Ciencia para todos T04E36: Bacterias como probióticos y como fungicidas para las plantas

Por Francisco R. Villatoro, el 2 julio, 2022. Categoría(s): Biología • Bioquímica • Ciencia • Noticias • Podcast Ciencia para Todos (SER) • Recomendación • Science

Te recomiendo escuchar el episodio T04E36, «Bacterias como probióticos para plantas», 16 jun 2022 [15:00 min.], del programa de radio “Ciencia para todos”, en el que participo junto a Enrique Viguera (Universidad de Málaga), coordinador de Encuentros con la Ciencia, que no ha podido intervenir. Esta sección semanal del programa “Hoy por Hoy Málaga” presentado por Esther Luque Doblas (y en esta ocasión por Isabel Ladrón de Guevara), que se emite todos los jueves (hoy de forma excepcional se emitió un miércoles) en la Cadena SER Málaga (102.4 FM) sobre las 13:30. Enrique y yo hemos intervenido desde nuestras propias casas.

Entrevistamos a Diego Romero Hinojosa, del Departamento de Microbiología de la UMA, que lidera un artículo publicado en la revista Nature Microbiology, que formará parte de la futura tesis doctoral de la primera autora, María Victoria Berlanga Clavero. El artículo científico es M. V. Berlanga-Clavero, C. Molina-Santiago, …, D. Romero, «Bacillus subtilis biofilm matrix components target seed oil bodies to promote growth and anti-fungal resistance in melon,» Nature Microbiology 7: 1001-1015 (06 Jun 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41564-022-01134-8; la nota de prensa es «Demuestran que ciertas moléculas bacterianas aumentan el crecimiento de las plantas y las protegen frente a hongos», Noticias, UMA, 13 jun 2022.

O escuchar el episodio en Play SER, «Bacterias como probióticos para plantas», 16 jun 2022 [15:00 min.].

Fuente: Nature Microbiology (2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41564-022-01134-8.

Esther: Hoy vamos a hablar del uso de bacterias como probióticos y como fungicidas para las plantas. Bacterias que inyectadas en las semillas son capaces de aumentar el ritmo de crecimiento de una planta o protegerla frente a hongos. Francis, ¿tienen las plantas una microbiota similar a la de las personas? ¿Y qué es la microbiota?

Francis: La mitad de las moléculas de ADN de nuestro cuerpo no es ADN humano. Una de cada dos células del cuerpo humano es un microorganismo con un ADN propio; como los microorganismos son muy pequeños solo dan cuenta de unos 300 gramos del peso de una persona de 70 kilogramos. La microbiota es el conjunto de microorganismos (bacterias, virus y hongos) que conviven con nosotros dentro de nuestro cuerpo; la más conocida es la microbiota intestinal, pero hay microbiota en nuestra piel y en muchos otros órganos.

Los alimentos probióticos han puesto de moda tener una microbiota intestinal equilibrada, porque es necesaria para realizar una correcta digestión de los alimentos. Además, nos ayudan a producir ciertas sustancias, como algunas vitaminas, y nos protegen contra la infección de microorganismos patógenos.

Las plantas también tienen una microbiota propia, formada por bacterias y hongos. El análogo a la microbiota intestinal humana es la microbiota radicular, llamada rizosfera, formada por microorganismos que tapizan la superficie de las raíces y aumentan la capacidad de la planta para obtener nutrientes; por ejemplo, sintetizan sustancias que ayudan a la planta a asimilar fosfatos y otros nutrientes minerales del suelo. Además, protegen las raíces frente a microorganismos patógenos.

Esther: Hoy en día están muy de moda los alimentos funcionales y los probióticos que favorecen el equilibrio de la microbiota intestinal, reforzando nuestra salud y nuestras defensas. Francis, ¿también se usan en las plantas algún tipo de probiótico como fertilizante o como fungicida?

Francis: Así es, Esther, algunas de las especies beneficiosas de la rizosfera (la microbiota radicular) se emplean en agricultura sostenible para incrementar el rendimiento del suelo y potenciar el crecimiento de los cultivos sin necesidad de usar suplementos minerales. Además, ayudan a mitigar la incidencia de las enfermedades vegetales, lo que reduce la necesidad de usar plaguicidas, algo muy útil en agricultura ecológica.

Ahora es noticia un artículo publicado en la prestigiosa revista Nature Microbiology (la revista de microbiología de la editorial Springer Nature) de un grupo de investigación de la Universidad de Málaga llamada BacBio, liderado por Diego Romero Hinojosa, del Departamento de Microbiología. En dicho artículo han demostrado que el tratamiento de las semillas de melón con una bacteria de la rizosfera natural llamada Bacillus subtilis ayuda a la producción de ciertas moléculas que aumentan el crecimiento de la planta y la protegen frente a algunos hongos.

María Victoria Berlanga, Diego Romero y Carlos Molina en el IHSM La Mayora UMA-CSIC. Fuente: Noticias UMA.

Esther: Hoy tenemos al teléfono al doctor Diego Romero Hinojosa, del Departamento de Microbiología de la UMA, que lidera este nuevo trabajo que forma parte de la futura tesis doctoral de la primera autora, María Victoria Berlanga Clavero. [Saludos] La agricultura sostenible es la que es respetuosa con el medioambiente, además de rentable y social. Ha comentado Francis que ya se usan algunas bacterias de la microbiota de las plantas en la agricultura sostenible. Diego, ¿nos podrías poner algunos ejemplos? ¿Y cuáles son sus ventajas?

Diego: «Ya existen productos a base de microbios, como a mí me gusta llamarlos, porque este nombre engloba a bacterias, hongos y levaduras, que son beneficiosos para la planta, es decir, que no son patógenos. Y se pueden usar para la lucha contra enfermedades, para facilitar la absorción de nutrientes, contribuir a la adaptación a ambientes que son secos, … Hay una diversidad de productos que van dirigidos a cada una de estas acciones».

«El beneficio obtenido es a medio y largo plazo. La idea es hacer un más racional de ciertos químicos, que aún no se pueden dejar de usar. El objetivo es usar todas las herramientas que disponemos para no ser muy agresivos con el ambiente y que sigamos obteniendo los alimentos que necesitamos para vivir».

Francis: En vuestro artículo habéis usado semillas de melón. Las bacterias en las semillas forman una comunidad bacteriana en forma de biopelícula, que es donde producen sustancias beneficiosas. Diego, ¿cómo se introducen las bacterias en las semillas?

Diego: «Nosotros sabemos que las bacterias entran de forma pasiva en las semillas. Ponemos las semillas en una solución, una suspención bacteriana en agua, el agua entra dentro de las semillas y con ella las bacterias, que también pasan a su interior. Una vez dentro de la semilla, las bacterias son capaces de colonizar diferentes ambientes y concentrarse en ciertas zonas; en estas zonas las bacterias inducen una serie de cambios metabólicos que son los que conducen a un mayor crecimiento de la planta adulta y a la inmunización frente a hongos de la parte aérea de la planta».

Esther: Yo soy aficionada a la agricultura urbana, a los huertos urbanos. Si yo quisiera aplicar este tipo de tratamientos bacterianos a mis plantas, ¿cómo tendría que hacerlo? ¿Tendría que comprar semillas especiales ya tratadas con bacterias? ¿O tendría que aplicar algún tipo de producto probiótico a las semillas que uso?

Diego: «Nuestro trabajo es una investigación básica, cuyo objetivo es identificar los mecanismos biológicos que hacen posible la contribución beneficiosa. En nuestro caso lo que hemos hecho es poner en contacto las semillas con las bacterias o con las moléculas responsables de su efecto durante cierto tiempo; tres ese tiempo las transplantamos y estudiamos su efecto. En relación a lo que me preguntas, sería necesario estudiar cuál es la mejor forma aplicar nuestro descubrimiento: ¿es mejor usar bacterias pretratadas con las bacterias y aplicarlas a las semillas? ¿Es mejor comprar las semillas ya tratadas, o comprar por separado semillas y bacterias para luego ponerlas en contacto? Ese es el siguiente paso de nuestra investigación, ir hacia la parte más comercial y aplicada. Nosotros te podemos comentar cómo lo hemos hecho en nuestro laboratorio. Pero desde el punto de vista aplicado toca dar un paso más».

María Victoria Berlanga en el IHSM La Mayora UMA-CSIC. Fuente: Noticias UMA.

Francis: La contribución más relevante de vuestro artículo en la revista Nature Microbiology ha sido determinar los mecanismos biológicos por los que actúan las sustancias que generan las bacterias Bacillus subtilis responsables de sus efectos beneficiosos, tanto la mejora en el crecimiento de la planta como en su protección contra un hongos patógeno que produce la botritis. Diego, ¿nos podrías contar de forma muy sencilla cuáles son estas sustancias beneficiosas y cómo actúan en la planta?

Diego: «Estas bacterias producen una serie de moléculas con actividad antimicrobiana (coloquialmente, matan a otros bichos). Otra de las moléculas que hemos estudiado la usan las bacterias para formar esas comunidades llamadas biofilms (biopelículas en español), que son como ciudades bacterianas. Como un efecto colateral hemos observado que dos de estas moléculas, una que tiene actividad antimicrobiana y otra que forma parte de la ciudad bacteriana, son capaces de actuar sobre las reservas de lípidos (grasas) que tienen las semillas. Esto provoca una reprogramación de la actividad metabólica de la semilla que es la responsable del efecto a medio y largo plazo. La razón es que aparte de este cambio en la actividad metabólica de la semilla también tiene lugar un cambio en la expresión de genes relacionados con la inmunidad, etc. Así de fácil, estas moléculas actúan sobre esas reservas, cambia la actividad metabólica de la semilla y esto tiene un impacto en el crecimiento de la planta».

Francis: «Esos lípidos son como las grasas que nuestro cuerpo usa para almacenar energía en nuestro cuerpo, pero de las plantas…»

Diego: «Exacto, hay una mayor movilización de estos lípidos. Sabemos que algunos de estos lípidos no solo actúan como, digamos, alimento para la planta, sino que señalizan, actúan como señales que inducen cambios en la expresión de genes en otras partes del cuerpo de la planta. Esto es un poco complejo, pero es muy bonito».

Esther: Uno de los ejes de la política agraria de la Unión Europea fomentar la producción agrícola sostenible y la reducción del uso de pesticidas. Diego, si hay agricultores que nos están escuchando que están interesados en vuestro tratamiento para las semillas, ¿cuándo podrán disfrutar de su aplicación práctica? ¿Qué les podemos decir?

Diego: «Nosotros somos un centro de investigación perteneciente a una Universidad. Nosotros de cara al mercado no podemos vender nada. Esto tendrá que pasar a manos de empresas especializadas que se interesen en nuestro resultado…»

Esther: «¿Pero esto podría llegar al mercado pronto?»

Diego: «Yo creo que sí, que puede llegar al mercado, porque funciona muy bien y es muy robusto. Además su aplicabilidad es clara. Nuestra investigación afirma que esto funciona con cualquier tipo de semilla. Lo realmente interesante es que estas dos moléculas que hemos estudiado actúan sobre las semillas de algunas plantas, es decir, que en cierta medida estamos garantizando el éxito del tratamiento. No sé si me explico, no es que digamos que esto sirve para cualquier cultivo. Para el melón, calabín o pepino sabemos que se puede usar porque se tendrá éxito. No queremos vender esto como que vamos a solucionar todos los problemas, pues tenemos que seguir investigando».

Esther: «Tengo una duda, en la agricultura ecológica no se usa ya algo parecido, ¿en qué sentido es esto novedoso?»

Diego: «Lo novedoso es que no trabajamos con la planta adulta, sino que un paso más atrás en la semilla, antes de poner la planta en la tierra. Esto permitirá combinarlo con tratamientos que ya existen».

Fuente: Nature Microbiology (2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41564-022-01134-8.

Francis: Habéis usado un enfoque pluridisciplinar combinando técnicas muy diferentes como microscopía electrónica para estudiar la matriz extracelular que recubre las bacterias, transcriptómica para estudiar los genes que expresan dichas bacterias y metabolómica para determinar las sustancias que producen, entre otras técnicas. Dominar todas estas técnicas requiere un equipo humano grande. Diego, ¿qué nos puedes decir sobre la importancia de la plurisdisciplinaridad en tus investigaciones? Habéis colaborado con investigadores de EEUU, Alemania y Países Bajos, ¿por qué es necesario un equipo internacional en este tipo de trabajos?

Diego: «Para nosotros es fundamental. El tipo de investigación que hacemos implica distintos grupos de investigación en distintas áreas de conocimiento. Para poder hacer una avance significativo en el conocimiento tienes que colaborar que grupos que son punteros en estas disciplinas que son complementarias a la nuestra. Nosotros somos microbiólogos, aunque también hacemos bioquímica, pero nos hemos alimentado del conocimiento de grupos que trabajan en química y en metabolómica, por ejemplo, la Universidad de San Diego, que son los que nos han permitido profundizar aún más en ese cambio en la actividad metabólica. Las colaboraciones son esenciales, ya sea a nivel nacional o internacional. Son la única forma de generar resultados que dan un avance al conocimiento que luego se puedan trasladar a la sociedad».

Esther: Agradecemos al doctor Diego Romero Hinojosa, del Departamento de Microbiología de la UMA, que nos haya hablado de su nuevo trabajo sobre los beneficios de la microbiota de las plantas en agricultura. [Despedida y cierre]



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