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Transmisión vertical

La transmisión vertical de simbiontes es la transferencia de un simbionte microbiano del progenitor directamente a la descendencia. [1]   Muchas especies de metazoos son portadores de bacterias simbióticas que desempeñan un papel mutualista , comensal o parasitario . [1]   Un simbionte es adquirido por un huésped mediante transmisión horizontal , vertical o mixta. [2]

Beneficios de la actividad física

La transmisión vertical, el paso de la microflora simbiótica de los padres a la descendencia, es común en especies de animales que reciben cuidados parentales . Proporcionar a los jóvenes una comunidad de microorganismos establecida desde el principio tiene beneficios para la salud. [3]

  1. Desarrollo del sistema inmunológico: los microbios parentales preparan el sistema inmunológico de los jóvenes.
  2. Resistencia a las enfermedades: debido a que la piel ya está colonizada por microbios parentales, la flora patógena tiene más dificultades para establecerse.
  3. Ayuda digestiva: los microbios parentales pueden ayudar con la digestión, y como resultado, los jóvenes pueden sobrevivir con una dieta que de otra manera no cubriría sus necesidades nutricionales.
  4. Adaptación ambiental: la microflora podría ayudar a hacer frente al estrés ambiental.
  5. Aumento de la cohesión social: el microbioma puede producir señales neurológicas o químicas que alteran el comportamiento social. [4]

Consecuencias evolutivas

Se produce una interdependencia compleja entre el huésped y el simbionte. [5] El acervo genético del simbionte es generalmente más pequeño y más sujeto a la deriva genética . [6] En la transmisión vertical verdadera, los resultados evolutivos del huésped y el simbionte están vinculados. [7] Si hay transmisión mixta, puede introducirse nuevo material genético . [8] Generalmente, los simbiontes se establecen en nichos específicos e incluso pueden transferir parte de su genoma al núcleo del huésped.

Beneficios

El mecanismo promueve una presión evolutiva estrechamente acoplada, que hace que el anfitrión y el simbionte funcionen como un holobionte . [9]

Desventajas

Los cuellos de botella evolutivos conducen a una menor diversidad de simbiontes y, por lo tanto, a una menor resiliencia . De manera similar, esto reduce en gran medida el tamaño efectivo de la población . En última instancia, sin una afluencia de nuevo material genético, la población se vuelve clonal .  Las mutaciones tienden a persistir en los simbiontes y a acumularse con el tiempo. [10]

Modos de transmisión

Matrilineal

Línea germinal

Dado que el óvulo aporta los orgánulos y tiene más espacio y oportunidades para que los simbiontes intracelulares se transmitan a las generaciones posteriores, es un método muy común de transmisión vertical. [1]   Los simbiontes intracelulares pueden migrar desde el bacteriocito a los ovarios e incorporarse a las células germinales. [11]

En las plantas, la transmisión vertical de endófitos microbianos a través de la línea germinal puede ocurrir matrilinealmente a través de la semilla. [12] Existen varios mecanismos por los cuales una semilla puede infectarse matrilinealmente con endófitos. La planta madre puede producir conexiones vasculares desde sus microbiomas somáticos hasta el endospermo . [12] Alternativamente, los endófitos pueden transmitirse directamente cuando los órganos reproductivos se están desarrollando en el meristemo apical del brote . [12]

Nacimiento vivo

Los bebés humanos adquieren su microbioma de sus madres, de cada esfera donde hay contacto. Esto incluye potencialmente la vagina de la madre , el tracto gastrointestinal , la piel , la boca y la leche materna . [13] Estas vías son típicas si el parto es vaginal y el bebé es amamantado. Cuando ocurren otras acciones, como el parto por cesárea , la alimentación con biberón o los antibióticos maternos durante la lactancia, estos modos de transmisión vertical se interrumpen. [14] [15]

Por línea paterna

Aunque es extremadamente raro, la Rickettsia se transmite a Nephotettix cincticep a través de la línea paterna en el esperma . [16]

En las plantas, la transmisión vertical de endófitos microbianos a través de la línea germinal puede ocurrir de forma patrilineal a través del polen . [12] Se ha planteado la hipótesis de que la transmisión patrilineal es un mecanismo común para la transmisión de endófitos fúngicos, [12] así como de bacterias. [17]

Cuidado parental

Los microbios pueden transmitirse a través de las acciones de los padres que cuidan a sus hijos, como el cultivo de microbios intestinales mediante la alimentación por regurgitación . [18] Este tipo de transmisión vertical no siempre ocurre a través del comportamiento del padre genético; en cambio, otros miembros de un grupo social o familiar pueden transmitir la comunidad microbiana, lo que resulta en la selección de parentesco . [4] [19]

Aposimbiótico

Las lombrices de tierra (Eisenia) tienen un simbionte extracelular, Verminephrobacter . En lugar de transmitirse a través del huevo en la línea germinal, las crías son aposimbióticas cuando todavía están en la cápsula del huevo; sin embargo, adquieren Verminephrobacter antes de que la cápsula del huevo se rompa, por lo que sigue siendo una transmisión vertical. [20]

Ejemplos

Invertebrados

La transmisión vertical de bacterias endosimbióticas es muy común en los insectos. [21]

Wolbachia

Se estima que alrededor del 70% de todos los insectos son portadores de la bacteria Wolbachia , que puede transmitirse tanto vertical como horizontalmente . [22] Dependiendo de la especie huésped, puede funcionar como mutualista o como patógeno. [23] Para mantener la infección dentro de una especie huésped, debe ingresar al óvulo en formación y transmitirse a través de la línea germinal. Para mejorar la tasa de transmisión vertical, Wolbachia puede alterar el sistema reproductivo de su huésped [23] en una variedad de mecanismos, como la partenogénesis inducida , la matanza de machos o la feminización . [24] Todos estos aumentan la proporción de hembras infectadas, lo que es beneficioso para una infección de propagación matrilineal.

Pulgones del guisante yBuchner

Los pulgones del guisante no obtienen todos los aminoácidos necesarios de su dieta. Su simbionte obligado, Buchnera , sintetiza el resto. [11]  [25]

Piojos yCandidato Riesia pediculicola

El piojo de la cabeza ( Pediculus humanus )  tiene una relación simbiótica obligada con Candidatus Riesia pediculicola. El piojo proporciona refugio y protección mientras que las bacterias proporcionan vitaminas B esenciales . C. riesia vive en el bacteriocito pero se desplaza a los ovarios para transmitirse a la siguiente generación. [26] [27]

Moscas tsé-tsé yGlossinidia de Wigglesworthia

Las moscas tsé-tsé tienen un ciclo de vida fascinante. La mosca tsé-tsé da a luz a un ser vivo, algo extremadamente raro entre los insectos. La mosca fecunda un huevo a la vez y durante las primeras tres etapas larvarias, la cría se desarrolla dentro del útero de la madre alimentándose de la sustancia láctea que proviene de las glándulas mamarias del útero. [28] [29] [30] [31] A través de la “leche”, las crías reciben la microflora de los padres , incluida Wigglesworthia glossinidia , la bacteria que proporciona al huésped vitaminas B escasas en la dieta de la mosca tsé-tsé, que se basa únicamente en sangre. [32] [33]

Arañas sociales

Las arañas sociales Stegodyphus dumicola viven en Namibia y Botswana. La mayoría de las hembras de la colonia son vírgenes, pero participan en el cuidado de las crías de las hembras reproductoras. [34] Las crías nacen sin simbiontes, y los simbiontes bacterianos se transmiten verticalmente a través de las generaciones mediante interacciones sociales con el inicio de la alimentación por regurgitación por parte de las madres (adoptivas) en etapas tempranas del desarrollo. [19]

Vertebrados

Cecililas

Las cecilias alimentan a sus crías a través de la piel de la madre, pasándoles la microflora que coloniza la piel y el intestino de las crías. [35] La piel de la madre está adaptada para este propósito, engrosándose de antemano y regenerándose rápidamente después de ser consumida para seguir alimentando a sus crías. Repite el proceso varias veces durante el desarrollo temprano sin sufrir daños significativos. La naturaleza repetida de la alimentación a través de la piel significa que las crías están expuestas al microbioma de su madre varias veces, lo que aumenta la probabilidad de una colonización exitosa del intestino y la piel microbiana.

Ranas de Borneo que anidan en espuma

Los renacuajos de la rana de Borneo que anida en espuma Leptomantis harrissoni reciben microbios tanto de sus padres (verticalmente) como del entorno (horizontalmente). [3] Inicialmente, tienen microbiomas que se parecen a sus padres y al exterior del nido de espuma, pero después de una semana en el estanque, los renacuajos recogen nuevos microbios del entorno del estanque.

Rana dardo imitadora

Una rana dardo imitadora de Ranitomeya alimenta a los renacuajos con huevos tróficos no fertilizados. Los protistas parabasales anaeróbicos se transmiten a los renacuajos mediante transmisión vertical. En el intestino, estos protistas expresan enzimas digestivas proteinasas. [36] Al hacerlo, ayudan a las crías a tener la capacidad de digerir la grasa y la proteína en el huevo de la madre en lugar de los restos vegetales del mini estanque en el que viven. Los genes que codifican las proteinasas no están presentes en el genoma de Ranitomeya. La simbiosis permite que la rana dardo imitadora de Ranitomeya se expanda hacia el nuevo nicho ecológico y que los renacuajos crezcan de manera más robusta. [36] Otro mecanismo de transmisión vertical a través del cuidado parental ocurre cuando el padre lleva a un renacuajo en su espalda desde el huevo hasta el estanque de reproducción, lo que le permite al renacuajo la oportunidad de recibir microflora de manera patrilineal. [37]

Referencias

  1. ^ abc Bright M, Bulgheresi S (marzo de 2010). "Un viaje complejo: transmisión de simbiontes microbianos". Nature Reviews. Microbiología . 8 (3): 218–230. doi :10.1038/nrmicro2262. PMC  2967712 . PMID  20157340.
  2. ^ Koga R, Bennett GM, Cryan JR, Moran NA (julio de 2013). "Reemplazo evolutivo de simbiontes obligados en un linaje de insectos antiguo y diverso". Microbiología ambiental . 15 (7): 2073–2081. Bibcode :2013EnvMi..15.2073K. doi :10.1111/1462-2920.12121. PMID  23574391.
  3. ^ ab McGrath-Blaser S, Steffen M, Grafe TU, Torres-Sánchez M, McLeod DS, Muletz-Wolz CR (diciembre de 2021). "Trayectoria microbiana de la piel en etapas tempranas de la vida como función de la transmisión vertical y ambiental en ranas que anidan en espuma en Borneo". Animal Microbiome . 3 (1): 83. doi : 10.1186/s42523-021-00147-8 . PMC 8686334 . PMID  34930504. 
  4. ^ ab Archie EA, Tung J (1 de diciembre de 2015). "Comportamiento social y microbioma". Current Opinion in Behavioral Sciences . El estudio integrador del comportamiento animal. 6 : 28–34. doi : 10.1016/j.cobeha.2015.07.008 . ISSN  2352-1546.
  5. ^ Perotti MA, Clarke HK, Turner BD, Braig HR (noviembre de 2006). "Rickettsia como bacteria obligada y micetómica". Revista FASEB . 20 (13): 2372–2374. doi : 10.1096/fj.06-5870fje . PMID  17012243. S2CID  30841294.
  6. ^ Wernegreen JJ, Moran NA (enero de 1999). "Evidencia de deriva genética en endosimbiontes (Buchnera): análisis de genes codificadores de proteínas". Biología molecular y evolución . 16 (1): 83–97. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026040 . PMID  10331254.
  7. ^ Vautrin E, Vavre F (marzo de 2009). "Interacciones entre simbiontes transmitidos verticalmente: ¿cooperación o conflicto?". Tendencias en microbiología . 17 (3): 95–99. doi :10.1016/j.tim.2008.12.002. PMID  19230673.
  8. ^ Quigley KM, Warner PA, Bay LK, Willis BL (diciembre de 2018). "Transmisión en modo mixto inesperada y regulación genética moderada de las comunidades de Symbiodinium en un coral en crianza". Heredity . 121 (6): 524–536. doi :10.1038/s41437-018-0059-0. PMC 6221883 . PMID  29453423. 
  9. ^ Morris JJ (19 de octubre de 2018). "¿Cuál es el concepto de hologenoma de la evolución?". F1000Research . 7 : 1664. doi : 10.12688/f1000research.14385.1 . PMC 6198262 . PMID  30410727. 
  10. ^ Smith NH, Gordon SV, de la Rua-Domenech R, Clifton-Hadley RS, Hewinson RG (septiembre de 2006). "Cuellos de botella y escobas: la evolución molecular de Mycobacterium bovis". Nature Reviews. Microbiology . 4 (9): 670–681. doi :10.1038/nrmicro1472. PMID  16912712. S2CID  2015074.
  11. ^ ab Simonet P, Gaget K, Balmand S, Ribeiro Lopes M, Parisot N, Buhler K, et al. (febrero de 2018). "Muerte celular de bacteriocitos en el sistema simbiótico pulgón del guisante/Buchnera". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 115 (8): E1819–E1828. Bibcode :2018PNAS..115E1819S. doi : 10.1073/pnas.1720237115 . PMC 5828623 . PMID  29432146. 
  12. ^ abcde Frank AC, Saldierna Guzmán JP, Shay JE (diciembre de 2017). "Transmisión de endófitos bacterianos". Microorganismos . 5 (4): 70. doi : 10.3390/microorganisms5040070 . ISSN  2076-2607. PMC 5748579 . PMID  29125552. 
  13. ^ Bäckhed F, Roswall J, Peng Y, Feng Q, Jia H, Kovatcheva-Datchary P, et al. (mayo de 2015). "Dinámica y estabilización del microbioma intestinal humano durante el primer año de vida". Cell Host & Microbe . 17 (5): 690–703. doi : 10.1016/j.chom.2015.04.004 . PMID  25974306.
  14. ^ Cox LM, Yamanishi S, Sohn J, Alekseyenko AV, Leung JM, Cho I, et al. (agosto de 2014). "La alteración de la microbiota intestinal durante una ventana crítica del desarrollo tiene consecuencias metabólicas duraderas". Cell . 158 (4): 705–721. doi :10.1016/j.cell.2014.05.052. PMC 4134513 . PMID  25126780. 
  15. ^ Dominguez-Bello MG, Costello EK, Contreras M, Magris M, Hidalgo G, Fierer N, et al. (junio de 2010). "El modo de parto moldea la adquisición y estructura de la microbiota inicial en múltiples hábitats corporales en recién nacidos". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 107 (26): 11971–11975. Bibcode :2010PNAS..10711971D. doi : 10.1073/pnas.1002601107 . PMC 2900693 . PMID  20566857. 
  16. ^ Watanabe K, Yukuhiro F, Matsuura Y, Fukatsu T, Noda H (mayo de 2014). "Transmisión simbionte vertical intraspermática". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 111 (20): 7433–7437. Bibcode :2014PNAS..111.7433W. doi : 10.1073/pnas.1402476111 . PMC 4034255 . PMID  24799707. 
  17. ^ Hodgson S, de Cates C, Hodgson J, Morley NJ, Sutton BC, Gange AC (abril de 2014). "La transmisión vertical de endófitos fúngicos está muy extendida en las hierbas". Ecología y evolución . 4 (8): 1199–1208. Bibcode :2014EcoEv...4.1199H. doi :10.1002/ece3.953. ISSN  2045-7758. PMC 4020682 . PMID  24834319. 
  18. ^ Miller CJ, Bates ST, Gielda LM, Creighton JC (2019-12-02). "Examen de la transmisión de bacterias intestinales a cadáveres conservados a través de secreciones anales en Nicrophorus defodiens". PLOS ONE . ​​14 (12): e0225711. Bibcode :2019PLoSO..1425711M. doi : 10.1371/journal.pone.0225711 . ISSN  1932-6203. PMC 6886834 . PMID  31790470. 
  19. ^ ab Rose C, Lund MB, Søgård AM, Busck MM, Bechsgaard JS, Schramm A, et al. (junio de 2023). "La transmisión social de simbiontes bacterianos homogeneiza el microbioma dentro y entre generaciones de arañas que viven en grupo". ISME Communications . 3 (1): 60. doi :10.1038/s43705-023-00256-2. PMC 10276852 . PMID  37330540. 
  20. ^ Davidson SK, Stahl DA (enero de 2006). "Transmisión de bacterias nefridiales de la lombriz de tierra Eisenia fetida". Applied and Environmental Microbiology . 72 (1): 769–775. Bibcode :2006ApEnM..72..769D. doi :10.1128/AEM.72.1.769-775.2006. PMC 1352274 . PMID  16391117. 
  21. ^ Ferrari J, Vavre F (mayo de 2011). "Simbiontes bacterianos en insectos o la historia de comunidades que afectan a comunidades". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie B, Ciencias Biológicas . 366 (1569): 1389–1400. doi :10.1098/rstb.2010.0226. PMC 3081568 . PMID  21444313. 
  22. ^ Choubdar N, Karimian F, Koosha M, Nejati J, Shabani Kordshouli R, Azarm A, et al. (2023-04-20). Pietri J (ed.). "Infección por Wolbachia en poblaciones nativas de Blattella germanica y Periplaneta americana". MÁS UNO . 18 (4): e0284704. Código Bib : 2023PLoSO..1884704C. doi : 10.1371/journal.pone.0284704 . PMC 10118093 . PMID  37079598. 
  23. ^ ab Correa CC, Ballard JW (2016). "Asociaciones de Wolbachia con insectos: Ganando o perdiendo contra un maestro manipulador". Fronteras en ecología y evolución . 3 . doi : 10.3389/fevo.2015.00153 . ISSN  2296-701X.
  24. ^ Vavre F, Mouton L, Pannebakker BA (1 de enero de 2009), "Capítulo 12 Comunidades de parasitoides de Drosophila como sistemas modelo para interacciones entre hospedador y Wolbachia", Advances in Parasitology Volumen 70 , vol. 70, Academic Press, págs. 299–331, doi :10.1016/s0065-308x(09)70012-0, ISBN 978-0-12-374792-1, PMID  19773076 , consultado el 6 de mayo de 2024
  25. ^ Douglas AE (enero de 1998). "Interacciones nutricionales en simbiosis entre insectos y microbios: pulgones y sus bacterias simbióticas Buchnera". Revista Anual de Entomología . 43 (1): 17–37. doi :10.1146/annurev.ento.43.1.17. PMID  15012383.
  26. ^ Sasaki-Fukatsu K, Koga R, Nikoh N, Yoshizawa K, Kasai S, Mihara M, et al. (noviembre de 2006). "Bacterias simbióticas asociadas con discos estomacales de piojos humanos". Microbiología aplicada y ambiental . 72 (11): 7349–7352. Bibcode :2006ApEnM..72.7349S. doi :10.1128/AEM.01429-06. PMC 1636134 . PMID  16950915. 
  27. ^ El ADN humano extraído de las liendres de momias antiguas arroja luz sobre la ascendencia sudamericana. SciTechDaily, 28 de diciembre de 2021. Fuente: Universidad de Reading.
  28. ^ Benoit JB, Attardo GM, Baumann AA, Michalkova V, Aksoy S (enero de 2015). "Viviparidad adenotrófica en moscas tsé-tsé: potencial para el control de la población y como modelo de insectos para la lactancia". Revisión anual de entomología . 60 (1): 351–371. doi :10.1146/annurev-ento-010814-020834. PMC 4453834 . PMID  25341093. 
  29. ^ Langley PA (diciembre de 1977). "Fisiología de las moscas tsé-tsé (Glossina spp.) (Diptera: Glossinidae): una revisión". Boletín de investigación entomológica . 67 (4): 523–574. doi :10.1017/S0007485300006933. ISSN  1475-2670.
  30. ^ Denlinger DL, Ma WC (junio de 1974). "Dinámica del ciclo de gestación en la mosca tsé-tsé Glossina morsitans". Journal of Insect Physiology . 20 (6): 1015–1026. doi :10.1016/0022-1910(74)90143-7. PMID  4839338.
  31. ^ Attardo GM, Tam N, Parkinson D, Mack LK, Zahnle XJ, Arguellez J, et al. (septiembre de 2020). "Interpretación de las adaptaciones morfológicas asociadas con la viviparidad en la mosca tsé-tsé Glossina morsitans (Westwood) mediante análisis tridimensional". Insectos . 11 (10): 651. doi : 10.3390/insects11100651 . PMC 7650751 . PMID  32977418. 
  32. ^ Aksoy S (octubre de 1995). "Wigglesworthia gen. nov. y Wigglesworthia glossinidia sp. nov., taxones que consisten en endosimbiontes primarios asociados a micetocitos de moscas tsé-tsé". Revista internacional de bacteriología sistemática . 45 (4): 848–851. doi :10.1099/00207713-45-4-848. PMID  7547309.
  33. ^ Weiss BL, Rio RV, Aksoy S (septiembre de 2022). "Perfil microbiano: Wigglesworthia glossinidia: la pareja ideal de la mosca tsé-tsé". Microbiología . 168 (9). doi : 10.1099/mic.0.001242 . PMC 10723186 . PMID  36129743. 
  34. ^ Junghanns A, Holm C, Schou MF, Sørensen AB, Uhl G, Bilde T (octubre de 2017). "Cuidado alomaternal extremo y participación desigual en las tareas por parte de hembras no apareadas en una araña que se reproduce de forma cooperativa". Animal Behaviour . 132 : 101–107. doi :10.1016/j.anbehav.2017.08.006.
  35. ^ Kouete MT, Bletz MC, LaBumbard BC, Woodhams DC, Blackburn DC (mayo de 2023). "El cuidado parental contribuye a la transmisión vertical de microbios en una cecilia que se alimenta por la piel y se desarrolla directamente". Animal Microbiome . 5 (1): 28. doi : 10.1186/s42523-023-00243-x . PMC 10184399 . PMID  37189209. 
  36. ^ ab Weinfurther KD, Stuckert AM, Muscarella ME, Peralta AL, Summers K (junio de 2023). "Evidencia de un simbionte intestinal parabasaliano en renacuajos de rana venenosa que se alimentan de huevos en Perú". Biología evolutiva . 50 (2): 239–248. Bibcode :2023EvBio..50..239W. doi : 10.1007/s11692-023-09602-7 . ISSN  0071-3260.
  37. ^ Macedo RH, Machado G, eds. (2014). Selección sexual: perspectivas y modelos desde el Neotrópico. Ámsterdam ; Boston: Elsevier, AP. ISBN 978-0-12-416028-6.OCLC 854749429  .