Descubren bacterias capaces de matar a un hongo causante de una enfermedad de la caña de azúcar

Conocida como pudrición de esquejes, esta infección llega a acometer al 50 % de la brotadura de las plantas. Los resultados obtenidos por científicos de Brasil abren el camino hacia la búsqueda de fungicidas biológicos alternativos al uso de agrotóxicos

Por Luciana Constantino  |  Agência FAPESP – Un estudio realizado en Brasil, en el Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM), arribó al descubrimiento de tres linajes de bacterias del género Pseudomonas con capacidad para inhibir el crecimiento e incluso causar la muerte del hongo responsable de la enfermedad denominada pudrición de esquejes de la caña de azúcar, que ataca a los cañamelares fundamentalmente durante el período de plantío.

Los resultados de este trabajo, publicados en la revista científica Environmental Microbiology, de la Society for Applied Microbiology, hacen posible el desarrollo de fungicidas biológicos alternativos a los agrotóxicos que se aplican actualmente contra esta plaga.

Las tres cepas de las bacterias fueron capaces de inhibir in vitro hasta un 80 % del crecimiento micelial del hongo Thielaviopsis ethacetica, existente en el suelo y que se aprovecha de cortes o heridas existentes en los cogollos de la caña de azúcar para entrar en la planta y reducir hasta un 50 % la brotadura, con la consiguiente merma de productividad. Los micelios forman la masa de ramificación, compuesta por un conjunto de filamentos (hifas) enredados, que carga nutrientes imprescindibles para la supervivencia del hongo.

Esta investigación demostró que esas bacterias produjeron 62 compuestos orgánicos volátiles (COV) distintos, que regularon negativamente los genes relacionados con el metabolismo de hidratos de carbono, esencial para el crecimiento del hongo. Los COV son productos derivados del metabolismo de las bacterias, y pueden obtenerse en forma de líquidos y gases, que se evaporan fácilmente a temperatura ambiente. Una de las ventajas de esto es que pueden llegar a largas distancias en una eventual aplicación en cultivos.

“Por primera vez hemos visto que la molécula actúa directa o indirectamente en el ADN del patógeno, provocando un daño. Se trata de un compuesto que rompe el ADN. Este tipo de moléculas es poco explorado en Brasil. Nuestro objetivo consiste en hacernos fuertes en esta  línea de investigación y convertirnos en referentes en el estudio de estas moléculas en nuestro país”, le dijo a Agência FAPESP Juliana Velasco de Castro Oliveira, investigadora del Laboratorio Nacional de Biorrenovables de Brasil (LNBR), del CNPEM, y coordinadora del trabajo.

Este estudio fue financiado por la FAPESP mediante dos ayudas de investigación (17/24395-5 y 17/20521-6), vinculadas respectivamente a los programas de la Fundación de Investigaciones en Bioenergía (BIOEN) y de Investigación en Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE). 

Durante los análisis transcriptómicos de la respuesta del hongo a los COV (utilizados para identificar y cuantificar la expresión de genes nuevos o previamente conocidos) y de microscopía electrónica, los científicos detectaron cambios en la expresión de genes importantes, como así también alteraciones morfológicas críticas en los micelios tratados con COV, comprobando su menor crecimiento e incluso la muerte celular.

“Logramos encontrar cepas de bacterias eficientes en el control del patógeno que provoca daños importantes en el cultivo de la caña de azúcar. También identificamos moléculas que no habían sido descritas en el sentido de que tuvieran capacidad para matar a esos hongos, y comprobamos que esas moléculas logran causarle daño al ADN, lo que está poco documentado en la literatura”, resume Velasco de Castro Oliveira.

La pudrición de esquejes es una enfermedad que afecta a diversos cultivos tropicales, pero en Brasil impacta especialmente en la productividad del sector de azúcar y energía. El hongo logra impedir la germinación de plántulas o retardar su desarrollo, dejando las áreas afectadas con grandes fallas.

A medida que el hongo se va reproduciendo en el interior de la planta, las fibras del tallo exhiben una coloración rojiza, que va quedando paulatinamente más oscura y cubierta de esporas. La fermentación que el patógeno provoca libera un olor parecido al del ananá.

Con el incremento de su incidencia en los últimos años, esta enfermedad se ubica entre las más frecuentes en los cañamelares. Brasil es el mayor productor mundial de caña de azúcar. En la zafra 2020-2021, fue responsable de la producción de 654,5 millones de toneladas, destinadas a la producción de 41,2 millones de toneladas de azúcar y 29.700 millones de litros de etanol.

Algunas técnicas de manejo en la época del plantío, tales como la selección de plantines y los cuidados en la preparación del suelo, ayudan a prevenir la pudrición de esquejes. Sin embargo, para controlar la infección, es necesaria la aplicación de agrotóxicos, que pueden generar riesgos para el medio ambiente y para la salud humana en caso de que no se los aplique de la manera y en la cantidad adecuada.

“Brasil es una potencia agrícola. Sabemos que aún no es posible reemplazar completamente los pesticidas químicos por alternativas biológicas. Con nuevos estudios, como el nuestro, esta oferta puede crecer en el mercado, erigiéndose como una alternativa sostenible y que puede ayudar a reducir la dependencia del país de la importación de productos”, dijo la investigadora.

Brasil importa anualmente un total que asciende a más de 330 mil toneladas de insecticidas, herbicidas y fungicidas, según datos del Ministerio de Economía. Asimismo, entre 2019 y 2021 se autorizó el uso al menos 1.500 nuevos pesticidas.

Nuevas tecnologías

Los investigadores iniciaron el trabajo partiendo del banco de microorganismos del LNBR, que cuenta con una colección de alrededor de 7.000 bacterias de distintos tipos de suelos y de raíces. Seleccionaron 70 microorganismos de diferentes géneros, provenientes de diversos lugares, tales como los estados de Tocantins, Mato Grosso y São Paulo. Y esa muestra fue sometida a ensayos in vitro para evaluar la capacidad de inhibir el crecimiento del hongo y llegar así a los tres linajes del género Pseudomonas, que se confirmaron mediante secuenciación genética.

Ahora los científicos han puesto en marcha una nueva fase con miras a descubrir las especies de estas cepas. “Sabemos que son diferentes, pero aún no sabemos cuáles son con seguridad. Para ello tendremos que efectuar la secuenciación total de esas bacterias. Incluso vimos que una de ellas es de una especie que aún ha sido descrita. En colaboración con la Unicamp [la Universidad de Campinas], pronto intentaremos describirla”, afirmó Velasco de Castro Oliveira.

Científicos del Programa de Posgrado en Genética y Biología Molecular de la Unicamp y de la Universidad Federal de Lavras participan en el grupo de investigación. “Hoy en día no es posible hacer investigación en soledad, fundamentalmente cuando se está explorando una área nueva. De allí la importancia de aunar capacidades”, añadió.

En el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS), responsable de la operación de Sirius, un acelerador de partículas de cuarta generación, los análisis de espectroscopía confirmaron la capacidad de las biomoléculas para provocarle daños al ADN del patógeno. Para revelar esta especie de “huella dactilar” de las biomoléculas, se aplicaron técnicas de investigación de alta sensibilidad mediante el empleo del infrarrojo.

Asimismo, en el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano), que también forma parte del CNPEM, se utilizaron recursos de microscopía de transmisión y escaneo que mostraron las severas alteraciones morfológicas en los micelios.

En 2019, otra investigación coordinada por Velasco de Castro Oliveira ya había apuntado el potencial de ciertas bacterias para promover el crecimiento de cultivos agrícolas sin provocar la contaminación de las aguas ni alteraciones perjudiciales en el propio suelo (lea más en: agencia.fapesp.br/31050/). 

Puede leerse el artículo intitulado Bacterial volatile organic compounds induce adverse ultrastructural changes and DNA damage to the sugarcane pathogenic fungus Thielaviopsis ethacetica en el siguiente enlace: sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.15876.