Los microorganismos -entendidos como seres vivos muy pequeños, invisibles a simple vista, entre los que se incluyen bacterias, hongos, virus u otros- compiten y cooperan de forma natural en la naturaleza para su supervivencia. Sin embargo, ¿les afecta y en qué medida el ‘estrés ambiental’ al que se ven sometidos por cambios globales como el calentamiento de la Tierra, el aumento del nivel del mar o la contaminación atmosférica?

El investigador del Departamento de Botánica y Fisiología Vegetal de la Universidad de Málaga Ignacio J. Melero-Jiménez ha colaborado con un equipo científico internacional que ha mostrado, a partir de un sistema experimental que reproduce una comunidad microbiana cooperativa, que la solución evolutiva más común para que dos organismos que dependen mutuamente sobrevivan ante un cambio ambiental extremo podría ser volverse autosuficiente.

Este fenómeno se conoce como ‘rescate evolutivo’: una adaptación genética rápida que permite a los organismos evitar la extinción en situaciones críticas. En este caso, la cooperación se rompe como solución evolutiva para evitar la extinción. Los resultados de este trabajo se han publicado recientemente en la revista científica ‘Nature Communications’.

La investigación, que ha durado más de dos años, es el resultado de una estancia postdoctoral del científico de la UMA, financiada por la beca Margarita Salas. Los trabajos experimentales se realizaron, inicialmente, en la Universidad Hebrea de Jerusalén (Israel) bajo la coordinación del investigador Jonathan Friedman  y, posteriormente, el análisis genético y el procesamiento de los datos tuvieron lugar en el Centro de Biotecnología de Plantas del CSIC-UPM en Madrid, con el liderazgo del especialista Alejandro Couce.

Ingeniería genética

Junto a cinco autores procedentes de estas dos instituciones científicas, Melero-Jiménez ha explorado cómo evolucionan las comunidades microbianas cuando se enfrentan a condiciones de estrés extremo. Para ello, se utilizó un modelo sintético basado en dos variantes genéticamente modificadas de la bacteria intestinal Escherichia coli, diseñadas para depender estrictamente una de otra: cada cepa produce un aminoácido esencial que la otra necesita para sobrevivir.

El investigador Ignacio J. Melero-Jiménez en un laboratorio del SCAI.

En concreto, la fase experimental del estudio consistió en en cultivar estas comunidades microbianas en condiciones de laboratorio controladas y someterlas a situaciones de estrés ambiental severo, con el objetivo de observar cómo respondían evolutivamente a lo largo del tiempo.

Evolución experimental

“Expusimos estas comunidades a diferentes condiciones de estrés letal y monitorizamos su crecimiento durante múltiples generaciones. Para comparar, utilizamos una cepa ancestral que no dependía de ningún compañero para sobrevivir. Curiosamente, observamos que cuando las comunidades mutualistas se sometían a estrés la solución evolutiva más rápida era romper la cooperación”, señala el científico de la UMA.

El experto explica que se utilizó un enfoque de evolución experimental para analizar cómo la comunidad microbiana respondía al estrés. Curiosamente, durante el experimento observaron que, en lugar de fortalecer la cooperación, esta se rompía bajo condiciones extremas. Para entender los mecanismos detrás de esta ruptura, se emplearon técnicas genéticas y fenotípicas. Los resultados mostraron algo sorprendente: depender unas de otras hacía que estas bacterias fueran más vulnerables al estrés. En cambio, aquellas que lograban valerse por sí mismas tenían más posibilidades de sobrevivir.

Diseño experimental e hipótesis de partida del estudio.

Este hallazgo sugiere que, aunque la cooperación puede ser beneficiosa en un entorno estable, puede convertirse en una desventaja cuando las condiciones se vuelven adversas. Así, plantea una gran pregunta: si la cooperación es tan común en la naturaleza, ¿por qué parece tan frágil cuando las condiciones cambian? “Esta investigación nos da nuevas pistas para entender hasta dónde puede llegar la colaboración entre microbios cuando el entorno se vuelve hostil”, concluye Melero-Jiménez.

Aplicación social y próximos pasos

La biotecnología o la ecología microbiana son campos en los que este descubrimiento podría tener una implicación directa, ya que sugiere que en entornos donde la estabilidad de comunidades microbianas es clave -como en el intestino humano, los suelos agrícolas o en biorreactores industriales-, ciertos organismos pueden evolucionar rompiendo cooperaciones esenciales, lo que podría afectar procesos ecológicos y aplicaciones médicas. “Además, este conocimiento podría ayudar a predecir la estabilidad de microbiomas en respuesta al cambio climático o a la contaminación ambiental”, añade Melero-Jiménez.

Como próximos pasos, el investigador de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Málaga abre la puerta a ampliar el estudio a otras especies y explorar cómo la posibilidad de que ocurra rescate evolutivo varía en función de otro tipo de interacciones microbianas o comunidades con más de dos especies. “También nos interesa investigar si es posible modular esta evolución para mantener la cooperación en entornos donde sea beneficiosa, algo clave para aplicaciones en salud y biotecnología”, concluye.

Referencia:

Melero-Jiménez, I. J., Sorokin, Y., Merlin, A., Li, J., Couce, A., & Friedman, J. (2025). ‘Mutualism breakdown underpins evolutionary rescue in an obligate cross-feeding bacterial consortium’. Nature Communications.