NANOPARTÍCULAS: UNA ALTERNATIVA CONTRA HONGOS FITOPATÓGENOS
Luis A. Hermida-Montero1,2 y Nicolaza Pariona Mendoza1
1 Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología A.C.
2 Centro de Investigación en Materiales Avanzados SC (CIMAV), Laboratorio Nacional de Nanotecnología
Las enfermedades fitopatógenas (enfermedades de las plantas) causan pérdidas económicas en el sector agrícola. Estas enfermedades son causadas por hongos, bacterias, virus, protozoarios y nemátodos. Por ejemplo, algunas especies de hongos del género Fusarium (tales como F. oxysporum, F. solani, F. graminearum, etc.) causan marchitamiento vascular, putrefacción de las raíces, caída de las hojas y reducción del fruto. Entre los cultivos más susceptibles a ser afectados por estos hongos se incluye el tomate, algodón, cebada, plátano, mango, papa y col. Las bacterias del género Erwinia afectan principalmente hojas, tallos, flores y frutos de diversos cultivos, tales como: zanahorias, peras, aguacate, papaya y tomate. Entre los virus, el virus del mosaico de tabaco, a pesar de su nombre, también es capaz de afectar diferentes plantas como tomates, orquídeas, y pepinos. Para el control de estas enfermedades se utilizan pesticidas, tales como: propiconazol, triazoles, benzimidazoles, estreptomicina, oxitetraciclina, etc. El uso de los pesticidas causa estragos en el sector agrícola, debido a que los microbios desarrollan resistencia. Además, los pesticidas contaminan el medio ambiente. Por esto, es de vital importancia desarrollar métodos alternos para el control de enfermedades de plantas.
Las nanopartículas son materiales con tamaños desde 1 a 100 nm, donde un nm es una mil millonésima parte de un metro (10−9 m). Estas diminutas partículas pueden potenciar las propiedades que presentan los materiales de mayor escala. Por ello, en los últimos años se ha incrementado el interés de la aplicación de nanopartículas con propiedades antimicrobianas en la agricultura. Ya que los óxidos de zinc y cobre son antimicrobianos per se; se ha demostrado que las nanopartículas de óxido de zinc y cobre potencian su efectividad contra varias especies de hongos y bacterias fitopatógenas. Aunado a esto, se ha demostrado que estas nanopartículas afectan positivamente el crecimiento de las plantas. Por ello, la aplicación de estas nanopartículas representa una alternativa al uso de los pesticidas.
La acción antimicrobiana de las nanopartículas está vinculada principalmente al estrés oxidativo inducido por la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS; por sus siglas en ingles), tales como radicales libres. En la Fig. 1 se esquematiza la actividad antimicrobiana de las nanopartículas, estas al entrar en contacto con el microorganismo, desestabiliza la pared y membrana celular con un cambio en su permeabilidad, facilitando la entrada de las nanopartículas a la célula. Una vez dentro de las células, las nanopartículas actúan como un “caballo de Troya” liberando iones metálicos (Cu+ para cobre y Zn+ para zinc). Tanto las nanopartículas como los iones inducen toxicidad y estrés oxidativo. En consecuencia, degrada varios compuestos y estructuras vitales para la supervivencia de los microorganismos; como la inactivación de proteínas, daño a enzimas y daño al material genético como el ADN. Cabe destacar que dicho mecanismo dificulta la generación de una resistencia antimicrobiana a corto plazo, ya que ataca a diferentes partes de la célula.
Fig. 1. Representación esquemática del mecanismo de actividad antimicrobiana de las nanopartículas de cobre y óxido de zinc. (Imagen; Luis A. Hermida-Montero y Nicolaza Pariona)
Las propiedades antimicrobianas de las nanopartículas dependen principalmente de la composición química, tamaño y forma de partícula. En este sentido es importante el diseño de las nanopartículas para producirlas. Así mismo, otros factores que influyen en la efectividad antimicrobiana es la concentración de las nanopartículas y la cepa de microorganismo. Por ello, en nuestro grupo de trabajo se desarrollan métodos de obtención de nanopartículas de óxido de zinc (Fig. 2a) y óxido de cobre (Fig. 2b) para su potencial uso en el control de enfermedades fitopatógenas. Por ejemplo, entre los resultados a nivel laboratorio, se observaron que las nanopartículas de cobre tienen mayor actividad antifúngica contra Fusarium oxysporum, que las de óxido de zinc (Fig. 3). Por lo tanto, las nanopartículas de cobre podrían ser una alternativa para el control de enfermedades fitopatógenas.
Fig. 2. Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET) de nanopartículas de a) ZnO y b) Cu. (Foto: Francisco Paraguay-Delgado. CIMAV)
Fig. 3. Crecimiento de Fusarium oxysporum en agar papa dextrosa en ausencia de nanopartículas (a), y presencia de nanopartículas de ZnO (b) y Cu (c). (Foto: Luis A. Hermida-Montero)
Pie de figuras:
Fig. 1. Representación esquemática del mecanismo de actividad antimicrobiana de las nanopartículas de cobre y óxido de zinc. (Imagen; Luis A. Hermida-Montero y Nicolaza Pariona)
Fig. 2. Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET) de nanopartículas de a) ZnO y b) Cu. (Foto: Francisco Paraguay-Delgado. CIMAV)
Fig. 3. Crecimiento de Fusarium oxysporum en agar papa dextrosa en ausencia de nanopartículas (a), y presencia de nanopartículas de ZnO (b) y Cu (c). (Foto: Luis A. Hermida-Montero)