El Cambio climático, la guerra de Ucrania, la escalada de los precios de la energía, el acceso a los fertilizantes, la pandemia del COVID-19, el desperdicio de alimentos, entre otras, podrían provocar una enorme crisis en un mercado especialmente sensible, el alimentario, con las consecuencias en materia de seguridad alimentaria que ello conlleva. Y es especialmente grave para muchos países subdesarrollados, que no pueden producir y mucho menos pagar alimentos de primera necesidad, como lo son los cereales. En este sentido, se necesita una reflexión, un cambio en la gestión y en la productividad agroalimentaria, si queremos alimentar a las más de 2000 millones de personas que habitarán el planeta en las próximas décadas.
Yendo más allá del terreno político-económico, la ciencia continúa explorando tecnologías bio-sostenibles para aumentar el rendimiento de los cereales y otros cultivos alimentarios. Parte de esos abordajes pasan por atajar las pérdidas de cosechas o los bajos rendimientos de los cultivos agrícolas, debido a las plagas y a las enfermedades de las plantas. De hecho se ha documentado que las pérdidas en cinco de los principales cultivos alimenticios: trigo, arroz, maíz, patata y soja, en todo el mundo, oscilan entre un 10-40%.1.
Curioseando en el apasionante mundillo de los entomófagos y los entomopatógenos, tema al cual dedicaremos un post próximamente, encontré un interesante artículo de investigadores de Gutenberg University of Mainz (JGU)2, relacionado con un bioinsecticida bacteriano, la vieja conocida Photorhabdus luminescens (anteriormente llamada Xenorhabdus luminescens) una enterobacteria bioluminescente, simbionte de nematodos del suelo, a la vez que patógena de insectos3
La «vida dual» de la bacteria patógena de insectos Photorhabdus luminescens (La doble vida de Photorhabdus luminescens):
La variante primaria (I) de la bacteria vive en simbiosis con sus huéspedes, los nematodos, que atacan y matan las larvas de insectos. Debido a que esta variante es bioluminiscente, las larvas que mata brillan con una luz azul (izquierda). La variante secundaria genéticamente idéntica (II) no puede interactuar con los nematodos, permanece en el suelo después de un ciclo de infección y, en cambio, interactúa con las raíces de las plantas (derecha). Fuente: https://www.uni-mainz.de/eng/index.php .
Antes de referirme al hallazgo de los investigadores de JGU, les convido a leer historias relacionadas con esta “vieja conocida”, en especial aquellas relacionadas con la historia del “brillo del ángel” (Angel’s glow), que hace referencia al resplandor azul verdoso que tenían algunos caídos de la batalla de Shiloh, en el año 1862 durante la Guerra Civil Americana4.
Es una bacteria luminiscente, que solo vive en ambientes fríos y húmedos
El caso es que P. luminescens, es una bacteria luminiscente, que solo vive en ambientes fríos y húmedos. La batalla se libró en un lugar con características de humedad y temperaturas que favorecían la proliferación de esta bacteria y esta al crecer libera sustancias antimicrobianas (fundamentalmente estilbenoides) que matan a todas las demás bacterias y competidores, cuando finalmente los heridos fueron evacuados a hospitales (más calentitos) P. luminescens desaparecía (no puede replicarse por encima de 34ºC), pero aquellos que habían visto brillar sus heridas tenían una mayor tasa de supervivencia. De ahí el «resplandor/brillo del ángel».
Volviendo al tema que nos ocupa, en el trabajo de los investigadores del equipo del profesor Heermann se demostró que esta enterobacteria también puede proteger a las plantas contra infecciones fúngicas. P. luminescens se caracteriza por un ciclo de vida dual: i) interactúa en simbiosis con nematodos entomopatógenos (Heterorhabditidae, Steinernematidae, Rhabditida, etc.) y, ii) es altamente patógena para una amplia gama de especies de insectos, dado que produce toxinas y metabolitos secundarios contra sus larvas.
Se han identificado dos variantes fenotípicas
En P. luminescens se han identificado dos variantes fenotípicas (primaria y secundaria) genéticamente idénticas, pero de comportamientos diferenciados. Y en este caso, los investigadores demostraron que la variante secundaria, que no establece simbiosis con los nemátodos5, puede sobrevivir en el suelo y carece de bioluminiscencia. Esta variante es capaz de colonizar el micelio fúngico y al degradar su quitina (componente mayoritario de la pared fúngica), lo destruye2. El análisis de los transcriptos primarios de esta variante mostró además que era más sensible (se siente más atraída) a los exudados provenientes de las raíces de las plantas. Lo cual apunta a que esta variante de la bacteria interactúa más intensamente con las plantas, utilizando los exudados y produciendo sustancias que inhiben el crecimiento de hongos fitopatógenos.
Los nematodos entomopatógenos son parásitos naturales de insectos
Recordemos que los nematodos entomopatógenos son parásitos naturales de insectos, y que cuando estos ingresan al cuerpo, liberan a P. luminescens, que es la responsable de causar la muerte de estos insectos. Pues bien, esta simbiosis mutualista entre el nematodo y la bacteria es muy especial, P. luminescens, produce antibacterianos que evita que otro tipo de bacterias crezca dentro del insecto, preservando al insecto mientras el nematodo se desarrolla en su interior.
Desde el punto de vista ecológico es probable que la variante secundaria de Photorhabdus luminescens, genéticamente idéntica a su forma primaria, pero con comportamientos diferenciados (no produce luciferasa, por ejemplo), este destinada a asegurar la supervivencia de Photorhabdus en el caso de los nematodos huéspedes no encuentren a ningún insecto. A partir de aquí surge la pregunta de si otras bacterias tienen este comportamiento o “vida dual”. En cualquier caso, y a la espera de respuestas a estas preguntas nos quedamos con las reflexiones del profesor de la JGU Ralf Heermann, refiriéndose a este hallazgo: «Vemos esto como una excelente oportunidad para hacer que la agricultura sea más ecológica y sostenible con la ayuda de estas bacterias».
Puedes conocer más curiosidades de este tipo en nuestro curso de Fundamentos de Microbiología Aplicada.
- Savary S, Willocquet L, Pethybridge SJ, Esker P, McRoberts N, Nelson A. The global burden of pathogens and pests on major food crops. Nature ecology & evolution. 2019;3(3):430-439.
- Dominelli N, Platz F, Heermann R. The Insect Pathogen Photorhabdus luminescens Protects Plants from Phytopathogenic Fusarium graminearum via Chitin Degradation. Applied and Environmental Microbiology. 2022:e00645-00622.
- Münch A, Stingl L, Jung K, Heermann R. Photorhabdus luminescens genes induced upon insect infection. BMC Genomics. 2008;9(1):229.
- Youle M. The Two Faces of Photorhabdus: Small Things Consid.; 2009.
- Regaiolo A, Dominelli N, Andresen K, Heermann R. The Biocontrol Agent and Insect Pathogen Photorhabdus luminescens Interacts with Plant Roots. Applied and Environmental Microbiology. 2020;86(17):e00891-00820.
