Bacterias del suelo contra la vomitoxina: una investigación del Campus de Ponferrada para salvar el cereal

El deoxinivalenol (DON), más conocido como vomitoxina, es una micotoxina producida por hongos del género Fusarium que contamina cereales como el trigo, el maíz y la cebada. Esta sustancia representa un grave riesgo para la seguridad alimentaria, ya que puede inhibir la síntesis de proteínas y causar efectos adversos en la salud humana y animal, además de generar pérdidas económicas masivas. Por ello, un equipo de investigadores del Campus de Ponferrada de la Universidad de León ha analizado el potencial de determinados microorganismos presentes en suelos agrícolas como aliados estratégicos para degradar la toxina y contribuir a la obtención de alimentos más seguros.

«Es una toxina muy prevalente que está casi siempre en los cereales, por lo que los agricultores deben extremar las precauciones para evitar que los mohos proliferen en el campo. Cuando están presentes y se alcanzan niveles peligrosos para la salud, la legislación europea prohíbe la comercialización de ese cereal, de modo que estamos firmemente protegidos por la normativa. Sin embargo, por debajo del límite permitido suele haber presencia, porque la contaminación por DON está sumamente extendida», detalla Natalia Martínez Reyes, científica del Grupo Universitario de Investigación en Ingeniería y Agricultura Sostenible (GUIIAS) y autora de este estudio, que constituye su tesis doctoral.

Como explica la investigadora —graduada en Biotecnología por la ULE y con un máster en Nanociencia y Nanotecnologías Avanzadas por la Universidad Autónoma de Barcelona—, esta micotoxina supone un gran desafío para la cadena alimentaria debido a que es «una sustancia química muy estable térmica y químicamente». «Resiste incluso a altas temperaturas; el tostado o el cocinado no la degradan. Por ello, no se puede someter al cereal contaminado a ningún tratamiento convencional que elimine la toxina sin echar a perder el alimento. Nosotros estamos explorando una solución biológica, enzimática y muy dirigida, que no afecte a otros componentes como el almidón ni altere las características organolépticas del cereal. La alta estabilidad no es exclusiva del DON; la mayoría de las micotoxinas son bastante estables, salvo contadas excepciones que sí se degradan con el calor», señala Martínez.

A diferencia de otras micotoxinas, en la cadena alimentaria el DON se transfiere directamente desde los vegetales hasta los animales y los seres humanos. «Hay micotoxinas que se bioacumulan, como las aflatoxinas: cuando una vaca consume pienso contaminado, puede llegar a excretarlas en la leche, pero con el DON no ocurre esto. Sus principales efectos se manifiestan a nivel gastrointestinal, dañando el epitelio, lo que suele causar diarrea y vómitos; incluso puede llegar a necrosar el intestino. También tiene efectos inmunomoduladores que alteran el sistema inmunitario. Los animales que lo ingieren sufren trastornos digestivos, como la pérdida de peso, y se vuelven mucho más susceptibles a contraer enfermedades», expone Martínez.

El proyecto, que se inició en 2021, tuvo su origen en una colaboración con un grupo de investigación de Estados Unidos centrado en las diferencias estructurales de los tricotecenos. A partir del análisis de muestras recogidas en terrenos afectados por el DON, se identificó una población bacteriana denominada Z13 capaz de degradar la toxina sin generar subproductos nocivos.

El equipo analizó cerca de 80 tipos de suelos diferentes que abarcaban diversos cultivos, como la vid o el maíz. Incluso obtuvieron muestras de tierra que inocularon artificialmente con el hongo Trichoderma para que produjera sus propios tricotecenos y comprobar así si las bacterias eran capaces de degradarlos. «Secamos esa tierra y cultivamos una pequeña muestra en un medio químico donde el único sustrato disponible para su alimentación era el DON. Tras una semana de crecimiento, las analizamos mediante HPLC —una técnica de química analítica— para medir la cantidad residual de vomitoxina. Obtuvimos muchas muestras y comprobamos que varias eran capaces de degradar el DON, aunque solo algunas lo hacían sin producir metabolitos secundarios. El siguiente paso fue realizar el análisis toxicológico: repetimos los experimentos y evaluamos el resultado de la degradación en cultivos celulares humanos. Constatamos que la población Z13 no generaba ninguna sustancia tóxica y las células sobrevivían. Después hicimos más pruebas con un espectrómetro de masas para determinar qué se estaba produciendo exactamente. Con los análisis solo detectábamos la presencia o ausencia de DON, pero no podíamos ver qué más estaba ocurriendo. Al final, fuimos incapaces de hallar ningún subproducto en el cultivo de Z13, ya que lo metabolizaba todo», explica la investigadora.

Como recalca la científica, «a veces estos microorganismos actúan en consorcio y, además, no siempre son fácilmente cultivables de forma aislada». «Ninguno de los aislados de la población Z13 funcionaba por separado; el éxito dependía del cultivo en su conjunto, con todos sus individuos en las proporciones exactas. Para identificarlos, extrajimos el ADN metagenómico de Z13, lo secuenciamos mediante técnicas de secuenciación masiva y caracterizamos las especies bacterianas presentes. La muestra heterogénea es difícil de controlar y va perdiendo efectividad al replicarse, por lo que el objetivo final es aislar la proteína o enzima específica responsable de la degradación para que su uso industrial sea tan sencillo como el de la lactasa», añade.

Aunque el equipo aún no ha descifrado por completo el mecanismo exacto de eliminación de la toxina, ya han explorado varias rutas metabólicas descritas en la literatura científica. «En el estudio caracterizamos la composición de la comunidad microbiana mediante metataxonómica. Lo último que hicimos fue utilizar un hongo que es controlable y funciona bien en el laboratorio para intentar introducirle los genes responsables de la degradación del DON. Queremos realizar construcciones genéticas para modificar este hongo —que inicialmente iba a ser del género Aspergillus, pero que finalmente ha sido un Trichoderma— con el fin de que sea capaz de degradar la vomitoxina; sin embargo, es un desarrollo que todavía está en proceso», detalla la leonesa.

La investigación, publicada en la revista científica Toxins y elegida como portada de dicho número, ha sido reconocida en la sexta edición del concurso de divulgación científica #HiloTesis, una iniciativa impulsada por la Conferencia de Rectores y Rectoras de las Universidades Españolas (CRUE) en colaboración con la Red de Divulgación y Cultura Científica (RedDivulga).

Su propuesta, difundida a través de once imágenes en formato carrusel en Instagram a través del perfil @dra.natalysis, forma parte de los seis trabajos galardonados en esta edición, junto a trabajos de las universidades de Santiago de Compostela, Illes Balears, Jaume I, Sevilla y Camilo José Cela.

La científica recalca que se sorprendió gratamente «porque a veces una no valora tanto su propio trabajo, pero me alegró mucho». «No me esperaba ganar a nivel nacional porque vi trabajos súper buenos. Animo a todo el mundo a que busque #HiloTesis en Instagram porque hay carruseles muy chulos. A mí esto me anima a seguir divulgando porque me gusta mucho y me demuestra que voy por buen camino», expone.

El trabajo de Natalia Martínez —dirigido por Santiago Gutiérrez Martín, Pedro Antonio Casquero Luelmo y Rosa Elena Cardoza Silva, y realizado en colaboración con investigadores del Departamento de Ciencias Biomédicas de la ULE, así como con investigadores de Alemania— fue elegido entre 255 participantes procedentes de 53 universidades españolas, que durante el mes de mayo difundieron sus trabajos de investigación con el objetivo de mostrar el valor del conocimiento generado en las universidades y acercarlo a nuevos públicos. El reconocimiento está dotado con un premio de 500 euros gracias a la colaboración de la Fundación Ignacio Larramendi.

Para la investigadora, originaria de Valdefuentes del Páramo, el reto más grande fue simplificar su tesis porque para los científicos «hablar en lenguaje técnico es lo más natural». «Parece que esto es obvio, pero realmente no lo es, porque requiere un esfuerzo extra intentar decir las cosas con rigor pero con un lenguaje más sencillo», aclara.

Además, defiende que «cree en el deber moral de divulgar y, sobre todo, de luchar contra la desinformación». «Considero que ese deber no tendría que recaer únicamente en los investigadores a nivel personal y voluntario, sino que a nivel institucional se debería compartir esta responsabilidad. Iniciativas como el concurso #HiloTesis consiguen que la ciencia salga de los laboratorios y se traduzca a un lenguaje sencillo, conciso y, sobre todo, atractivo», concluye Natalia Martínez.