Vol. 21, núm. 6 noviembre-diciembre 2020

Una competencia de pesos pesados por el dominio del mundo

Guillermo N. Murray-Tortarolo y Fabiola Murguía-Flores Cita

Resumen

Los seres humanos somos la especie dominante de nuestro planeta por donde se lo vea. Hemos cambiado los flujos de materia e información, entendido nuestro universo a profundidad y hasta modificado la esencia de la vida, los genes. Pero bajo un indicador ecológico, la dominancia, determinada por la masa de una especie, no necesariamente resultamos como los grandes campeones. En este artículo comparamos la biomasa de los seres humanos contra la de las plantas, los microorganismos y nuestro animal domesticado favorito, las vacas, a través de tres rondas de lucha de pesos pesados. Gracias a los cálculos más recientes, la tecnología satelital y las supercomputadoras, podemos darnos cuenta de que no ganamos ninguno de los tres asaltos, pues la biomasa de nuestros compañeros de planeta es mucho mayor a la nuestra. Acompañamos, entonces, en esta pelea de los gorditos, para descubrir un mundo dominado por todos, menos nosotros.
Palabras clave: biomasa global, dominancia ecológica, biosfera, biología cuantitativa.

A heavyweight competition for world domination

Abstract

We humans are the dominating species of our planet. We have largely modified the matter and information fluxes of our planet, we have a deep understanding of our universe, and we even altered the very essence of life, genes. However, under one key ecological indicator, dominance —determined by the biomass of a species—, we may not be the sole rulers. In this article, we compared the biomass of human beings against plants, microorganisms and our favorite domesticated animal, cows, through three heavy-weight box rounds. Thanks to the most recent calculations, satellite technology, and supercomputers, we will show how we easily lose all three rounds, and how the biomass of our planetary neighbors is much bigger than ours. Join us, in this chubby box championship, to discover a world ruled by everyone, but us.
Keywords: global biomass, ecological dominance, biosphere, quantitative biology.

Introducción

Los seres humanos hemos modificado nuestro planeta como ninguna otra especie. Hemos alterado de manera radical los flujos de energía, materia e información, modificando el clima de la Tierra, la productividad de ciertas especies y hasta la misma esencia de la vida: los genes. Por donde lo veamos, somos seres superiores en nuestro mundo, los grandes amos y señores de la vida en la Tierra… ¿Cierto?

Posiblemente no. Tomemos el ejemplo de la dominancia ecológica para explicarlo. Una de las labores que más les gusta a los ecólogos es determinar la composición y estructura de las comunidades vegetales. Para ello, utilizan distintos índices, entre ellos el famoso índice de dominancia, que usa parámetros como la frecuencia, la abundancia y, en particular, la biomasa de las especies, para con ello determinar su “peso” en un ecosistema. La biomasa es, literalmente, el peso (la masa) que tiene una especie viva, y funciona como un buen indicador de su éxito ecológico (si tienes mucha masa, ¡debe ser porque te va muy bien!).

Entonces, basándonos en este simple indicador, ¿somos los más abundantes en el planeta? ¿Es acaso la biomasa de los seres humanos mayor que la de otros organismos vivos, y somos los ganadores en el campeonato de pesos ecológico? En este artículo te lo platicamos. Como un campeonato de box, a lo largo de tres rondas pondremos a pelear la “gordura” de los humanos contra la de otros organismos y, te adelantamos, no ganamos ni una sola vez.

Round 1: humanos vs. plantas

Ronda uno. En la esquina izquierda tenemos a nuestros favoritos, llenos de sangre y huesos, los seres humanos. En la esquina derecha, a las duras, cafés, verdes e inmóviles, las plantas.

En primer lugar, revisemos la cantidad de individuos de la que estamos hablando y, así, hagamos un cálculo de su biomasa. De acuerdo con los últimos datos que revisamos (junio 2020), en este momento hay 7,790,202,015 personas en el mundo y para cuando leas esta nota seguro se habrá incrementado en algunos cuantos millones. Si el promedio de nuestro peso es de 70 kg, significa que los seres humanos tenemos una biomasa de 545 millones de toneladas. Esto lo sabemos gracias a los impecables récords de natalidad y mortalidad que lleva cada país.

No obstante, este no es el caso para los árboles… No hay ninguna nación que se haya dedicado a contar cada uno de ellos y tomar nota de cómo cambian sus poblaciones. Por suerte, en la era moderna contamos con satélites de resolución espectacular. Gracias a ello Tomas Crowther y colaboradores, en un artículo publicado en la revista Nature en 2015, estimaron que existen 3.04 billones de árboles, algo así como 422 por cada persona. De hecho, encontraron que, gracias a las plantaciones humanas, existen más árboles en la actualidad que hace 35 años. Siguiendo con sus estimados, Yinon Bar-On y colaboradores, calcularon la biomasa vegetal, en un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, en 2018, y obtuvieron un valor de 4.5 billones de toneladas. En otras palabras, las plantas tienen algo así como 7500 veces más biomasa que la de los seres humanos. ¡Ups! No ganamos ni por poquito.

Round 2: humanos vs. microorganismos

Bueno, la ronda anterior era algo predecible. Los árboles son demasiado grandes, demasiado pesados y están por todos lados. Seguro que entonces le podemos ganar a los más diminutos, a los invisibles microorganismos.

Comienza así nuestro segundo round. Nuevamente, en la esquina izquierda tenemos a los monos vestidos, que se enfrentan a nuestro nuevo retador, los minúsculos, microscópicos y más viejos habitantes del mundo: los microorganismos (ojo, el coronavirus se quedó afuera, por prevención a nuestra salud).

En la esquina de los pequeñines se encuentran todos los que miden menos de 5 micras, ¿sabes cuánto es eso? Una micra es la millonésima parte de un metro, así que somos como alrededor de 1.7 millones de veces más grandes que estos organismos. Sin embargo, en este caso el tamaño no es lo que importa si no la abundancia. Dentro de la categoría de microorganismos aquí agrupamos a las arqueas y las bacterias.1 Estos organismos fueron las primeras formas de vida en aparecer en nuestro planeta, por lo que tienen una alta capacidad de adaptación a casi cualquier ambiente. En la actualidad existen microorganismos en cada rincón de nuestro planeta, pueden habitar desde profundas fosas marinas, aguas sulfurosas volcánicas, estómagos de animales, hasta la masilla de nuestros dientes. De acuerdo con un estimado reciente (2019) de Hans-Curt Fleming y Stefan Wuerts, publicado en la revista Nature, hay aproximadamente 1030 bacterias y arqueas en todo el planeta. Este es un número muy grande, es un nonillón, o un 1 seguido de 30 ceros, de bichos; algo así como que el doble de microorganismos en la Tierra sería el mismo número de estrellas en la vía láctea. Tan sólo en una pizca de suelo puede haber hasta 40 millones de células bacterianas y hasta un millón en una gota de agua.

¿Por qué son tan abundantes? Por dos razones: tienen una alta capacidad adaptativa y su ciclo de vida es corto en comparación con los humanos, así que están por todos lados y se reproducen muy rápido. Su capacidad de adaptación es extraordinaria, ya que ningún otro ser vivo en nuestro planeta se atreve a vivir en los barrios donde éstas se la pasan de maravilla. Un ejemplo de estos ambientes son los géiseres y los cráteres de volcanes activos, lugares superinhóspitos e inhabitables por cualquier mortal, ¿cierto? Pues no es así. Existe un amigo llamado Pyrococcus furiosus y como ya lo imaginas por su nombre, esta arquea pueden vivir en ambientes extremadamente calientes, de hecho su temperatura ideal es arriba de los 80ºC (¡temperatura que mataría a cualquier humano!). Otro ambiente muy extremo es el Mar Muerto, en el cual la salinidad es tan alta que si te echas un trago de esa agua te deshidratarías hasta la muerte. Sin embargo, las bacterias del género Halobacterium son más que felices ahí, pues sus adaptaciones les permiten vivir sin problemas en este ambiente salino. También están los microorganismos que soportan muchísima radiación como Thermococcus gammatolerans; los que viven en lo más profundo del mar, donde la presión es muy grande (como para aplastar a un humano y su auto), como Shewanella y Moritellaque se han encontrado a 11,000 metros bajo el mar; también los hay que viven en lo más profundo del suelo, como Bacillus infernus que puede vivir hasta a 2,700 metros bajo la superficie. Así que estos amigos habitan cada rincón y cada nicho de la Tierra.

Gracias a su enorme abundancia y capacidad para vivir en casi todos los ambientes terrestres, las bacterias y las arqueas representan alrededor de16% de toda la biomasa del planeta. Traducido a toneladas, es algo así como 0.7 billones, o mil veces la materia de todos los seres humanos; por lo que nuestros pequeños amigos le ganan por mucho al Homo sapiens en cuanto a biomasa (¡y en su capacidad de vivir en todos lados!).

Round 3: vs. el resto de los animales

¡Que horror! Ni a los grandes, ni a los chicos les ganamos. Pero seguramente es porque son muy distintos a nosotros. Seguro ganaremos si nos enfrentamos a alguien más parecido: nuestros primos móviles, el resto de los animales. Casi exhaustos, pero aquí vamos por última vez, la pelea final: humanos contra el resto de los animales.

A lo mejor en este punto ya te habrás dado cuenta de que hasta ahora no había sido una pelea justa. Estábamos enfrentando a los seres humanos —una sola especie—, contra los miembros de otros reinos (plantas, y bacterias y arqueas, respectivamente), así que claramente hay un poco de trampa. No hagamos lo mismo para los animales, porque de seguro si nos enfrentamos a una única especie, entonces, sí podríamos ganar. Para el caso de los animales, pongamos el terreno un poco más justo, pongamos a “pelear” a los hombres contra su rumiante favorito: las vacas.

Primero, revisemos el número de habitantes vacunos en nuestro planeta. De acuerdo con el último estimado de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (mejor conocida como fao por sus siglas en inglés), para el 2018 —el más reciente estimado— había 1,489,744,504 vacas en todo el mundo. ¡Esto es equivalente a una vaca por cada cinco personas! Y el número sigue creciendo y creciendo, por la incesante demanda por carne y leche en todas partes. Ahora bien, una vaca promedio pesa unos 500 kilos que, multiplicado por el número de vacas, nos da una biomasa de… ¡744 millones de toneladas o un 36% más que la de todos los humanos que habitamos este planeta! Así que perdimos este asalto también. ¡Que desilusión! ¡ Y nosotros pensando que dominábamos este planeta!

Los reyes del mundo

Como les hemos mostrado en estos últimos párrafos, los humanos no somos los dominantes planetarios en términos de biomasa. Bajo cualquier indicador ecológico de dominancia, las vacas son los grandes ganadores cuando se trata de una sola especie y las plantas, cuando hablamos de todo un reino. Esto no quiere decir que deberíamos de “engordar” como humanidad para ganar la competencia y mucho menos significa que debemos eliminar a todos los demás competidores, ¡aunque le estamos echando ganas!

Esta dominancia es el resultado de una estructura ecológica básica global. En primer lugar, necesitamos a las plantas —y las algas—, porque son las productoras de biomasa de nuestro planeta, al llevar a cabo la fotosíntesis. Gracias a ellas todos los demás organismos pueden crecer y existir. Sin plantas, no habría biomasa para nadie más.

Pero la vida no se trata sólo de acumular masa, también necesitamos recircular los nutrientes, a través de la descomposición para seguir creciendo. Para eso tenemos ese enorme número de microorganismos, encargados de mantener el equilibrio planetario, al degradar los restos vegetales y animales, permitiendo que la materia se reintegre al sistema. Los microorganismos son los grandes recicladores que hacen posible la permanencia de la vida en nuestro planeta.

Finalmente, somos muchas —muchísimas— personas en este planeta y necesitamos alimentarnos todos. Dada nuestra evolución, tenemos una tendencia natural a que nos encante la carne y, mientras la dieta dominante siga siendo carnívora, seguiremos teniendo miles de millones de vacas para satisfacer esta demanda. Sólo en esta parte podemos esperar un cambio en la dominancia, si decidiéramos, como humanidad, reducir nuestro enorme consumo de carne. Mientras tanto, seguiremos “pesando” menos que nuestros primos rumiantes.

Así que cada uno de los pedazos de esta historia, de estos rounds, estaba destinado a perderse. No hay manera de que exista un equilibrio global. Si la biomasa humana fuera mayor a la de las plantas o los microorganismos no habría forma de mantener esta dieta carnívora, si no es con muchísimas reses. Esta teoría se conoce como la pirámide ecológica, y fue propuesta por primera vez en 1942 por Evelyn Hutchinson y Raymond Lindeman, pero sólo gracias a la tecnología actual, al fin se ha podido demostrar con estimaciones planetarias.

Como nota final, queremos recalcar que, aunque no dominemos en términos de biomasa, no debemos olvidarnos de los profundos impactos de nuestra humanidad en el mundo. Somos los principales causantes de un calentamiento excesivo y acelerado, de la modificación en la composición química de las capas de fluidos globales —océanos y atmósfera—, de la contaminación masiva de ecosistemas terrestres, de la pérdida de biodiversidad, el cambio en la cubierta vegetal…, por mencionar algunos. Nuestros impactos son muchos y profundos. Ninguna especie en toda la historia había logrado mover la cantidad de materia y energía como nosotros; o modificar el paisaje global de manera tan profunda. Contemplado desde cualquier otro punto de vista —que no sea solamente la biomasa—, realmente somos los reyes del mundo, aunque hasta ahora mantenemos un reinado tiránico.

Referencias

  • Bar-On, Y. M., Phillips, R. y Milo, R. (2018). The biomass distribution on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), 6506-6511. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1711842115.
  • Crowther, T. W., Glick, H. B., Covey, K. R., Bettigole, C., Maynard, D. S., Thomas, S. M., Smith, J. R., Hintler, G., Duguid, M. C., Amatulli, G., Tuanmu, M. N., Jetz, W., Salas, C., Stam, C., Piotto, D., Tavani, R., Green, S., Bruce, G., Williams, S. J., … Bradford M. A. (2015. 10 de septiembre). Mapping tree density at a global scale. Nature, 525(7568), 201-205. doi: https://www.doi.org/10.1038/nature14967.
  • Flemming, H. C., y Wuertz, S. (2019). Bacteria and archaea on Earth and their abundance in biofilms. Nature Reviews Microbiology, 17(4), 247-260. doi: https://www.doi.org/10.1038/s41579-019-0158-9.
  • fao stats. (s. f.). Consultado el 15 de febrero de 2020. http://www.fao.org/faostat/es/.


Recepción: 17/06/2020. Aprobación: 21/10/2020.

Vol. 22, núm. 4 julio-agosto 2021

Bacterias del maíz como aliadas en la producción agroecológica de alimentos

Ignacio Eduardo Maldonado Mendoza y Estefanía Morales Ruiz Cita

Resumen

El control biológico de plagas, o biocontrol, consiste en utilizar componentes de origen biológico, como insectos, hongos y bacterias, capaces de antagonizar el crecimiento de otros insectos, hongos y bacterias que dañan cultivos. El biocontrol es una estrategia para disminuir las pérdidas en cultivos derivadas del ataque de plagas, con el propósito de asegurar la producción agrícola sostenible desde un enfoque agroecológico, es decir, amigable con el ambiente. El objetivo de este artículo es presentar un ejemplo de control biológico de una enfermedad en el maíz, la fusariosis —causada por el hongo infeccioso Fusarium verticillioides—, mediante el uso de la bacteria de la rizósfera del maíz Bacillus cereus B25. Asimismo, se discutirá del trabajo realizado para entender los posibles mecanismos que usa esta bacteria para inhibir el crecimiento del hongo fitopatógeno, en específico de las enzimas llamadas quitinasas, capaces de degradar la molécula de quitina que forma la pared celular del hongo y que, en consecuencia, detienen su crecimiento. Finalmente, se plantean las posibles aplicaciones biotecnológicas de los resultados encontrados.
Palabras clave: control biológico, bacterias benéficas, fusariosis, maíz.

Maize associated bacteria as allies in agroecological food production

Abstract

Biological pest control, or biocontrol, uses components of biological origin such as insects, fungi, and bacteria, that are capable of antagonizing the growth of other insects, fungi, and bacteria that damage crops. Biocontrol is a strategy to reduce crop losses derived from pests’ attack. Its purpose is to ensure sustainable agricultural production from an agroecological approach, that is, environmentally friendly. The objective of this article is to present an example of biological control of a disease in maize, fusariosis —caused by the infectious fungus Fusarium verticillioides—, using the maize rhizosphere bacterium Bacillus cereus B25. We will also discuss about the work carried out to understand the possible mechanisms that this bacterium uses to inhibit the growth of the phytopathogenic fungus, specifically the enzymes called chitinases, capable of degrading the chitin molecule that forms the cell wall of the fungus and, consequently, stop its growth. Finally, the possible biotechnological applications of the results found are considered.
Keywords: biological control, beneficial bacteria, fusariosis, maize.

Introducción

Asegurar la producción de alimentos necesarios para abastecer a la población mundial se ha convertido, en los últimos años, en el tema central de un intenso debate. Diversos reportes demuestran que, a escala global, consumimos más de lo que producimos. Esta situación podría volverse insostenible en una veintena de años, por tanto, se buscan y estudian diversas alternativas para resolver el problema de la escasez de alimentos.

A la fecha, se han planteado diversos enfoques, por ejemplo: mejorar o aumentar la producción agrícola, mejorar la distribución de los alimentos, y disminuir las pérdidas en los cultivos. Cada uno de ellos tiene su propia importancia en la cadena de producción de alimentos, y en este trabajo discutiremos la estrategia de disminuir las pérdidas derivadas de los ataques de plagas a los cultivos.

Se considera como plaga a cualquier vegetal, animal o agente patógeno dañino para las plantas. Para contrarrestar sus efectos, se usan diversos plaguicidas químicos, que habían funcionado con cierto éxito, hasta que empezaron a surgir las plagas resistentes a ellos. La resistencia a plaguicidas se da de manera natural cuando en los organismos expuestos a ellos se seleccionan mecanismos u ocurren mutaciones genéticas que les permiten resistir y sobrevivir a los efectos del plaguicida. Además, el uso de plaguicidas comenzó a mostrar consecuencias colaterales dañinas: se acumula en los suelos y son tóxicos para la salud humana y animal; además, atacan organismos que no son su objetivo y que en algunos casos eran benéficos para el cultivo en cuestión (World Health Organization [who], 2010).

El control biológico de plagas

Entonces, ¿qué hacer al respecto? Una primera idea es mejorar los plaguicidas sintéticos que ya existen o buscar algunas sustancias químicas aún mejores, esto es, hacerlos más selectivos y menos persistentes en el ambiente y lograr que sus productos de descomposición no presenten efectos adversos al ambiente o la salud humana. Una alternativa más ecológica es usar plaguicidas de origen natural. Esta estrategia se denomina control biológico (cb) de plagas, ya que utiliza componentes de origen biológico, como insectos, hongos y bacterias, capaces de antagonizar el crecimiento de otros insectos, hongos y bacterias que dañan cultivos. Este tipo de control de plagas tiene un enfoque agroecológico, es decir, está orientado hacia la sostenibilidad de los cultivos agrícolas, lo que implica que tiene efectos negativos mínimos. Así, al no liberar sustancias tóxicas al ambiente, se puede preservar la fertilidad y salud de los suelos de cultivo, y utilizar los recursos propios del ecosistema agrícola (Gliessman, 2017).

A los organismos usados en el cb les llamamos benéficos y es interesante investigar los mecanismos que los hacen capaces de aniquilar distintas plagas. Su estudio comienza con su aislamiento, el cual, en general, se logra recolectándolos de los mismos cultivos de interés. Una vez aislados, se clasifican y se evalúa su capacidad de antagonizar alguna plaga determinada, a lo que le llamamos su potencial antagónico. De esta manera, de entre varios candidatos, podemos elegir a los mejores para probar su efecto en el campo. Al día de hoy, se ha demostrado plenamente la eficacia de diversos insectos, hongos y bacterias como agentes de cb.

¿Pero cómo lo hacen? ¿Cómo un organismo puede evitar que otro similar crezca? Y cuando vemos que funciona, ¿cómo lo podemos aplicar para disminuir las pérdidas en los cultivos? Contestar esas preguntas no ha sido nada sencillo; de hecho, hay diversos grupos de investigación tratando de entender los procesos que permiten que un organismo antagonice a otro. Y no sólo eso, también se investiga la manera de aplicar ese conocimiento.

Bacterias benéficas que combaten infecciones en cultivos de maíz

En nuestro grupo de investigación, hemos trabajado con bacterias benéficas que antagonizan hongos que afectan el maíz. Nuestra área de trabajo es el norte del estado de Sinaloa donde el cultivo de este cereal se realiza de manera intensiva. Se sabe que, en los cultivos de esta zona, se pueden alcanzar pérdidas de hasta 10% en la producción por efecto particular de infecciones causadas por hongos de la familia Fusarium.

Dicho grupo de hongos se caracteriza por vivir dentro de la planta de maíz (ver figura 1), y por provocar que los tallos y las mazorcas se pudran, una enfermedad llamada fusariosis. Además, producen unas toxinas llamadas fumonisinas, que son dañinas para la salud humana y animal. Cabe resaltar que la erradicación de estos hongos endófitos es muy difícil mediante el uso de pesticidas, dado que viven dentro de la planta (Leyva-Madrigal et al., 2015). En este sentido, una estrategia interesante es la búsqueda de agentes de cb que minimicen esta infección.

Figura 1. Imagen obtenida con un microscopio de fluorescencia, donde se observa un corte transversal de una raíz de maíz (en rojo) invadida por Fusarium verticillioides (en verde). Imagen modificada de Leyva-Madrigal et al., 2015.

Se han aislado miles de bacterias que habitan en el espacio más cercano a las raíces —la rizósfera— del maíz o el interior de las mismas raíces, y se ha valorado su capacidad potencial para combatir al hongo Fusarium verticillioides (Figueroa-López et al., 2016; ver figura 2). Las cepas más robustas se han evaluado en campo y se ha demostrado su efecto inhibitorio sobre el crecimiento del hongo y, por lo tanto, en la severidad de la infección.

Figura 2. Micrografía de Fusarium verticillioides (cdc y Ajello, 1978).

Las diferentes pruebas de campo han permitido seleccionar una bacteria, Bacillus cereus sensu lato cepa B25, que vive dentro de la raíz del maíz (ver figura 3). Esta cepa resultó ser la mejor para inhibir el crecimiento del hongo F. verticillioides y mejorar el crecimiento del maíz (Lizárraga-Sánchez et al., 2015, Figueroa-López, 2016). Con esta cepa, se realizaron formulados en polvo que se adhieren a las semillas de maíz y las hacen menos susceptibles a infecciones por F. verticillioides (Martínez-Álvarez et al., 2016). De manera paralela a su aplicación en cultivos, se estudian los mecanismos que esta bacteria emplea para impedir el crecimiento del hongo.

Figura 3. Imagen obtenida con un microscopio de fluorescencia. Se observa un corte longitudinal de una raíz de maíz (en naranja), colonizada en el tejido vascular por la bacteria Bacillus cereus sensu lato cepa B25 (en verde). Imagen modificada de Figueroa-López, M. A. 2016.

Las quitinasas

El estudio de los mecanismos que inhiben el crecimiento del hongo F. verticillioides ha permitido establecer la participación de una familia de enzimas llamadas quitinasas. Estas enzimas hidrolíticas son responsables de la degradación de la quitina, molécula que forma parte integral de la pared celular de los hongos. La quitina es una cadena formada por bloques de una molécula llamada N-acetil glucosamina (GlcNAc), que está presente en hongos, nemátodos, crustáceos y artrópodos. Es decir, las quitinasas degradan la pared del hongo que está creciendo e impiden su desarrollo normal. Las quitinasas no son generadas de manera exclusiva por bacterias, también las producen insectos, hongos, plantas e incluso nosotros los humanos.

La cepa B25 de Bacillus cereus sensu lato produce dos quitinasas llamadas ChiA y ChiB (Douriet-Gámez, et al., 2017). Se ha demostrado que ambas enzimas son capaces de romper la quitina presente en el hongo F. verticillioides (Figueroa-López et al., 2017; Morales-Ruiz et al., 2021), lo que impide que el hongo crezca (ver figura 4). El hecho de que tanto el hongo patógeno como la bacteria benéfica vivan adentro de la raíz tiene una implicación importante: la presencia de residuos de quitina degradada (quito-oligómeros) desencadena una respuesta de defensa en la planta, que le ayuda a defenderse mejor del hongo que la está infectando.

Figura 4. Imágenes obtenidas con un microscopio óptico de un experimento de inhibición del crecimiento de Fusarium verticillioides por la presencia de quitinasas. Se pueden observar conidios de F —un conidio es una espora de origen asexual e inmóvil, la cual germina para dar lugar a hifas (células alargadas) que a su vez forman al hongo—. verticillioides (algunos señalados con flechas) que en condiciones normales (panel A) germinan y forman hifas (estructuras alargadas) mientras que en presencia de quitinasas (panel B) los conidios no germinan o lo hacen de manera deficiente (señalado con un asterisco). Imagen modificada de Morales-Ruiz, et al., 2021.

Así, las quitinasas son enzimas importantes. De hecho, hay investigaciones que están tratando de mejorar su actividad, para hacerlas más efectivas en el combate contra patógenos, y otras que están aislando microorganismos quitinolíticos que produzcan quitinasas naturalmente destacables.

Además de la cepa B25 de Bacillus cereus sensu lato, se han reportado otros grupos de bacterias que producen quitinasas, entre las que se encuentran Chromobacterium, Pseudomonas, Streptomyces y Serratia. Podemos observar, entonces, que los microorganismos quitinolíticos se distribuyen de manera amplia en la naturaleza, y son blancos potenciales de desarrollo biotecnológico. A la fecha, adicionalmente a su aplicación en la rama agrícola, las quitinasas obtenidas de algunas de las bacterias arriba mencionadas se utilizan para tratar desechos de quitina de la industria camaronera y para mejorar la producción de bioetanol (Stoykov et al., 2014).

Sin embargo, pocas quitinasas están disponibles de manera comercial. Por ello, se propone que aumentar el conocimiento y la evidencia de los beneficios que se pueden obtener mediante el uso de quitinasas purificadas o microorganismos quitinolíticos se reflejará en un aumento de la demanda en su producción y aplicación.

Conclusiones

En conclusión, las bacterias quitinolíticas son una excelente materia prima para desarrollar productos amigables con el ambiente, que pueden ser aplicados en una agricultura sustentable que permita disminuir las pérdidas en los cultivos y contribuir a la seguridad alimentaria.

Referencias

  • cdc y Ajello, L. (1978). [Fotomicrografía de Fusarium verticillioides]. Public Health Image Library. https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=4010.
  • Douriet-Gámez, N. R., Maldonado-Mendoza, I. E., Ibarra-Laclette, E., Blom, J. y Calderón-Vázquez, C. L. (2018). Genomic analysis of Bacillus sp. strain B25, a biocontrol agent of maize pathogen Fusarium verticillioides. Curr Microbiol, 75, 247–255. https://doi.org/10.1007/s00284-017-1372-1.
  • Figueroa-López. A. M., (2016). Caracterización del mecanismo de antagonismo que emplea Bacillus cereus seleccionada para el control de Fusarium verticillioides. [Tesis de maestría, Instituto Politécnico Nacional]. http://rdcb.cbg.ipn.mx/handle/20.500.12273/692.
  • Figueroa-López, A. M., Cordero-Ramírez, J. D., Martínez-Álvarez, J. C., López-Meyer, M., Lizárraga-Sánchez, G. J., Félix-Gastélum, R., Castro-Martínez, C. y Maldonado-Mendoza, I. E. (2016). Rhizospheric bacteria of maize with potential for biocontrol of Fusarium verticillioides. SpringerPlus, 5, 330. https://doi.org/10.1186/s40064-016-1780-x.
  • Figueroa-López, A. M., Leyva-Madrigal, K. Y., Cervantes-Gámez, R. G., Beltrán-Arredondo, L. I., Douriet-Gámez, N. R., Castro-Martínez, C. y Maldonado-Mendoza, I. E. (2017). Induction of Bacillus cereus chitinases as a response to lysates of Fusarium verticillioides. Rom Biotech Lett, 22(4), 12722–12731. https://e-repository.org/rbl/vol.22/iss.4/6.pdf.
  • Gliessman, S. R. (2017). La agroecología: un movimiento global para la seguridad y la soberanía alimentaria. Agroecología para la seguridad alimentaria y nutrición: actas del Simposio Internacional de la FAO. Roma. http://www.fao.org/3/i4729s/i4729s.pdf.
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  • Stoykov, Y. M., Pavlov, A. I. y Krastanov, A. I. (2015). Chitinase biotechnology: production, purification, and application. Eng Life Sci, 15(1), 30-38. who). (2010). Código internacional de conducta sobre la distribución y utilización de plaguicidas: directrices para el registro de plaguicidas (No. who/htm/ntd/whopes/2010.7). https://apps.who.int/iris/handle/10665/70602.


Recepción: 12/10/2020. Aprobación: 30/04/2021.

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Revista Digital Universitaria Publicación bimestral Vol. 18, Núm. 6julio-agosto 2017 ISSN: 1607 - 6079