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Bacterias benéficas y sus metabolitos: dos aliados estratégicos para combatir enfermedades fúngicas

Bacterias benéficas y sus metabolitos: dos aliados estratégicos para combatir enfermedades fúngicas
  • En la producción agrícola, el uso de bacterias benéficas proporciona un amplio espectro de posibilidades sustentables
  • En el Centro de Investigaciones Agropecuarias (CIAP), Córdoba, Argentina, nos enfocamos específicamente en el control biológico de enfermedades fúngicas de garbanzo y cacahuate

Por María Florencia Sardo, Ingeniera. Agrónoma. Becaria Doctoral CONICET, Argentina

14.06.2024-I+D+i
La agricultura mundial contribuye en el 80% de los alimentos que se consumen. Sin embargo, aproximadamente entre el 20 y 30% de la producción agrícola anual es afectada por plagas y enfermedades, siendo los hongos, los que prevalecen.

Con el objetivo de combatir las enfermedades en los cultivos agrícolas se han utilizado ampliamente fungicidas de síntesis química. La aplicación de estos compuestos ha generado un incremento de la productividad agrícola mundial. En contrapartida, numerosas investigaciones muestran que una alta aplicación de fitosanitarios genera una alta presión de selección sobre los patógenos favoreciendo la aparición de resistencia y en consecuencia, reduciendo la eficacia de control. Por otro lado, los residuos de los productos químicos pueden generar diversos tipos de daños en la salud pública y en el ambiente.

Todos estos factores en conjunto favorecen el retorno a considerar el uso de controladores biológicos que utilicen organismos vivos o sus metabolitos, estudiados para este fin inicialmente desde el siglo XIX. Los productos biológicos nos invitan a ser incorporados junto con otras estrategias de manejo para proteger a los cultivos contra las enfermedades.

 

Mercado mundial de bioinsumos de uso agrícola

La complementación o reemplazo de los productos químicos por biológicos es una tendencia actual sin límites a la vista. Dentro de los principales factores que mueven globalmente el mercado de los bioinsumos se encuentran el aumento de la tierra cultivada de forma orgánica, el aumento del consumo de alimentos libre de pesticidas y las estrictas regulaciones ambientales a las que se enfrentan los productos de base química convencional, entre otros.

En Europa el mayor impulsor del mercado es el tratado verde (“Green Deal”) y su estrategia “de la granja a la mesa” (“Farm to Fork”) que propone alcanzar una reducción del 50% en el uso de pesticidas de base química para el 2030. Estas medidas, a su vez, impulsan la adopción de productos biológicos en los países productores a los fines de cumplir con las demandas del mercado europeo.

 

Microrganismos benéficos

En la producción agrícola, el uso de los microorganismos benéficos proporciona un amplio espectro de posibilidades sustentables: mejorar la nutrición del cultivo, aumentar su tolerancia a limitantes ambientales y controlar las enfermedades y plagas. De esta forma, su adopción puede favorecer la reducción del uso de pesticidas y fertilizantes. La búsqueda de cepas con efecto antifúngico ha llevado a la identificación de numerosas especies bacterianas efectivas para reducir la germinación, proliferación y reinfección de patógenos fúngicos. Las bacterias benéficas pueden contrarrestar el crecimiento de los patógenos en la planta por distintos mecanismos: producción de enzimas extracelulares, la estimulación de las capacidades defensivas de la planta, la producción de metabolitos secundarios entre otros.

En el Centro de Investigaciones Agropecuarias (CIAP), Córdoba, Argentina, nos enfocamos específicamente en el control biológico de enfermedades fúngicas de garbanzo y cacahuate. Hasta el momento, obtuvimos cepas de bacterias puras que colonizan naturalmente ambos cultivos e identificamos aquellas con efectos benéficos, es decir que protegen a estos cultivos contra el ataque de hongos y del estrés por sequía.

Las enfermedades fúngicas causan grandes pérdidas en la producción de alimentos, y es por ello que buscamos aportar cepas bacterianas nativas de la región para el desarrollo de tecnologías más amigables con el ambiente, así como contribuir con conocimientos sobre sus mecanismos de acción.

Ensayo de plantas de cacahuete (Arachis hypogaea) en macetas

 

Metabolitos de naturaleza bacteriana

Para ser usados a campo, los microrganismos pueden ser aplicados íntegros y vivos o se pueden aplicar sus metabolitos, es decir, los compuestos activos causantes de su efecto. Cuando hablamos de metabolitos nos referimos a compuestos químicos de diversa naturaleza que son sintetizados por la bacteria. Solo algunos de ellos, pueden actuar como mediadores del efecto antifungico.
Estas moléculas, pueden ser producidas industrialmente para ser aplicadas al cultivo agrícola. Para ello, es necesario identificar y purificar los metabolitos activos. Una vez identificados, se puede buscar la síntesis química del compuesto o su purificación a partir de biorreactores y luego aplicar directamente el metabolito a campo, de forma similar a un producto de síntesis química.

La ventaja de aplicar los compuestos, en lugar de los organismos vivos, es que su permanencia en el ambiente puede ser menor y de esta forma se reducen potenciales efectos negativos en el ambiente y la salud, aunque debe ser estudiado en cada caso. La desventaja fundamental es que puede degradarse una vez aplicado y tener menor capacidad de activar mecanismos antifúngicos en comparación con la bacteria completa. En contraste, la bacteria puede colonizar la planta, tener una mayor permanencia y activa efectos antifúngicos por numerosos mecanismos ya que está constituida por una infinidad de compuestos.

Numerosas especies de bacterias son capaces de producir metabolitos secundarios antifúngicos. Algunos metabolitos tienen la capacidad de inhibir la germinación de las esporas o el crecimiento micelial. Por ejemplo: Bacillus amyloliquefaciens genera una variedad de compuestos antimicrobianos de tipo lipopéptidos cíclicos que incluyen diversos miembros de las familias químicas de la surfactina, la iturina y la fengicina.

La familia de la surfactina es la más estudiada hasta el momento ya que se describe como potente biosurfactante que facilita una colonización exitosa de la bacteria en la planta. A pesar de que por sí misma manifiesta un bajo efecto antifúngico, el efecto de la surfactina se potencial en presencia de otros grupos de lipopéptidos como la iturina y fengicina.

Planta de garbanzo (Cicer arietinum) inoculada con el patógeno

 

Bioinformática, herramienta de vanguardia para el desarrollo de bioinsumos

Con el objetivo de incrementar la eficacia de los potenciales agentes de control biológico la bioinformática ha cobrado protagonismo. La bioinformática es una disciplina que combina la biología con la programación, y nos permite analizar secuencias genómicas de los microorganismos en búsqueda de vías de síntesis de metabolitos, así como muchas otras herramientas.

Con esta herramienta, podemos predecir qué capacidad de producir metabolitos tiene determinada cepa de microorganismos y a partir de ello, contra qué patógenos podría ser un efectivo controlador biológico.

Comprender el potencial antimicrobiano de estos microorganismos es importante para explotar las potencialidades biotecnológicas de los microorganismos benéficos, clave para reducir el uso de agroquímicos y mitigar el cambio climático y sus efectos sobre la producción de alimentos.

Favorecer una agricultura sustentable y una alimentación sana no solo depende del conocimiento generado en institutos, universidades y empresas biotecnológicas, sino también de los cambios en las prácticas agrícolas y hábitos de consumo por parte de los productores, los entes gubernamentales y las comunidades ¡¡¡Solo tenemos un ambiente, cuidemoslo!!!

 

Bibliografía:
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Romero, D., De Vicente, A., Rakotoaly, R. H., Dufour, S. E., Veening, J. W., Arrebola, E., … & Pérez-García, A. (2007). The iturin and fengycin families of lipopeptides are key factors in antagonism of Bacillus subtilis toward Podosphaera fusca. Molecular Plant-Microbe Interactions, 20(4), 430-440.

Pila, F. E. S. (2016). Importancia de los lipopéptidos de Bacillus subtilis en el control biológico de enfermedades en cultivos de gran valor económico. Bionatura, 1(3), 135-138.

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Hernández-Flores, L., Munive-Hernández, J. A., Sandoval-Castro, E., Martínez-Carrera, D., & Villegas-Hernández, M. C. (2012). Poblaciones bacterianas nativas: alternativa sustentable para la agricultura. Terra Latinoamericana, 30(2), 129-138.

Las ómicas en el control biológico. Disponible enhttp://hdl.handle.net/20.500.12324/34160 :

 

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