DTU está ayudando a una gran empresa internacional a encontrar sustancias propias de la naturaleza para combatir enfermedades fúngicas en los cultivos.
por Lotte Krull, Universidad Técnica de Dinamarca
La gran colección de hongos de moho de la Universidad y una colección menor de bacterias son parte del proyecto, y uno de ellos podría contener la solución. Treinta y ocho mil cuatrocientos aislados de hongos de moho toman el papel principal en el gran proyecto de investigación «Smarter AgroBiological Screening» (SABS). En el proyecto, DTU colabora con la empresa internacional FMC, que produce fitosanitarios como pesticidas para la agricultura.
Los escurridizos «actores principales» se almacenan en tubos de plástico con tapones de rosca rojos a exactamente 9 °C en un sótano de DTU, y forman una colección de hongos reconocida internacionalmente que fue iniciada en 1988 por investigadores universitarios que almacenaron los primeros aislados.
Ahora, 35 años después, serán estudiados detenidamente junto con una colección menor de bacterias. Quizás, estos microorganismos puedan ser utilizados para producir biofungicidas, es decir, sustancias naturales que puedan combatir las enfermedades fúngicas en los cultivos de cereales . Las expectativas son particularmente altas para los hongos de moho.
«Biotecnológicamente hablando, el hongo del moho es un organismo realmente emocionante, porque cada hongo tiene entre 50 y 80 vías de biosíntesis. Una vía de biosíntesis es una serie de reacciones dentro del organismo que permiten la producción de una sustancia bioactiva. En comparación, una bacteria normal podría tener de seis a siete vías de biosíntesis, mientras que una célula de levadura no tiene ninguna. Hace que los hongos sean realmente ricos pero también muy complejos de estudiar. Por lo tanto, explorar los hongos tiene un gran potencial, y tal vez podamos encontrar sustancias que puedan usarse para el control de enfermedades en la agricultura». dice Rasmus John Normand Frandsen, profesor asociado de DTU y coordinador de la parte del proyecto de DTU.
Él explica: «Para la gran mayoría de las sustancias, posiblemente hasta el 95% de ellas, no tenemos idea de para qué se usan o por qué los microorganismos las producen. Pero se crean en la naturaleza por una razón y tal vez con un propósito. podemos beneficiarnos».
El uso de pesticidas debe reducirse a la mitad
Es urgente encontrar alternativas a los plaguicidas de base química, ya que la UE propone reducir a la mitad el uso de los estados miembros para 2030 y una prohibición total en áreas sensibles.
Pero los pesticidas, a pesar de su mala reputación, han asegurado que los rendimientos de los cultivos no sean destruidos por enfermedades de las plantas e insectos. De acuerdo con un memorando de la Universidad de Aarhus, la eliminación gradual de los pesticidas resultará en pérdidas de producción significativas, y una eliminación total causará una disminución promedio en el rendimiento de los cereales del 23 %, así como grandes pérdidas (hasta un 50 %) en la remolacha azucarera y producción de papa.
Con el aumento de la demanda mundial de alimentos, necesitamos encontrar otras formas de asegurar buenos rendimientos de los cultivos para lograr una transición verde de fitomejoramiento que no requiera incluir más tierra para cultivos y, por lo tanto, emitir más CO 2 .
Preparación de la colección de hongos para robots
Entonces, ¿cómo se examinan 38 400 aislados de hongos de moho? En este momento, solo hay un método lento; el portátil, dice Niels Bjerg Jensen, gerente de proyecto en el proyecto y enlace con FMC. Pero como parte clave del proyecto SABS, toda la colección de hongos de DTU se «modernizará», para que podamos evitar la parte portátil en el futuro y usar robots para examinar la colección.
La modernización implica que dos técnicos de laboratorio actualmente recuperan los aislamientos del sótano y desenroscan la tapa roja, uno por uno, para pipetear las esporas del hongo y transferirlas a una placa de agar donde pueden crecer en el laboratorio. Después de 8 a 10 días, los técnicos de laboratorio pueden recolectar las esporas frescas y transferirlas a una bandeja de plástico con 24 orificios (o pozos, como se les llama en realidad) donde cada pozo alberga su propio aislado de hongos.
Luego, el robot se hace cargo y finalmente transfiere los hongos a una bandeja de plástico con 96 pocillos. Ahora, el formato de los hongos encaja en el proceso automatizado en el que un robot puede pipetear esporas de 96 hongos a la vez.
«En el futuro, esto significa que podremos detectar aproximadamente 100 veces más hongos de moho en un momento en que buscamos un organismo que nos ayude», dice Niels Bjerg Jensen, quien explica que la colección de hongos en el nuevo robot: El formato amigable se almacenará a menos 80 °C, de modo que los aislamientos se puedan recuperar una y otra vez para futuras evaluaciones.
Laboratorios de alto rendimiento
El proceso automatizado, donde se omite el pipeteo lento y manual, significa que tanto la velocidad como la cantidad de datos aumentan enormemente. Es una tendencia que se ve a nivel mundial denominada laboratorios de alto rendimiento.
«Es evidente, a partir de los artículos de investigación biotecnológica de todo el mundo, que los conjuntos de datos son cada vez más grandes. Hace apenas unos años, era normal que un conjunto de datos constara de quizás una docena de microorganismos. Ahora es posible incluir cientos de microorganismos», dice Rasmus John Nordmand Frandsen.
También exige la dotación de personal de los laboratorios de biotecnología, que ahora también necesitan perfiles que puedan programar robots y construir almacenes de datos para estructurar las enormes cantidades de datos biológicos.
Como las proyecciones de los hongos en DTU generan datos, también será posible utilizar inteligencia artificial en las proyecciones de los hongos.
«La inteligencia artificial puede encontrar conexiones y patrones en grandes cantidades de datos que los humanos simplemente no pueden analizar, y puede facilitar una identificación más rápida de los hongos que tienen el potencial de ayudarnos», dice Rasmus John Nordmand Frandsen.
Hongos prometedores descubiertos
En el proyecto SABS, DTU ya ha examinado e identificado algunos hongos prometedores que pudieron producir las codiciadas sustancias bioactivas en el laboratorio. Los candidatos han sido entregados a FMC para una mayor investigación. Si los resultados prometedores continúan, el siguiente paso es probar las sustancias bajo condiciones controladas en experimentos de campo donde se cultivan granos usando fungicidas naturales.
Para FMC, el proyecto representa una oportunidad para desarrollar soluciones que satisfagan las necesidades de la agricultura para completar una transición verde.
«Los biopesticidas proporcionan nuevos métodos para combatir las enfermedades de las plantas y ayudan a prolongar la utilidad de la química existente. Son una herramienta sostenible que satisface la necesidad de los cultivadores de plantas de nuevas soluciones y contrarresta la resistencia, lo que ayuda a prolongar la vida útil de las sustancias químicas activas, así como protege el medio ambiente», dice Burghard Liebmann, Director de I+D de Sanidad Vegetal en el Centro Europeo de Innovación de FMC en Hørsholm, Dinamarca.
«FMC está entusiasmado con la colaboración con DTU en el proyecto SABS. Nos beneficiamos de la gran y diversa colección de microorganismos de DTU Bioengineering. La experiencia de DTU en microbiología, genómica, metabolismo, automatización e inteligencia artificial es valiosa para el proyecto «.
