Diversidad bacteriana en la glándula uropigial de la abubilladinámica estacional y beneficios asociados

Resumen

La glándula uropigial de las aves es una glándula holocrina encerrada dentro de una cápsula de tejido conectivo que deposita su secreción en un tubo colector común (Jacob y Ziswiler, 1982). Las aves esparcen esta secreción sobre la superficie de su piel y de su plumaje de manera periódica, en un proceso conocido como "preening" o acicalamiento. A esta secreción se le han atribuido distintas propiedades, tales como la protección e impermeabilización de las plumas, o el mantenimiento de la higiene frente a patógenos y parásitos (Reneerkens et al., 2006). En el caso de la abubilla (Upupa epops), tanto el volumen como la composición química y características de la secreción varían estacionalmente y entre sexos, produciéndose una secreción más oscura y maloliente en hembras reproductoras y en pollos durante el período de estancia en el nido, mientras que en machos y en hembras no reproductoras la secreción producida es blanquecina e inodora (Martín-Vivaldi et al., 2009). En muchos aspectos esos cambios, incluida su actividad antimicrobiana, se relacionan con la presencia en las secreciones oscuras de bacterias simbiontes pertenecientes al género Enterococcus (Soler et al., 2008; Ruiz-Rodríguez et al., 2012). Sin embargo, las observaciones mediante microscopia electrónica de transmisión de la glándula e hibridación in situ (FISH), han puesto de manifiesto una gran heterogeneidad de tipos morfológicos microbianos lo que sugiere la existencia de una diversidad mucho más compleja de la deducida por métodos dependientes de cultivo. En esta memoria de Tesis Doctoral se ha determinado la comunidad microbiana de la secreción de la glándula uropigial de la abubilla mediante la utilización de métodos independientes de cultivo, como el establecimiento de huellas genéticas de la comunidad o la secuenciación masiva (pirosecuenciación y secuenciación por síntesis). También se ha descrito la dinámica poblacional de esta comunidad a lo largo del ciclo reproductor del ave y su relación con otros factores ambientales. Por último se han demostrado experimentalmente los efectos beneficiosos que podrían representar para el animal la presencia de esta comunidad de bacterias comensales y/o mutualistas, evaluando su transmisión vertical desde la glándula a los huevos y su posible relación con el éxito de eclosión. Un primer enfoque sobre la diversidad microbiana de la secreción uropigial se ha realizado mediante el análisis de librerías de los ADNs ribosomales (ADNr) y/o secuenciación directa de sus amplicones. Estas técnicas han puesto de manifiesto una compleja comunidad bacteriana formada principalmente por especies de microorganismos anaerobios estrictos y facultativos incluidos en el filo Firmicutes (clases Clostridia y Negativicutes) y en el filo Bacteroidetes. También con menor frecuencia se han identificado taxones pertenecientes a los filos Actinobacteria y Proteobacteria. Mediante el estudio del perfil genético de la comunidad realizado a través del análisis de las regiones intergénicas entre los genes ADNr 16S y 23S o de electroforesis en gradiente temporal de temperatura, se ha puesto de manifiesto la gran homogeneidad existente entre las comunidades de diferentes individuos de abubilla, medida por la similitud de los perfiles de bandas en los fingerprints obtenidos de sus muestras de secreción. Cuando el microbioma uropigial se ha estudiado mediante métodos de secuenciación masiva, se ha encontrado de nuevo que está claramente dominado por microorganismos anaerobios estrictos incluidos en el grupo de los clostridios (filo Firmicutes, clase Clostridia), aunque también aparecen ciertos representantes de otros filos como Proteobacteria, Bacteroidetes y Actinobacteria. Si bien los métodos de secuenciación masiva detectaron los mismos grupos bacterianos en las secreciones de color blanco de los machos que en las oscuras de hembras y pollos durante su estancia en el nido, la PCR cuantitativa y el FISH mostraron que la carga microbiana de estas últimas es mucho más elevada que la de las secreciones de las hembras en invierno y las de los machos todo el año. El hecho de que la composición predominante de las comunidades uropigiales incluya bacterias que también se encuentran con frecuencia en el hábitat gastrointestinal, sugiere una posible colonización de la glándula a partir del tracto gastrointestinal del animal de al menos parte de la comunidad bacteriana. Se ha encontrado que los únicos factores que modifican la composición del microbioma de la secreción uropigial de abubilla son los cambios de fases del ciclo reproductor, la cría en cautividad y en ocasiones el año de muestreo. Sin embargo su composición no parece estar relacionada con otros factores ambientales ni geográficos. Los cambios más importantes que suceden durante el periodo reproductor de las hembras se refieren al cambio de una secreción blanquecina en la que predominan las clases Gamma y Betaproteobacteria (filo Proteobacteria), y hay además Flavobacteriia (filo Bacteroidetes), Bacilli y Clostridia (filo Firmicutes) en menor proporción, a una comunidad claramente dominada por la clase Clostridia en las secreciones oscuras. Además de estos cambios a gran escala, como es lógico ocurre una sucesión de OTUs que aumentan (o disminuyen) relativamente su abundancia en la secreción uropigial a lo largo de los periodos muestreados. Los OTUs de un mismo grupo taxonómico cambian entre fases del ciclo, y esto hace pensar que podría haber cierta influencia ambiental en la composición de la secreción uropigial, con reclutamiento periódico de ciertos OTUs del entorno. Por último se ha demostrado experimentalmente que la microbiota de la secreción uropigial de la abubilla contribuye a la composición de la comunidad bacteriana establecida en la superficie de la cáscara de los huevos, de forma que a partir de cierto umbral, esta contribución puede resultar beneficiosa en cuanto que se relaciona con una disminución en el nivel de colonización del huevo por bacterias potencialmente patógenas provenientes de una fuente experimental de contaminación. Además se han identificado varios OTUs concretos que parecen tener efectos sobre el éxito de eclosión de las nidadas, poniendo de manifiesto la importancia del microbioma para el éxito reproductor del ave. El trabajo recogido en esta Tesis Doctoral ha permitido avanzar de manera notable en el conocimiento disponible sobre la composición taxonómica y la dinámica de la comunidad bacteriana asociada a la glándula uropigial de la abubilla, y ha puesto de manifiesto la interacción entre dos microbiomas de gran importancia para el ave (los de glándula y huevos) indicando que esta interacción es probablemente el contexto principal en el que se ha desarrollado y en el que se mantienen las presiones selectivas que explican este sistema ave-bacterias. Los resultados también abren nuevas líneas de investigación que permitirán profundizar y avanzar en el conocimiento de esta interacción, sobre todo al identificar aquellos taxones candidatos a jugar un papel importante en esta simbiosis, y muestran que los diferentes métodos de estudio de las comunidades microbiológicas pueden aportar información complementaria de gran importancia, especialmente cuando algunas especies clave pueden no ser las más abundantes y así pasar desapercibidas a aproximaciones globales como la secuenciación masiva. Bibliografía: - Jacob, J., Ziswiler, V. (1982). The uropygial gland. En Avian Biology (Academic Press London, UK). - Martín-Vivaldi, M., Ruiz-Rodríguez, M., José Soler, J., Manuel Peralta-Sánchez, J., Méndez, M., Valdivia, E., Manuel Martín-Platero, A., Martínez-Bueno, M. (2009). Seasonal, sexual and developmental differences in hoopoe Upupa epops preen gland morphology and secretions: Evidence for a role of bacteria. J. Avian Biol. 40, 191-205. - Reneerkens, J., Piersma, T., Damsté, J.S.S. (2006). Discerning adaptive value of seasonal variation in preen waxes: Comparative and experimental approaches. Acta Zool. Sin. 52, 272-275. - Ruiz-Rodríguez, M., Valdivia, E., Martín-Vivaldi, M., Martín-Platero, A.M., Martínez-Bueno, M., Méndez, M., Peralta-Sánchez, J.M., Soler, J.J. (2012). Antimicrobial activity and genetic profile of enteroccoci isolated from hoopoes uropygial gland. PLoS ONE 7, e41843. - Soler, J.J., Martín-Vivaldi, M., Ruiz-Rodríguez, M., Valdivia, E., Martín-Platero, A.M., Martínez-Bueno, M., Peralta-Sánchez, J.M., Méndez, M. (2008). Symbiotic association between hoopoes and antibiotic-producing bacteria that live in their uropygial gland. Funct. Ecol. 22, 864-871.