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Azúcar inusual de cianobacterias actúa como herbicida natural


Investigadores de la Universidad de Tübingen han descubierto una sustancia natural que podría competir con el polémico herbicida glifosato: una molécula de azúcar recién descubierta sintetizada a partir de cianobacterias que inhibe el crecimiento de varios microorganismos y plantas, pero es inofensiva para los humanos y los animales. 


Universitaet Tübingen

El estudio conjunto fue dirigido por el Dr. Klaus Brilisauer, la Profesora Stephanie Grond (Instituto de Química Orgánica) y el Profesor Karl Forchhammer (Instituto de Interfunción de Microbiología y Medicina de Infecciones). Fue publicado en la revista Nature Communications el viernes.

Los ingredientes activos para uso farmacéutico o agrícola a menudo provienen de sustancias naturales. Estas sustancias pueden consistir en estructuras químicas complejas, pero también pueden ser relativamente simples. El ingenio de tales ingredientes activos a menudo radica en su simplicidad: los antimetabolitos interactúan con los procesos vitales de la célula imitando los productos metabólicos. Esto interrumpe el proceso biológico, que puede inhibir el crecimiento celular o incluso matar a la célula.

Químicos y microbiólogos de la Universidad de Tübingen descubrieron un antimetabolito inusual con una estructura química simple: una molécula de azúcar con el nombre científico 7-deoxi-sedoheptulosa (7dSh). A diferencia de los carbohidratos comunes, que usualmente sirven como una fuente de energía para el crecimiento, esta sustancia inhibe el crecimiento de plantas y microorganismos, como las bacterias y las levaduras. La molécula de azúcar bloquea una enzima clave de la vía del shikimate, una vía metabólica que ocurre solo en microorganismos y plantas. Por esta razón, los científicos clasifican la sustancia como inofensiva para humanos y animales, y ya lo han demostrado en estudios iniciales.

Azúcar inusual de cianobacterias actúa como herbicida natural
Plántulas de Arabidopsis thaliana después de la germinación y el crecimiento de 7 días: mientras que el grupo de control (izquierda) se desarrolló normalmente, el crecimiento se inhibió con un glifosato 260 µM (figura a continuación) o 7dSh (figura anterior). (escala idéntica en todas las imágenes) Imagen: Klaus Brilisauer

El raro azúcar desoxi se aisló de cultivos de la cianobacteria de agua dulce Synechococcus elongatus, que es capaz de inhibir el crecimiento de cepas bacterianas relacionadas. Mientras buscaban la causa de esta inhibición del crecimiento, los científicos descifraban la estructura del compuesto natural. A través de un método recientemente desarrollado para la producción de 7dSh, una síntesis quimioenzimática, los científicos pudieron realizar estudios exhaustivos para determinar el mecanismo molecular de 7dSh.

Los científicos utilizaron la espectrometría de masas de alta resolución acoplada para obtener información precisa sobre el mecanismo de inhibición y descubrieron que 7dSh bloquea la deshidroquinatosa sintasa (DHQS), una enzima de la vía del shikimate. Uno de los inhibidores más conocidos de esta vía metabólica hasta la fecha es el controvertido herbicida glifosato. “En contraste con el glifosato, el recién descubierto azúcar desoxi es un producto completamente natural que se cree que tiene buena degradabilidad y baja ecotoxicidad”, dice el Dr. Klaus Brilisauer. Hasta el momento, 7dSh inhibe el crecimiento de las plantas de manera prometedora. “Vemos una excelente oportunidad aquí para usarlo como un herbicida natural”.

Los científicos esperan reemplazar los polémicos herbicidas a largo plazo y reducir así los metabolitos de los herbicidas, que representan un riesgo para la salud. Sin embargo, la eficacia en el campo, la degradabilidad en el suelo y la inocuidad para el ganado y los seres humanos tendrían que investigarse más a fondo en estudios exhaustivos a largo plazo para 7dSh.

Azúcar inusual de cianobacterias actúa como herbicida natural
Estructura química de 7dSh. Crédito: Klaus Brilisauer

Más información: Klaus Brilisauer et al. La antimetabolita 7-desoxi-sedoheptulosa cianobacteriana bloquea la vía del shikimate para inhibir el crecimiento de organismos prototróficos, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038 / s41467-019-08476-8 

Referencia del diario: Nature Communications  

Proporcionado por: Universitaet Tübingen

Información de: phys.org


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