El crecimiento de las plantas se sustenta en millones de diminutos microbios del suelo que compiten y cooperan entre sí, desempeñando importantes funciones en la raíz, como mejorar el acceso a los nutrientes y proteger contra patógenos.
por el Instituto Tecnológico de Massachusetts
Como subproducto de su metabolismo, los microbios del suelo también pueden producir óxido nitroso (N₂O ) , un potente gas de efecto invernadero cuyo impacto en el clima se ha estudiado principalmente. Si bien parte del N₂O se produce de forma natural, su producción puede aumentar debido a la aplicación de fertilizantes y otros factores.
Si bien durante mucho tiempo se ha creído que el óxido nitroso no interactúa significativamente con los organismos vivos, un nuevo artículo de dos investigadores del MIT muestra que, de hecho, puede dar forma a las comunidades microbianas, haciendo que algunas cepas bacterianas tengan más probabilidades de crecer que otras.
Basándose en la prevalencia de los procesos biológicos alterados por el óxido nitroso, los investigadores estiman que alrededor del 30% de todas las bacterias con genomas secuenciados son susceptibles a la toxicidad del óxido nitroso, lo que sugiere que la sustancia podría desempeñar un papel importante y poco apreciado en los intrincados ecosistemas microbianos que influyen en el crecimiento de las plantas.
Los investigadores han publicado sus hallazgos en mBio . Si sus hallazgos de laboratorio se trasladan al ámbito agrícola, podrían influir en la forma en que los agricultores realizan las tareas cotidianas que exponen los cultivos a picos de óxido nitroso, como el riego y la fertilización.
«Este trabajo sugiere que vale la pena prestar atención a la producción de N2O en entornos agrícolas para la salud de las plantas», dice el autor principal Darcy McRose, profesor de Desarrollo Profesional Thomas D. y Virginia W. Cabot del MIT, quien escribió el artículo con el autor principal y estudiante de doctorado Philip Wasson.
No se ha tenido en cuenta, pero es particularmente perjudicial para ciertos microbios. Esto podría representar otro obstáculo para el N₂O, además de su impacto climático. Con más investigación, se podría comprender cómo el momento de la producción de N₂O influye en estas relaciones microbianas, y ese momento podría gestionarse para mejorar la salud de los cultivos.
Un gas tóxico
El óxido nitroso se demostró tóxico hace décadas, cuando los investigadores se percataron de su capacidad para desactivar la vitamina B12 en el cuerpo humano. Desde entonces, se ha destacado principalmente como un gas de efecto invernadero de larga duración que puede erosionar la capa de ozono. Sin embargo, en el ámbito agrícola , la mayoría de la gente ha asumido que no interactúa con los organismos que crecen en el suelo alrededor de la raíz de la planta, una región llamada rizosfera.
«En general, se asume que el N₂O no es dañino en absoluto, a pesar de los numerosos estudios publicados que demuestran que puede ser tóxico en contextos específicos», afirma McRose, quien se incorporó al profesorado del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental en 2022. «No se ha extendido este conocimiento a las comunidades microbianas de la rizosfera».
Si bien algunos estudios han demostrado la sensibilidad al óxido nitroso en algunos microorganismos, se sabe menos sobre su impacto en la distribución de las comunidades microbianas en la raíz de las plantas. McRose y Wasson buscaron llenar ese vacío de investigación.
Comenzaron analizando un proceso común que las células utilizan para crecer, llamado biosíntesis de metionina. Esta biosíntesis puede ser realizada por enzimas que dependen de la vitamina B12 y por otras enzimas que no dependen de ella. Muchas bacterias presentan ambos tipos.
Utilizando un microbio bien estudiado llamado Pseudomonas aeruginosa, los investigadores eliminaron genéticamente la enzima que no depende de B12 y descubrieron que el microbio se volvió sensible al óxido nitroso y su crecimiento se vio perjudicado incluso por el óxido nitroso que él mismo produjo.
A continuación, los investigadores analizaron una comunidad microbiana sintética de la planta Arabidopsis thaliana y descubrieron que muchos microbios radiculares también eran sensibles al óxido nitroso. La combinación de microbios sensibles con bacterias productoras de óxido nitroso dificultó su crecimiento.
«Esto sugiere que las bacterias productoras de N₂O pueden afectar la supervivencia de sus vecinas inmediatas», explica Wasson. En conjunto, los experimentos confirmaron la sospecha de los investigadores de que la producción de óxido nitroso puede obstaculizar el crecimiento de las bacterias del suelo que dependen de la vitamina B12 para producir metionina.
«Estos resultados sugieren que los productores de óxido nitroso moldean las comunidades microbianas», afirma McRose. «En el laboratorio, el resultado es muy claro, y el trabajo va más allá de simplemente observar un solo organismo. Los experimentos de cocultivo no son lo mismo que un estudio de campo, pero constituyen una sólida demostración».
Del laboratorio a la granja
En las explotaciones agrícolas, el suelo suele experimentar picos de óxido nitroso durante días o semanas debido a la adición de fertilizantes nitrogenados, la lluvia, el deshielo y otros eventos. Los investigadores advierten que sus experimentos de laboratorio son solo el primer paso para comprender cómo el óxido nitroso afecta a las poblaciones microbianas en entornos agrícolas.
Wasson dice que el artículo es una prueba de concepto y planea estudiar el suelo agrícola a continuación.
«En entornos agrícolas, el N₂O ha sido históricamente alto», afirma Wasson. «Queremos ver si podemos detectar una señal de esta exposición al N₂O mediante estudios de secuenciación genómica, donde los únicos microbios presentes no son sensibles al N₂O. Este es el siguiente paso obvio».
McRose dice que los hallazgos podrían conducir a una nueva forma de pensar sobre el óxido nitroso para investigadores y agricultores.
«Lo importante y emocionante de este caso es que predice que los microbios con una versión de una enzima serán sensibles al N₂O, mientras que aquellos con una versión diferente no lo serán», afirma McRose. «Esto sugiere que, en el medio ambiente, la exposición al N₂O seleccionará ciertos tipos de organismos en función de su contenido genómico, lo cual es una hipótesis muy comprobable».
Detalles de la publicación
El óxido nitroso producido por pseudomonas desnitrificantes inhibe el crecimiento de las bacterias rizosferas al inactivar la metionina sintasa dependiente de cobalamina ( mBio , 2026). DOI: 10.1128/mbio.02699-25
