Los perfumes de las bacterias
Elvis Marian Cortazar Murillo, Frédérique Reverchon, José Antonio Guerrero Analco , Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología, A.C.
Alfonso Méndez Bravo, CONACYT-Laboratorio Nacional de Síntesis Ecológica, ENES-Morelia, UNAM
Edith Garay Serrano, CONACYT-Red de Diversidad Biológica del Occidente Mexicano, Instituto de Ecología, A.C.
Todos los organismos emitimos gases de manera continua: al respirar, al transpirar, al salivar, etc. Estos gases forman parte de nuestro lenguaje químico, y ¡hasta hacen que nos enamoremos! Las bacterias (Figura 1) no son la excepción, emiten compuestos volátiles que actúan como señales químicas e intervienen en la comunicación entre ellas y otros organismos, por ejemplo, hongos, plantas o animales. Estos volátiles son compuestos pequeños y odoríferos que se difunden y evaporan fácilmente: ¡perfectos para comunicarse con organismos a larga distancia!
Figura 1. Bacterias en forma de bacilos, teñidas con reactivos de Gram y observadas al microscopio A) Bacillus sp. A8a; B) Bacillus sp. HA (Fotos: Marian Cortazar).
Lo interesante de estos perfumes bacterianos es que tienen un gran potencial biotecnológico y podrían emplearse en estrategias de manejo para una agricultura más sustentable. Aquí les damos algunos ejemplos basados en las investigaciones que actualmente realizamos.
Figura 2: Reducción de los filamentos (hifas) del microorganismo fitopatógeno Phytophthora cinnamomi por los volátiles producidos por la bacteria Bacillus sp. A8a (Modificado de Méndez-Bravo et al. 2018).
- Los volátiles bacterianos pueden mitigar enfermedades de las plantas
Existen evidencias que algunos compuestos volátiles emitidos por bacterias pueden afectar el crecimiento de microorganismos fitopatógenos, como los hongos Fusarium solani, Fusarium kuroshium, Colletotrichum gloeosporioides, o el pseudohongo Phytophthora cinnamomi 1,2,3, que enferman a los árboles de aguacate, entre otros frutales y hortalizas. El efecto benéfico de los volátiles se manifiesta de diferentes formas: deformando los filamentos (o hifas) que conforman a los hongos, reduciendo la extensión y la densidad de estos filamentos o inhibiendo la germinación de las esporas, lo que impide su reproducción (Figura 2). En la actualidad, numerosas investigaciones están buscando aplicar estos volátiles bacterianos en condiciones de campo, para ayudar a mitigar las enfermedades causadas por hongos que afectan a cultivos agrícolas de importancia económica. Estas estrategias se conocen como control biológico y consisten en la aplicación de un producto de origen bacteriano para contrarrestar el impacto causado por otro microorganismo perjudicial, sin emplear agroquímicos convencionales.
Figura 3: Incremento en follaje y ramificaciones laterales de raíces en plántulas de Arabidopsis thaliana, que fueron influenciadas por los volátiles producidos por la bacteria Bacillus sp. HA (mancha blanca en la imagen derecha) (Foto: Marian Cortazar)
- Los volátiles bacterianos pueden promover el crecimiento de las plantas
Por otro lado, se sabe que algunas bacterias son capaces de modificar la estructura de las raíces de las plantas sin estar en contacto físico con éstas, gracias a los volátiles que producen y que son altamente difusibles en el suelo. Las plantas pueden percibir estos compuestos como fuente de nutrimentos y como señales químicas que alteran su maquinaria interna para hacerlas más fuertes cuando se enfrenten a un organismo patógeno. Existen también cambios externos que las plantas desarrollan cuando están bajo la influencia de los “perfumes” bacterianos, por ejemplo, aumenta su capacidad exploratoria y de absorción de nutrimentos a través de la formación de numerosas raíces secundarias o laterales y del desarrollo de múltiples pelos radiculares; otro efecto benéfico es un mayor tamaño de sus hojas (Figura 3), lo que aumenta la producción de energía a través de la fotosíntesis. Estos beneficios en conjunto proporcionados por los volátiles hacen que las plantas sean capaces de desarrollarse y crecer en situaciones de estrés generadas por los fitopatógenos. Por ello, ciertas investigaciones se han centrado en explorar el potencial de los volátiles bacterianos para su uso en un manejo agrícola más sustentable, como bioinoculantes que podrían mejorar el crecimiento, productividad y resistencia de las plantas 4 (Figura 4).
Figura 4: Potencial de los volátiles bacterianos para una agricultura más sustentable (Esquema: Frédérique Reverchon)
Esta investigación forma parte del proyecto no. 292399, financiado por el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (FORDECYT).
Referencias
1 Méndez-Bravo et al. 2018. Plos ONE 13: e0194665
2 Guevara-Avendaño et al. 2019. Microbiological Research 219: 74-83
3 Báez-Vallejo et al. 2020. Microbiological Research 235: 126440.
4 Kanchiswamy et al. 2015. Frontiers in Plant Science 6: 151