Un investigador de la Universidad de Maryland y sus colegas descubrieron que el hongo Metarhizium robertsii elimina el mercurio del suelo alrededor de las raíces de las plantas y del agua dulce y salada.
Por la Universidad de Maryland
Los investigadores también diseñaron genéticamente el hongo para amplificar sus efectos desintoxicantes de mercurio.
La contaminación por mercurio del suelo y el agua es una amenaza mundial para la salud pública. Este nuevo trabajo sugiere que Metarhizium podría proporcionar una forma económica y eficiente de proteger los cultivos que se cultivan en áreas contaminadas y remediar las vías fluviales cargadas de mercurio .
El estudio, que fue realizado por el profesor de entomología de la UMD, Raymond St. Leger, e investigadores en el laboratorio de su antiguo becario postdoctoral, Weiguo Fang (ahora en la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, China), se publicó en Proceedings of the National Academy of Ciencias ( PNAS ) el 14 de noviembre de 2022.
«Este proyecto, dirigido por el Dr. Fang, descubrió que Metarhizium evita que las plantas absorban mercurio», dijo St. Leger. «A pesar de estar plantada en suelo contaminado, la planta crece normalmente y es comestible. Además, el hongo por sí solo puede eliminar rápidamente el mercurio tanto del agua dulce como del agua salada».
Metarhizium es un hongo casi omnipresente, y el trabajo anterior del laboratorio St. Leger había demostrado que coloniza las raíces de las plantas y las protege de los insectos herbívoros. Los científicos han sabido que Metarhizium es a menudo uno de los únicos seres vivos que se encuentran en suelos de sitios tóxicos como las minas de mercurio. Pero nadie había determinado previamente cómo sobrevivía el hongo en suelos contaminados con mercurio, o si eso tenía implicaciones para las plantas con las que normalmente vive el hongo.
St. Leger y otros colegas habían secuenciado previamente el genoma de Metarhizium, y Fang notó que contiene dos genes que son muy similares a los genes presentes en una bacteria conocida por desintoxicar o biorremediar el mercurio.
Para el estudio actual, los investigadores realizaron una variedad de experimentos de laboratorio y encontraron que el maíz infectado con Metarhizium creció igual de bien si se sembró en suelo limpio o en suelo cargado de mercurio. Además, no se encontró mercurio en los tejidos vegetales del maíz cultivado en suelo contaminado.
Luego, los investigadores modificaron genéticamente los hongos, eliminando los dos genes que eran similares a los de las bacterias remediadoras de mercurio. Cuando replicaron sus experimentos, el Metarhizium modificado ya no protegía a las plantas de maíz del suelo cargado de mercurio, y el maíz murió.
Para verificar que los genes proporcionaban las cualidades desintoxicantes, los investigadores los insertaron en otro hongo que normalmente no protege al maíz del mercurio. El hongo recién modificado actuó como el Metarhizium, protegiendo a las plantas del suelo cargado de mercurio.
Los análisis microbiológicos revelaron que los genes en cuestión expresaban enzimas que descomponen formas orgánicas altamente tóxicas de mercurio en moléculas de mercurio inorgánico menos tóxicas. Por último, los investigadores diseñaron genéticamente Metarhizium para expresar más genes desintoxicantes y aumentar su producción de enzimas desintoxicantes.
En su experimento final, los investigadores descubrieron que podían eliminar el mercurio del agua dulce y salada en 48 horas mezclándolo con Metarhizium.
El siguiente paso será realizar experimentos de campo en China para ver si Metarhizium puede convertir ambientes tóxicos en campos productivos para el cultivo de maíz y otros cultivos. Los métodos actuales para remediar suelos contaminados requieren que se eliminen o neutralicen las toxinas de campos enteros antes de que se pueda plantar algo. Eso puede ser muy costoso y llevar mucho tiempo. Pero Metarhizium simplemente desintoxica el suelo que rodea las raíces de las plantas y evita que las plantas absorban la toxina.
«Permitir que las plantas crezcan en ambientes ricos en mercurio es una de las formas en que este hongo protege su hogar vegetal», explicó St. Leger. «Es el único microbio que conocemos con el potencial de ser utilizado de esta manera, porque las bacterias con las mismas capacidades genéticas para desintoxicar el mercurio no crecen en las plantas. Pero pueden imaginarse simplemente sumergiendo semillas en Metarhizium y plantando cultivos que son ahora protegido de suelos ricos en mercurio».
Además de su potencial como una herramienta rentable para recuperar tierras contaminadas para la agricultura, Metarhizium puede ayudar a eliminar el mercurio de los humedales y las vías fluviales contaminadas que están cada vez más amenazadas por la contaminación por mercurio a medida que el cambio climático y el derretimiento del permafrost aceleran la liberación del metal tóxico en los suelos. y océanos.
Más información: Congcong Wu et al, Biorremediación de suelos y aguas contaminados con mercurio por el hongo simbiótico de plantas Metarhizium robertsii, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2214513119
