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ESTUDIO Y COMPARACIÓN DE LA ACTIVIDAD ANTIBACTERIANA DE DOS
ERIZOS DE MAR, L.ALBUS Y T.NÍGER, FRENTE A E.COLI.
Resumen:
Se midió la actividad antibacteriana de los erizos de mar negros Tetrapigus níger y rojo
Loxechinus albus frente a E.coli en agua de mar filtrada y esterilizada en acuarios,
durante 48 hrs. Los resultados muestran disminución de carga bacteriana por parte de
ambos erizos en estado adulto, no así en erizos rojos juveniles, aprobando ambas
hipótesis y cumpliendo con los objetivos.
Establecimiento educacional: Colegio Salesiano Valparaíso
Nombre: Padre José López Verdugo
Comuna: Valparaíso
Región: Valparaíso
Dirección: Pasaje Don Bosco 88
Teléfono: 2255506
Web:
Participantes:
Nombre Completo: David Alejandro Astorga Astorga
RUT: 18.584.372-6
Fecha de Nacimiento: 17 de Agosto de 1993
Establecimiento Educacional: Colegio Salesiano Valparaíso, Pasaje Don Bosco 88,
2255506.
Curso: 3°Medio
Dirección: Federico Costa 1065 Sta. Elena, Valparaíso.
Teléfono Particular: 032-2374379
Teléfono Celular: 09-6159229
E-Mail: [email protected]
Nombre Completo: Felipe Antonio Pizarro Mora
RUT: 18.584.268-1
Fecha de Nacimiento: 19 de Agosto de 1993
Establecimiento Educacional: Colegio Salesiano Valparaíso, Pasaje Don Bosco 88,
2255506.
Curso: 3°Medio
Dirección: Federico Costa 161 Sta. Elena, Valparaíso
Teléfono Particular: 032-2734272
Teléfono Celular: 77486770
E-Mail: [email protected]
Nombre Completo: Marjorie Elisa Parra Lepe
RUT: 13.133.258-0
Especialidad: Profesora de Biología
Establecimiento Educacional: Colegio Salesiano Valparaíso
Dirección Establecimiento Educacional: Pasaje Don Bosco 88, Valparaíso
Dirección Particular: Pasaje Jaime 4519 Cerro Barón Valparaíso
Teléfono Particular: 032-2249280
Teléfono Celular: 09-2382046
E-Mail: [email protected]
Introducción:
Desde hace dos años hemos estado estudiando la actividad antibacteriana del erizo rojo
Loxechinus albus y el erizo negro Tetrapigus níger; en sus estados de desarrollo de
L.albus, adulto y juvenil, determinando que no había diferencias significativas. y
además de establecer que el erizo rojo no tenía actividad antibacteriana en acuario. Sin
embargo, la investigación discutía el uso de variables, las cuales no se habían manejado
en su totalidad y podían ser causa de los resultados negativos. De aquí nace la inquietud
de manejar nuevas variables y mejorar un trabajo de investigación que había comenzado
en nuestro laboratorio, apoyado por técnicas de cultivo del animal en estudio,
cumpliendo con una de las proyecciones: estudiar también al erizo negro.
Antecedentes bibliográficos o investigaciones anteriores:
En Chile existen dos especies de erizos de mar: Erizo rojo (Loxechinus albus) y erizo
negro (Tetrapigus níger.) 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 poseen 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) las cuales también se encuentran en las costas chilenas. Los erizos de
mar presentan diversos estados de desarrollo. Los menores tamaños de erizo que
muestran evidencias de actividad gametogénica (adultos) se ha detectado entre 25 mm y
47 mm en machos y entre 25 mm a 38 mm en hembras (Bucle, 1978; Bay-Schmith,
1981). Para ser comercial, el erizo de mar rojo debe tener 8 años de edad (Bückle,
1973). 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 común en
Chile por ser comercial, y se requiere de su sobrevivencia.
Escherichia coli es una bacteria gram negativa simbionte del humano en el intestino
grueso, pero también es contaminante de las aguas de ríos y mares, ya que se encuentra
en gran cantidad en las aguas servidas, también utilizándose como indicador de
contaminación (Facultad de Farmacia, 2008). Esta bacteria puede obtenerse fácilmente
desde fecas humanas y aislada en medio selectivo Agar McConkey, ya que degrada
lactosa (Facultad de Farmacia, 2008). Esta bacteria crece en medios de agar nutritivo en
laboratorio, por lo que es fácilmente utilizable como organismo de estudio.
Entonces, los erizos de mar: ¿tienen actividad antibacteriana? ¿ pueden el erizo rojo y el
erizo negro disminuir las cargas bacterianas del agua de mar del acuario?¿qué erizo de
mar es más efectivo contra E.coli? ¿Qué estado de desarrollo de L.albus es más efectivo
en su capacidad antibacteriana frente a E.coli?
Se pretende determinar si los erizos de mar rojo y negro tienen actividad antibacteriana
frente a E.coli, y comparar los estados de desarrollo del erizo rojo. Por eso en nuestros
resultados expuestos podemos determinar que el erizo rojo y el erizo negro si
disminuyen las cargas bacterianas del agua de mar frente a E.coli y además que en la
comparación del erizo rojo en el estado adulto es donde se encuentra la mayor
capacidad antibacteriana de E.coli.
Y en conclusión podemos decir que se validan ambas hipótesis ya que E.coli enfrentada
a los erizos disminuye su carga bacteriana del agua de mar presente en los acuarios.
Hipótesis:
“Si los erizos de mar L. albus y T. niíguer de estados adultos son criados en acuarios
con agua de mar cargada de E. coli y considerando que ambos son de características y
desarrollo inmunitario semejantes y que ambos ingieren agua con la alimentación,
entonces ambos tendrán actividad antibacteriana y no se presentarán diferencias
significativas en la disminución de la carga bacteriana de E. coli, si se mide su cantidad
en intervalos de tiempos durante 48 hrs.”
“Si el erizo rojo de mar adulto es más desarrollado inmunológica y corporalmente (por
la edad) que el estado juvenil, entonces el primero tendrá mayor capacidad
antimicrobiana frente a E. coli, en un acuario con agua de mar filtrada.”
Objetivos:
1. Determinar la actividad antibacteriana de los erizos de mar L. albus y T. niíguer
frente a E.coli, mediante filtración del agua de mar de un acuario.
2. Comparar la actividad antibacteriana de los dos erizos de mar en estado de
desarrollo adulto, frente a E. coli.
3. Comparar la actividad antibacteriana de dos estados de desarrollo de L. albus,
frente a E. coli.
Materiales y Metodología:
Se obtuvieron los ejemplares de erizos negros (adultos) y erizos rojos de mar (adultos y
juveniles) desde el Centro de Investigación Marina Cimarq, de la Universidad Andrés
Bello.
Se aisló E. coli desde fecas humanas, plaqueando una siembra homogénea en agar
MacConkey, y desde este, una siembra en estría en agar MacConkey. Una colonia se
aisló en caldo nutritivo estéril al 3% NaCl, para aclimatación al medio salado,
incubándose por 12 hrs a 30°C, sirviendo como cultivo experimental para los acuarios.
Se utilizaron 6 acuarios experimentales: 2 acuarios con 2 erizos de mar rojos
Loxechinus albus en estado adulto (7 cm de diámetro app), 2 acuarios con 2 erizos de
mar rojos en estado juvenil (3 cm app) y 2 acuarios con 2 erizos de mar negros
Tetrapigus niíger en estado adulto (5 cm app). A cada acuario se le agregó 5 ml de
caldo nutritivo estéril al 3% NaCl y 0,5 ml de E. coli desde un tubo con 10ml de caldo
nutritivo en crecimiento (over nigth). Para control, se colocaron dos acuarios en las
mismas condiciones, sin erizos de mar. Todos los acuarios (8) fueron trabajados con
agua de mar filtrada y esterilizada (obtenida desde la Facultad de Recursos Naturales de
la Universidad de Valparaíso) y con bombas de aire con difusores. Se tomaron 9
muestras durante 48 horas, en intervalos de tiempos. Se plaqueó 0.1 ml de muestra en
siembra homogénea en agar MacConkey estéril. Se repitió el procedimiento con la
dilución 10-1. Cada plaqueo se realizó con una réplica. Se incubaron las placas por 24
hrs. a 30°C app. Se contabilizó UFC por placa. Se realizaron análisis estadístico de
desviación estándar y correlación. Se graficaron los datos.
Como variables controladas se mantuvo la temperatura constante de 15ºC (± 3°C) en
todos los acuarios, e inicialmente se colocó agua de mar filtrada y esterilizada en los
acuario nuevos, ya que los animales requieren de cambio diario.
Las variables experimentales son la presencia o no de erizos (independiente) y la
cantidad de bacterias (dependiente) encontradas en los acuarios por la presencia o no de
los erizos. Se trabajó con un acuario control para comparar la curva de crecimiento de
E. coli con y sin erizos.
Los materiales usados fueron Placas de petri; Agar MacConkey; tubos eppendorf;
matraces de elenmayer; asa de loop; asa de drigalsky; suero fisiológico; acuarios de
vidrio; agua de mar filtrada y esterilizada; mechero Bunsen; olla a presión; pipetas;
gradillas; incubadora artesanal; mangueras plásticas; bombas de aire para acuarios,
difusores de aire y termómetros de 250ºC.
Erizos de mar rojos (Loxechinus albus) y erizos de mar negros (Tretapigus niíguer)
Resultados obtenidos:
En el gráfico 1 se representan las curvas de la medición control, curva de crecimiento de
E. coli sin erizos, y el crecimiento de E. coli en presencia de erizos negros y rojos
adultos. Las curvas presentan la tendencia polinómica las cuales permiten observar que
E. coli aumenta en el tiempo estando sóla en el acuario, mientras que disminuye en
presencia de los erizos. Claramente se observa la dismunición de la curva de E. coli en
presencia de erizos. A partir de la tabla 1, se interpreta que los erizos rojos poseen una
disminución mayor que los erizos negros, debido al valor del índice de correlación, y
tiene una diferencia significativa frente al erizo negro. En el gráfico 2, se relacionan las
curvas de crecimiento entre dos estados de desarrollo del erizo rojo, donde claramente
las tendencias polinómicas permiten interpretar que el erizo rojo en estado adulto posee
mayor actividad antibacteriana frente a E. coli, y el estado juvenil no posee actividad
antibacteriana, ya que no hay diferencias significativas con el control. La tabla 1
permite observar que la curva de E. coli en en control y la curva de E. coli con erizos
rojos juveniles poseen una relación directametne proporcional entre las variables,
mientras que las curvas de E. coli en presencia de erizos negros y rojos se relacionan
inversamente entre las variables, siendo la mas proporcional la curva del erizo rojo
adulto, respecto a la de erizos negros.
Análisis de los resultados:
Los resultados muestran que E. coli aumenta poblacionalmente en los acuarios en agua
de mar filtrada y esterilizada, alcanzando a duplicar su población. Al colocar erizos
negros o rojos en estado adulto, la población de E. coli disminuyen, lo que se atribuye a
la presencia de erizos en el acuario. Según estos resultados, los erizos de mar en estados
adultos poseen actividad antibacteriana frente a E. coli en el acuario. Pero en presencia
de erizos de mar rojos juveniles, no hay disminución de E. coli, lo cual se interpreta
como que estos erizos no poseen actividad antibacteriana frente a E. coli. Los resultados
validan ambas hipótesis, sin embargo surge la duda acerca de la proporción en la cual se
hizo el muestreo, ya que podrían cambiar las comparaciones si se enfrentan los erizos
juveniles a un volumen proporcional a su tamaño, y no respecto a un volumen final de 5
litros, considerando que los adultos están sumergidos en 5 litros. La mayor limitación en
la investigación está en el muestreo, ya que la utilización de material con menor
precisión puede afectar el conteo de UFC; además, la segunda gran complicación es la
cantidad de tiempo a medir, el cual implica dedicación exclusiva a la etapa experimental
durante 48 horas, que resulta complicado para un ambiente escolar. Estos resultados
permiten identificar cierta actividad antibacteriana por parte de los erizos de mar, lo que
motiva a seguir investigando acerca de otros estados de desarrollo de los erizos, y sobre
todo, de componentes moleculares o celulares que pudiesen ser utilizados como
mecanismos antibacterianos en medicamentos o acuicultura. Además, resulta interesante
proyectar el estudio hacia más diversidad de bacterias, identificando la amplitud de
biodiversidad bacteriana que puede afectar el erizo. Los resultados se ven apoyado por
la bibliografía, ya que hay estudios que reflejan que los erizos negros poseen pigmentos
antibacterianos en su celoma.
Conclusión:
En conclusión, se validan ambas hipótesis, ya que E.coli disminuye en el agua del
acuario en presencia de erizos de mar, habiendo relaciones inversas, aunque la relación
es mayor en el caso del erizo rojo adulto. La segunda hipótesis también se valida, ya
que el erizo rojo juvenil resulta no tener actividad antibacteriana. A su vez, la
investigación cumplió con los objetivos, ya que se pudo determinar que los erizos
poseen actividad antibacteriana, y que, por lo menos en el erizo rojo, el estado adulto es
de mayor actividad que el estado juvenil.
Bibliografía:
1. Campos, Victoriano. “Manual de Laboratorio de Microbiología”. Ediciones
Universitarias de Valparaíso. 1980.
2. FACULTAD DE FARMACIA. “Características principales de los agentes
etiológicos de las enfermedades estudiadas en los casos de la asignatura
Microbiología (régimen anual).” Cátedras de Microbiología y Parasitología.
2008. http://www.ucv.ve/Farmacia/Micro_web/Catedras02/agentiol.pdf
3. 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
4. González, África. 2003.”Filogenia del sistema inmune”. Inmunología online,
Universidad
de
Córdova,
España.
http://www.uco.es/grupos/inmunologiamolecular/inmunologia/tema16
5. Iannacone, Onofre. “Evaluación del Riego Ambiental del Insecticida
Metamidofos en Bioensayos con Cuatro Organismos Acuáticos no
Destinatarios”;
2006.
http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S036528072007000200
002&lng=e&nrm=iso&tlng=e
6. IFOP; “Erizos, erizo rojo”; Instituto de Fomento Pesquero. 2008.
http://www.ifop.cl/biologia_erizo.html
7. March
Alejandra.
“El
erizo
de
mar”.
2008.
http://www.spactualmagazine.com/articulo_item.php?numero=18
8. Riveros, A., Zúñiga, M. “Viabilidad de Espermios de Erizo de Mar (Tetrapigus
níger) para evaluar a la Toxicidad de Aguas Marinas: Casos Colcura, Playa
Blanca, Lenga, Rocuant, Coliumo y Dichato – VIII Región”, Libro Resúmenes
XIII
Jornadas
Ciencias
del
Mar.
Viña
del
Mar.
1993.
http://www.cona.cl/catastro/catastro_contaminacion_medio_acuatico_chileno.pd
f
9. Termavital magazine; “Características del erizo de mar”; enero 2008;
http://www.spactualmagazine.com/articulo_item.php?numero=18
10. Ville, C., Solomon, E., Martin, Ch., Martin, D., Berg, L., Davis, W. “Biología”.
Segunda Edición Editorial Interamericana Mc Graw Hill. 1992.
Anexos:
Antecedentes:
Este trabajo obtuvo el Tercer Lugar en el Primer Interescolar Nacional de Recursos
Naturales de la Universidad Andrés Bello en Santiago de Chile, en Octubre del 2009.
Obtuvo Distinción por Rigurosidad Científica en Vi Congreso Regional Escolar de
Ciencia y Tecnología del Programa Explora V Región de Valparaíso, en Octubre del
2009.
Proyección:
Determinando que los erizos de mar tienen actividad antibacteriana pueden ser
utilizados como mecanismos naturales para descontaminación de aguas, ya que E.coli es
contaminante del agua de mar. Sin embargo, no está claro el proceso interno de los
erizos, por lo que se hace necesario medir la actividad antibacteriana del celoma, y de
sus células celomocíticas, para determinar si la eliminación de bacterias es real o no.
Además, se sugiere continuar con el estudio de otros estados de desarrollo de los erizos
de mar.