Fotótrofos: qué son, distribución, tipos

¿Qué son los fotótrofos?

Los fotótrofos son todos los organismos (incluidos los microorganismos) que obtienen energía química aprovechando la luz solar (energía luminosa). Se dividen en fotoautótrofos y fotoheterótrofos, de acuerdo a la fuente de carbono que utilicen.

Los fotoautótrofos son aquellos que utilizan la luz solar como fuente de energía y usan el CO₂ como principal fuente de carbono. Mientras que los fotoheterótrofos también utilizan la luz como fuente de energía, pero emplean compuestos orgánicos como fuente de carbono.

Estas bacterias cumplen un papel primordial en la ecología microbiana, especialmente en los ciclos biogeoquímicos del azufre y el carbono, aprovechando al máximo las distintas formas en que se encuentran estos elementos en la naturaleza.

Además de la clasificación anterior, también se dividen en fotótrofos oxigénicos y fotótrofos anoxigénicos. Como fotótrofos oxigénicos se conocen las cianobacterias, en tanto que entre los anoxigénicos se encuentran las bacterias rojas y verdes (sulfurosas y no sulfurosas).

Estos microorganismos han sido poco estudiados debido a algunos inconvenientes, como la dificultad para la obtención y conservación de cultivos puros. Sin embargo, en la actualidad se han desarrollado diversas técnicas para tal fin. Entre ellas está la técnica de Pour plate.

Distribución

Los distintos tipos de bacterias fotosintéticas están ampliamente distribuidas en los ecosistemas acuáticos, pero también en ecosistemas terrestres de condiciones extremas, como hipersalinos, ácidos, alcalinos y ventilas hidrotermales, entre otros.

Tipos de bacterias fotótrofas o fotosintéticas

Fotótrofas anoxigénicas

Las bacterias fotótrofas anoxigénicas son un grupo de microorganismos muy diversos con capacidad fotosintética, que habitan en zonas anaerobias (sin oxígeno) de sistemas acuáticos, en su mayoría, con exposición a la luz solar.

A este grupo de microorganismos pertenecen las siguientes familias: Chlorobiaceae (verdes sulfurosas), Chloroflexaceae (verdes no sulfurosas), Rhodospirillaceae (rojas no sulfurosas), Ectothiorhodospiraceae y Chromatiaceae (ambas rojas sulfurosas).

Bacterias rojas sulfurosas de la familia Chromatiaceae

Son anaerobias estrictas, por tanto, utilizan como donador de electrones compuestos derivados del azufre como el Na₂S, S, tiosulfato, sulfuro, hidrógeno molecular o compuestos orgánicos simples de peso molecular bajo.

Pueden tener diversas morfologías, entre ellas: en espiral (Thiospirillum), bacilos (Chromatium), ovoides o vibrioides (Thiopedia).

Se disponen en el espacio como células individuales o en pares, y son motiles debido a flagelos, por deslizamiento o bien por vacuolas con gas.

Algunas de sus especies contienen bacterioclorofila a y otras b. También pueden presentar pigmentos carotenoides de las series de la espiriloxantina, la okenona y el rodopinal. Estos tienen como función la protección contra la fotooxidación.

Adicionalmente, poseen la capacidad de acumular azufre intracelularmente.

Bacterias rojas sulfurosas de la familia Ectothiorhodospiraceae

Estas son incapaces de almacenar el azufre de forma intracelular, como lo hacen las de la familia Chromatiaceae. Su morfología es en forma de vibrios, se disponen de manera aislada en el espacio y son móviles.

Estas bacterias son importantes por su participación en el ciclo del carbono y el azufre, y además por servir como alimento a diversos organismos acuáticos.

Bacterias verdes sulfurosas de la familia Chlorobiaceae, género Chlorobium

Son un grupo de microorganismos que realizan fotosíntesis anoxigénica que habitan en zonas ricas en azufre y anaerobias de los lagos.

Son fotolitoautótrofas y anaerobias obligadas, la mayoría son inmóviles, pero algunas pueden moverse por la presencia de flagelos.

Mientras que otras contienen vesículas de gas que les permiten ajustar la profundidad adecuada en los lagos (zonas sin oxígeno) y además obtener la cantidad de luz y H₂S necesarios.

Las inmóviles viven en los fondos de los lagos, específicamente en los fangos de lodo ricos en azufre.

La razón por la cual pueden vivir a grandes profundidades es gracias a los clorosomas, que les permite crecer a más baja intensidad de luz que las bacterias rojas, y además por su capacidad de soportar con facilidad las altas concentraciones de azufre.

Presentan diversas morfologías, entre ellas: bacilos rectos, cocos y vibrios. Se distribuyen de forma aislada o en cadenas y pueden ser de color verde grama o marrón chocolate.

Fijan CO₂, vía ciclo de Krebs reverso. Además del género Chlorobium (vibrios) existen 2 géneros más: Pelodyction (bacilos rectos) y Prosthecochloris (cocoides).

Bacterias verdes filamentosas no sulfurosas de la familia Chloroflexaceae, géneros Chloroflexus y Chloronema

Tienen forma de bacilos rectos y se disponen en filamentos. El género Chloronema posee vesículas de gas.

Fijan el CO₂ por la vía del hidroxipropionato. Se mueven por deslizamiento de sus filamentos. En relación con el oxígeno, son facultativas.

La mayoría viven en lagos o fuentes termales a temperaturas de entre 45 a 70 °C, es decir, son termófilas.

Tanto Chloroflexus y Chloronema son híbridos, pues poseen clorosomas como las bacterias verdes, pero su centro de reacción es igual al de las bacterias rojas.

Bacterias rojas no sulfurosas de la familia Rhodospirillaceae, género Rhodospirillum

Son las más cambiantes en cuanto a su metabolismo, pues aunque prefieren ambientes acuáticos ricos en materia orgánica soluble, con bajas concentraciones de oxígeno y bien iluminados, también pueden realizar la fotosíntesis en condiciones anaerobias.

Por otra parte, también pueden crecer quimioheterotróficamente en la oscuridad, ya que son capaces de utilizar un amplio repertorio de compuestos orgánicos como fuentes de carbono y/o energía.

Son móviles por poseer un flagelo polar y se dividen por fisión binaria. Este tipo de bacterias son actualmente de gran utilidad, especialmente en áreas como la biotecnología y la medicina.

Sus usos más frecuentes son en procesos de biorremediación de aguas y suelos contaminados, en la producción de biofertilizantes y herbicidas, ya que se ha observado que producen sustancias activas, como la vitamina B12, ubiquinona y ácido-5 aminolevulínico, entre otros.

Para el aislamiento de estas bacterias se requieren medios de cultivos especiales, con 30 días de incubación a temperatura ambiente, con rangos de ciclos de luz y oscuridad de 16/8 respectivamente, usando lámparas incandescentes (2.200 lux).

Bacterias rojas no sulfuradas de la familia Bradyrhizobiaceae, género Rhodopseudomonas

Son bacilos rectos, móviles, con flagelo polar, que se dividen por fisión binaria. Estas bacterias son facultativas en cuanto al oxígeno, en aerobiosis inhiben la fotosíntesis, pero en anaerobiosis sí la realizan.

Además, pueden fotoasimilar una gran variedad de compuestos orgánicos, como azúcares, ácidos orgánicos, aminoácidos, alcoholes, ácidos grasos y compuestos aromáticos.

Bacterias rojas no sulfuradas de la familia Hyphomicrobiaceae, género Rhodomicrobium

Tienen morfología ovoide, son móviles por flagelos perítricos y se dividen por gemación. Además, poseen prosteca, es decir, prolongaciones del citoplasma y de la pared celular, cuya función es aumentar la superficie del microorganismo y así conseguir más alimentos.

También poseen exosporas (esporas que se forman externamente).

Otros géneros de bacterias anoxigénicas

Entre ellas se encuentran las Heliobacterias, Erythrobacter y Chloroacidobacterium.

Las Heliobacterias fijan muy bien el nitrógeno y abundan en los suelos tropicales aportándoles este elemento. Son primordiales en algunos tipos de cultivo, por ejemplo, en los arrozales.

Erythrobacter no posee gran importancia.

Chloroacidobacterium se parece mucho al aparato fotosintético de las bacterias verdes sulfurosas con clorosomas.

Fotosintéticas oxigénicas

Las cianobacterias poseen clorofila, y además pigmentos accesorios carotenoides y ficobiliproteínas.

Los pigmentos que intervienen en las reacciones de fotofosforilación (conversión de la energía lumínica a energía química) se llaman pigmentos de centro de reacción. Rodeando a estos pigmentos se encuentran los pigmentos llamados antena, que actúan como colectores de luz.

En este grupo se encuentran las cianobacterias, que son fotoautótrofas. Entre las más importantes se encuentra el género Prochlorococcus, que es el organismo fotosintético más abundante y más pequeño del mundo marino.

Por otra parte, está el género Synechococcus, abundante en aguas superficiales, y al igual que Prochlorococcus, forman parte del picoplancton marino.

Referencias

1. Cottrell, M.T., Mannino, A., Kirchman, D.L. Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria in the Mid-Atlantic Bight and the North Pacific Gyre. Appl. Environ. Microbiol.
2. González, M., González, N. Manual de Microbiología Médica. Universidad de Carabobo, Venezuela.