Las versátiles bacterias Streptomyces usadas para mejorar cultivos
Marytere Narváez/CONACYT
Especialistas del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (Ciatej), unidad Sureste, solicitaron una patente relacionada con la capacidad de las bacterias del género Streptomyces para producir compuestos con actividad antimicrobiana, con el propósito de controlar algunas enfermedades en cultivos hortofrutícolas y disminuir el uso de pesticidas químicos de origen sintético.
Pertenecientes al orden de los actinomicetos, las bacterias del género Streptomyces se distribuyen en ecosistemas naturales de todo el mundo y cuentan con un registro de más de tres mil especies reportadas hasta la actualidad.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Zahaed Evangelista Martínez, investigador titular del Ciatej unidad Sureste, describió que las bacterias Streptomyces son microorganismos encargados de descomponer y reincorporar la materia orgánica del suelo para que sea aprovechada por plantas y otros organismos.
De acuerdo con el investigador, uno de los aspectos más relevantes de estas bacterias desde el punto de vista biológico y ecológico es que durante el proceso de aprovechamiento de materia orgánica entran en contacto y compiten con otros microorganismos del ambiente por esos recursos, ante los cuales han desarrollado un sistema de competencia.
“Una estrategia que este grupo de bacterias tiene muy desarrollada es un sistema metabólico encargado de producir compuestos que excretan al medio ambiente y de esta manera inhiben el crecimiento de los competidores”, apuntó el investigador.
A partir de este proceso biológico, conocido en términos generales como antibiosis, se buscan moléculas que puedan ser aprovechadas en diferentes aspectos de la vida cotidiana, principalmente para la obtención de antibióticos y antifúngicos empleados ampliamente en la industria farmacéutica, veterinaria y agropecuaria, entre otras.
En colaboración con la doctora Claudia Guadalupe Torres Calzada y Abigail Ek Cen, egresada del Instituto Tecnológico Superior del Sur del Estado de Yucatán, Zahaed Evangelista realizó el estudio “Cepa de Streptomyces sp. con actividad contra microorganismos fitopatógenos, composición que la contiene y uso de la misma”, que se encuentra actualmente en solicitud de patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI).
Aprovechamiento para uso agrícola
Claudia Guadalupe Torres Calzada, adscrita al Centro de Ciencias Genómicas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), señaló que las bacterias del género Streptomyces son conocidas por su capacidad para producir un gran número de metabolitos bioactivos. “Sesenta por ciento de los productos que se han desarrollado para uso agrícola contiene algún compuesto biológico obtenido de estas bacterias”.
De acuerdo con la investigadora, hay ciertas características que hacen de este género de bacterias un candidato atractivo para su uso en el control biológico de enfermedades en plantas. Entre estas, destaca su capacidad para regular el metabolismo de las plantas mediante la producción de reguladores de crecimiento, su capacidad para potenciar la disponibilidad de nutrientes en el suelo y para reducir el estrés ambiental.
“Sin embargo, la más importante es, sin duda alguna, su capacidad para producir una extensa variedad de compuestos antimicrobianos capaces de reducir e incluso suprimir los patógenos que causan enfermedades en las plantas”, señaló la investigadora.
Bacterias Streptomyces contra hongos Colletotrichum
De acuerdo con Zahaed Evangelista, en la etapa poscosecha de cultivos como el mango y el chile habanero se presentan de manera natural microorganismos que provienen del suelo y del ambiente en donde se desarrollaron, y muchos de estos tienen el potencial para afectar la calidad del producto cosechado.
“La afectación tiene que ver con que estos microorganismos se desarrollan en el fruto, disminuyen la calidad del fruto y su vida de anaquel, por lo que si lo vemos desde el punto de vista económico, hay una pérdida importante para los productores y en toda la cadena de valor del fruto”, indicó el investigador.
En una primera etapa de investigación, los investigadores del Ciatej desarrollaron un estudio orientado a aprovechar los compuestos que generan las bacterias Streptomyces para recubrir los frutos poscosecha y, de esta forma, inhibir el crecimiento de un hongo fitopatógeno del género Colletotrichum, que provoca la enfermedad de la antracnosis.
“Primero teníamos que identificar una bacteria de Streptomyces que compitiera o que inhibiera el crecimiento de este hongo y, mediante diferentes metodologías en laboratorio, tratar de entender cuáles son los mecanismos por los cuales se lleva a cabo esta inhibición”, apuntó.
Para el aislamiento e identificación de los patógenos fúngicos, se utilizaron métodos de identificación clásica —mediante el uso de claves morfométricas— y métodos de identificación moleculares basados en PCR.
Tras la selección de la cepa Streptomyces sp., los investigadores se encargaron de establecer las condiciones en el laboratorio para producir los compuestos relacionados con la actividad inhibitoria deseada y obtenerlos posteriormente.
Una vez que obtuvieron los compuestos, validaron su funcionamiento a través de experimentos in vitro y diversas pruebas de laboratorio, en las que se comprobó el efecto inhibitorio del desarrollo del hongo fitopatógeno. “Eso nos daba la certeza de que íbamos por el camino correcto”, comentó.
Para la evaluación de la actividad antagonista del aislado bacteriano, se realizaron pruebas de antagonismo en placa y se evaluó mediante microscopía los efectos provocados por el aislado bacteriano sobre la germinación y crecimiento del hongo patógeno.
“Como parte fundamental de este estudio, se desarrollaron pruebas para evaluar el potencial de este aislado bacteriano para inhibir el crecimiento de los hongos directamente en los frutos afectados por esta enfermedad”, apuntó Claudia Torres.
En la segunda etapa, la mezcla de compuestos obtenidos de Streptomyces sp. se colocó sobre la superficie de los frutos de mango para probar su capacidad para evitar que el hongo patógeno Colletotrichum gloeosporioides se desarrollara y afectara los frutos.
De acuerdo con Zahaed Evangelista, se realizaron experimentos con un fungicida comercial para compararlos con los experimentos empleando los compuestos obtenidos de Streptomyces sp. y con frutos sin fungicida ni tratamiento alguno. “Veíamos la respuesta en esas tres condiciones y de esa manera validamos que la mezcla de compuestos que nosotros estábamos colocando sí tenía la capacidad para inhibir el crecimiento del hongo”, indicó.
Control biológico de enfermedades en cultivos
Entre los resultados principales de este estudio destacan los avances obtenidos sobre el efecto de la bacteria en la inhibición del patógeno. “Y desde luego, el resultado más promisorio es haber demostrado la capacidad que tiene esta cepa de Streptomyces para inhibir el crecimiento del patógeno”, resaltó Claudia Torres.
Los resultados obtenidos en los experimentos en fruto indican que esta cepa tiene una actividad antifúngica incluso mejor que algunas cepas comerciales utilizadas en campo. Si bien este es un estudio inicial, sienta las bases que permitirán continuar explorando las capacidades de esta cepa para su uso como agente de control biológico; es necesario continuar trabajando para determinar la naturaleza de los metabolitos que produce la bacteria, así como el modo de acción de los mismos.
Como parte de la solicitud de patente, los investigadores dejaron manifiesto que las moléculas obtenidas de Streptomyces sp. pueden ser empleadas para controlar enfermedades no solo en frutos, sino que pueden ser empleadas en otros cultivos.
“Otra manera de controlar una enfermedad es desarrollando formulaciones que puedan ser aplicadas en los cultivos directamente, para que la bacteria —o el producto obtenido de ella— que estamos introduciendo se adapte a las condiciones del suelo y permita que la planta pueda crecer más protegida y menos afectada por otros patógenos”, apuntó Zahaed Evangelista.
Desarrollo futuro en frutos diversos
De acuerdo con el investigador, en una próxima etapa se buscará comprobar si las moléculas seleccionadas son capaces de controlar otras enfermedades fúngicas en diferentes frutos.
“Otro paso es tratar de probarlo contra enfermedades bacterianas y emplearlo en frutos que tienen un impacto comercial fuerte en México, como el jitomate, cítricos, papaya y chiles. “El principal atributo es generar el cambio de utilizar un compuesto químico sintético a un compuesto natural”, señaló.
Finalmente, se evaluarán también los efectos tóxicos que las moléculas de Streptomyces sp. puedan generar en los consumidores. En caso de comprobar su inocuidad, se podrán desarrollar aplicaciones en frutos que se consumen directamente con cáscara.
Evangelina Esmeralda Quiñones Aguilar y Gabriel Rincón Enríquez, investigadores del Ciatej, unidad Zapopan, así como Élida Gastélum Martínez y Alberto Uc Várguez, de la unidad Sureste del Ciatej, formarán parte de las próximas investigaciones en torno a este desarrollo.
