Estudio y comparación de la actividad antibacteriana de dos erizos de mar (Loxechinus albus y Tetrapigus niger) frente a Escherichia coli

Felipe PIZARRO (1), Marjorie PARRA-LEPE (1) & David ASTORGA (1)
(1) Colegio Salesiano de Valparaíso, Pasaje Don Bosco 88, Valparaíso, Chile

[column]

Email: pipo198@yahoo.cl.
Recibido el 30 de enero de 2012 / 25 de mayo de 2012; Aceptado el 27 de julio de 2012; Publicado diciembre de 2012

DOI: 10.7578/cienciajoven.201212
[/column]
[column]
[button url=http://revista.cienciajoven.cl/docs/10.7578.cienciajoven.201212.pdf target=blank]
PDF
[/button]
[/column]


 ABSTRACT

We compared the antibacterial activity of the coelom of two sea urchins (L.albus and T.niger) against E. coli. Can the coelom the component responsible for this activity? Is it related to the number of coelomocytes cells? Comparing halos of inhibition, the coelom of the two sea urchins, each in its two stages of development (juvenile and adult), eliminate E.coli, and adult stages of both sea urchins have higher than their respective states halo juveniles. It is observed that the juveniles have a greater number of total coelomocytes/ml when there are adults, and  the black sea urchin have more total coelomocytes per ml than the red sea urchin. We conclude that there is a direct relationship between the number of total coelomocytes and antibacterial activity of red sea urchin, and not in blacks may be related to an individual’s ability of the coelomocytes types present in these animals.

KEYWORDS: sea urchins, coelom liquid, antibacterial, Loxechinus albus, Tetrapigus niger.


RESUMEN

Se comparó la actividad antibacteriana del celoma de dos erizos de mar (L.albus y T.niger) frente a E. coli. ¿Puede ser el celoma el componente responsable de esta actividad? ¿Se relaciona con el número de células celomocíticas? Comparando halos de inhibición, el celoma de los dos erizos, cada uno en sus dos etapas de desarrollo (juvenil y adulto), eliminan E.coli, y el estado adulto de ambos erizos presenta mayor halo que sus respectivos estados juveniles. Se observa que los estados juveniles tienen un mayor número de celomocitos totales por ml respecto a sus adultos, y el erizo negro más celomocitos totales por ml que los erizos rojos. Se concluye que hay una relación directa entre el número de celomocitos totales y la actividad antibacteriana de los erizos rojos, y no así en los negros, pudiendo estar relacionado a la capacidad individual de los tipos de celomocitos presentes en estos animales.

PALABRAS CLAVE: erizos de mar, líquido celomático, antibacteriano, Loxechinus albus, Tetrapigus niger.


FIGURAS


INTRODUCCION

Se demostró en años anteriores que dos erizos chilenos, Loxechinus albus (Molina 1782) y Tetrapygus niger(Molina 1782) (Echinodermata: Echinoidea) son capaces de bajar las cargas bacterianas de Escherichia colidel agua de mar en condiciones de acuario y durante 48 horas, obteniendo mejores resultados en estados adultos de ambos erizos respecto a los estados juveniles (Pizarro et al., 2009). Como proyección, se planteó la necesidad de estudiar el líquido celomático, el cual contiene células celomocíticas descritas bibliográficamente con actividad fagocítica y determinar la posible actividad inmediata de las mismas en la actividad antibacteriana de estos erizos.

Los equinodermos son animales exclusivamente marinos y se caracterizan básicamente por poseer una simetría radial secundaria. A nivel mundial se han descrito cerca de 7.000 especies vivientes (Clark & Dawney, 1992), mientras que para Chile se ha reportado la existencia de 129 especies (Larraín, 1995). A pesar de ser un grupo muy diversificado y bien conocido en Chile, este taxón presenta grandes vacíos de información taxonómica, zoogeográfica y ecológica en comparación con el nivel de conocimiento que se ha alcanzado en otros grupos de invertebrados presentes en el litoral y plataforma de Chile (Mutschke, 2008).

El erizo negro T. niger es el equinoideo más común del litoral de la zona norte y central de Chile (Zamora & Stotz, 1993) y constituye una especie con un importante papel en la estructura y organización de las comunidades que integra (Vásquez, 1989). El erizo de mar chileno, L. albus, se distribuye a través de la costa de Chile desde Arica (18°S) hasta Tierra del Fuego (55°S) (Oyarzún et al., 1999) y es el único erizo de mar con valor comercial en Chile. El sistema inmune del erizo de mar es innato, es decir, poseen una serie de genes que fabrican productos antimicrobianos genéricos (Familia Unida, 2006). Los invertebrados celomáticos presentan células presentes en su liquido celómico, los celomocitos, los cuales poseen actividad fagocítica (Ville y col., 1992), opzonizadora y citotóxica (González, 2003). Los erizos de mar viven en la zona intermareal, ubicándose hasta los 80 metros de profundidad (March, 2008). Estos organismos han sido de uso frecuente en investigaciones debido a su sensibilidad frente a productos contaminantes tóxicos y cambios de temperatura (Riveros y Zúñiga, 1993). Se alimentan principalmente de Lessonia spp,Durvillea spp, Ulva spp y Macrocystis spp (IFOP, 2008).

Estudios reflejan la capacidad antibacteriana de los erizos negros (Iannacone, 2006). Sin embargo, no se describe la actividad del erizo rojo, el cual es más estudiado en Chile por ser comercial, y se requiere de su sobrevivencia. Los celomocitos son parte del sistema inmune de los erizos de mar y actúan en la fagocitosis y encapsulación de bacterias ajenas al erizo. El erizo púrpura de Norte América (Strongylocentrotus  purpuratus) posee en promedio 7.5 x 106  células celomáticas por ml. Existen 4 tipos de celomocitos, los cuales se dividen según su función y morfología, encontrándose en mayor cantidad los celomocitos con actividad fagocítica, entre un 40 y 80%. Los celomocitos con actividad fagocítica además poseen opsonización, encapsulación y quimiotaxis, y fagocitosis.

En este proyecto se espera determinar si el liquido celomocitico es responsable de la capacidad antibacteriana de ambos erizos, y si existen diferencias significativas entre los estados de desarrollo de cada uno.


MATERIALES Y MÉTODOS

Se trabajó en el laboratorio del Colegio Salesiano Valparaíso, entre abril y junio del año 2010 y mayo y julio del 2011.

Se aisló Escherichia coli desde fecas humanas, cultivando en caldo nutritivo estéril. Se obtuvo 2 ml de líquido celomático de erizos de mar con jeringas de 5 ml con 0,5 ml de suero fisiológico. Se usaron discos de inhibición estériles con cada muestra problema, en placas de petri con agar MacConkey, en las cuales se plaqueó 0,1 ml de E.coli en siembra homogénea; luego se colocaron discos de inhibición sumergido en líquido celomático del correspondiente erizo (con una réplica). Las placas fueron incubadas durante 48 hrs. a 30º C. Se procedió a medir los halos de inhibición por placa, calculando promedio y desviación estándar. Como control positivo se usó alcohol y como control negativo, suero fisiológico.

Para determinar la cantidad de celomocitos totales por muestra de líquido celomático en cada erizo, se extrajo 2 ml de líquido celomático (con una réplica desde 5 erizos negros adultos y juveniles, y desde 5 erizos rojos adultos y juveniles, contando células por ml a través de cámara de Neubahuer, en microscopio óptico a 40x. Se realizó cálculos de promedios y test de permutaciones para establecer diferencias significativas entre las muestras.

Muestreos: ERJ=erizo rojo juvenil; ERA=erizo rojo adulto; ENJ=erizo negro juvenil; ENA=erizo negro adulto.


RESULTADOS

En la figura 1 se observa que todas las muestras de celoma presentan halo de inhibición en placa frente a cultivo de E.coli, siendo, en su promedio, el celoma de erizo rojo adulto el que presenta más actividad (y con la menor SD=0.95). Comparando adultos con juveniles, los datos (figura 2) muestran distintas actividades entre rojos y negros, ya que para los erizos rojos la mayor actividad se presenta en el estado adulto, mientras que en el erizo negro, la mayor actividad se presenta en el estado juvenil.

 

 

Respecto al conteo de celomocitos totales, se observa mayor cantidad por ml en los estados juveniles de ambos tipos de erizos de mar, siendo mayoritario el número de celomocitos totales para ambos estados de erizos negros respecto a los rojos.

Para el número de células por ml de celomocitos, se realizó un test de permutaciones con el programa R, obteniendo valores de diferencias significativas (p < 0.05) entre todas las comparaciones (Tabla 1), comparando número de células entre especies (adultos y juveniles) y entre estados de desarrollo de una misma especie. Se observa que el erizo negro juvenil es el que posee el mayor número de células celomocíticas por ml.


DISCUSION

Los erizos de mar poseen actividad antibacteriana frente a E.coli, disminuyendo las cargas bacterianas en agua de mar de acuarios (Pizarro & Astorga, 2009), lo cual puede ser causa del contenido celomático, específicamente de los celomocitos. Esto se valida frente a los resultados obtenidos por los halos de inhibición por el líquido celomático de los 2 tipos de erizos de mar estudiados en sus dos estados de desarrollo, donde las 4 muestras (ERA, ERJ, ENA, ENJ) estudiadas poseen actividad antibacteriana frente aE.coli. En promedio, el erizo adulto rojo posee mayor actividad antibacteriana frente a E.coli. Estos resultados validan también resultados de investigaciones previas, donde el erizo rojo adulto tuvo mayor actividad antibacteriana que el estado juvenil, relacionándose ahora con la mayor inhibición en placa por parte del líquido celomático del erizo rojo adulto respecto al juvenil. Esto permite establecer la posible relación entre la dinámica del animal completo y su líquido celomático, postulando que el líquido celomático sería responsable de la actividad antibacteriana del animal, pudiendo no ser el único.

Sin embargo, sabiendo que el líquido celomático tiene diversidad de tipos celomocíticos, el conteo de celomocitos totales y que resultó ser mayor en los erizos negros no soportan resultados obtenidos en investigaciones anteriores, donde los erizos rojos tuvieron mayor actividad antibacteriana que los negros (Pizarro et al., 2009). En esta investigación, el mayor número de celomocitos totales se alcanzó en los erizos negros, en ambos estados estudiados. Esta no relación puede explicarse desde la perspectiva que a pesar de tener mayor numero de celomocitos, no necesariamente la actividad antibacteriana puede ser frente a E.coli, por lo que falta completar la información midiendo la actividad antibacteriana de los animales y del líquido celomático frente a otras bacterias.

Otra propuesta es que, a pesar de que los erizos negros en ambos estados poseen mayor número de celomocitos totales, la diversidad de ellos y los tipos y su cantidad varíen, siendo en mayoría aquellos que no tienen actividad antibacteriana, no así en los erizos rojos, que a pesar de tener menor número, el tipo de celomocito en abundancia correspondería al de mayor actividad antibacteriana. Para esto, es necesario realizar un conteo independiente de los tipos de celomocitos y una descripción de aquellos, que solo se ha realizado en la especie de Strongelocentrotus purpuratus, y que no corresponde a las mismas familias de los erizos estudiados en esta investigación. A pesar de eso, los datos muestran una relación directa entre la actividad antibacteriana mostrada por los erizos negros en los halos de inhibición y el número de celomocitos totales, donde el estado juvenil en ambos casos presenta mayores resultados.

Los resultados se relacionan con estudios en S. purpuratus, donde el número promedio de celomocitos por ml es en promedio 7.5 x 106  células celomáticas, semejantes a los resultados obtenidos en esta investigación.


 

CONCLUSIONES

Se demuestra la actividad antibacteriana del celoma de 2 erizos de mar chilenos: L. albus y T. niger, en dos estados de desarrollo (adulto y juvenil) frente a E.coli, a través de halos de inhibición en placa. Comparativamente, los resultados muestran pequeñas diferencias entre especies y entre estados de desarrollo de una misma especie, validando la primera hipótesis y el primer objetivo de nuestra investigación.

Para el número celular de celomocitos totales, se concluye que el erizo negro posee mayor número por ml que el erizo rojo, en ambos estados de desarrollo, siendo, en el caso del erizo negro, proporcional al efecto inhibitorio antibacteriano, para ambos estados, donde el juvenil presenta mayor actividad que el adulto.

Sin embargo, estos resultados invalidan la hipótesis, debido a que los estados juveniles poseen mayor número de celomocitos que los estados adultos, para ambas especies, lo que no justifica los resultados de investigaciones previas donde los estados adultos presentaron mayor actividad antibacteriana (como organismos) que los estados juveniles; es sugerible ampliar el estudio a identificación y separación de tipos de celomocitos, busca relacionar resultados de ambas investigaciones. Se cumplió el segundo objetivo, al comparar los números celomocíticos totales de los erizos.


 

AGRADECIMIENTOS

A Pablo Bonati y el Centro de Investigación Científica de Quintay de la UNAB, CIMARQ, a la Profesora Chita Guisado y Roberto Maltraín de la Facultad de Recursos Naturales y Ciencias del Mar de la Universidad de Valparaíso y a Erwin Strashburger de la UTFSM, por la guía, orientación y entrega de materiales e individuos en estudio. Al Colegio Salesiano Valparaíso, por abrir espacios de desarrollo de las ciencias escolares. A Faviola Jorquera, Profesora de Matemáticas del CSV, por su apoyo en los análisis matemáticos de este proyecto. A  Fundación Ciencia Joven


 

REFERENCIAS

1. Clark, A. M. & Downey, M. E. (1992). “Starfishes of the Atlantic. Chapmann & Hall. 551 pp.

2. Familia Unida. (2006). “Humanos y erizos de mar compartimos¡7.077 genes!”; ENTEL y Familia Unida, http://www.familia.cl/animales/genoma_erizos/erizos.htm

3. González, África. (2003).”Filogenia del sistema inmune. Inmunología online, Universidad de Córdova, España. http://www.uco.es/grupos/inmunologiamolecular/inmunologia/tema16

4. Iannacone, Onofre. (2006). “Evaluación del Riego Ambiental del Insecticida Metamidofos en Bioensayoscon Cuatro Organismos Acuáticos no Destinatarios; http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S036528072007000200002&lng=e&nrm=iso&tlng=e

5. IFOP. (2008). Erizos, erizo rojo; Instituto de Fomento Pesquero.  http://www.ifop.cl/biologia_erizo.html

6. LARRAÍN, A. (1995). “Biodiversidad de equinodermos chilenos. Estado actual del conocimiento y sinopsis biosistemática. Gayana Zool., 59(1): 73-96.

7. March, A. (2008). El erizo de mar.     http://www.spactualmagazine.com/articulo_item.php?numero=18

8. Mutschke, E. (2008). “Indice bibliográfico sobre biodiversidad acuática de chile: echinodermata. Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 31, Núm. 2, 2008, pp. 155-166 Comité Oceanográfico Nacional Chile.

9. Pizarro, F., Astorga, D., Parra, M. (2009). “Comparación de la actividad antibacteriana de dos erizos demar chilenos”. Congreso Regional Científico Escolar Programa Explora, región de Valparaíso.

10. Oyarzún, S., Marín, S., Valladares, C. and Iriarte, J. (1999). “Reproductive cycle of Loxechinus albus(Echinodermata: Echinoidea) in two areas of the Magellan region (53°S, 70-72°W), Chile.”. SCI. MAR., 63 (Supl. 1): 439-449 SCIENTIA MARINA.

11. Riveros, A., Zúñiga, M. (1993). “Viabilidad de Espermios de Erizo de Mar (Tetrapigus níger) para evaluar ala Toxicidad de Aguas Marinas: Casos Colcura, Playa Blanca, Lenga, Rocuant, Coliumo y Dichato – VIIIRegión”, Libro Resúmenes XIII Jornadas Ciencias del Mar. Viña del Mar. http://www.cona.cl/catastro/catastro_contaminacion_medio_acuatico_chileno.pdf

12. Vásquez, J. (1989). “Estructura y organización de huirales submareales de Lessonia trabeculata”. Ph.D Tesis Facultad de Ciencias, Universidad de Chile.

13. Ville, C., Solomon, E., Martin, Ch., Martin, D., Berg, L., Davis, W. (1992).  “Biología”. Segunda Edición Editorial Interamericana Mc Graw Hill

14. Zamora, S. y Stotz, W. (1993). “Ciclo reproductivo de Tetrapygus niger (Molina 1782) (Echinodermata:Echinoidea) en dos localidades de la cuarta región, Coquimbo, Chile”. Revista Chilena de Historia Natural 66: 155-169.

Related Posts

 
Evaluación antibacteriana de componentes estructurales internos de la almeja de mar Venus antiqua (Molusca: Bivalvia)

Leave Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *