Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un recubrimiento polimérico en aerosol que podría ayudar a las plantas a resistir infecciones bacterianas dañinas y sobrevivir a la sequía.
por la Universidad de California – San Diego
El avance, publicado en ACS Materials Letters , podría contribuir a fortalecer la seguridad alimentaria mundial a medida que el aumento del estrés ambiental continúa intensificando la presión de las enfermedades vegetales.
Las infecciones bacterianas representan una amenaza creciente para la agricultura, ya que contribuyen a importantes pérdidas de cultivos en todo el mundo. Estas infecciones, causadas tanto por bacterias gramnegativas como grampositivas, causan enfermedades vegetales destructivas como el marchitamiento, el tizón, la mancha y el cancro. El aumento de las temperaturas también permite que los patógenos se expandan a nuevas regiones. Como resultado, los cultivos están cada vez más expuestos a diversas infecciones.
Cómo funciona el recubrimiento antibacteriano
Para enfrentar este desafío, investigadores de los laboratorios de Jon Pokorski y Nicole Steinmetz, ambos profesores del Departamento de Ingeniería Química y Nano de la Familia Aiiso Yufeng Li en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego, y miembros del Centro de Investigación de Ciencias e Ingeniería de Materiales (MRSEC) de la UC San Diego, unieron fuerzas para desarrollar un recubrimiento antibacteriano que se puede rociar directamente sobre las hojas de las plantas.
El recubrimiento está hecho de un polímero sintético especialmente diseñado que contiene grupos químicos con carga positiva en su estructura, los cuales poseen propiedades antibacterianas. Estos grupos con carga positiva alteran las membranas celulares bacterianas, lo que los hace eficaces contra una amplia gama de microbios dañinos.
La creación de este recubrimiento en aerosol, y su fabricación respetuosa con las plantas, fue posible modificando un método común de síntesis de polímeros para que funcione en condiciones suaves a base de agua.
«Normalmente, los polímeros se sintetizan utilizando disolventes orgánicos tóxicos para las plantas», explicó Luis Palomino, coautor principal del estudio y candidato a doctorado en química y nanoingeniería en el laboratorio de Pokorski. «Lo que hicimos de forma diferente fue elaborar el polímero en condiciones tampón en agua. Esto nos permitió crear una formulación en aerosol más biocompatible con las plantas. Podemos disolver fácilmente el polímero en agua a la concentración adecuada y simplemente rociarlo».
Utilizando este método modificado, los investigadores produjeron un tipo de material polimérico, llamado polinorborneno, permeable a los gases. Esta característica es importante para que las hojas de la planta puedan seguir respirando y creciendo con normalidad.
El recubrimiento se pulverizó sobre las hojas de Nicotiana benthamiana, un modelo vegetal común en pruebas de laboratorio y en el cultivo molecular de plantas, que consiste en la producción de moléculas de alto valor en las plantas. Protegió a las plantas vivas contra la infección por Agrobacterium. Al probarse en hojas individuales en placas de Petri, el recubrimiento inhibió el crecimiento de bacterias gramnegativas y grampositivas, como Escherichia coli y Staphylococcus aureus.
Un descubrimiento sorprendente fue que «no era necesario cubrir toda la hoja para lograr la protección», afirmó Patrick Opdensteinen, coautor principal del estudio e investigador postdoctoral en el laboratorio de Steinmetz. «Podemos rociar solo una pequeña parte de la hoja, lo que se traduce en inmunidad bacteriana para toda la planta. Fue un resultado realmente interesante».
Protección de toda la planta y resistencia a la sequía
Los investigadores creen que esta protección de toda la planta podría deberse a una respuesta sistémica al estrés. Las hojas tratadas mostraron brevemente un ligero aumento de peróxido de hidrógeno, una molécula de señalización natural que las plantas producen al responder al estrés. Esta respuesta disminuyó con el tiempo y las plantas se mantuvieron sanas durante todo el estudio. Los investigadores plantean la hipótesis de que esta breve señal de estrés podría estar activando una respuesta defensiva más amplia en toda la planta.
Otro resultado fue que las plantas recubiertas también mostraron una mejor tolerancia a la sequía. Al suspender el riego durante cuatro días, las plantas rociadas se mantuvieron más sanas y se marchitaron menos que las no tratadas. Los investigadores plantean la hipótesis de que el recubrimiento de polímero podría actuar como una barrera física para reducir la pérdida de agua, además de inducir mecanismos de respuesta al estrés a nivel molecular que aumentan la resistencia a la sequía.
El trabajo en curso explorará con mayor profundidad los mecanismos que subyacen a la resistencia bacteriana y a la sequía en toda la planta. El equipo también se centrará en mejorar la biodegradabilidad y evaluar la toxicidad para su futura aplicación en el campo.
«Esperamos utilizar esto en el campo para beneficiar a la agricultura, y este es el primer paso», afirmó Opdensteinen. «Existe un gran potencial para la protección de las plantas».
Más información: Luis Palomino et al., Recubrimiento por aspersión de polinorborneno para mejorar la salud de las plantas, ACS Materials Letters (2025). DOI: 10.1021/acsmaterialslett.5c00798
Nota editorial:
Este artículo ha sido elaborado con fines divulgativos a partir de información pública y fuentes especializadas, adaptado al enfoque editorial del medio para facilitar su comprensión y contextualización.
