Un trabajo conjunto entre investigadores chilenos y argentinos está logrando importantes avances con una bacteria que nutre las raíces de las legumbres, estudiando cómo nadan de forma más eficiente para convertirlas en biofertilizantes más efectivos para la agricultura.
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Cuando hablamos de bacterias, solemos pensar en enfermedades, infecciones e incluso muerte. Pero hay muchas bacterias que son beneficiosas para el ser humano y los ecosistemas del planeta. Una de ellas es el foco de estudio de un grupo científicos del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, en Chile, y de las universidades Nacional de Córdoba y Nacional de La Plata, en Argentina, quienes están desentrañando el movimiento colectivo de las bacterias Bradyrhizobium diazoefficiens, para convertirlas en un biofertilizante eficiente para la agricultura.
Las Bradyrhizobium diazoefficiens son bacterias de suelo que se asocian a la planta de soya, capturando nitrógeno del aire y llevándolo a sus raíces. “Usan el nitrógeno (N2) para producir compuestos, como el amonio (NH4), que le sirven como nutriente a la planta. Por eso estas bacterias se usan, actualmente, como fertilizantes de estas plantas”, explica María Luisa Cordero, doctora en física y directora alterna del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa (DFI-FCFM-UChile).
Sin embargo, esta bacteria que actúa como biofertilizante natural no siempre es tan eficiente en su “viaje” a las raíces. En su nado por el suelo muchas veces se pierde y no llega a su objetivo.
“Por eso, aunque los agricultores la usan, igualmente utilizan abonos químicos para aportar sustancias nitrogenadas a las plantas”, afirma Cordero.
¿Cómo hacerlas más eficientes en su nado? La respuesta a ese problema de la agricultura vendría desde la física.
El aporte de la física
La investigación conjunta entre científicos chilenos y argentinos surgió tras la visita a Chile de Verónica Marconi, física de la Universidad Nacional de Córdoba y CONICET, en 2014. “En ese viaje conocí el laboratorio de la doctora Cordero en microfluídica. Al ver sus experimentos en microcanales pensé que esos eran los suelos que hasta entonces habíamos estudiado sólo teóricamente. Cordero podría ayudarnos a diseñar y fabricar microdispositivos que imitaran los suelos intrincados en los que se mueven las bacterias y así poder observarlas directamente. Eso nos daría una herramienta poderosa para investigar en laboratorio dichos fenómenos, aún muy desconocidos, a pesar de ser ampliamente usados en agronomía”, cuenta Marconi, quien trabajaba desde 2013 analizando la dinámica de estas bacterias.
Tras diversas conversaciones surgió la colaboración entre ambos centros, a la que se unió Anibal Lodeiro, de la Universidad de La Plata, especialista en biotecnología y biología molecular, y líder de un grupo expertos en la genética de bacterias de suelo, en particular de las Bradyrhizobium, usadas ampliamente hoy como biofertilizantes en la mayoría de los cultivos de soja en Argentina.
El equipo de investigación quedó conformado -finalmente- por las físicas Moniellen Pires y María Luisa Cordero, del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa (U. de Chile); las físicas Verónica Marconi y Sofia Montagna, de la U. Nacional de Córdoba y por el biotecnólogo Anibal Lodeiro, de la U. Nacional de La Plata.
¿El foco de la investigación? Entender en detalle la manera en que nadan estas bacterias cuando están dentro del suelo, con sus diferentes sistemas de flagelos, para ayudar a mejorar su eficiencia como biofertilizante, proponiendo mejores sistemas de inoculación a los cultivos.
Cómo nadan
Estas bacterias se caracterizan por tener dos sistemas de colas o flagelos para moverse: uno grueso en un extremo (subpolar) y otros delgados en los costados (laterales) que solo existen si hay ciertas condiciones ambientales.
Para estudiar su sistema de nado, las físicas del Núcleo Milenio fabricaron dispositivos microfluídicos que simulan un medio poroso similar al suelo. “Hacemos canales de unos pocos micrones de ancho, que son similares a los caminos que encuentran las bacterias entre las partículas de suelo. Luego, inoculamos las bacterias al interior de estos dispositivos y las observamos bajo el microscopio”, dice María Luisa Cordero, directora alterna del Núcleo Milenio.
Para entender cuál es la función de sus sistemas de flagelos, los científicos experimentan con cuatro cepas de la bacteria: la “salvaje” que es la que se encuentra en la naturaleza y otras tres cepas mutantes que fueron desarrolladas en el laboratorio del doctor Lodeiro en Argentina. “Una de esas cepas sólo fabrica el flagelo subpolar, otra solo los flagelos laterales, y una última no fabrica ningún tipo de flagelo. Usando las diferentes cepas, estamos tratando de determinar en qué condiciones la bacteria usa uno u otro sistema flagelar en su nado”, asegura Cordero.
¿Qué han descubierto hasta ahora? “Tenemos resultados preliminares de dos cepas, hemos caracterizado sus estrategias de nado en un tipo de medio poroso y hemos obtenido algunos parámetros de su motilidad”, cuenta Moniellen Pires, investigadora posdoctoral del Núcleo Milenio.
María Luisa Cordero, directora alterna del Núcleo Milenio detalla: “Hemos visto que las bacterias de la cepa mutante -que solo tienen los flagelos laterales- casi no nadan, por lo que aún tenemos la gran pregunta de para qué sirve este sistema de flagelos. Mientras que la bacteria salvaje, que tiene flagelos laterales, además del subpolar, nada más rápido que las mutantes que solo tienen el subpolar. O sea que, de alguna manera, los flagelos laterales ayudan a que la bacteria nade mejor, pero por si solos son insuficientes para hacer que las bacterias naden”.
Para Marconi, en tanto, los resultados que surjan de esta investigación serán cruciales para la agricultura sustentable ya que si se conoce cómo nadan estas bacterias en los micro canales intrincados de diversos suelos, se podría saber cómo llegan a la raíz, en qué suelos se mueven mejor, etc, lo que podría ayudar a mejorarlas genéticamente. “¿Por qué queremos eso? Porque si ellas logran entrar a la raíz, ellas se benefician, porque se reproducen muy fácilmente en un entorno benéfico y la planta mejora mucho la calidad de sus granos y producción, gracias a que estas bacterias ayudan a que la planta fije el nitrógeno atmosférico, el cual es escaso en el suelo. Y con más nitrógeno como alimento se logran mejores producciones. De este modo, al menos, un aditivo de los que necesitaría la planta, lo recibe de estas “buenas bacterias”, y así evitaríamos el uso de otro tipo de fertilizantes no tan amigables para el ambiente”, explica Marconi.
Microdispositivos
Los dispositivos microfluídicos creados para esta investigación en el Núcleo Milenio Física de la Materia Activa son del tamaño de un posavasos y sus microcanales internos tienen un ancho 10 micrómetros (0,01 milímetro) y una altura de 25 micrómetros (0,25 milímetro).
Este diseño de microcanales busca simular los poros del suelo, medio donde las bacterias nadan hasta llegar a las raíces de las plantas.