Los compuestos antimicrobianos que producen las plantas de soja cuando están amenazadas por insectos, enfermedades e incluso la sequía pueden ayudar a los animales a mantenerse sanos, reduciendo así la necesidad de antibióticos.
por Christie Delfanian, Universidad Estatal de Dakota del Sur
«Cuando una soja es atacada por un patógeno, la planta produce fitoquímicos llamados glicolinas como mecanismo de defensa», explicó el profesor asistente Bishnu Karki del Departamento de Biología y Microbiología de la Universidad Estatal de Dakota del Sur. Su grupo de investigación ha identificado patógenos y procesos a escala de laboratorio para desencadenar la producción de glicolinas y ha comenzado a evaluar las variedades de soja para ver cuáles producen niveles más altos de compuestos antimicrobianos.
«Los animales, como los cerdos y las aves de corral, ya consumen dietas ricas en soja y podrían beneficiarse de las propiedades antimicrobianas de los fitoquímicos», dijo Karki, señalando que los científicos están estudiando el impacto de las glicolinas en la salud humana, específicamente en relación con el cáncer, la inflamación y las enfermedades cardiovasculares. enfermedades.
La investigación de Karki cuenta con el apoyo de fondos de la Ley Hatch del Departamento de Agricultura de los EE. UU. A través de la Estación Experimental Agrícola de Dakota del Sur. En el proyecto también han trabajado dos estudiantes de maestría y varios estudiantes de grado.
En el pasado, los antibióticos se integraban en el alimento y el agua de los animales para ayudar a los animales a mantenerse saludables y alcanzar el peso de mercado de manera eficiente. Sin embargo, la Directiva de Alimentos Veterinarios de la FDA, que busca disminuir el desarrollo de microorganismos resistentes a los antibióticos, recientemente limitó el uso de antibióticos a problemas de salud específicos. Por lo tanto, los productores de ganado necesitan alternativas naturales, como la soja enriquecida con glicolina, que puedan brindar beneficios similares a los de los antibióticos.
Produciendo glicolinas
En condiciones normales, las glicolinas no están presentes en la soja, dijo Karki. Cuando la soja se ve amenazada por factores de estrés ambientales, como una infección por hongos , la planta responde produciendo glicolinas para defenderse.
Karki y su equipo trabajaron con el químico investigador Mark Berhow del grupo de alimentos funcionales del Servicio de Investigación Agrícola del USDA en Peoria, Illinois, para determinar cómo maximizar la producción de glicolinas en la soja. El objetivo era producir al menos tres miligramos de glicolinas por gramo de soja, la cantidad necesaria para su uso como antimicrobiano en la alimentación porcina.
Los investigadores encontraron que las semillas de soja germinadas y descascaradas, inoculadas con hongos, producían niveles más altos de glicolinas que los frijoles con cáscara o cortados a la mitad. Luego, las semillas de soja se liofilizan y se muelen para determinar los niveles de glicolinas. Los resultados, publicados en la revista Mycological Progress , mostraron la capacidad de producir 3,763 mg de glicolinas por gramo de soja.
En un estudio posterior, los investigadores evaluaron alrededor de una docena de variedades de soja, inoculándolas con dos variedades de hongos comestibles e incubándolas hasta por 120 horas. Descubrieron que el hongo, Aspergillus sojae, provocaba una mejor producción de glicolinas con niveles máximos de 96 a 120 horas de incubación.
Además, dijo Karki, «la variedad de soja marca la diferencia». Aunque la susceptibilidad de una variedad a las enfermedades fúngicas no impulsó la producción, las variedades de maduración temprana tendieron a producir más glicolinas y la exposición a la luz ultravioleta antes de la inoculación fúngica mejoró esos resultados.
El siguiente paso será probar una mayor cantidad de variedades de diferentes estados para identificar aquellas con mayor potencial para producir glicolinas y luego trabajar con los mejoradores para examinar las vías genéticas a través de las cuales esto ocurre.
Pasando al siguiente nivel
«Tenemos un proceso a escala de laboratorio, pero necesitamos ampliarlo para mostrar su viabilidad», dijo Karki, y señaló que las pruebas para asegurarse de que el proceso fuera repetible involucraron hasta 100 granos. El nuevo Instituto de Bioproductos POET en el Parque de Investigación de SDSU desempeñará un papel integral en la ampliación de esta tecnología. La instalación debería estar terminada para el verano de 2023.
«El uso de compuestos naturales para reemplazar a los antibióticos podría cambiar las reglas del juego en la industria de producción animal. A través del Instituto de Bioproductos POET, los investigadores pueden colaborar con socios de la industria para llevar al mercado tecnologías de bioprocesamiento prometedoras como esta», dijo Distinguished El profesor Bill Gibbons, decano asociado de investigación de la Facultad de Ciencias Agrícolas, Alimentarias y Ambientales y director de la Estación Experimental Agrícola de Dakota del Sur.
«La producción de glicolinas es mejor cuando se descascaran las semillas de soja, pero debemos mantener el endospermo intacto para que la semilla germine», continuó. «El equipo de descascarado comercial puede romper la soja, por lo que necesitamos diseñar una máquina personalizada que pueda eliminar las cáscaras sin alterar el endospermo».
Además, comprender las vías metabólicas a través de las cuales la soja desvía energía para producir glicolinas ayudará a los científicos a manipular esas vías para aumentar la producción del compuesto antimicrobiano.
«La soja es uno de los productos básicos más importantes del mercado de la nutrición animal y humana», dijo Karki. Si la soja rica en glicolinas puede proporcionar beneficios para la salud de los animales, también puede tener potencial para mejorar la salud humana .
