orgánico, por que también lo tenemos bajo, lo que hará la bacteria es fijar nitrógeno atmosférico y como acumula polifosfatos echará mano de esta reserva.
Para terminar, sin duda aún nos falta mucho por conocer todo el aporte de las bacterias en nuestros acuarios, pero no hay duda de que los avances científicos y tecnológicos hoy nos permiten tener acceso a diferentes bacterias y dentro de ellas están las bacterias púrpuras no sulfúricas como las Rhodopseudomonas palustris y con ello podemos disfrutar de mejores acuarios y calidad de vida para nuestros organismos.
Cada vez mas comprendemos que nuestro pasatiempo no consiste en perseguir solo parámetros sino mirar holísticamente el pasatiempo donde no solo buscamos que nuestros acuarios se miren como un arrecife natural, sino que actúen como lo haría uno de ellos, reciclando nitrógeno, carbono, nutrientes, creando salud por buena nutrición que promueva probióticos robustos para un mejor sistema inmunológico para todo organismo, sea, tener una visión holística del pasatiempo y dentro del campo de las bacterias ya no solo se trata de “meter” bacterias, sino ver y saber cuáles debemos propiciar para qué roles.