La dieta determina las bacterias presentes en jardines microbianos cultivados por hormigas

Científicos observaron que las comunidades bacterianas de las colonias cambian según los alimentos ofrecidos por las hormigas cortadoras al hongo simbionte. La investigación puede ayudar en la prospección de nuevas moléculas para biocombustibles y biorremediación

Por André Julião  |  Agência FAPESP – Una colonia de hormigas cortadoras, o saúvas, está lejos de ser el hogar de una sola especie. Cada año, los estudios añaden nuevas capas de complejidad a estos verdaderos ecosistemas, donde, además de las hormigas, viven diferentes hongos y bacterias, y se producen diversas interacciones entre todos, con la generación de numerosos compuestos desconocidos.

En el trabajo más reciente, investigadores en Brasil afiliados a la Universidad Estatal Paulista (Unesp) y a la Universidad de São Paulo (USP), con apoyo de la FAPESP, muestran cómo las bacterias presentes en las colonias responden a las diferentes dietas proporcionadas por las hormigas al hongo que cultivan.

El estudio, publicado en la revista NPJ Biofilms and Microbiomes, abre camino para comprender mejor el funcionamiento de las colonias e incluso para la prospección de nuevas moléculas con uso biotecnológico.

Las hormigas cortadoras (tribu Attini) son conocidas por cultivar en sus colonias un hongo que, a su vez, digiere materia orgánica y proporciona nutrientes a los insectos, a cambio de alimento y protección (lea más en: agencia.fapesp.br/52937 y agencia.fapesp.br/54215).

“Existe una rica producción científica sobre cómo la microbiota intestinal humana se altera de acuerdo con la dieta. Entonces buscamos saber qué ocurre con la microbiota de estos superorganismos, que son las colonias, cuando suministramos alimentos con diferente contenido de fibras”, cuenta Mariana de Oliveira Barcoto, primera autora del estudio, realizado durante su doctorado en el Instituto de Biociencias (IB) de la Unesp, campus de Rio Claro, con beca de la FAPESP.

El trabajo también forma parte de un proyecto apoyado por la FAPESP, en el ámbito del Programa FAPESP de Investigaciones en Caracterización, Conservación, Restauración y Uso Sostenible de la Biodiversidad (BIOTA-FAPESP) y coordinado por André Rodrigues, profesor del IB-Unesp y director de tesis de Barcoto.

Los investigadores observaron que una dieta exclusiva de frutas y cereales favorece un conjunto de bacterias muy diferente del predominante en colonias que reciben la dieta normal de las hormigas cortadoras: hojas frescas y secas.

En los experimentos realizados en Rio Claro, el hongo simbionte dejó de crecer en las colonias que recibieron solo frutas y cereales, que poseen fibras más simples de digerir. Como resultado, esas colonias dejaron de producir alimento para las hormigas. Es posible que esto haya ocurrido, en parte, porque el hongo simbionte de los hormigueros, y las bacterias asociadas a él, estén adaptados para digerir fibras mucho más complejas, pero que proporcionan más nutrientes.

En total, 28 colonias de saúva-limón (Atta sexdens) fueron divididas en cuatro dietas, administradas durante 56 días. En la utilizada como control se suministraron solo hojas, reproduciendo la dieta natural de la especie. A otro grupo de colonias se le proporcionaron únicamente cereales (avena y arroz) y frutas (como papaya, banana y manzana deshidratadas). En la dieta generalista se alternaron hojas, frutas y cereales. Por último, en el cuarto tratamiento las hormigas recibieron solo hojas durante 20 días, luego frutas y cereales durante otros 20 días y, en los últimos 16 días, volvieron a recibir únicamente hojas.

“Así como se observa en el intestino humano, la microbiota de las colonias responde a la dieta, pudiendo incluso volver a su composición original cuando se vuelve a administrar la dieta anterior”, comenta Barcoto.

Multidisciplinar

Comprender cómo funciona la microbiota de las colonias, sin embargo, no era una tarea trivial. Se puede cambiar la dieta de un grupo de personas o de ratones y observar los efectos, lo que ya se ha hecho en diversos estudios. No obstante, no existían protocolos ni diseños experimentales para analizar si la microbiota de las colonias de hormigas cortadoras también respondería a la dieta, ni cómo lo haría.

Por ello, Barcoto buscó la literatura científica más reciente sobre este tipo de análisis en diferentes organismos y reunió además un equipo multidisciplinario de especialistas en los distintos aspectos que exigía el trabajo.

Participaron en el estudio Odair Correa Bueno, del Laboratorio de Hormigas Cortadoras de la propia Unesp en Rio Claro, además de investigadores de diferentes unidades de la USP: Raquel Lima de Sousa, de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP), y Lucas William Mendes, del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (CENA), en Piracicaba, además de tres investigadores del Instituto de Física de São Carlos (IFSC): Eduardo Ribeiro de Azevedo, Rodrigo Henrique dos Santos Garcia y João Gabriel da Silva Soares.

Tras el mantenimiento de las colonias en laboratorio y la formulación y administración de las distintas dietas, se utilizaron técnicas de resonancia magnética de sólidos, microscopía electrónica de barrido y secuenciación genética de muestras de la colonia.

“Se necesitaron diferentes tipos de datos para comprender lo que estaba ocurriendo. La secuenciación genética, por ejemplo, cuando se contextualiza con las imágenes de microscopía, ofrece una seguridad mucho mayor para las interpretaciones”, dice Rodrigues.

Basura prometedora

Los análisis permitieron comprender que la colonia es un continuo longitudinal de degradación de lignocelulosa. En una capa superior, las hormigas depositan las hojas recién recolectadas. En esa región verde grisácea existe una colonización dispersa de hongos y bacterias.

La densidad de estos microorganismos aumenta gradualmente a medida que progresa la degradación de la materia orgánica, formando regiones centrales blanquecinas que contienen gongilidios, estructuras que proporcionan muchos de los nutrientes necesarios para las hormigas.

Las partes de plantas no degradadas quedan en la región más antigua del jardín, formando una zona amarronada en el fondo. Cada una de estas partes posee grupos de bacterias más o menos predominantes.

Conocidas por su higiene, las obreras retiran partes de ese jardín que ya no poseen valor nutricional y las depositan en un sector apartado, la pila de basura. Hormigas muertas y sustratos peligrosos para la colonia también son arrojados en ese depósito. Otro conjunto de bacterias continúa actuando en el material descartado.

“La basura presenta bastante potencial biotecnológico para encontrar microorganismos y enzimas producidas por ellos que degraden materia orgánica, como la lignocelulosa de las plantas. Estas bacterias pueden ser muy prometedoras para la investigación en biocombustibles y biorremediación, por ejemplo”, afirma Barcoto.

Además, el trabajo abre la posibilidad de nuevos experimentos, alterando otras variables, como temperatura y humedad, por ejemplo, y evaluando nuevamente las respuestas microbiológicas.

“Alteramos solo una variable, la alimentación, de una sola especie de hormiga, y aun así observamos grandes cambios en las colonias. En estudios futuros podremos explorar otras especies, otros parámetros e incluso intentar prever cuál sería su efecto en el ecosistema en escenarios de cambio climático, por ejemplo”, concluye Rodrigues, quien es investigador del Centro de Investigación en Biodiversidad y Cambio Climático (CBioClima), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID, por sus siglas en portugués) de la FAPESP.

El artículo You are what your fungus eats: diet shapes the microbial garden of a fungus-growing ant puede leerse en: nature.com/articles/s41522-025-00876-7.