Esporas

¿Qué son las esporas?

Las esporas son estructuras capaces de originar nuevos individuos sin necesidad de que se fusionen células reproductivas previamente. Son producto de la reproducción asexual en bacterias, protozoarios, algas y plantas. En los hongos pueden producirse por reproducción sexual o asexual.

En general, las esporas de todos los organismos son estructuras muy resistentes, rodeadas por una pared celular gruesa o doble. Este tipo de recubrimiento les permite sobrevivir a condiciones extremas del medio ambiente, donde están desprovistas de cualquier refugio.

Pueden sobrevivir durante largos períodos y una vez que perciben que las condiciones medioambientales son las ideales, se activan y originan un nuevo individuo de la misma especie del organismo que les dio origen.

La mayoría de las esporas son pequeñas y solo se pueden visualizar utilizando aparatos con aumento como lupas o microscopios. El tamaño hace que esta estructura se esparza fácilmente, pudiendo moverse a través del aire, el agua, los animales, etc.

Muchas precauciones que se tienen en la industria en general, pero especialmente en la industria alimenticia, se toman para evitar que las esporas colonicen y contaminen los productos comerciales, ya que su germinación puede terminar en la producción de grandes poblaciones de organismos no deseados.

Tipos de esporas

• Esporas fúngicas. Las esporas en los hongos poseen una función análoga a la de las semillas en las plantas. A partir de cada espora se puede generar un nuevo micelio independiente del que dio origen a la espora. Sin embargo, las semillas y las esporas se diferencian significativamente en cómo se producen, ya que las semillas solo se originan a partir de la fusión de gametos masculinos y femeninos, mientras que las esporas no necesariamente provienen de la fusión de dos gametos. Las esporas de los hongos producen una gran cantidad de alergias e infecciones en humanos y animales. Sin embargo, también son empleadas para reproducir y propagar especies de hongos de interés alimentario.

• • Reproducción. Cuando una espora detecta que el ambiente posee condiciones adecuadas para su desarrollo, se activa y comienza a degradar su pared celular de quitina; justo en ese momento emerge el primer micelio para nutrirse del medio que le rodea. Dependiendo de las características del hongo, se originará y desarrollará un individuo pluricelular completamente maduro. Algunas especies de hongos, como las levaduras, son individuos unicelulares, en cuyo caso se multiplicarán en número y formarán colonias de millones de células. En las especies de hongos pluricelulares, el micelio crece en tamaño y en número de células y se desarrolla en una estructura llamada esporangio o esporangióforo, donde ocurren los procesos celulares de reproducción para formar nuevas esporas. El proceso, las estructuras, el tiempo y las características del esporangio y de las esporas varía dependiendo del grupo de hongo y de la especie.
  • Función. La función principal en los hongos es reproducir y propagar una especie. Estas, a su vez, son estructuras muy resistentes que pueden permanecer durante largos períodos en dormancia (inactivas) hasta que detectan los estímulos adecuados para crecer y desarrollarse.
  • Formación. Cada familia de hongos tiene formas diferentes de producir esporas. En este caso se explicarán los procesos de formación de las esporas de cuatro de los 5 filos que componen el reino Mycota:
    • Chytridiomycota: las hifas se desarrollan y generan talos o hifas haploides. En estos un talo se transforma en gametangio femenino y el otro en gametangio masculino, que se fusionan y forman una hifa donde madurarán los esporangios y posteriormente las zoosporas.
    • Ascomycota: una hifa del hongo se alarga hasta que forma una curvatura para originar una especie de agujero entre la parte final de la hifa y una parte interior. En el gancho se encuentra una célula masculina y una femenina, se cruzan y dan origen al asco donde se originarán las ascosporas.
    • Basidiomycota: es un proceso similar en la mayoría de los aspectos al de los hongos Ascomycota. Empero, algunas de sus diferencias radican en la producción de basidiosporas en lugar de ascosporas y los cuerpos fructíferos son más grandes y desarrollados.
    • Oomycota: hongos que invaden el tejido de individuos vivos; una vez que la infección se ha extendido por los tejidos, dos hifas con células sexuales diferentes, una masculina y una femenina, se fertilizan y producen oosporas.
• Esporas bacterianas. Se producen frecuentemente en las bacterias grampositivas con bajo contenido de las bases nitrogenadas guanina y citosina en su ADN. Estas se comienzan a formar cuando perciben escasez de nutrientes en el medioambiente.

• • Reproducción. A diferencia de los hongos y otros organismos, las esporas bacterianas no son una estructura de reproducción típica. Estos microbios detectan los cambios desfavorables de su entorno y comienzan a sintetizar una célula inactiva, con características muy resistentes. Esta resistencia le permite a la célula inactiva mantener su material genético intacto por largo tiempo, en condiciones que matarían a cualquier célula bacteriana. Como las esporas fúngicas, estas se mantienen inactivas hasta que las condiciones externas son adecuadas para su desarrollo. En las bacterias, las esporas se llaman endosporas, ya que son cuerpos celulares internos que se originan a través de una división asimétrica en el interior de la célula, es decir, de origen asexual.
  • Función. La función principal de las endosporas es la de prolongar y mantener la vida de la célula que les dio origen por el mayor tiempo posible, incluso en condiciones en las cuales esta no puede sobrevivir. Una vez que las condiciones del entorno mejoran, la endospora puede salir de su estado de inactivación y originar una nueva célula bacteriana igual en todos los aspectos a su célula progenitora.
  • Formación. La especie modelo en la cual se estudia la formación de esta estructura es Bacillus subtilis. El proceso consta de cuatro o cinco fases dependiendo de la bibliografía consultada. Estas son:
    • Fase 1: la célula se divide de forma asimétrica, originando dos cavidades; la más grande contiene todos los componentes del interior celular de la madre, mientras que la porción más pequeña formará la endospora.
    • Fase 2: se establece un sistema de comunicación entre la célula progenitora y lo que se convertirá en la endospora. Este sistema impulsa la expresión de genes específicos para las partes que componen la estructura interna de la endospora.
    • Fase 3: la sección de pared celular que dividía a la célula grande de la célula pequeña desaparece, lo que promueve que la célula más pequeña quede interna en el medio intracelular de la célula más grande.
    • Fases 4 y 5: durante estas fases se generan los componentes externos de la cubierta de la endospora, esta se deshidrata y se libera al medio ambiente tras la degradación de la célula madre. La endospora solo se activará cuando detecte con sus receptores extracelulares que las condiciones son favorables para su desarrollo.
• Esporas de protozoarios. En los protozoarios solo se conoce un subfilo que produce esporas y corresponde al de los organismos Apicomplexa, conocidos anteriormente como esporozoarios, debido a su condición única en la producción de esporas. La gran mayoría de estos organismos son endoparásitos de los vertebrados y poseen una estructura llamada complejo apical, estructura especializada para internarse en las células y los tejidos del hospedador.
  • Reproducción. Todos los individuos de este grupo poseen ciclos biológicos complejos, puesto que se desarrollan en uno o varios hospedadores. Como muchos microorganismos, durante sus ciclos de vida alternan entre estadios sexuales y asexuales. En la fase de esporogonia un cigoto producto de la anterior fusión de células gaméticas se diferencia en un esporozoito. Este madura y comienza la etapa de merogonia, donde se multiplica a través de ciclos de división celular (mitosis) consecutivos y produce múltiples esporas, llamadas esporozoitos. Estas esporas se esparcen a través del sistema circulatorio del hospedador y comienzan a colonizar y expandirse en su interior, invadiendo múltiples órganos y tejidos. El ciclo para formar el esporozoito y la merogonia se repite en cada tejido colonizado.
  • Función. Las esporas de los organismos apicomplejos son versiones pequeñas y bien empaquetadas de los individuos adultos, que viajan a través del torrente sanguíneo de los vertebrados que parasitan para colonizar la mayor cantidad de tejidos y órganos que sea posible. Todas las esporas son producto de la división celular posterior a la formación del cigoto; por lo tanto, son producto de reproducción asexual que es precedida de un evento de reproducción sexual. Su principal función es extender y propagar la infección del parásito por todos los tejidos.
  • Formación. Durante otra parte del ciclo los esporozoitos son rodeados por una cubierta muy resistente para formar ooquistes. Esta forma les permite salir del hospedador al entorno e invadir nuevos hospedadores. Cuando un posible hospedador ingiere un ooquiste, este se activa y se internaliza en alguna célula utilizando para ello su complejo apical. En el interior comienza a dividirse en esporozoitos para invadir otros tejidos. Las nuevas células invadidas se rompen por la gran cantidad de esporozoitos en su interior y, de esta manera, continúa su propagación. Tanto los esporozoitos como los ooquistes son esporas con diferentes características.
• Esporas de algas. Las algas son un grupo polifilético que agrupa una gran diversidad de organismos fotosintéticos productores de oxígeno. Cuatro de las nueve divisiones clasificadas dentro del grupo producen esporas. Todas las esporas que sintetizan en las algas son producto de una reproducción asexual. Tanto las esporas como los propágulos (extensiones que se alargan y se desprenden del organismo) son una forma de reproducción asexual muy frecuente en las algas multicelulares.
  • Reproducción. Se cree que el principal estímulo para la formación de esporangios en el grupo de las algas es la variación del fotoperiodo, es decir, de las horas de luz que percibe cada individuo. Cuando las horas de luz descienden por debajo de un nivel crítico, las algas comienzan a formar esporangios. El esporangio se forma a partir de un talo que se diferencia en la estructura reproductiva para sintetizar a las esporas. Las esporas pueden originarse a partir de múltiples divisiones internas del protoplasto de las células del esporangio. Sin embargo, en algunas especies de algas se originan después de separarse una célula del cuerpo principal del alga. Cada espora puede encontrarse en suspensión en el medio o movilizarse hasta posarse sobre un sustrato que contenga las condiciones medioambientales necesarias para desarrollar un nuevo individuo.
  • Función. Las esporas de las algas están especializadas para expandir, en la medida de lo posible, la población de algas. Cada especie posee especializaciones diferentes para colonizar ecosistemas diferentes (siempre acuáticos o semiacuáticos). En la gran diversidad de especies de algas que existen podemos observar una diversidad equivalente de esporas, ya que algunas poseen flagelos que las hacen móviles, otras una gruesa capa de cobertura, otras son azules, otras blancas, entre muchas otras características que pueden variar.
  • Formación. Se forman a través de divisiones celulares de células previas. En el talo vegetativo se diferencia un talo fértil en donde se generarán las esporas, llamado esporangio. Dentro de las algas las esporas pueden clasificarse en dos tipos, las que se originan a partir de división meiótica y las que se originan a partir de una división mitótica. De esta forma, en las algas encontramos las meiosporas, producto de la meiosis, y las mitosporas, producto de la mitosis.
• Esporas de plantas. Todas las plantas no vasculares (los briófitos, los helechos y los equisetos; clasificados estos últimos como pteridófitos) se reproducen a través de esporas y son consideradas ancestrales.

• • Reproducción. La reproducción a través de esporas en las plantas se conoce como esporulación. En los briofitos, el ciclo de vida es bastante diferente al de los pteridófitos, ya que tienen un ciclo digenético de tipo haplo-diplofásico. Esto significa que la fase vegetativa tiene una carga genética haploide y en la región apical se producen los gametangios (donde se originan los gametos). Por lo general, son especies dioicas, es decir, que los sexos están separados en plantas diferentes. La lluvia y el viento son las principales fuerzas que conducen a los gametos masculinos hasta el gameto femenino de otra planta. Una vez fecundado el gameto femenino, se produce un cigoto, que madura hasta convertirse en el esporofito. En el esporofito maduro se sintetizan las esporas para originar nuevos individuos haploides. En los pteridófitos los esporangios se ubican en el envés de las hojas. Estos esporangios producen esporas pequeñas que, al caer en medios adecuados, producen gametangios. Los gametangios producen gametos femeninos y masculinos que se combinan para producir un embrión y una nueva planta madura.
  • Función. Las esporas en dichas especies les permiten permanecer en un estado de vida latente hasta que las condiciones son las adecuadas para comenzar a desarrollarse y crecer. A diferencia de las semillas de las plantas vasculares, las esporas no contienen embrión, ni tejidos de reserva. Estos grupos de plantas, sin embargo, fueron los primeros en colonizar el ambiente terrestre, ya que las esporas les permitían sobrevivir por largos periodos hasta que la humedad fuera la ideal para que se desarrollara la planta.
  • Formación. En los briofitos las esporas se producen después de la formación del esporofito. El tejido esporógeno del interior del esporofito comienza a dividirse a través de un ciclo de meiosis y múltiples ciclos de mitosis. Esto produce una gran cantidad de esporas que darán origen a nuevos gametofitos. En los pteridófitos ocurre algo parecido a lo briofitos; en el envés de la hoja se encuentra un grupo de meioesporangios llamados sinangios. En cada meioesporangio hay tres megasporangios, y en su interior, gran cantidad de esporas. Las esporas se generan en el megasporangio, donde la primera espora surge de la diferenciación de una célula en su interior. Esta se transforma y madura hasta convertirse en una megaspora y sufre un proceso de meiosis, y posteriormente múltiples ciclos de mitosis para originar cientos de nuevas esporas.

Referencias

1. Chaffey, N. Raven biology of plants. Annals of botany.
2. Deacon, J.W. Fungal biology. John Wiley & Sons.
3. Maggs, C.A., Callow, M.E. Algal spores. e LS.
4. Smith, P., Schuster, M. Public goods and cheating in microbes. Current biology.
5. Wiesner, J., Reichenberg, A., Heinrich, S., Schlitzer, M., Jomaa, H. The plastid-like organelle of apicomplexan parasites as drug target. Current pharmaceutical design.