martes 19.11.2019

LA RESPUESTA ESTÁ EN LA NATURALEZA

Productores de trichotecenos. Hongos productores de trichotecenos en placas como medios de cultivo. Entre estos hongos se encuentran las especies de los géneros Fusarium, Myrothecim, Microcyclospora, Trichothecium, Spicellum y Trichoderma. En las placas se muestra la estructura química de algunos grupos de trichotecenos, y en la parte superior las distintas flechas son una representación simplificada de los genes necesarios para la síntesis de estos compuestos.


MARÍA J. MUÑIZ | LEÓN


Determinados hongos, que están distribuidos en la naturaleza por todo el mundo, son capaces de producir toxinas que contaminan y destruyen cultivos muy importantes desde el punto de vista económico. Pero además son tóxicas para los animales y para el ser humano, lo que despierta mayor preocupación. Desentrañar el proceso de su biosíntesis es el método para desarrollar procedimientos de detoxificación de estas sustancias, lo que implica además la identificación de microorganismos capaces de degradar los compuestos tóxicos. Es la búsqueda de alternativas biológicas a los pesticidas químicos.


El Grupo de Investigación de Ingeniería y Agricultura Sostenible (GUIAS) de la Universidad de León en el Campus de Ponferrada lleva más de 20 años investigando hongos del género Trichoderma como agentes de biocontrol de plagas. Acaba de describir por primera vez uno de los genes que intervienen en las últimas etapas de biosíntesis de trichotecenos, un trabajo publicado por la revista Journal of Agricultural and Food Chemistry; y seleccionado por la editorial American Chemical Society como artículo destacado . 


Los investigadores tienen ya aceptado un nuevo trabajo sobre otro de los genes implicados en la misma biosíntesis, concretamente también en una de las etapas finales que era desconocida hasta este momento. Avanzadas estas investigaciones, el próximo paso es iniciar una nueva línea de investigación que trasladará los avances no sólo a los cultivos, sino a la propia industria agroalimentaria. 


«Nuestra línea principal de investigación son unas toxinas producidas por hongos que están distribuidos por la naturaleza y que afectan a cultivos muy importantes, como maíz, trigo,... Sobre todo cereales. Son los trichotecenos, entre 150 y 200 compuestos. El hongo más conocido que produce estas toxinas se llama Fusarium, y está muy controlado en todo el mundo por los daños que puede producir en cultivos fundamentales. Nosotros hemos estudiado esas toxinas de un hongo que se llama Trichoderma», explica Santiago Gutiérrez Martín, catedrático de Microbiología de la Universidad de León en el Campus de Ponferrada. El equipo investigador está formado además por Rosa Elena Cardoza, Laura Lindo y José Álvarez. 


Durante años las investigaciones se han centrado en analizar qué toxinas produce, «y sobre todo qué genes están implicados en su biosíntesis». Ahora el último estudio del equipo, seleccionado por la editorial para su publicación, describe uno de los genes que participa en las etapas finales de esta producción. «Es un gen que se conocía hace tiempo, pero no se había conseguido describir cuál era su función. Nosotros hemos conseguido describirla en detalle». El avance muestra que para la síntesis del trichoteceno harzianum A se requieren dos enzimas de la familia de las aciltransferasas, que actuan secuencialmente para dar lugar al producto final. 


Ahora preparan las últimas fases para la publicación de un nuevo estudio, que en este caso describe las etapas en las que está implicado el gen tri23, que también eran desconocidas. 


Los investigadores de la Universidad de León colaboran en este trabajo con el Departamento de Agricultura de Estados Unidos desde finales de 2016, y la publicación del artículo y sobre todo su publicación en acceso abierto de forma gratuita, además de la difusión de su contenido, muestran la calidad e importancia del trabajo desarrollado. 


Gutiérrez Martín recuerda, sin embargo, que en la ULE llevan estudiando la biosíntesis de estos compuestos «desde hace muchos años. Toda la vida hemos analizado los hongos, desde 1997 trabajamos con Trichoderma y desde 2006 con estos genes. Puede parecer que está todo descubierto, pero siempre hay algo más por investigar. Y cuanta más precisión tengamos en el conocimiento de los procesos de biosíntesis de estas toxinas, más eficaces podremos ser en los tratamientos para detoxificarlas». El equipo investiga el Trichoderma porque «al haber cepas o especies de este grupo que no son patógenas, aunque produzcan compuestos de este tipo, podemos estudiar los genes evitando su patogenicidad». 


Para desarrollar la aplicación práctica de estos avances «el objetivo se sitúa primero en conseguir caracterizar lo más a fondo posible toda esta biosíntesis; y después lograr desarrollar procedimientos para eliminar esas toxinas, para detoxificarlas. Para llegar a ese punto primero tenemos que saber con precisión cómo se sintetizan y dónde adquieren la toxicidad. Porque los compuestos tienen una serie de intermediarios que se transforman unos en otros de forma consecutiva, pero no todos son tóxicos, esa toxicidad se adquiere en un momento determinado. Si lo sabemos con precisión, y conocemos los genes implicados, podremos actuar con eficacia en ese punto». 


Además el microbiólogo recuerda que la tendencia actual pasa por encontrar en la propia naturaleza microorganismos que degraden el compuesto final hasta convertirlo en inocuo para las plantas. «Se buscan alternativas biológicas a los pesticidas químicos. De hecho nuestro equipo ha desarrollado estos avances porque desde hace más de 20 años nuestro campo de estudio tradicional es el Trichoderma como agente de biocontrol de plagas. Muchos Trichoderma tienen la peculiaridad de ser capaces de proteger a cultivos frente a patógenos concretos». 


Dentro de esa línea de investigación inicial se detectó la peculiaridad de que algunas cepas benignas de Trichoderma tenían esos genes y eran capaces de producir los compuestos analizados. «Para la detoxificación la línea que vamos a seguir es obtener microorganismos del ambiente que sean capaces de degradar esos compuestos. La respuesta está en la naturaleza. Si en un terreno hay Fusarium y en el mismo crecen algunos microorganismos, es posible que alguno de ellos sea capaz de detoxificar los trichotecenos producidos por Fusarium. Muchos de los compuestos que son tóxicos también tienen capacidad antibiótica, inhiben el crecimiento de otros microorganismos. Nuestra idea es aislar de los suelos esos microorganismos, identificarlos y ver qué mecanismos siguen para la detoxificación». 


De hecho, de cara al futuro, más que utilizar los microorganismos identificados como antagonistas para eliminar las toxinas la previsión es purificar las enzimas que utilizan para hacerlo, y seleccionarlas para adicionar a los cultivos o los productos que se obtienen de ellos». 


Los Trichoderma llevan décadas utilizándose como agente de biocontrol en todo el mundo, «bastantes de las cepas de este hongo tienen aplicación en este sentido. Es una tecnología que al final resulta muy barata y que reduce sensiblemente el uso de pesticidas». Los descubrimientos del equipo de investigadores leoneses aportan a este campo «el conocimiento de cómo es la biosíntesis, porque así podremos afrontar mejor la fase de la detoxificación. Y en ese proceso seguimos avanzando, en describir etapas que no sabíamos realmente cómo ocurrían. Sabiendo exactamente cómo funciona la biosíntesis podemos actuar de forma mucho más precisa». 


De la trascendencia del avance da fe el hecho de que el artículo en el que se describe haya sido seleccionado por la American Chemical Society como artículo destacado en la modalidad Editor’s Choice. «Hoy en día publicar ya es dificilísimo, tienes que superar unos filtros muy estrictos; y además una vez que aceptan tu artículo muchas veces te cobran por publicarlo. Más si es en abierto, que es lo que da difusión a la investigación. Por eso es importante esta distinción». 


En los últimos doce meses el equipo de investigadores ha publicado seis artículos en los que actúan como coordinadores, y colaboran con investigadores de Estados Unidos, Italia, Corea,... Además de otros en los que actúan como colaboradores


Detener el crecimiento de un patógeno. Ensayo de enfrentamiento entre Trichoderma arundinaceum (izquierda) frente al patógeno Botrytis cinerea (derecha). El primero, productor del trichoteceno harzianum A, detiene el crecimiento del patógeno, e incluso es capaz de crecer sobre la colonia del patógeno, según se aprecia en las flechas amarillas.

LA RESPUESTA ESTÁ EN LA NATURALEZA
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