Buscan sanar la tierra mediante implantes de microbiomas

Así como se trasplantan órganos, tejidos e incluso microorganismos en humanos para restablecer su salud, también podrían trasplantarse microbiomas (comunidades de microorganismos y su material genético) en plantas para tener una agricultura más limpia, productiva y sustentable que permitiera lidiar en mejores condiciones con el calentamiento global del planeta.

“Si aún no se sabe a ciencia cierta cómo algunos microorganismos son capaces de curar un colon irritable, por ejemplo, es más complejo saber qué especies de bacterias y cómo interaccionan con las raíces de las plantas para mantenerlas sanas con menos fertilizantes contaminantes, y aumentar su productividad en diversos suelos”, afirmó Luis David Alcaraz, profesor de la Facultad de Ciencias e investigador del Instituto de Ecología.

Es complejo porque la rizosfera (parte del suelo inmediata a las raíces vivas y que está bajo la influencia directa de éstas) y el suelo son los ecosistemas más biodiversos del mundo. En esa zona o interfaz de milímetros que hay entre las raíces y el suelo puede haber, entre los microbios que viven asociados a una planta, de miles a decenas de miles de especies de bacterias.

“Del total de las que viven en la Tierra (en un granito de suelo puede haber 109 bacterias), únicamente se ha logrado cultivar menos de cuatro por ciento, y no sólo porque no se sabe de qué especies se trata, sino también porque cada una tiene requerimientos específicos que no se han podido emular en laboratorio.”

Bacterias y plantas

¿Qué especies de bacterias pueden aislarse de ambientes naturales que generen mayor productividad en plantas? ¿Qué reglas siguen para interactuar en la rizosfera? ¿Cómo la estructura de estos microorganismos determina las características abióticas de suelos contrastantes?

Esas son algunas preguntas que tratan de responder investigadores de los institutos de Ecología y de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad, y de la Facultad de Ciencias, así como estudiantes de posgrado de la UNAM, que participan en un proyecto metagenómico sobre bacterias libres y asociadas a la rizosfera de distintos suelos representativos de México.

Además de suelos y comunidades de bacterias y sus genes, también utilizan como modelos experimentales plantas comestibles como el tomate y la calabaza; dos especies de Marchantia, género que fue uno de los primeros en colonizar la Tierra hace 450 millones de años; y una planta carnívora acuática obtenida en charcos de Michoacán, denominada Utricularia gibba.

En una vertiente del proyecto realizan, con base en la clasificación edafológica de la FAO-Unesco, un inventario de la microbiología y diversidad de suelos de el país.

“México tiene 87 por ciento de los tipos de suelos que existen en el mundo. De los 22 que hay en el territorio nacional hemos muestreado 17 para identificar qué bacterias crecen asociadas a plantas en suelos orgánicos, sedimentarios, volcánicos, de desechos mineros y de arena de playa, entre otros”, apuntó Alcaraz.

Suelos

Un análisis preliminar indica que el suelo más productivo, llamado kastañozem, está en San Luis Potosí en una proporción muy baja: menos de dos por ciento con respecto al resto del territorio nacional, y que de las bacterias identificadas, clasificadas en siete clases, predominan las Actinobacterias, con una proporción más grande respecto de las demás (Proteobacterias, Firmicutes y Planctomycetes). En esas muestras de suelo se encontraron microbios no asociados a cultivos que hacen que las plantas sean mucho más productivas.

Además, los universitarios han identificado 65 mil especies de bacterias y cientos de miles de genes que están describiendo con herramientas de genómica comparativa y de los que no se tiene idea para qué sirven. Con todo, su potencial de aplicación es gigantesco.

Al analizar suelos contrastantes con base en dicha clasificación edafológica, que considera una serie de predictores (pH, nutrientes, humedad y permeabilidad, entre otros) de suelos productivos, esperaban que uno agrícola (rico en carbono, nitrógeno y fósforo) produciría una comunidad bacteriana que favorecería el crecimiento de las plantas; sin embargo, no fue así.

“En cambio, un hallazgo significativo ocurrió en muestras colectadas en Zacatecas, donde hay un suelo que no es verdadero, pero está apareciendo cada vez más en el país: está integrado por desechos mineros de metales pesados llamados jales. Al mostrar una diversidad de bacterias fuera de lo normal, éste puede ser usado para monitorear el impacto de la minería en la diversidad biológica”, indicó Alcaraz.

En invernadero, plantas de tomate con características similares se sembraron y crecieron en suelos contrastantes (vertisoles, feozems…); al final del experimento desarrollaron tallas muy desiguales: la sembrada en el suelo kastañozem creció cuatro veces más que las otras.

No obstante, para Alcaraz y Hugo Barajas, estudiante del doctorado en Ciencias Bioquímicas, parece que el suelo no es tan importante como la composición de bacterias que alberga.

“Al parecer, la planta está reclutando un microbioma muy específico, independientemente del inóculo inicial que tiene en el suelo. Queremos saber cómo se están estableciendo esos bichitos ahí”, señaló Barajas.

Biofertilizante de segunda generación

Los universitarios trabajan con unas 10 mil de las 65 mil bacterias que han identificado. Tratan de saber qué especies son, cómo se ensamblan con las plantas, cuál o cuáles microbiomas dan más salud a las plantas y hacen que crezcan más.

Han encontrado candidatas interesantes entre las familias Caulobacteraceae que promocionan el crecimiento vegetal. También identificaron muchas cianobacterias, un resultado que no esperaban. Asimismo, exploran la posibilidad de trasplantar microbiomas de plantas, que por la cantidad y diversidad de especies identificadas son mucho más complejos que los de los humanos (una boca sana tiene de 700 a mil especies de bacterias).

La meta de los universitarios es desarrollar un biofertilizante de segunda generación. A diferencia de los de primera generación, que funcionan con la lógica de un yogurt probiótico: contienen una sola especie de bacterias benéficas que eventualmente pierden efectividad porque compiten con otros microorganismos en la rizosfera…, un biofertilizante de segunda generación deberá contener una comunidad microbiana con sus reglas establecidas de competencia, de tolerancia y de interdependencia con otros microorganismos del suelo para tener un efecto permanente.

Disminuir el uso de fertilizantes con un biofertilizante de segunda generación permitiría bajar la utilización de fósforo, un nutriente vital para las plantas que se sobreutiliza en la agricultura: de cien por ciento sólo cinco por ciento se va a las plantas. Lo demás se queda en forma no disponible en el suelo o se lixivia y contamina cuerpos de agua.

(Con información de Gaceta UNAM)