Por: Ingeniero. Carlos Alberto Vargas
Gerente Biocrop SAS
La agricultura representa una actividad determinante en el desarrollo económico, social y ambiental del mundo, ya que contribuye con el 80% de los alimentos que se consumen. Aproximadamente entre el 20 y 30% de la producción agrícola anual es afectada por plagas y enfermedades, de las cuales el 50% son causadas por hongos, bacterias y oomicetos fitopatógenos. Con el objetivo de combatir las enfermedades en los cultivos agrícolas se han utilizado ampliamente diversos compuestos químicos tales como insecticidas, fungicidas y nematicidas. No obstante el éxito de la aplicación de estos compuestos en el incremento de la productividad agrícola mundial, su uso excesivo ha impactado negativamente los suelos, ecosistemas y la salud humana, lo que ha llevado a prohibir el uso y comercialización de ciertas moléculas a lo largo del tiempo.
En el MIPE se destaca el uso de agentes de control biológico como una alternativa sustentable para mitigar los efectos negativos en la productividad y calidad de los cultivos agrícolas causados por distintas enfermedades. El control biológico disminuye la resistencia de los organismos fitopatógenos y reduce la contaminación de los suelos y mantos acuíferos, lo cual permite la producción de alimentos inocuos y disminuye los costos de producción.
Estos efectos han sido observados en las cepas microbianas utilizadas como agentes de control biológico. El género Bacillus ha sido ampliamente estudiado debido a su abundancia y diversidad en los agro-sistemas. Esto justifica el amplio uso de cepas de este género bacteriano como agentes de control biológico para el control de enfermedades que afectan los cultivos agrícolas, así como su implementación, sin riesgos de bioseguridad. Un ejemplo es el bioplaguicida desarrollado con Bacillus Subtilis en Bio-crop Subticrop. El sustento científico de estos bioproductos sobre sus mecanismos de acción, implicaciones ecológicas, de bioseguridad y la formulación son determinantes para el desarrollo de una agricultura sustentable.
El género Bacillus como agente de control biológico
Una gran diversidad de especies del género Bacillus han demostrado tener actividad antagónica contra diversos microorganismos fitopatógenos de cultivos agrícolas. En la actualidad diversas especies del género Bacillus (B. subtilis, B. pumilus, B. amyloliquefaciens y B. licheniformis) son ampliamente estudiadas para mitigar la incidencia de enfermedades de importancia agrícola.
Principales mecanismos de control biológico del género Bacillus
Producción de lipopéptidos
Una de las características más importantes del género Bacillus es su capacidad de producir una gran variedad de antibióticos capaces de inhibir el crecimiento de agentes fitopatógenos. Entre éstos, los lipopéptidos cíclicos no ribosomales han sido los más estudiados. Análisis de expresión génica y mutagénesis dirigida han contribuido de manera significativa a comprender el papel de los lipopéptidos en la actividad antimicrobiana del género Bacillus contra microorganismos fitopatógenos.
Producción de enzimas líticas
Actualmente, existen diversos estudios científicos que reportan el papel de estas enzimas en la actividad antifúngica in vitro obtenidas de cepas del género Bacillus. Se evaluó el papel de una quitinasa en el control de Rhizoctonia solani por B. subtilis y la actividad inhibitoria de la enzima purificada y confrontada contra dicho patógeno. Los estudios demostraron que los productos purificados presentaron una alta actividad inhibitoria en la germinación de esporas de Botrytis elliptica.
Producción de sideróforos
Diversas especies de género Bacillus han sido reportadas por su capacidad para controlar enfermedades de plantas mediante la secreción de sideróforos, limitando el crecimiento y colonización de microorganismos fitopátogenos dependientes hierro. B. subtilis antagoniza fuertemente el crecimiento de patógenos fúngicos, pertenecientes a los géneros Fusarium, Colletotrichum, Pythium, Magnaporthe y Phytophthora con tasas de inhibición que se ubicaron en el intervalo de 19% a 94%.
Producción de δ-endotoxinas
Las proteínas Cry o δ-endotoxinas se encuentran ampliamente utilizadas por su eficacia en el control biológico de insectos. Su mecanismo de acción inicia una vez que las proteínas Cry son procesadas proteolíticamente a través de proteasas presentes en el intestino medio del huésped, separando una sección de aminoácidos en la región N-terminal y en el extremo C-terminal (dependiendo de la naturaleza de la proteína Cry). Entonces se liberan fragmentos activos y tóxicos que interactúan con las proteínas receptoras presentes en células intestinales.
El género Bacillus y los bioplaguicidas
Lo anterior hace evidente la necesidad de generar alternativas eficientes y amigables con el ambiente para reducir el uso de productos sintéticos y lograr un manejo eficaz y sustentable del control de enfermedades en los cultivos agrícolas.
Esta necesidad hace que el control biológico sea una parte importante para el manejo de plagas y enfermedades, que consiste en la utilización de organismos vivos para reducir y mantener la abundancia de una plaga o un patógeno por debajo de los niveles de daño económico. El potencial de esta alternativa se fundamenta en el control eficiente de una plaga o enfermedad a mediano y largo plazo, compatible con un bajo riesgo ambiental, y una producción sustentable.
Actualmente, los productos a base de B. thuringiensis (Bak-tur) representan el 75% de los bioplaguicidas comercializados mundialmente, impactando sustancialmente el mercado de bioplaguicidas nacional. La aplicación de formulados a base de Bt representa una alternativa eficaz para el control de insectos, presentando un porcentaje de uso de 4 a 10% del total de insecticidas utilizados para los cultivos de maíz, algodón y hortalizas. Otras especies del género de Bacillus tales como: B. subtilis, (subticrop) B. pumilus, B. licheniformis y B. amyloliquefaciens, (bactrial) destacan por su implementación exitosa en formulaciones comerciales y desarrolladas principalmente para el control de enfermedades fúngicas.
Perspectivas de bioseguridad y biodiversidad en el uso del género Bacillus en los agro-sistemas
Las especies del género Bacillus poseen gran diversidad metabólica y funcional, propiciando su amplio uso en la agricultura. Los grupos de Bacillus cereus y Bacillus subtilis (subticrop), son los más utilizados. Sin embargo, en términos de bioseguridad éstos deben ser estudiados ampliamente antes de su utilización como agentes de control biológico en el campo. El grupo de Bacillus subtilis, que incluye especies de gran importancia en la agricultura como B. subtilis, B. licheniformis y B. pumilus, tradicionalmente no es considerado como patógeno para humanos. Incluso, a B. subtilis se le ha otorgado el estado de QPS (Qualified Presumption of Safety) por la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria.
Conclusiones
El impacto negativo de los plaguicidas químicos en el ambiente se ha documentado ampliamente: daños a la salud, resistencia a compuestos por los fitopatógenos, contaminación de suelos y mantos acuíferos. Por ello surge la necesidad de desarrollar alternativas sostenibles para proteger a los cultivos agrícolas contra organismos patógenos, por ejemplo, la utilización de agentes de control biológico.
El género Bacillus presenta gran diversidad metabólica involucrada para el control biológico de fitopatógenos. El sector académico e industrial ha enfocado esfuerzos para la generación de formulaciones comerciales para su aplicación en campo, y en la descripción de los principales mecanismos de acción involucrados en dicho efecto (competencia por espacio y nutrientes, antibiosis, producción de enzimas líticas, secreción de toxinas, induciendo la resistencia del hospedero). Sin embargo, es inusual que un único mecanismo de acción sea utilizado por dicho antagonista para la supresión de fitopatógenos in situ. De esta manera, el conocimiento de los mecanismos por los cuales el antagonista ejerce su acción es determinante tanto para garantizar su efecto como para el desarrollo de formulaciones comerciales, cuyo éxito radica en la creación de microambientes que potencialicen su actividad biológica sin estimular el desarrollo del patógeno. Actualmente, diversas formulaciones comerciales cuentan como ingrediente activo cepas del género Bacillus, (Bacillus Subtilis, subticrop), Bacillus Thuringiensis (Bak-tur) Bacillus amiloliquefaciens (Bactrial) debido a su capacidad de colonización, fácil reproducción y alta persistencia asociada a la formación de endosporas, siendo esta última una característica de especial interés ya que les permite sobrevivir bajo condiciones de estrés abiótico, facilitando su producción y almacenamiento durante largos periodos de tiempo. Por otra parte, después de la inoculación del bioplaguicidas es posible observar un efecto en los cultivos agrícolas por la acción de control biológico: mitigación de fitopatógenos y promoción del crecimiento vegetal, lo cual redunda en la mejora de la salud de la planta. Sin embargo, es necesario profundizar en estudios básicos que integren otras estrategias de MIPE (prácticas culturales, control químico) garantizando el uso de cepas bioseguras en la agricultura. Finalmente, el éxito del uso de bioplaguicidas dependerá en gran medida de la innovación, investigación, eficiencia, estrategias de marketing y divulgación de resultados entre los productores y las instancias encargadas de la toma de decisiones referentes a la regulación y uso de este tipo de tecnologías y al avance hacia la obtención de certificaciones orgánicas que los avalen.
Bibliografía
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Aguado-Santacruz GA, Moreno-Gómez B, Jiménez-Francisco B, García-Moya E y Preciado-Ortiz RE. 2012. Impacto de los sideróforos microbianos y fitosidéforos en la asimilación de hierro por las plantas: una síntesis. Revista Fitotecnia Mexicana. 35:9-21. Badii MH, Tejada LO, Flores AE, Lopez CE y Quiróz H. 2000. Historia, fundamentos e importancia. Pp: 3-17. In: Badii MH, Flores AE y Galán LJ (eds.). Fundamentos y Perspectivas de Control Biológico. UANL, Monterrey.
