Un estudio realizado en el Centro Brasileño de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM) descubrió que tres cepas de la bacteria Pseudomonas pueden inhibir el crecimiento, e incluso causar la muerte, del hongo responsable de la podredumbre de la piña, una enfermedad que ataca a la caña de azúcar, especialmente en la temporada de siembra.
por FAPESP
Los resultados se informan en un artículo publicado en Environmental Microbiology , una revista de la Sociedad de Microbiología Aplicada del Reino Unido, y podrían servir como base para el desarrollo de fungicidas biológicos como alternativa a los pesticidas químicos que se usan actualmente para combatir la enfermedad.
Se encontró que las tres cepas de Pseudomonas inhiben in vitro hasta un 80% del crecimiento micelial de Thielaviopsis ethacetica, un hongo que vive en el suelo y penetra los tallos de la caña de azúcar a través de cortes o heridas. La enfermedad puede reducir la brotación y, por lo tanto, el rendimiento hasta en un 50%. Los micelios son una masa de filamentos tubulares ramificados (hifas) que se asemejan a un sistema de raíces, a través del cual los hongos absorben los nutrientes del medio ambiente.
La bacteria produjo 62 compuestos orgánicos volátiles (COV), que regularon a la baja los genes relacionados con el metabolismo de los carbohidratos esenciales para el crecimiento de hongos. Los COV son los principales productos metabólicos de las bacterias y pueden ser líquidos o gaseosos y se evaporan fácilmente a temperatura ambiente. Entre sus ventajas está la capacidad de recorrer largas distancias si se aplica a cultivos.
“Vimos por primera vez que la molécula actúa directa o indirectamente sobre el ADN del patógeno, causando daño al hongo. Es un compuesto que altera el ADN del hongo. Este tipo de molécula no se investiga mucho en Brasil. fortalezca esta línea de investigación y conviértase en una fuente líder de conocimiento sobre este tipo de moléculas en nuestro país», dijo a Agência FAPESP Juliana Velasco de Castro Oliveira, última autora del artículo. Es investigadora del Laboratorio Nacional de Biorenovables de Brasil (LNBR) del CNPEM.
A través del análisis transcriptómico de la respuesta fúngica a los COV, en el que identificaron y cuantificaron la expresión de genes nuevos o previamente conocidos, así como el examen por microscopía electrónica , los científicos detectaron cambios en la expresión de genes importantes y alteraciones morfológicas críticas en los micelios tratados. con COV, lo que demuestra que obstaculizan el crecimiento de hongos e incluso pueden conducir a la muerte celular.
“Pudimos encontrar cepas bacterianas que controlaron eficientemente este hongo, que causa grandes daños a los cañaverales”, dijo Oliveira. “También identificamos moléculas que no habían sido descritas como capaces de matar al hongo y probamos que dañan su ADN, una propiedad poco documentada en la literatura”.
La pudrición de la piña es una enfermedad que afecta a varios cultivos tropicales, pero en Brasil tiene un impacto significativo en los rendimientos de la caña de azúcar. El hongo evita que los esquejes (o plantones, segmentos de caña que brotan para formar nuevos tallos) germinen o se desarrollen por completo, destruyendo porciones de una plantación. A medida que el hongo se reproduce en el interior de la planta, las fibras del tallo se enrojecen, oscureciéndose gradualmente y cubriéndose de esporas. La fermentación provocada por el patógeno libera un olor a piña.
La incidencia de la enfermedad ha aumentado en los últimos años, y ahora se encuentra entre las más frecuentes en los cañaverales. Brasil es el principal productor mundial de caña de azúcar. En la campaña 2020-21 cosechó 654,5 millones de toneladas métricas, de las cuales produjo 41,2 millones de toneladas de azúcar y 29.700 millones de litros de etanol.
Las técnicas de manejo de cultivos, como la selección de plántulas y una buena labranza, pueden ayudar a prevenir la pudrición de la piña, pero se requieren agroquímicos para controlar la infección, y estos pueden ser peligrosos para el medio ambiente y la salud humana a menos que se apliquen con cuidado.
«Brasil es una potencia agrícola», dijo Oliveira. «Sabemos que los pesticidas químicos aún no se pueden reemplazar por completo con alternativas biológicas, pero con más investigaciones como la nuestra, la oferta de estos podría aumentar en el mercado, convertirse en alternativas sostenibles y ayudar a reducir la dependencia de Brasil de las importaciones».
Cada año Brasil importa más de 330.000 toneladas métricas de insecticidas, herbicidas y fungicidas, según datos del Ministerio de Economía. Además, entre 2019 y 2021 se autorizó el uso de al menos 1500 nuevos pesticidas por parte de los agricultores.
Nuevas tecnologías
Los investigadores comenzaron analizando las alrededor de 7000 bacterias de diferentes tipos de suelo y raíces en la colección de microorganismos de LNBR. Seleccionaron 70 bacterias pertenecientes a varios géneros y de diferentes partes de Brasil, como los estados de Tocantins, Mato Grosso y São Paulo. Esta muestra se sometió a ensayos in vitro para evaluar la capacidad de la bacteria para inhibir el crecimiento del hongo. Las tres cepas de Pseudomonas identificadas como las más efectivas en este sentido fueron confirmadas por secuenciación genética.
Ahora han iniciado una nueva etapa con el objetivo de descubrir la especie a la que pertenecen las cepas. «Sabemos que son diferentes, pero aún no estamos seguros de identificar la especie», dijo Oliveira. «Para llegar a una definición, debemos realizar la secuenciación del genoma completo de estas bacterias. De hecho, ya hemos señalado que uno debe ser de una especie que aún no se ha descrito. Intentaremos describirlo en breve, en asociación con la UNICAMP [Universidad de Campinas en São Paulo]».
En el grupo de investigación participan científicos afiliados al Programa de Posgrado en Genética y Biología Molecular de la UNICAMP ya la Universidad Federal de Lavras (UFLA), en el estado de Minas Gerais. «Es imposible hacer una investigación por su cuenta en estos días, especialmente cuando está explorando un área nueva. La colaboración es importante para combinar diferentes tipos de experiencia», explicó.
En el Laboratorio Brasileño de Luz Sincrotrón (LNLS) del CNPEM, que opera Sirius, el acelerador de partículas de cuarta generación de Brasil, el análisis espectroscópico confirmó la capacidad de las biomoléculas para dañar el ADN fúngico. Se utilizaron luz infrarroja y otras técnicas de alta sensibilidad para revelar esta propiedad de las biomoléculas.
Además, se evidenciaron alteraciones morfológicas severas del micelio por medio de microscopía de transmisión y barrido en el Laboratorio Nacional de Nanotecnología de Brasil (LNNano) del CNPEM.
