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Mayo 2017 | Nutrición

Evento acerca la ciencia a la empresa

Una mirada al inmenso potencial de uso de las bacterias en agricultura

Transformar un concepto biológico en un producto comercial orientado a una agricultura competitiva, hacer que los microorganismos produzcan toneladas de nutrientes por hectárea para nuestras plantas, recubrir paltas de exportación con metabolitos de bacterias que evitan pudriciones en poscosecha, introducir en cloroplastos de plantas de cereales enzimas capaces de fijar nitrógeno en el suelo, acceder al conocimiento hasta ahora inalcanzable de millones o tal vez miles de millones de nuevas especies de bacterias… Esos son algunas de las materias que abordaron los principales especialistas del continente y del mundo durante los días intensos en información del 3er Workshop Latinoamericano sobre Bacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal.

Los productos biológicos están ganando un espacio en la agricultura hasta hace poco reservado para los agroquímicos. Su integración ya forma parte del programa de trabajo en los campos empresariales, como complemento a los insumos sintéticos o bien en sistemas orientados al mercado orgánico. Bajo el impulso de una demanda en aumento, se ha desarrollado un ‘hambre’ por avances tecnológicos en este área. Un reflejo de ello es la importante confluencia de empresas e investigadores en el 3er Taller Latinoamericano de Bacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (PGPR). Alrededor de 300 asistentes y expositores de 19 países llegaron para dar a conocer y sorprenderse con los últimos descubrimientos en un sector de grandes proyecciones para el mundo rural. Las presentaciones se agruparon en cuatro grandes áreas temáticas: normas nacionales e internacionales sobre bioinsumos; ecología, diversidad y evolución de las PGPR; interacción suelo-planta-microorganismos en producción vegetal, y avances en los estudios de fijación biológica de nitrógeno.

CADA VEZ MÁS INTERÉS POR INVERTIR EN ‘EL NEGOCIO DEL FUTURO’

El Dr. Fabricio Cassán, microbiólogo investigador de CONICET, Argentina, asistió a la primera versión del Taller, en Colombia, y luego participó en la coordinación de la segunda, por lo que tiene una visión privilegiada sobre cómo evoluciona la especialidad de los PGPR, y uno de los temas principales que están emergiendo:

–La conexión entre la comprensión del funcionamiento de estos microorganismos y la aplicación en condiciones agronómicas, es decir la transformación de un concepto biológico en un producto biológico, eso es algo que se está discutiendo, y mucho, acá. Cómo llevar una idea a un nivel comercial, dentro de una normativa para cada país. Hay empresas que quieren desarrollar nueva tecnología, y concurren a estos eventos en búsqueda de ella. Y los investigadores, obviamente, lo que están buscando es que esos desarrollos biológicos terminen siendo usados.

Claudio Penna, microbiólogo bioquímico, responsable de investigación y desarrollo de productos biológicos de Stoller Biociencias en Buenos Aires, en el marco de su charla cobre ciencia-industria-usuario, abordó la ola de adquisiciones de compañías de productos biológicos por parte de grandes multinacionales.

–Tiene que ver –reflexiona– con la regulación creciente para productos químicos. Cada vez aparecen menos moléculas activas en desarrollo, y hay una presión social contraria a su utilización, una consciencia verde que, desde mi opinión personal, empieza desde la sociedad, no tanto desde los productores o la industria. Entonces, las empresas han hecho inversiones fuertes en el área biológica para asegurar una participación en lo que, creo, es el negocio del futuro, y para estar en onda con el sentimiento de la sociedad con respecto de la agricultura.

GARANTIZAR LA CALIDAD DE LO QUE SE VENDE, DE ACUERDO A NORMAS Y REGISTROS

–¿Cómo observas la integración del uso de este tipo de productos a la realidad del campo en los distintos países de América Latina?
–Tanto Brasil como Argentina y Uruguay tienen historia de cultivos extensivos de leguminosas, ya sea de forraje para cría de ganado o en el caso de la soja, que es uno de los cultivos más importantes en la economía mundial. En estos cultivos el impacto de la asociación con microorganismos simbióticos proveedores de nitrógeno, como Bradyrhizobium japonicum, es tremenda, casi milagrosa. Ello hace que los cultivos sean más económicos y que el productor tenga una diferencia competitiva respecto de países sin desarrollo de los productos biológicos. En los países sudamericanos que dan al Pacífico, la oportunidad para los productos biológicos diversos probablemente sea mayor que del otro lado de la cordillera, porque el mercado está más distribuido en producciones intensivas, en las cuales los productos biológicos son de mucho mayor eficacia que en los extensivos. Hay microorganismos, por ejemplo Azospirillum, que tienen resultados maravillosos sobre tomate, sobre lechuga, sobre cultivos hortícolas en general.

Fabricio Cassán coincide con lo anterior. “Los productores hortícolas, frutícolas, tienen una altísima posibilidad y potencial de aplicación de este tipo de productos, que empiezan a abundar cada vez más en los mercados”, señala. Sin embargo, advierte sobre la necesidad de asegurar su calidad de acuerdo a normas y registros. Además, asigna a las empresas el rol clave de transmitir con claridad la forma de uso de los productos y los resultados esperables:

–En Argentina eso lo tenemos muy a flor de piel –relata–, porque en la década de los 80 se inicia de manera muy extensiva la utilización de bacterias fijadoras de nitrógeno, como Azospirillum, distintas a los rizobios. El mensaje en esos momentos era que iban a reemplazar la fertilización química. Fue un grave error, porque el productor vio que no cubrían sus expectativas y dejó de utilizarlas. No descreyó de los productos comerciales, descreyó de la práctica. Nos llevó 20 años reconstituir la confianza de los usuarios. Ahora los productos biológicos gozan de buena reputación.

HAMBRE TECNOLÓGICO. Existe un ‘hambre’ por avances tecnológicos aplicados a la microbiología en suelos y plantas.

LA MICROBIOLOGÍA DEL SUELO EN PERÚ TIENE SU IMPULSO

Perú también estuvo representado en el evento. Silvia Agüero es bióloga, botánica, fisióloga con estudios de maestría en suelos en la UNALM, universidad en la cual trabaja en servicios de análisis microbiológicos dentro de la Unidad de Análisis de Fertilizantes, Suelos, Agua y Foliares. Presentó el tema “Aislamiento y evaluación de microorganismos rizosféricos de Cinchona pubescens, árbol de la quina”. Por su parte, Winston Franz Ríos, Biólogo, M.S., docente de Agronomía de la Universidad Nacional de San Martín, presentó un póster sobre la acción de los PGPR en el cultivo de arroz, en cuanto promotoras de crecimiento y de fitosanidad.

Silvia Agüero destaca del Taller la motivación que significa ver científicos trabajando en equipos de investigación y la colaboración entre instituciones:

–La idea es promover eso al retorno, hacer más investigación, fomentar lo que otros países están haciendo. ¿Por qué lo digo? Porque la parte de microbiología de suelo en Perú tiene su impulso, pero hay que mirar afuera a los expertos para poder llegar igual que ellos. Ojalá en otro evento, de aquí a dos años, ya tengamos un equipo representativo también.

Winston Franz Ríos acota que en los últimos años ha aumentado el aporte gubernamental a los proyectos a través del fomento a los programas de investigación, lo cual ha permitido adquirir equipos de laboratorio. Asimismo subraya la importancia de sistemas de capacitación de jóvenes profesionales. En cuanto a la reunión de especialistas, resalta la posibilidad de intercambiar con investigadores de su área específica. En su caso, coincidió con los avances de Daniel Uribe-Vélez, en Colombia:

–Él justamente habló de una bacteria, Burkholderia glumae, que está diezmando a los cultivos de arroz. Tenemos ese mismo problema en San Martín y conversamos para entrar en contacto. Estos eventos nos ayudan a interactuar con gente que está haciendo trabajos relacionados con problemas comunes en nuestras regiones.

Ambos científicos peruanos coinciden acerca del aumento en el uso de tecnologías biológicas por parte de los productores.

–Esta corriente orgánica está tomando fuerza para evitar el uso excesivo de agroquímicos –testimonia Ríos.

El cambio indicado se nota en la solicitud de servicios de análisis de insumos biológicos a su laboratorio, acota Silvia Agüero. En general se solicita contrastar aspectos como la población microbiana respecto de lo indicado por el proveedor, o la calidad de un compost, o las micorrizas contenidas en productos comerciales. Los análisis también consideran aspectos como actividad y respiración microbiana.

–Puedo agregar –añade la especialista– que hace una década se daba poca importancia a la producción orgánica, a la parte microbiología del suelo. Últimamente eso está teniendo más interés de los alumnos e incluso específicamente el curso de microbiología del suelo, en pregrado y en maestría, hay más alumnos que se inscriben y tienen interés por investigar. En 5 a 10 años vamos a tener un buen equipo de trabajo.

FRUTAS PROTEGIDAS EN POSTCOSECHA, ALMÁCIGOS DE HORTALIZAS DE RÁPIDO CRECIMIENTO

Los ejemplos de proyecciones en el sector hortofrutícola abundan, como los que dio el Dr. Jaime Bravo, profesor investigador en biotecnología aplicada en Tepic, Estado de Nayarit, México:

–Estamos usando la extracción de metabolitos de bacterias del tipo Bacillus, nativo, completamente naturales, con el fin de fortalecer la tolerancia de frutos de palto, mango y guanábano (pariente de la chirimoya) frente a enfermedades de poscosecha, tales como Colletotrichum. Los tratamientos se aplican en forma externa sobre los frutos ya cosechados, mediante nebulización o inmersión. Los frutos no se enferman, permitiendo llegar sin problemas a la frontera con EE UU, y además se han observado efectos secundarios beneficiosos en textura, firmeza, color y aroma, que estamos evaluando.

En hortalizas el fuerte ha sido probar la aplicación de bacterias para la producción de almácigos, trabajo que desarrollan en colaboración con el Centro de Estudios Avanzados de Zonas Áridas (CEAZA) de la región de Coquimbo, en Chile.

–En pimiento y lechuga se optimiza la toma del recurso hídrico y de los fertilizantes. Además, algo que es muy interesante, se acortan los ciclos productivos, de manera que se ganan 3 a 5 días. Eso para las empresas es importante, porque pueden producir más plantines a lo largo del año. También se ha observado un menor estrés post invernadero cuando las plantas se llevan al campo. Hay que considerar que se utilizan solamente microbios nativos, de manera que están adaptados a la zona donde el agricultor finalmente usas esas plantas.

¿HASTA DONDE SE PUEDEN SUMAR LOS MICROORGANISMOS?

Una de las áreas más prometedoras es la utilización ya no de un organismo para intervenir en los procesos agrícolas sino utilizar consorcios.

–Incorporamos un tipo de microorganismo –explica Fabricio Cassán–, la planta responde; incorporamos dos microorganismos, en algunos casos la planta responde mejor; incorporamos tres microorganismos y la planta quizás responde aún más. Lo que los investigadores están tratando de vislumbrar es hasta cuándo puedes incorporar microorganismos y seguir teniendo una respuesta positiva. También se vio en distintas presentaciones la búsqueda de un solo actor para cumplir distintos roles: a veces un microorganismo tiene varias capacidades y cuando lo acomplejas con otro microorganismo pierde esa capacidad.

Consultamos al Dr. José Miguel Barea, profesor de investigación en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España, y profesor emérito en los máster de excelencia de la Universidad de Granada, pionero de la especialidad de microbiología del suelo en su país, acerca de la búsqueda de especies que podrían tener esas utilidades múltiples. ¿Es posible encontrar un ‘microorganismo de oro’?

–Creo que no, sería el consorcio de oro. Incluso yo siempre he trabajado micorrizas asociadas con bacterias, solubilizadoras de fosfato, fijadoras de nitrógeno, antagonistas de patógenos… La investigación evolucionó desde la evaluación de efectos de la inoculación del microorganismo en los años 60, a estudiar la fisiología detrás de esos procesos. Después se fue evolucionando a estudios bioquímicos y, sobre los 90, ya a análisis moleculares, porque cada microorganismo en su ADN tiene su huella genética, como su documento natural de identidad. Ahora se está en ecología molecular: estudiar cómo interactúa la diversidad de microorganismos en el suelo.

En efecto su presentación en el Taller se refirió a “coinoculación de hongos micorrícicos y PGPR”, práctica que para entregar sus beneficios requiere un acabado conocimiento de la mencionada ecología, como ejemplifica Barea con el uso de Trichoderma junto a micorrizas:

–El hongo Trichoderma promueve el crecimiento de la planta, induce resistencia sistémica en la planta, produce antibióticos y es micoparásito. Tiene un sistema de enzimas que invaden a otros hongos y los destruyen. De hecho, se ha publicado que cuando se inocula simultáneamente Trichoderma y micorrizas, Trichoderma mata al hongo de la micorriza, se lo come. Por tanto, para funcionar bien, tiene que estar ya la micorriza bien establecida.

TECNOLOGÍA ‘LOW COST’. Ichip, la herramienta que abre la puerta al conocimiento de millones de especies de bacterias. Su costo de fabricación no supera los US$10. Prácticamente nada, en comparación a las enormes cifras invertidas hasta ahora en la búsqueda de equipos y soluciones ‘high tech’.

TENDENCIAS A FUTURO EN BIOPRODUCCIÓN DE NITRÓGENO

El Dr. Juan Sanjuán, profesor de investigación en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas en Granada, España, quien fue durante más de 8 años coordinador de la red iberoamericana Biofag de fertilizantes para la agricultura (actualmente red Agromicrobio), hizo una reseña de los potenciales avances de la biotecnología en la fijación de nitrógeno (N):

–La primera parte de mi charla se refirió a lo que ya sabemos de la fijación de N mediante el uso óptimo de microorganismos como los rizobios en el caso de leguminosas o Azospirillum en cereales, aprovechando todo eso en combinación con el manejo de cultivos y del suelo, con prácticas como la rotación. Luego hablamos de lo que yo he propuesto llamar ‘fijación biológica industrial’: usar microorganismos que fijen N y lo excreten al medio, como podría hacerlo una cianobacteria fotosintética, por ejemplo. También nos referimos a un trabajo reciente donde se demuestra el uso de un fijador de nitrógeno para producir etanol, ahorrando un costo en el proceso en torno a un millón de euros/año en una planta tipo. La otra parte que expuse es usar ingeniería genética para nuevos sistemas fijadores. Por ejemplo ya hay financiación de grupos que están trabajando a mediano-largo plazo para conseguir cereales que fijen nitrógeno. Una vía es crear una simbiosis artificial usando el modelo Rhizobium-leguminosas; otro camino, ensamblar la nitrogenasa [enzimas utilizadas por las bacterias fijadoras de nitrógeno] en las plantas, en cloroplastos no fotosintéticos. Se están invirtiendo millones de dólares en esas investigaciones. Son nuevos usos, todo pensado desde el punto de vista de la necesidad de reducir la producción y el uso de fertilizantes nitrogenados sintetizados químicamente. Tenemos que tender a usar el N de la atmósfera, que es infinito. Si solamente fijáramos N por vía biológica, se calcula que hay N en la atmósfera para 20,000 millones de años. Inagotable.

Los procesos indicados involucran la posibilidad de transgenia, aunque aquí ya no se hablaría de ingeniería genética, aclara Sanjuán:

–Estaríamos hablando de biología sintética. La biología sintética ha permitido hasta ahora, por ejemplo, trasplantar completamente el genoma de una bacteria, sintetizado artificialmente. No estamos pensando en seres vivos, estamos pensando en máquinas vivas. En teoría todo esto se piensa para fines positivos, porque mucha gente le ve el lado negativo, ¿no? No se trata de hacer organismos nuevos caprichosamente. La idea es generar biomáquinas. Ya hay formas estudiadas de controlar un organismo, cuando le introducimos un carácter, para que en el momento que queramos deje de actuar o incluso deje de vivir.

SLAVA EPSTEIN, EL GENIAL APORTE DE UNA IDEA SIMPLE

Para estudiar las bacterias se requiere hacer un cultivo de ellas, pero al llevarlas a un ambiente artificial solo se logra observar un mínimo porcentaje de especies, y se estima en menos del 1% las que han podido ser descritas. El fenómeno se conoce como “la gran anomalía del recuento en placa”. Obsesionado con el problema, el científico Slava Epstein llegó finalmente a hacerse una pregunta determinante:

¿Qué pasa si, luego de tomar las muestras de bacterias en su entorno natural, a mitad de camino al laboratorio para ponerlas en una placa de Petri, volvemos sobre nuestros pasos y las cultivamos en su entorno natural?

Se desarrollarían, naturalmente, porque se encuentran adaptadas a ese ambiente. El cultivo deja entonces de ser un problema. El desafío pasa a ser cómo separarlas de todos los demás microorganismos, incluidas otras bacterias. Aunque este reto no es menor –por ejemplo, se estima que en un gramo de tierra se puede encontrar unos 40 millones de células bacterianas–, Epstein junto a Kim Lewis y otros colegas, lograron dar con la solución.

En su presentación “El renacimiento del descubrimiento de antibióticos”, Slava Epstein contó que, luego de distintas pruebas, usaron arandelas metálicas con pequeñas perforaciones a modo de cámaras y paredes de membranas. Esta combinación posibilita aislar bacterias individuales en cada cámara y permitir el ingreso del agua y elementos necesarios para su desarrollo, impidiendo al mismo tiempo la entrada de otros microorganismos. Los hallazgos no se dejaron esperar. Gracias a la formación de colonias numerosas fue posible estudiar y describir nuevas especies.

Sobre esta base, Epstein y sus colaboradores continuaron perfeccionando el sistema hasta desarrollar un ‘ichip’ (isolation chip, cápsula de aislamiento), de plástico, que permite masificar el proceso. Su costo de fabricación no supera los US$10. Prácticamente nada, en comparación a las enormes cifras de dólares invertidas hasta entonces en la búsqueda de equipos y soluciones ‘high tech’.

A través de la empresa NovoBiotics, Lewis y Epstein ya han descubierto 25 nuevos antibióticos, para uno de los cuales, teixobactin, hasta ahora no se han encontrado mecanismos de resistencia.

–Muchos buscan nuevos microorganismos, con nuevas funciones –señala Epstein–, el descubrimiento de antibióticos es solo una aplicación de nuestro método general de cultivo de microorganismos. Por tanto, es posible usarlo para cualquier otro propósito igualmente. Se puede buscar nuevas drogas, anticancerígenos, antiinflamatorios, simbiontes para plantas, nuevos microorganismos que fijen nitrógeno…

– ¿Cómo se accede a esta tecnología?

– Si es investigación académica, puedes usarla como quieas, no tienes que hacer nada, porque se trata de una tecnología publicada. Pero si se apunta a una aplicación industrial, esa es otra historia, pues requeriría una sublicencia de la Northeastern University, mi universidad, que tiene los derechos.

– ¿El antibiótico, teixobactin, descubierto a partir de la baceria Eleftheria terrae, tiene aplicaciones en agricultura?

– No lo sé. Podría tener algún uso para ganadería, donde, al igual que en salud humana, enfrentan el problema de resistencia a antibióticos. Tal vez también en acuicultura, para crianza de animales marinos. No lo hemos probado hasta ahora.

El desafío en adelante es adentrarse en ese 99% de bacterias por estudiar, de modo de conocer las posibilidades existentes en millones de especies, o tal vez miles de millones (Dykhuizen, 1998). No por nada la revista Foreign Policy eligió a Epstein y Lewis como Pensadores Globales (Global Thinkers) de 2015, reconocimiento que se entrega a quienes están cambiando el mundo y nuestras vidas.