Genomas microbianos en el suelo,
descifrando sus misterios

Iván Pável Moreno-Espíndola*, José Roberto Ángeles-Vázquez** y María Jesús Ferrara-Guerrero** *Departamento de Producción Agrícola y Animal, Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Xochimilco **Departamento del Hombre y su Ambiente, UAM-Xochimilco [email protected]

Es común que a los agrónomos y a otras personas que trabajan directa o indirectamente en el campo, se les haya enseñado que el suelo es un simple soporte en el que crecen las plantas y donde existen bichos que contaminan y enferman a los cultivos… los microorganismos. Con esa visión del suelo, por muchos años se han empleado productos tóxicos para matar bacterias, hongos, algas, levaduras y otros microorganismos, que naturalmente habitan y trabajan en él –sea éste de un bosque, de una selva o de uso agrícola-. Contrario a todo eso, en muchas civilizaciones originarias, los campesinos hacían y hacen uso de los microorganismos, aun sin explicarse exactamente lo que son y los procesos que realizan.

El desarrollo de conocimientos y técnicas de ingeniería genética permitieron evidenciar el papel de los microorganismos en la salud de los suelos y en la nuestra. Como más de un lector sabrá, el cuerpo humano contiene diez veces más células microbianas que células humanas. Si en nuestro cuerpo, un sistema complejo y dinámico, la importancia de las actividades microbianas para la vida es indudable, imaginemos su papel y las miles de funciones que realizan los microorganismos en el suelo.

En un gramo de suelo podríamos encontrar más de cien millones de células microbianas, compuestas por miles de especies diferentes, en interacción con plantas, animales, minerales y gases. Las bacterias tienen un papel fundamental en la fertilidad del suelo y que los hongos son primordiales en las primeras etapas de la descomposición de restos de animales y plantas que vuelven al morir a incorporarse al suelo. A pesar de conocer esto, podríamos saber más, sin caer en la lógica bio-extractivista, y empezar a utilizar o a hacer eficiente el aprovechamiento de las capacidades metabólicas, asociativas y reguladoras de los microorganismos.

Para acercarnos a un conocimiento mayor de las actividades de los microorganismos del suelo, hay que descifrar sus misterios. En ese sentido, el conocimiento del conjunto de genes que se encuentran en cada célula microbiana, es decir, su genoma, nos permite entender su expresión, y, si hacemos estudios más amplios que llamaríamos metagenómicos, comprenderíamos su importancia a nivel individual y como sistema con sus múltiples interacciones.

Los genes de cada microorganismo se expresan o se silencian es decir, realizan o no, una o varias funciones, en respuesta a estímulos ambientales, incluso podríamos decir culturales, y dan como resultado interacciones microbio-planta, microbio-microbio, relaciones de buena o mala vecindad, de cooperación o competencia que generan dinámicas particulares en cada ambiente. Para fines prácticos, lo anterior significa que, según las relaciones que se den en un ambiente como el suelo, se podrían conocer los mecanismos que usan los microbios para controlar sus poblaciones, para producir sustancias que pudieran emplearse como fármacos, para degradar materiales contaminantes y un largo etcétera.

En México las investigaciones que se han realizado en cuanto a genes y genomas se han centrado en el estudio de microorganismos cultivados –que se pueden hacer crecer en un laboratorio-, como Rhizobium, muy útil en la agricultura, así como en la transformación de plantas gramíneas y leguminosas –como el maíz y el frijol-, a las que se les introducen de manera artificial genes de otras especies (transgénicos), o de plantas de la misma especie (cisgénicos). Investigar el genoma es una alternativa para el estudio de microorganismos que hasta ahora no hemos podido cultivar. En los suelos podríamos estudiar los procesos relacionados con el reciclamiento del nitrógeno y el fósforo, nutrimentos muy importantes para las plantas, procesos en los que participan bacterias que crecen en condiciones micro-ambientales muy diversas dentro del suelo (diferente concentración de oxígeno o dióxido de carbono, mayor o menor acidez).

Existe un gran campo por investigar en cuanto a los genes y genomas de los organismos presentes en los suelos, sobre todo en cuanto a su funcionamiento como sistema. Esos estudios podrían ayudar a resolver problemas como la degradación, contaminación, pérdida de fertilidad en los suelos, además de desequilibrios ecosistémicos que facilitan la aparición de plagas.

Descifrar los misterios del suelo puede permitirnos no sólo el descubrimiento de genes considerados de importancia para la productividad agrícola, sino mostrarnos la complejidad de un sistema llamado suelo, sobre el cual y gracias al cual vivimos.

Microbiología de suelos.
Bacterias con aplicación agrícola

Lucía López-Reyes, Moisés Carcaño-Montiel, Teresita Jiménez-Salgado, Amparo Mauricio-Gutiérrez y Armando Tapia-Hernández
Investigadores de la BUAP [email protected]

Suelo agrícola contaminado con petróleo por un derrame accidental

La calidad del suelo está relacionada con los organismos que lo habitan en su superficie o en su interior, tanto los que se ven a simple vista como los que no se ven incluyendo las bacterias y los hongos (microorganismos). Esos microorganismos son los responsables de mantener los ciclos de los elementos importantes para la vida, como el nitrógeno, carbono, fósforo, azufre y agua, entre otros, lo que influye en la fertilidad agrícola.

En el suelo existen millones de bacterias asociadas con las plantas, algunas de ellas causan enfermedades, pero otras son benéficas por estimular el desarrollo y la salud de los cultivos. Dañar al suelo es dañar a los organismos que lo habitan. Por ello en el área de Microbiología de Suelos de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP) se cuenta con un laboratorio que estudia a las bacterias del suelo que ayudan a alimentar a las plantas y las defienden de enfermedades causadas por microorganismos patógenos además, contribuyen en la limpieza y recuperación de suelos contaminados. Se cuenta con una colección bacteriana amplia proveniente de varias zonas agrícolas de México, y que en formulaciones está disponible para estimular el desarrollo de plantas como maíz, sorgo, trigo, cebada, frijol y especies forestales, entre otras. La aplicación bacteriana en semillas contribuye al ahorro de la fertilización química nitrogenada y fosfatada, así como al consecuente cuidado del ambiente por el ahorro de fertilizantes.

Microbióloga observando bacterias del suelo a través del microscopio

Los efectos que se obtienen al aplicar bacterias benéficas a las plantas son importantes, ya que la producción agrícola se incrementa entre 20 y 30 por ciento y en algunos casos hasta el ciento por ciento dependiendo de la región del país. La aplicación de bacterias benéficas se traduce en mejores cosechas y más sanas, por lo que se obtienen alimentos de calidad alimenticia, con menor contaminación del suelo y con beneficio para los consumidores. Los primeros estudios se realizaron en 1986, al sembrar con bacterias fijadoras de nitrógeno llamadas Azospirillum para reducir la fertilización química en algunos sistemas de producción de maíz. Las bacterias empleadas no sólo le dieron nitrógeno a las plantas sino que también estimularon su desarrollo gracias a que éstas produjeron sustancias que favorecen el crecimiento vegetal. Actualmente, se aplican bacterias específicas para cada cultivo y región agrícola. Además, se realizan investigaciones encaminadas a favorecer un ambiente de sustentabilidad agrícola en beneficio de la sociedad y el cuidado del ambiente. Tras los éxitos obtenidos, se generaron dos marcas de inoculantes comerciales, Biofertibuap y Biofosfobuap. No obstante, se continúa en la búsqueda de nuevas formulaciones, destinadas al uso forestal y a procesos de recuperación de suelos.

En el caso forestal, recientemente se inocularon diez mil plantas de pino en el estado de Tlaxcala con bacterias obtenidas de plantas arbóreas de los bosques de Puebla (Chignahuapan). También se está aplicando bacterias benéficas a los cultivos de café y agave con resultados favorables para los productores.

Al igual que los humanos y los animales, las plantas suelen enfermarse por la presencia de bacterias y hongos, y es posible eliminar a los organismos que causan la enfermedad mediante lo que se conoce como control biológico con bacterias del suelo. Dichas bacterias tienen la capacidad de eliminar al organismo que causa la enfermedad por ataque directo o la producción de compuestos químicos que inhiben el desarrollo de la enfermedad. El uso del control biológico en los cultivos ha permitido disminuir la aplicación de sustancias agroquímicas que contaminan al suelo, que causan daño a los animales y que pueden contaminar a las plantas y consecuentemente a los alimentos que consumimos.

También existen bacterias que nos ayudan a eliminar algunos de los contaminantes del suelo, por lo que su utilidad puede darse en procesos de recuperación y limpieza de diversos contaminantes como el petróleo y derivados. La aplicación dirigida de este fenómeno se conoce como biorremediación, que se da por la estimulación y manejo de la actividad de los microorganismos. El éxito de un proceso de biorremediación depende de las características del suelo antes y durante el proceso de limpieza hasta alcanzar los niveles aceptables para la agricultura. También se puede recurrir a procesos complementarios de remediación con ayuda de algunas plantas que participan en la degradación o inmovilización de los contaminantes.

Todo lo anterior nos indica que las bacterias pueden ayudarnos a solucionar varios de los problemas que tenemos como humanidad, desde el aporte de nutrimentos para la producción de alimentos hasta la eliminación de contaminantes del suelo, con la consecuente mejora de la calidad de vida de todos los seres que habitamos en el planeta Tierra.

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