Interazioni positive: cooperazione Interazioni negative: competizione Interazioni all’interno di una popolazione Interazioni positive: cooperazione Interazioni negative: competizione

Interazioni all’interno di una popolazione Interazioni positive Tasso di crescita Densità della popolazione

Interazioni positive Minima dose capace di dare infezione Popolazioni capaci di utilizzare substrati insolubili (es. lignina). Protezione da condizioni ambientali ostili Scambio genetico all’interno della popolazione Quorum sensing

Quorum sensing Meccanismo dipendente dalla densità cellulare attraverso il quale i microrganismi regolano l’espressione di specifici geni. L’attivazione del quorum sensing avviene attraverso la produzione di piccole molecole (principalmente N-acil-omoserina lattoni in batteri Gram-negativi, e oligopeptidi in batteri Gram-positivi), definite autoinduttori, che sono responsabili delle comunicazioni cellula-cellula e attivano l’espressione dei geni ad esse correlate solo quando raggiungono una determinata concentrazione all’interno della cellula. In condizioni di bassa densità cellulare gli autoinduttori prodotti vengono rilasciati nell’ambiente e non portano all’espressione dei geni legati al quorum sensing, al contrario se la densità cellulare è alta, nell’ambiente aumenta la concentrazione degli autoinduttori e una parte di essi può rientrare nella cellula innescando l’espressione dei geni regolati dal quorum sensing. Per la prima volta tale meccanismo di induzione è stato descritto nel batterio marino Vibrio fischeri per spiegare l’induzione legata alla densità cellulare dei geni lux responsabili della bioluminescenza. Da allora sono stati identificati molti geni regolati dal quorum sensing tra i quali ci sono geni che controllano fattori di virulenza, sviluppo di simbiosi, competenza, coniugazione, produzione di antibiotici, motilità, sporulazione, produzione di biofilm. La rizosfera contiene una più alta proporzione di batteri capaci di produrre N-acil-omoserina lattoni rispetto al suolo libero, suggerendo che gli autoinduttori possano svolgere un ruolo importate in molti processi che avvengono nella rizosfera. Queste osservazioni hanno portato a speculare che le piante potrebbero, attraverso specifici composti emessi dalle radici, riuscire ad influenzare il quorum sensing di specifiche popolazioni batteriche e quindi controllare la colonizzazione delle radici. Questi composti sono stati definiti “mimetici” perché consentono alle piante di interagire con differenti recettori dei batteri portando sia all’attivazione di geni controllati da quorum sensing sia alla destabilizzazione o alla degradazione delle proteine dei recettori.

Interazioni all’interno di una popolazione Interazioni negative Tasso di crescita Densità della popolazione

Interazioni negative Competizione per i nutrienti Accumulo di sostanze tossiche

Interazioni fra popolazioni microbiche -

Sinergismo (protocooperazione): entrambe le popolazioni coinvolte traggono vantaggio Il sinergismo descrive una relazione tra due popolazioni microbiche che comporta benefici per entrambe le popolazioni coinvolte, ma a differenza della simbiosi (mutualismo) non è un rapporto obbligatorio. Il sinergismo consente alle due popolazioni coinvolte di esplicare attività metaboliche come la sintesi di un prodotto che non sarebbero in grado di attuare separatamente. L’attività di sinergia di due popolazioni può portare al completamento di una via metabolica che altrimenti non potrebbe essere conclusa.

Sinergismo (protocooperazione): Composto A ↓ Composto B Composto C Energia + prodotti finali Popolazione 1 Popolazione 2 Popolazione 1 +2

Simbiosi (mutualismo) associazione obbligatoria tra due o più popolazioni, entrambe le popolazioni traggono vantaggio La simbiosi è un’estensione del sinergismo, è molto specifica e un componente della relazione non può generalmente essere sostituito da un altro. La relazione di simbiosi porta i microrganismi coinvolti ad agire come se fossero un unico organismo, le cui attività metaboliche e altre caratteristiche fisiologiche si differenziano molto da quelle presentate dalle singole popolazioni microbiche coinvolte nella relazione, consentendo così l’affermazione in un habitat non idoneo alla crescita dei due partner separati. Ciò non esclude che in ambienti diversi le due popolazioni possano vivere separatamente. Es. i licheni sono una simbiosi tra determinate alghe o cianobatteri (ficobionti) e funghi (micobionti), Il ficobionte utilizza l’energia luminosa e produce composti organici che sono forniti al micobionte; il micobionte attua una specie di protezione e favorisce l’assorbimento di acqua e dei nutrienti minerali da parte del ficobionte

Parmelia, Lichene foglioso

Usnea, lichene fruticoso

Commensalismo una popolazione trae vantaggio l’altra non trae né vantaggio né svantaggio Il commensalismo descrive una relazione unidirezionale tra due popolazioni e generalmente non è una relazione obbligatoria. La popolazione che trae vantaggio da tale relazione può ricevere lo stesso vantaggio da popolazioni diverse, ma con simili caratteristiche metaboliche. Il commensalismo si realizza quando la popolazione che non subisce nessuna influenza nel corso del suo sviluppo modifica l’habitat in modo tale da renderlo più favorevole per la crescita di un’altra popolazione (es. anaerobi facoltativi che utilizzano l’ossigeno e rendono le condizioni ambientali ottimali per gli anaerobi; produzione di fattori di crescita)

entrambe le popolazione sono colpite negativamente Competizione entrambe le popolazione sono colpite negativamente La competizione rappresenta una relazione negativa tra due popolazioni, entrambe le popolazioni sono affette negativamente rispetto alla loro possibilità di sopravvivere e crescere in un ambiente. Le popolazioni tendono a raggiungere densità più basse o presentano tassi di crescita meno elevati di quelli che avrebbero in assenza di competizione. La competizione avviene quando due popolazioni si trovano a competere per qualsiasi risorsa per la crescita. Generalmente la competizione porta alla separazione ecologica di popolazioni strettamente correlate. Tale fenomeno è conosciuto come principio di esclusione competitiva, che preclude alle due popolazioni di occupare la stessa zona: una delle popolazioni vincerà la competizione e l’altra sarà esclusa. Comunque le popolazioni possono coesistere se possono evitare un’assoluta e diretta competizione, ad esempio usando differenti risorse in tempi diversi.

Amensalismo (antagonismo) una popolazione trae svantaggio mentre l’altra trae beneficio o non è influenzata Nel rapporto di amensalismo una popolazione produce, ad esempio, una sostanza inibente l’altra popolazione. La prima popolazione può essere non colpita dalla sostanza inibitrice o essere marginalmente favorita a livello competitivo. Es. Microrganismi antagonisti dei patogeni nella rizosfera (produzione di siderofori ed antibiotici).

una popolazione trae vantaggio, l’altra svantaggio Parassitismo una popolazione trae vantaggio, l’altra svantaggio La relazione di parassitismo prevede una popolazione definita parassita ed una popolazione ospite (parassitata). La popolazione che beneficia dalla relazione di parassitismo è quella parassita che normalmente ottiene le sue richieste nutrizionali dalla popolazione parassitata. Alcuni parassiti restano fuori dalle cellule ospiti (ectoparasiti) mentre altri penetrano le cellule ospiti (endoparassiti). Generalmente la relazione ospite-parassita è molto specifica.

una popolazione trae vantaggio, l’altra svantaggio Predazione una popolazione trae vantaggio, l’altra svantaggio La relazione di predazione avviene quando un microrganismo “predatore” ingerisce e digerisce un microrganismo “preda”. Normalmente le relazioni preda-predatore sono di breve durata .

Predazione

mancanza di interazioni tra due popolazioni Neutralismo mancanza di interazioni tra due popolazioni Questo tipo di relazione, poiché si basa su un’affermazione negativa (il concetto di neutralismo implica una mancanza di interazioni tra due popolazioni microbiche), è difficile da dimostrare sperimentalmente. Si può affermare che il neutralismo non avviene tra popolazioni che occupano una stessa nicchia. E’, inoltre, più probabile che avvenga tra popolazioni microbiche caratterizzate da differenti capacità metaboliche che tra popolazioni metabolicamente simili.