Investigadores de Penn State desarrollaron ELCA, un método que aprovecha proteínas utilizadas por Pseudomonas syringae durante la infección y alcanzó un límite de detección de 100 células por mililitro
Redactor: Camila Herrera R.
Editor: Eduardo Schmitz
Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State), en Estados Unidos, desarrollaron un nuevo método para detectar Pseudomonas syringae, una bacteria capaz de infectar numerosos cultivos, hortalizas y plantas ornamentales leñosas. La técnica, denominada ensayo de chaperona ligada a enzimas o ELCA, mostró además capacidad para diferenciar bacterias vivas de poblaciones muertas, una característica relevante para determinar si los microorganismos encontrados conservan capacidad de provocar una infección.
El trabajo, publicado en Journal of Microbiological Methods, constituye una prueba de concepto. El sistema abandona el uso de anticuerpos característico de algunas pruebas convencionales y aprovecha una interacción molecular que las propias bacterias emplean durante la infección: la unión altamente específica entre proteínas efectoras y las chaperonas que las acompañan.
Las proteínas de invasión se convierten en herramienta de diagnóstico
Numerosas bacterias patógenas introducen proteínas especializadas, conocidas como efectores, dentro de las células del organismo que infectan. Estos efectores ayudan al microorganismo a interferir con las defensas del hospedador y facilitar la colonización. Para conservarlos y transportarlos correctamente, determinadas bacterias utilizan proteínas auxiliares llamadas chaperonas.
Las chaperonas reconocen y se unen a sus correspondientes efectores con elevada especificidad. Rachel Herschlag, autora principal del estudio y doctora en fitopatología por Penn State, y Carolee T. Bull, profesora de sistemática bacteriana y fitopatología, aprovecharon precisamente esa relación para diseñar el nuevo ensayo.
Comprender estas interacciones moleculares es importante porque las plantas disponen de complejos mecanismos para reconocer microorganismos invasores. Investigaciones anteriores han mostrado, por ejemplo, el papel del calcio y las quinasas en las defensas vegetales frente a patógenos, procesos que forman parte de la respuesta de los cultivos ante bacterias y otros agentes infecciosos.
ELCA sustituye los anticuerpos por una interacción bacteriana
Una de las técnicas utilizadas habitualmente para diagnóstico es ELISA, el ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas. Este método emplea anticuerpos para reconocer moléculas específicas del objetivo analizado. ELCA adopta un principio diferente: utiliza una chaperona bacteriana para reconocer y unirse a su proteína efectora correspondiente.
Cuando esa interacción se produce en el ensayo desarrollado por los científicos, una solución inicialmente incolora cambia a amarillo. Esa señal visual indica la presencia del objetivo. La especificidad de la unión chaperona-efector permite discriminar la bacteria buscada frente a cepas que no corresponden al objetivo.
El estudio sometió el ensayo a tres experimentos independientes y evaluó los resultados mediante un modelo lineal de efectos mixtos. De acuerdo con la investigación, ELCA alcanzó un límite de detección de 102 unidades formadoras de colonias por mililitro, equivalente a 100 UFC/mL, y logró distinguir las células objetivo de poblaciones muertas y cepas no objetivo.
Distinguir bacterias vivas puede reducir resultados engañosos
La capacidad para diferenciar microorganismos vivos constituye una de las principales características del nuevo método. Algunas técnicas moleculares detectan componentes celulares como el ADN, pero ese material puede permanecer en una muestra después de la muerte de la bacteria. En determinadas circunstancias, encontrarlo no significa necesariamente que exista una población activa capaz de iniciar una infección.
Los efectores ofrecen una alternativa porque son producidos por bacterias vivas y se considera que se degradan con rapidez después de la muerte celular. Los experimentos mostraron niveles de detección superiores en bacterias vivas respecto de las muertas, aunque los investigadores todavía deben optimizar el procedimiento antes de plantear aplicaciones más amplias.
La precisión diagnóstica es particularmente importante en sanidad vegetal. El desarrollo de herramientas para mejorar el diagnóstico de enfermedades de las plantas responde a la necesidad de identificar correctamente la causa de los síntomas antes de tomar decisiones de manejo que pueden implicar tratamientos, eliminación de material vegetal o restricciones sanitarias.
Pseudomonas syringae infecta numerosos cultivos
Pseudomonas syringae es un fitopatógeno ampliamente utilizado también como organismo modelo para estudiar las interacciones entre bacterias y plantas. Diferentes cepas pueden afectar a especies agrícolas y ornamentales, y la bacteria dispone de mecanismos especializados para introducir efectores dentro de las células vegetales.
No todas las especies del género Pseudomonas son perjudiciales para la agricultura. Algunas mantienen relaciones beneficiosas con las plantas. En investigaciones recientes, por ejemplo, Pseudomonas protegens y Pseudomonas simiae favorecieron la formación de tubérculos y el rendimiento de papa bajo condiciones de invernadero. Esta diversidad ilustra por qué la identificación específica del microorganismo resulta esencial antes de atribuirle un efecto patógeno o beneficioso.
La sanidad de semillas representa otro ámbito en el que una identificación precisa puede resultar útil. Determinadas enfermedades bacterianas se transmiten mediante semillas contaminadas, lo que facilita la introducción del patógeno en nuevas plantas o áreas de producción. Recientemente, bacterias benéficas mostraron capacidad para frenar el chancro bacteriano del tomate, una enfermedad causada por un patógeno que también puede propagarse mediante material de siembra.
Un costo comparable al ensayo ELISA
Los investigadores señalan que ELCA presenta un costo similar al de ELISA. La diferencia fundamental reside en el componente utilizado para reconocer el objetivo: en vez de depender de anticuerpos derivados de animales, el nuevo sistema utiliza las chaperonas bacterianas y su afinidad por los efectores correspondientes.
La eliminación de anticuerpos podría simplificar determinados aspectos del desarrollo de pruebas, pero el método todavía se encuentra en fase experimental. Los autores identificaron como próximo objetivo la reducción de las señales de fondo, necesaria para mejorar el desempeño y la interpretación del ensayo.
Para el sector agrícola, disponer de métodos capaces de determinar no solo la presencia de una bacteria sino también su viabilidad podría aportar información adicional en laboratorios de diagnóstico, programas fitosanitarios y empresas de semillas. Sin embargo, el estudio actual demuestra el principio con P. syringae y no establece todavía una prueba comercial universal para enfermedades bacterianas.
El concepto podría extenderse a otros patógenos
La utilidad potencial de ELCA depende de que otros microorganismos dispongan de sistemas compatibles de chaperona y efector. Herschlag señaló que, una vez documentado el procedimiento, otros investigadores podrán estudiar su adaptación a bacterias que utilicen mecanismos semejantes.
La aplicación podría superar el ámbito vegetal. Los sistemas de secreción y las interacciones entre chaperonas y efectores aparecen también en determinados patógenos animales y humanos, por lo que los autores consideran que el concepto merece ser investigado en aplicaciones agrícolas, clínicas, ambientales y biotecnológicas.
En agricultura, la investigación se incorpora a una estrategia más amplia que busca detectar, comprender y controlar los microorganismos responsables de enfermedades. Otras líneas se concentran directamente en combatirlos: un estudio reciente encontró que bacteriófagos genéticamente estables podrían utilizarse contra enfermedades bacterianas de los cultivos, mostrando cómo el manejo sanitario puede combinar diagnóstico y herramientas biológicas específicas.
La detección temprana refuerza la sanidad vegetal
Identificar correctamente un patógeno antes de que una enfermedad se extienda es fundamental para seleccionar medidas de manejo proporcionadas al riesgo. Una lesión visible en hojas, tallos o frutos no determina por sí sola qué microorganismo está involucrado, porque síntomas similares pueden originarse por bacterias, hongos, virus, condiciones ambientales o problemas fisiológicos.
La incorporación de métodos que distingan microorganismos viables puede complementar las herramientas existentes, pero los resultados de ELCA todavía deben interpretarse dentro de su condición de prueba de concepto. El equipo de Penn State continuará trabajando para disminuir el ruido de fondo y evaluar la adaptación del sistema a otros patógenos con interacciones moleculares equivalentes.
Si esa ampliación resulta viable, las mismas proteínas que determinadas bacterias utilizan para facilitar la infección podrían convertirse en marcadores para revelar su presencia. El principio transforma así una pieza de la maquinaria de invasión bacteriana en una herramienta potencial para detectar microorganismos capaces de amenazar la salud de los cultivos.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Penn State
Journal of Microbiological Methods
