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Hidrobiológica

versión impresa ISSN 0188-8897

Hidrobiológica vol.32 no.2 Ciudad de México may./ago. 2022  Epub 26-Jun-2023

https://doi.org/10.24275/uam/izt/dcbs/hidro/2022v32n2/pena 

Artículos de investigación

Actividad antibacteriana de bacterias aisladas de sistemas hidrotermales de Baja California Sur, México

Antibacterial activity of bacteria isolated from hydrothermal systems of Baja California Sur, Mexico

Yessica Peña-Pelayo1 
http://orcid.org/0000-0002-1714-8971

Karla Gutiérrez-Almada2 
http://orcid.org/0000-0002-9962-4387

Rocío G. Cervantes-Gámez1 
http://orcid.org/0000-0001-9148-6605

Ruth Noemí Aguila-Ramírez2  * 
http://orcid.org/0000-0001-8433-4558

1Departamento de Estudios para el Desarrollo Sustentable de Zonas Costeras, Centro Universitario de la Costa Sur, Universidad de Guadalajara. Gómez Farias 82, San Patricio-Melaque, Jalisco, 48980México.

2Departamento de Desarrollo de Tecnologías, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Instituto Politécnico Nacional. Av. Instituto Politécnico Nacional S/N, Playa Palo de Santa Rita, La Paz, Baja California Sur, 23096México.


RESUMEN

Antecedentes

Los sistemas hidrotermales son una fuente novedosa para el descubrimiento de nuevos compuestos antimicrobianos y/o metabolitos con potencial biotecnológico.

Objetivos

En este sentido, en el presente trabajo se realizó una prospección de bioactividad de microorganismos aislados de sistemas hidrotermales someros con capacidad para inhibir el crecimiento de microorganismos de interés en salud humana, acuícola e industrial.

Métodos

Se aislaron bacterias de dos sistemas hidrotermales ubicados en Bahía Concepción y uno en El Sargento, B.C.S. en época de lluvias y temporada de estiaje. Se evaluó la actividad antimicrobiana contra bacterias patógenas de humano, patógenas acuícolas y formadoras de biopelículas marinas, utilizándose la técnica de difusión en pozo.

Resultados

El 73 % de las bacterias aisladas produjeron sustancias capaces de inhibir el crecimiento de al menos uno de los microrganismos evaluados. Solo se observó antagonismo para 15 de las 36 bacterias diana, donde Photobacterium damselae subsp. damselae fue la más sensible, observándose una inhibición de su crecimiento en presencia de más de la mitad de las bacterias marinas aisladas de sistemas hidrotermales (51 %). En cuanto a la actividad por sitio y temporada de obtención se observó un mayor número de aislados activos frente a los patógenos acuícolas, predominando los aislados de temporada de estiaje para Mapachitos y Santispac, mientras que en El Sargento el mayor número de aislados activos frente a este grupo de bacterias diana se obtuvo durante la temporada de lluvias.

Conclusión

Las bacterias marinas aisladas de ambientes extremos sintetizan compuestos antimicrobianos que podrían ser utilizados en el campo de la salud y la industria.

Palabras clave: Antagonismo; Patógenos acuícolas; Patógenos de humanos; Biopelículas

ABSTRACT

Background

Hydrothermal systems are a novel source for the discovery of new antimicrobial compounds and/or metabolites with biotechnological potential.

Objectives

In the present research, a bioactivity screening of microorganisms isolated from shallow hydrothermal systems with the capacity to inhibit the growth of microorganisms of interest in human, aquaculture, and industrial health was carried out.

Methods

Bacteria were isolated from two hydrothermal systems located in Bahía Concepción and other in El Sargento, B.C.S. in rainy and dry season. The antimicrobial activity against human pathogens, aquaculture pathogens, and marine biofilm-forming bacteria was evaluated, using the well diffusion technique.

Results

73 % of the isolated bacteria produced substances capable of inhibiting the growth of at least one of the microorganisms evaluated. Antagonism was only observed for 15 of the 36 target bacteria, Photobacterium damselae subsp. damselae was the most sensitive, which was inhibited by 51 % of the marine bacteria. Regarding the activity by site and season of collection, a greater number of active isolates against aquaculture pathogens was observed, predominating the dry season isolates for Mapachitos and Santispac, while in El Sargento the highest number of active isolates was obtained during the rainy season.

Conclusion

Marine bacteria from hydrothermal systems are able to produce antimicrobial metabolites that could be used in different areas e.g. health and industry.

Keywords: Antagonism; Aquaculture pathogens; Human pathogens; Biofilm

INTRODUCCIÓN

Los sistemas hidrotermales suelen estar relacionados con actividad volcánica costera (Tarasov et al., 2005), aunque también se pueden llegar a encontrar en márgenes continentales afectados por procesos activos de extensión tectónica (Prol-Ledesma & Canet, 2014; Rodríguez-Uribe et al., 2018), como es el caso de los que se encuentran en México. En Bahía Concepción, Baja California Sur, se localizan dos sistemas hidrotermales; uno de ellos en la zona del manglar de Santispac sobre la línea costera, y una ventila hidrotermal somera a 15 m de profundidad en la zona oceánica, conocida como Mapachitos.

Otro sistema hidrotermal en las costas de Baja California Sur está localizado en la línea de costa de Playa Agua Caliente en El Sargento, una zona de falla geológica con actividad hidrotermal, que es alimentada por canales subacuáticos costeros (Nava-Sánchez et al., 1995).

Los sistemas hidrotermales son calentados geotérmicamente y están enriquecidos con compuestos químicos inorgánicos; estas zonas presentan condiciones fisicoquímicas inusuales a otras áreas marinas, tales como: temperaturas elevadas, concentraciones altas de dióxido de carbono, ácido sulfhídrico, hidrocarburos y metales pesados; entre otras características que los hacen sistemas únicos (Lentini et al., 2014), por lo cual se han convertido en el objeto de estudio de diversos investigadores (Forrest et al., 2005; Villanueva-Estrada et al., 2005). Algunos de estos sistemas hidrotermales considerados como ambientes extremos presentan ventilas o fisuras en el sedimento marino de las que emanan fluidos, están ubicadas en diferentes sitios oceánicos y son divididas en ventilas profundas (mayores a 200 m) y someras (menores de 200 m) (Tarasov et al., 2005).

En los sistemas hidrotermales se han encontrado microorganismos extremófilos (afectos a ambientes inusuales como altas temperaturas y concentraciones de H2S, hidrocarburos, metales pesados, entre otros), los cuales han sido estudiados con un enfoque ecológico para interpretar la función que ejercen en el medio (Van Dover, 2000). Estos sitios son influenciados por organismos fotosintéticos, de forma que se caracterizan como ambientes de alta energía que benefician a la microbiota (Giovannelli et al., 2013).

La ecología microbiana se ha estudiado en varios sitios de sistemas hidrotermales, en donde evalúan las relaciones simbióticas, ecología fisiológica, adaptaciones al sulfuro, tolerancias térmicas y adaptaciones sensoriales, así como las formas en que se establecen las comunidades y por qué persisten en estos ambientes (Cerqueira et al. 2018; Meier et al., 2019; Mars-Brisbin et al., 2020; Dede et al., 2022); sin embargo, hay pocas investigaciones con un enfoque especial en la bioprospección. La adaptación a estos microhábitats, donde las condiciones son oscilantes, induce una serie de modificaciones en las vías metabólicas primarias y secundarias, por lo que se hipotetiza que los microbios afines a estos sitios son capaces de producir metabolitos estructuralmente únicos (Wilson & Brimble, 2009). Estas características han despertado el interés por el estudio de los sistemas hidrotermales, convirtiéndolos además en una fuente de microorganismos y/o metabolitos con potencial biotecnológico (Gugliandolo et al., 2012) así como para el descubrimiento de nuevos compuestos antimicrobianos (Butler, 2008; Blunt et al., 2012; Rodríguez-Valdez, 2017). En este sentido, en el presente trabajo se realiza una bioprospección de microorganismos aislados de sistemas hidrotermales someros con capacidad para inhibir el crecimiento de microorganismos patógenos para el humano, patógenos acuícolas y de interés industrial.

MATERIAL Y MÉTODOS

Área de estudio. Los sistemas hidrotermales en Baja California Sur, México, son dados por fallas tectónicas (Leal-Acosta & Prol-Ledesma, 2016). En dirección NO-SE pasan por Mapachitos en Bahía Concepción (McFall et al., 1968), y por el estero del manglar Santispac, el cual cuenta con manantiales de fluidos hidrotermales que son mezclados con agua salada antes de su descarga (Prol-Ledesma et al., 2004). Hacia el Sur del Estado, se encuentra la zona de la falla geológica activa El Sargento, en el abanico delta de Playa Agua Caliente, en donde se ha registrado actividad hidrotermal que atraviesa una larga extensión de playa alimentada por canales subterráneos con los fluidos termales (Nava-Sánchez et al., 1995).

Se recolectaron muestras de agua y sedimento en época de lluvias-verano y en estiaje-invierno en los dos sistemas hidrotermales dentro de Bahía Concepción: Mapachitos (26° 40’ 27.58” N; 111° 50’ 37.13” O) y Santispac (26° 45’46.21” N; 111° 53’ 36.91” O), además de muestras de sedimento en la línea de costa en Playa Agua Caliente, El Sargento (24° 6’ 51.01” N; 109° 59’ 54.80” O).

En Mapachitos las muestras se recolectaron mediante buceo SCUBA a una profundidad de 10 a 15 m, en donde la temperatura del agua osciló entre los 75 y 80 °C. Para llegar a esta zona de ventilas se utilizó una lancha con motor fuera de borda.

En Santispac las muestras de agua y sedimento se recolectaron en la zona de manglar a una profundidad aproximada de 2 m y en pozas de marea a 50 cm de profundidad. Las temperaturas en estas zonas oscilaron entre los 50 y 75 °C.

En Mapachitos y Santispac el sedimento se recolectó utilizando nucleadores de plástico de 15 cm de altura, previamente esterilizados, en las zonas de mayores temperaturas, registradas con un termómetro digital. Las muestras de agua se tomaron directamente de los fluidos hidrotermales en bolsas de polietileno estériles, registrando también la temperatura in situ. Las muestras se mantuvieron en una bolsa térmica a una temperatura promedio de 60 °C hasta su procesamiento.

En el Sargento, debido a que los fluidos hidrotermales son subterráneos, no se logró llegar hasta ellos, por lo que solo se tomaron muestras de sedimento en las zonas de playa influenciadas por el sistema hidrotermal excavando a una profundidad aproximada a los 2 m, que alcanzaban una temperatura de 70 °C, registrada mediante un termómetro de vástago. Se utilizó un nucleador de plástico de 15 cm de altura y las muestras se mantuvieron en una bolsa térmica a 60 °C para su transporte al laboratorio.

Aislamiento de bacterias. Se realizaron diluciones decimales en solución salina, en condiciones de esterilidad. Posteriormente se sembraron de forma masiva las diluciones 104 a 107 en cajas Petri con Agar Marino (AM: agar bacteriológico 17 g L-1, peptona de carne 5 g L-1, extracto de levadura 1 g L-1, FeSO4 5 mg L-1 y agua marina filtrada y esterilizada), y fueron incubadas a 60 °C (temperatura máxima de la incubadora) de 24 a 96 horas. Al observarse crecimiento bacteriano, se aislaron individualmente las distintas colonias mediante la técnica de estría cruzada en AM, confirmando su pureza al observar en el microscopio estereoscópico una sola morfología, basados en la forma, borde, elevación y color, en caso de encontrar dos o más se repitió el proceso. Con el fin de conocer si las cepas eran termotolerantes o termófilas, éstas se sembraron por duplicado, colocándolas a temperatura de incubación de 35 y 60 °C. Cada uno de los aislados fue criopreservado con glicerol a -80 °C.

Actividad antibacteriana. Las bacterias aisladas se reactivaron en caldo marino a 60 °C durante 48 h. Posteriormente se centrifugó a 17530 g durante 30 min para obtener el sobrenadante.

Se analizó la actividad antibacteriana de las bacterias aisladas contra patógenos de humanos, patógenos acuícolas y bacterias marinas formadoras de biopelículas que forman parte de la colección del Laboratorio de Microbiología y Biología Molecular del CICIMAR-IPN (Tabla 1) mediante el método de difusión en pozo (NCCLS, 1993). Para ello, se preparó una suspensión celular de cada cepa diana en solución salina (2.5 %) ajustada a 1 x 108 cel mL-1, se tomaron 100 µL y se realizó una siembra masiva en medio sólido AM, TSA o Müller-Hinton, dependiendo de la bacteria (Tabla 1). Posteriormente, se perforaron pozos de seis milímetros de diámetro en las placas previamente sembradas con cada una de las cepas diana. Se añadieron 50 µL del sobrenadante de los aislados de los sistemas hidrotermales a los pocillos y las placas se incubaron a 4 °C durante al menos una hora para permitir la difusión de las sustancias activas, seguido de incubación durante 24 h a 35 °C. Se realizaron tres réplicas para cada aislado, como control se utilizó estreptomicina (1 µg mL-1). Se evaluó la presencia de zonas de inhibición alrededor de los pocillos.

Tabla 1 Cepas diana patógenas de humano, patógenas acuícolas y formadoras de biopelículas marinas. 

CLAVE IDENTIDAD ORIGEN INTERÉS MEDIO DE CULTIVO
ATCC BAA-196 Escherichia coli De referencia Humano MH
ATCC BAA-42 Staphylococcus aureus De referencia Humano MH
ATCC 14990 Staphylococcus epidermidis De referencia Humano MH
ATCC 14028 Salmonella enterica De referencia Humano MH
ATCC 27853 Pseudomona aeruginosa De referencia Humano MH
PA01 Pseudomona aeruginosa De referencia Humano MH
ScH3 Aeromonas caviae De referencia Humano MH
AH Aeromonas hydrophila Puntis conchonius Acuícola TSA
Cf Citrobacter freundii Puntis conchonius Acuícola TSA
Es Enterobacter sp Puntis conchonius Acuícola TSA
Sx Shewanella xiamenensis Puntis conchonius Acuícola TSA
1838 Streptococcus sp Litopenaeus vannamei Acuícola TSA
1875 Edwardsiella tarda Oreochromis niloticus Acuícola TSA
321 Aliivibrio salmonicida Salmo salar Acuícola TSA
331 Photobacterium damselae subsp damselae Damselae damselae Acuícola TSA
346 Aeromonas salmonicida Salmo salar Acuícola AM
347 Aeromonas hydrophila Salmo gairdneri Acuícola AM
375 Shewanella haliotis Litopenaeus sp. Acuícola AM
527 Streptococcus iniae Inia geoffrensis Acuícola TSA
696 Listonella anguillarum Gadus morhua Acuícola TSA
G4 Vibrio parahaemolyticus Litopenaeus vannamei Acuícola AM
G6 Vibrio parahaemolyticus Litopenaeus vannamei Acuícola AM
G7 Vibrio parahaemolyticus Litopenaeus vannamei Acuícola AM
G9 Vibrio parahaemolyticus Litopenaeus vannamei Acuícola AM
G10 Vibrio parahaemolyticus Litopenaeus vannamei Acuícola AM
ATCC 17802 Vibrio parahaemolyticus Litopenaeus vannamei Acuícola AM
ATCC CVP2 Vibrio parahaemolyticus Litopenaeus vannamei Acuícola AM
4M Alteromonas simiduii Biopelículas marinas * Biopelículas AM
6M Pseudoalteromonas ruthenica Biopelículas marinas * Biopelículas AM
11M Alteromonas mediterranea Biopelículas marinas * Biopelículas AM
12M Alteromonas macleodii Biopelículas marinas * Biopelículas AM
7A Alteromonas macleodii Biopelículas marinas * Biopelículas AM
8A Vibrio alginolyticus Biopelículas marinas * Biopelículas AM
9A Alteromonas macleodii Biopelículas marinas * Biopelículas AM
1D Alteromonas sp. Biopelículas marinas * Biopelículas AM
10D Aestuariibacter sp. Biopelículas marinas * Biopelículas AM

*Aisladas de probetas metálicas sumergidas. MH: Agar Müller Hinton, AM: Agar marino, TSA: Agar soya tripticaseina.

Identificación molecular. Solo las bacterias aisladas que presentaron mayor actividad y amplio espectro fueron identificadas molecularmente siguiendo la metodología de Sambrook & Russell (2006). Para ello, se inocularon las bacterias en agar marino por 24 h a 60 °C, posteriormente se tomaron las colonias y se colocaron en microtubos con agua libre de nucleasas, los cuales fueron centrifugados a 17530 g por 10 min y se descartó el sobrenadante. La pastilla obtenida se resuspendió en 575 μL de TE pH 8.0 (0.1 M Tris pH 7.6, 0.001 M EDTA pH 7.5), 30 μL de SDS al 10 % (Dodecil sulfato de sodio), 3 μL de proteinasa K (10 mg mL-1), se mezcló y se incubaron por 2 horas a 37 °C. Después se les añadió 100 μL de NaCl 5 M, se mezclaron y se incubaron 10 min a 65 °C. Posteriormente se agregó 0.8 mL de fenol:cloroformo:alcohol isoamílico 25:24:1 (v/v/v) (Fenol:CHCl3: C5H12O Alcohol isoamílico) y se homogenizó, se centrifugó 10 min a 17530 g, se recuperó la fase acuosa y se colocó en un tubo nuevo. Fue añadido cloroformo:alcohol isoamílico, 24:1 (v/v), se mezcló y centrifugó 10 min a 17530 g, se recuperó el sobrenadante. Se adicionó 1 mL de isopropanol y se incubó a -20 °C por 24 h. Posteriormente se centrifugó a 17530 g a 4 °C por 20 min, se decantó y se agregaron 500 μL de etanol frío al 70 %, se centrifugó y se decantó el sobrenadante, se volvió a agregar 500 μL de etanol frío al 70 %, se centrifugó nuevamente y se decantó el sobrenadante. Se permitió la evaporación del etanol, posteriormente la pastilla de ADN se resuspendió en 100 μL de TE. Finalmente se agregaron 3 μL de ARNasa (10 mg mL-1) y se incubó a 60 °C por 10 min. El ADN se almacenó a -20 °C hasta su uso. La concentración de ADN extraído se cuantificó en un espectrofotómetro UV-VIS de barrido de microgota (NanoDrop 2000, Thermo Sc).

La amplificación de las muestras de ADN se llevó a cabo mediante PCR, utilizando oligonucleótidos específicos para bacterias: 27F/1385R (GAGTTTGATCCTGGCTA/CGGTGTGTTCAAGGCCC) (Rheims et al., 1996) o los oligos específicos para el género Bacillus: rpoB 1206F/rpoB 3202R (ATCGAAACGCCTGAAGGTCCAAACAT/ACACCCTTGTTACCGTGACGACC) (Ulyanova et al., 2016). Se usó 1 μL de cada oligonucleótido (10 μM), 1 μL de dNTPs, 5 μL de amortiguador de PCR 10X, 2.5 μL de MgCl2, 0.2 μL de Taq DNA polimerasa y agua libre RNAsas para ajustar a 50 μL el volumen de cada reacción. Finalmente se añadió la mezcla a cada tubo y se agregó el ADN (50 ng/μL). La reacción para el oligo 27F/1385R se llevó a cabo en un termociclador (MJ Mini, Biorad) bajo las siguientes condiciones: Desnaturalización inicial a 95 °C por 2 min, 29 ciclos de Desnaturalización a 95 °C por 1 min; alineamiento de oligos a 58 °C por 1 min; y extensión/síntesis a 72 °C por 1:30 min; finalmente, una última extensión a 72 °C por 10 min. Mientras que para los cebadores específicos para el género Bacillus, se utilizó el siguiente programa: Desnaturalización inicial a 95 °C por 3 min, 35 ciclos de Desnaturalización a 95 °C por 20 seg; alineamiento de oligos a 55.9 °C por 30 seg; extensión, síntesis a 72 °C por 1:30 min; finalmente, una última extensión a 72 °C por 5 min.

La calidad del producto de PCR resultante se evaluó en un gel de agarosa al 1 % con regulador de carga TBE 1X. La muestra (2 μL) se mezcló con buffer de carga (2 μL) a base de LB y GelRed en una proporción 1:8, respectivamente. Se utilizó un marcador de peso molecular de 1,000 pares de bases. La electroforesis se llevó a cabo a 75 V. Los productos de PCR se enviaron a secuenciar a la empresa MacroGen (Seúl, Corea del Sur). Las secuencias se editaron con el programa FinchTV, posteriormente se ensamblaron con el programa Codon Code Aligner y se compararon con otras secuencias genéticas en la base de datos del GenBank: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/.

RESULTADOS

De un total de 120 bacterias aisladas de los sistemas hidrotermales, se encontró que 87 de ellas (73 %) fueron capaces de inhibir el crecimiento de al menos uno de los microorganismos evaluados (Tablas 2 y 3), con variaciones en los tamaños de los halos desde 2 mm hasta 26 mm de diámetro (Figura 1), los controles con el antibiótico mostraron halos en un rango entre los 22 y 28 mm de diámetro. Solo se mostró antagonismo para 15 de las 36 cepas blanco, siendo las de interés acuícola las más sensibles a los compuestos producidos por las bacterias de los sistemas hidrotermales (Tabla 2). Se presentó una mayor actividad de los aislados contra Photobacterium damselae subsp damselae (331) siendo inhibida por un 51 % de las bacterias aisladas de los sistemas hidrotermales, considerándose como la cepa más sensible. Por otro lado, se observó una mínima sensibilidad de Enterobacter sp. (Es), ya que solo una bacteria aislada mostró actividad antagónica frente a ella (Tabla 2).

Figura 1 Halos de inhibición producidos por las bacterias aisladas de los sistemas hidrotermales frente a dos patógenos acuícolas; a) 331 (Photobacterium damselae subsp. damselae) y b) 1838 (Streptococcus sp). 

Se destaca la bacteria SL108 identificada como Bacillus paralicheniformis por presentar mayor actividad inhibitoria, con un halo de 26 mm de diámetro frente al patógeno Listonella anguillarum 696 (Tabla 2), frente a este mismo patógeno, la cepa Bacillus firmus (SRE61) mostró un halo de inhibición de 24 mm (Tabla 2).

Tabla 2 Actividad antimicrobiana de las bacterias aisladas de los sistemas hidrotermales (SH) frente a patógenos acuícolas (Datos expresados en mm como la media ± desviación estándar de los ensayos por triplicado). 

Aislados de SH     Cepas diana          
ID 1838 1875 331 G7 346 347 696 375 Cf Es
ME40 2±0.0
ME41 19±0.2
ME42 4±0.0 20±0.1
ME48 4±0.0
ME50 4±0.0
ME51 12±0.0
ME52 10±0.0
ME55 12±0.0 20±0.2
ME73 10±0.0
ME80 6±0.0
ME81 2±0.0
ME82 7±0.0 14±0.1 20±0.1
ME87 11±0.1 2±0.0 20±0.2 10±0.0
ME89 9±0.0 10±0.1
ME95 4±0.0 18±0.1
ME96 2±0.0
ME98 2±0.0 3 10±0.0 2±0.0
ME99 9±0.0 2 23±0.3 6±0.0 3±0.0
ME100 4±0.0
ML102 2±0.0 4±0.0
ML103 7±0.0
ML104 6±0.0 8±0.0 7±0.0
SE36 10±0.1
SE38 8±0.0
SE39 9±0.1
SE43 8±0.0 20±0.5
SE44 6±0.0
SE46 2±0.0
SE47 2±0.0
SE53 8±0.0
SE54 6±0.0
SE88 18±0.1
SE91 10±0.1 6±0.0 20±0.0
SE92 12±0.2
SE94 5±0.0 6±0.0 12±0.0
SE97 2±0.0
SL101 2±0.0
SL105 4±0.0 12±0.1 7±0.0
SL106 10±0.0 7±0.0 2±0.0
SL108 7±0.0 10±0.0 6±0.0 26±0.3
SRE56 2±0.0
SRE57 4±0.0 8±0.0
SRE58 6±0.0
SRE59 2±0.0
SRE60 8±0.1 10±0.0
SRE61 7±0.0 24±0.4
SRE62 4±0.0 18±0.2
SRE63 2±0.0
SRE65 12±0.1
SRE66 10±0.0
SRE67 6±0.0
SRE78 4±0.0 12±0.2
SRE79 4±0.0 7±0.0
SRE83 2±0.0
SRE84 10±0.3
SRE85 10±0.0 20±0.3
SRE86 7±0.0
SRL107 12±0.0 5±0.0 7±0.0
SRL109 2±0.0
SRL110 2±0.0
SRL111 8±0.0 6±0.0
SRL112 8±0.0 8±0.0
SRL113 8±0.0 4±0.0 2±0.0
SRL114 10±0.0 4±0.0
SRL115 12±0.3
SRL116 6±0.0 6±0.0 4±0.0
SRL117 6±0.0 10±0.0 8±0.0 5±0.0
SRL118 4±0.0 2±0.0
SRL119 10±0.0 9±0.3
SRL68 8±0.0
SRL69 10±0.0 2±0.0
SRL70 6±0.0
SRL71
SRL72 4±0.0 2±0.0
SRL74 8±0.0 4±0.0
SRL75 14±0.2
SRL76 7±0.0 4±0.0
SRL77       2±0.0     14±0.5      

1838: Streoptococcus sp, 1875: Edwardiella tarda, 331 Photobacterium damselae subsp. damselae, G7: Vibrio parahaemolyticus, 346: Aeromona salmonicida, 347: A. hydrophila, 696: Listonella anguillarum, 375: Shewanella haliotis, Cf: Citrobacter freundii, Es: Enterobacter sp.

Siete bacterias aisladas (6 %) fueron capaces de inhibir el crecimiento de al menos uno de los patógenos de humano evaluados, siendo más activas frente a Staphylococcus epidermidis ATCC14990 (Tabla 3).

Tabla 3 Actividad antimicrobiana de las bacterias aisladas de los sistemas hidrotermales (SH) frente a patógenos de humanos y bacterias formadoras de biopelículas (Datos expresados en mm como la media ± desviación estándar de los ensayos por triplicado). 

Aislados de SH Cepas diana
ID ScH3 ATCC14028 ATCC14990 10D 11M
ME52 4±0.0
ML10 4±0.0
ML11 4±0.1 6±0.2
ML12 2±0.0
ML14 2±0.0
ML19 2±0.0
ML20 2±0.0 5±0.0
ML9 20±0.5
SE38 4±0.0
SL23 4±0.0 6±0.3
SRE56
SRE61 6±0.0
SRL107 6±0.7

ScH3: Aeromonas caviae, ATCC14028: Salmonella enterica, ATCC14990: Staphylococcus epidermidis, 10D: Aestuariibacter sp., 11M: Alteromonas mediterranea.

Frente a bacterias formadoras de biopelículas marinas, ocho cepas aisladas de los sistemas hidrotermales fueron capaces de inhibir el crecimiento de los microorganismos evaluados, siendo la bacteria Aestuariibacter sp. (11M) la que mayor sensibilidad mostró y solamente con las bacterias aisladas durante temporada de lluvia.

Las bacterias aisladas de los sistemas hidrotermales que mostraron los mayores halos y que inhibieron el mayor número de cepas blanco fueron identificadas molecularmente como Bacillus firmus (SRE61), B. sonorensis (ME87), B. paralicheniformis (SL108), Virgibacillus salarius (SE88), y Brevibacillus thermoruber (ME99) (Tabla 4), siendo en su mayoría de temporada de estiaje.

Tabla 4 Identificación molecular de las bacterias aisladas de los sistemas hidrotermales que mostraron mayor actividad antibacteriana. 

ID Especie más cercana % de identidad Sitio de recolecta Muestra Temporada
SRE61 Bacillus firmus 100 El Sargento Sedimento Estiaje
ME87 Bacillus sonorensis 99 Mapachitos Sedimento Estiaje
SL108 Bacillus paralicheniformis 99 Santispac Sedimento Lluvias
SE88 Virgibacillus salarius 99 El Sargento Sedimento Estiaje
ME99 Brevibacillus thermoruber 98 Mapachitos Sedimento Estiaje

El mayor número de cepas con actividad antimicrobiana fueron aisladas de El Sargento, de un total de 41 cepas aisladas, 38 (92 %) fueron activas frente a alguna de las cepas diana (Tabla 5).

Tabla 5 Bacterias aisladas de sistemas hidrotermales que presentan actividad antimicrobiana frente a cepas blanco respecto al sitio de obtención. 

Sitio Bacterias aisladas Número de bacterias con actividad antimicrobiana Porcentaje de bacterias con actividad antibacteriana
Mapachitos 45 29 64
Santispac 34 20 58
El Sargento 41 38 92
Total 120 87 73

De acuerdo con la temporada en que se obtuvo el aislado bacteriano hidrotermal, se observó que, de las 58 bacterias aisladas durante temporada de lluvias, 36 (62 %) mostraron capacidad de inhibir el crecimiento de al menos uno de los patógenos. En el caso de las 62 bacterias aisladas durante temporada de estiaje, 51 mostraron actividad (82 %) (Tabla 6).

Tabla 6 Bacterias aisladas de sistemas hidrotermales que presentan actividad antimicrobiana frente a las cepas diana respecto a la temporada de obtención y sitio de recolecta. 

Bacterias aisladas Número de bacterias con actividad antibacteriana Porcentaje de bacterias con actividad antibacteriana
Sitio Lluvias Estiaje Lluvias Estiaje Lluvias Estiaje
Mapachitos 21 24 10 19 48 79
Santispac 14 20 5 15 35 75
El Sargento 23 18 21 17 91 94
Total 58 62 36 51 62 82

Los aislados provenientes de Mapachitos predominaron durante la época de estiaje (24) con un 79 % de bacterias productoras de compuestos antimicrobianos, en El Sargento se aisló un menor número de bacterias durante esta temporada; sin embargo, se obtuvo un mayor porcentaje de bacterias con actividad antimicrobiana, siendo el más alto porcentaje de todas las localidades y temporadas de estudio. De Santispac se aisló el menor número de bacterias en la temporada de lluvias y solo el 35 % de ellas mostró actividad antimicrobiana (Tabla 6).

De acuerdo con el número de aislados bacterianos con actividad antimicrobiana respecto al sitio, temporada de obtención y bacteria diana probada se observó un mayor número de aislados activos frente a los patógenos acuícolas, predominando los de la temporada de estiaje para Mapachitos y Santispac, mientras que en El Sargento el mayor número de aislados activos frente a este grupo de bacterias diana se obtuvo durante la temporada de lluvias. Por otro lado, se observó baja y en algunos casos nula actividad antagónica frente a bacterias formadoras de biopelículas y patógenos humanos (Figura 2).

Figura 2 Número de bacterias con actividad antimicrobiana de acuerdo con el sitio de recolecta (M: Mapachitos, S: Santispac, SR: El Sargento), temporada de obtención y cepa diana. 

DISCUSIÓN

Los microorganismos de ambientes extremos (extremófilos) son caracterizados por la capacidad de sobrevivir a ambientes hostiles con altas temperaturas, pH, presión, salinidad y otros parámetros físico-químicos o la combinación de los mismos (Antranikian et al., 2005; Ferrer et al., 2007; Jia et al., 2013), lo cual resulta en la producción de metabolitos con características únicas que pueden aplicarse en una amplia gama de procesos biotecnológicos (Maugeri et al., 2009, 2010a, 2010b; Gugliandolo et al., 2012; Reed et al., 2013), como es el caso de bacterias aisladas de agua en ventilas hidrotermales someras de Portugal, que son capaces de degradar enzimas como las amilasas, asimismo, especies del género Bacillus aisladas de sedimentos de ventilas hidrotermales profundas en Okinawa son productoras de diversas proteasas (Mohandass et al., 2012; Sun et al., 2015). Estos sistemas son también considerados una fuente para el descubrimiento de nuevos fármacos, especialmente antibacterianos, por ello, las bacterias aisladas en los sistemas hidrotermales muestreados para este trabajo las vuelve candidatas para la exploración de compuestos con potencial biotecnológico.

Al igual que en el presente estudio, existen otros trabajos en donde se comprueba que los sistemas hidrotermales son sitios con gran diversidad de bacterias productoras de compuestos activos, como el realizado por Eyþórsdóttir (2007) quien encontró que 96 bacterias aisladas de organismos como esponjas, anemonas y algas de los sitios de ventila hidrotermal de Eyjafjörour, Islandia, mostraron actividad antimicrobiana frente a uno o más patógenos evaluados, 42 frente a Escherichia coli, 8 frente a Enterococcus fecalis, y 56 frente a Candida albicans. También, exopolisácaridos producidos por bacterias extremófilas de las ventilas de Isla Eolian, en el Mar Mediterráneo, han mostrado actividad antimicrobiana frente a bacterias Gram Positivas y Gram negativas como S. aureus, E. coli y Pseudomonas aeruginosa, así como contra el hongo C. albicans (Scala et al., 2019), dentro de estas bacterias activas, destacan las de los géneros Bacillus y Geobacillus, las cuales han sido registradas también por otros autores (Caccamo et al., 2000, Maugeri et al., 2002a, 2002b) demostrando ser potentes inhibidores microbianos (Ravindran et al., 2016).

Las especies del género Bacillus están adaptadas a ambientes cálidos y por lo general son capaces de colonizar nichos oligotróficos como es el caso de marismas, aguas termales y suelos desérticos (Khiyami et al., 2012). En el presente estudio, de 120 bacterias aisladas en las temporadas de lluvias y estiaje, 87 (73 %), fueron capaces de inhibir el crecimiento de al menos uno de los patógenos evaluados, las que mostraron mayor actividad en cuanto al tamaño del diámetro del halo de inhibición y el espectro frente a un mayor número de bacterias diana pertenecen al género Bacillus (Bacillus paralicheniformis, Bacillus firmus, y Bacillus sonorensis), coincidiendo con lo antes mencionado. De estas especies se conoce que, por ejemplo, B. paralicheniformis produce sustancias como antibióticos, vitaminas, aminoácidos y enzimas, adicionalmente han mostrado notable actividad antimicrobiana de amplio espectro, siendo eficaces contra bacterias, levaduras y hongos (Ahire et al., 2020). La cepa termofílica POD1 identificada como B. paralicheliformis aislada de una fuente termal de la India por Ojha et al. (2021) produce una lisozima con actividad frente a bacterias multirresistentes como Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae y Lactobacillus reuteri. También se ha reportado la producción de biosurfactantes con actividad antimicrobiana por cepas termotolerantes del género Bacillus aisladas de fuentes termales de Tailandia, entre ellas, B. firmus, B. licheniformis, B. subtilis y B. pumilus (Pakpitcharoen et al., 2008), y de péptidos antimicrobianos como bacteriocinas, producidos por B. sonorensis con actividad frente a S. aureus y Listeria monocytogenes (Chopra et al., 2014).

En el presente estudio, se identificó a las especies Virgibacillus salarius y Brevibacillus thermoruber como antagonistas de algunos de los patógenos diana. Otros autores han reportado que estas especies son productoras de compuestos que inhiben el crecimiento de patógenos multirresistentes (Radchenkova et al., 2011; Ayuningrum et al., 2020) y se menciona también que están emparentadas filogenéticamente con el género Bacillus (Hua et al., 2008; Yohandini et al., 2015), por lo que se puede inferir que estas cepas, al igual que Bacillus, producen diversos compuestos capaces de inhibir a diferentes microorganismos.

Gutiérrez-Almada et al. (2020) realizaron el aislamiento de las cepas bacterianas con las que se trabajó en el presente estudio, probando el potencial de extractos para inhibir la formación de biopelículas frente a dos cepas patógenas de humano (Pseudomonas aeruginosa PAO1 y Aeromonas caviae) y una cepa patógena de interés acuícola (Vibrio parahaemolyticus), por lo que, con los resultados de dicho trabajo, en conjunto con el presente estudio, se confirma su potencial para la producción de compuestos antibacterianos en diferentes campos de aplicación.

En cuanto a las cepas blanco, nueve de los patógenos acuícolas mostraron sensibilidad frente a las bacterias de origen termal, siendo P. damselae subsp damselae la más sensible con 61 casos de inhibición con halos desde 2 mm hasta 26 mm de diámetro. Este es uno de los patógenos bacterianos más devastadores en la acuicultura marina, al tratarse de una bacteria que prevalece a temperaturas de 37 °C utilizando los sedimentos marinos como reservorio y el agua de mar como vehículo de transmisión de infecciones. Como ejemplo de afecciones que ocasiona, se incluyen la pasteurelosis en organismos marinos y úlceras o septicemias en humano a causa de la exposición en heridas cutáneas superficiales en contacto al medio marino, en ambos casos puede llegar a provocar la muerte del individuo (Botella et al., 2002; Rivas et al., 2013). Otra cepa sensible fue Listonella anguillarum (Vibrio), una bacteria marina patógena de un gran número de organismos acuáticos, incluidas especies de importancia en la industria acuícola como camarón, bivalvos y peces, causando ulceraciones internas y externas, distención abdominal, letargo, pérdida de apetito, necrosis y eventualmente la muerte (Hickey & Lee, 2018). Por otro lado, bacterias formadoras de biopelículas como Aestuariibacter sp. se adhieren a sustratos sumergidos, como es el caso de embarcaciones, muelles, plataformas marinas y sistemas acuícolas; estas bacterias son pioneras en el proceso de sucesión de las comunidades que forman el conocido “biofouling” que incluye bacterias, microalgas, esporas, larvas y macroorganismos, lo cual causa deterioro y problemas económicos principalmente para la industria naviera, petrolera y acuícola (Moura et al., 2018; Erni-Cassola et al., 2020). Por lo que los resultados obtenidos en este estudio muestran un buen potencial para atender la problemática que causan estos microoganismos en las diferentes industrias.

Al parecer, las bacterias con actividad antagónica que se desarrollan en El Sargento no están afectadas por la época (lluvia o estiaje) pues en ambos casos se obtuvo un número considerable de este tipo de bacterias, sin embargo, para los otros sitios el estiaje parece influenciar la presencia de bacterias con bioactividad contra los patógenos probados. Esto pudiera estar relacionado a que El Sargento es una localidad con playas arenosas que cuentan con manifestaciones termales constantes a lo largo de su línea de costa (Nava-Sánchez et al., 1995), con temperaturas registradas en el momento de las recolectas, que oscilan entre los 45 y 70 °C, sin presentar emanaciones con fluido termal que pudieran tener un efecto sobre las variaciones en estas comunidades microbianas.

Debido a que un mayor número de aislados fueron activos contra patógenos de peces, estos resultados nos brindan la oportunidad de dirigir futuros estudios para su uso potencial en sistemas acuícolas, tanto de agua dulce como salada, teniendo mayor interés en las cepas identificadas como Bacillus firmus, Bacillus sonorensis, Bacillus paralicheniformis, Virgibacillus salarius y Brevibacillus thermoruber que inhiben el crecimiento de bacterias patógenas como Photobacterium damselae subsp damselae y Listonella anguillarum.

Se concluye que las bacterias provenientes de sistemas hidrotermales poseen la capacidad de inhibir el crecimiento de patógenos acuícolas, humanos y formadoras de biopelículas marinas convirtiéndose en una alternativa para el uso de antibióticos.

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Recibido: 25 de Febrero de 2022; Aprobado: 23 de Mayo de 2022

*Corresponding author: Ruth Noemí Aguila-Ramírez: e-mail: raguilar@ipn.mx

To quote as: Peña-Pelayo, Y., K. Gutiérrez-Almada, R. G. Cervantes-Gámez & R. N. Aguila-Ramírez. 2022. Actividad antibacteriana de bacterias aisladas de sistemas hidrotermales de Baja California Sur, México. Hidrobiológica 32 (2): 105-115.

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