Luis David García Leija1, José Humberto Valenzuela Soto2, Ivana Moggio3, Eduardo Arias3
1Ingeniero en Química: Biotecnología por la Universidad Tecnológica de Coahuila, actualmente estudiante de la maestría en Agroplasticultura en el Centro de Investigación de Química Aplicada (CIQA). agro-coordinación.posgrado@ciqa.edu.mx
2Investigador por México SECIHTI, Departamento de Biociencias y Agrotecnología del Centro de Investigación de Química Aplicada (CIQA). humberto.valenzuela@ciqa.edu.mx
3Investigador del Departamento de Materiales Avanzados del Centro de Investigación de Química Aplicada (CIQA). ivana.moggio@ciqa.edu.mx, eduardo.arias@ciqa.edu.mx
Actualmente se conoce que ciertas bacterias son benéficasporqueayudan a proteger los cultivos. Por eso, hay investigadores que quieren saber cómo se comportan en el suelo o en la hidroponía, para lo cual están desarrollando métodos para su rastreo.
Aunque elrastreo en campo abierto es complicado,sería muy útil detectarbacterias como procedimiento de diagnóstico en las plantas. A este respecto, una alternativa interesante sería aprovechar la luz que emiten ciertas moléculas.
A estas moléculas (conocidas comofluoróforos) se les añaden biomoléculas que les gustan a las bacterias; entonces sería engañarlas para que, al entrar en contacto con ellas, emitan luz o, como se dice en el argot del campo, “brillen”.
También se sabe que cuando las plantas de tomate están estresadas por falta de agua o son atacadas por insectos u otros microorganismos patógenos, éstas secretan exudados por las raíces, que incluyen ácidos orgánicos, azúcares, péptidos, proteínas, etc., de modo que estos metabolitos pueden ser utilizados como nutrientes (alimento) por ciertas bacterias.
El ácido málico, cuando es liberado por las raíces de plantas de tomate en el suelo, atrae a una bacteria benéfica conocida comoBacillussubtilisla cual viene a establecerse en la superficie de las raíces para formar una biopelícula que sirve deprotección contra patógenos en el suelo.
Los marcadores fluorescentes suelen brillar al recibir cierto tipo de luz, ya sea de una lámpara UV o de un láser.
En investigaciones previasrealizadas porel equipo de CIQA-UAAAN, se logró detectar la presencia de Bacillussubtilisen raíces de tomateutilizando marcadores a base de pirenoque emite luz de color azul como medio rastreador de bacterias(Hernández et al., 2020).
La desventaja de los derivados depirenos como marcadores radica en la necesidad de irradiación UVpara emitir luz visible.
La generación de radiación UV requieremucha energía (de alto costo) y pone en riesgo la integridad de las bacterias. Recientemente, sintetizamos el4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indaceno (BODIPY), un fluoróforo orgánico a base de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Se trata de un compuesto orgánico, biodegradable y no tóxico, al que pueden asociarse otras moléculas.
De hecho, en el laboratorio actualmente le estamos adicionando moléculas de ácido málico con la finalidad de teñir a la bacteria B. subtilis cuando ésta se acerca para alimentarse.
En pruebas preliminares, hemos podido observar cómo se mueven estas bacterias en cajas de Petri, y cómo colonizan las raíces en plantas de tomate que exudan ácido málico.
De forma práctica, colocamos las bacterias fluorescentes en el fondo de un envase transparente y colgamos las raíces a una altura mayor para observar el desplazamiento de las bacterias hacia su fuente de alimentación.
El proceso de movimiento de las bacterias hacia su alimento se conoce como quimiotaxis (Weigh et al., 2021).
Hemos encontrado que el uso de marcadores fluorescentes, como el BODIPY, es una alternativa para el diagnóstico y el cuidado de las plantas, sin recurrir a tantos químicos, lo que haceque la agricultura sea más natural y sostenible.
Así, en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) se investigacómofuncionalizar estas moléculas fluorescentes con distintos compuestos orgánicos para desarrollar nuevos quimioatrayentes, experimentar con diversas bacterias promotoras del crecimiento e identificar su comportamiento y los elementos de los componentes celulares.
Este tipo de investigación permitirá realizar una detección precisa de algunos rasgos de bacterias, pero también abrirá la posibilidad de desarrollar tintes aún más específicos para las proteínas a las que se pueda conjugar el BODIPY, generando un sistema de diagnóstico más preciso, confiable, rentable y muy rápido en los cultivos.
Ilustración 1. Colonización de B. subtilis LPM1 y B. amyloliquefaciens MHR24 en raíces de tomate (Solanumlycopersicum) mediante quimioatracción de ácidos orgánicos conjugados con BODIPY para su fluorescencia.
Bibliografía
Bumagina, NA, & Antina, EV (2024). Revisión de los avances en el desarrollo de sondas fluorescentes BODIPY (quimiosensores y quimiodosímetros) para el reconocimiento de cationes. En Coordination Chemistry Reviews (Vol. 505). Elsevier BV https://doi.org/10.1016/j.ccr.2024.215688
Hernández, M., Ortiz-Castro, R., Flores-Olivas, A., Moggio, I., Arias, E., & Valenzuela-Soto, JH (2020). Detección por fluorescencia de rizobacterias Bacillus subtilis LPM1 teñidas con pireno en patrones de colonización de raíces de tomate. Photochemical and Photobiological Sciences, 19(10), 1423–1432. https://doi.org/10.1039/d0pp00199f
Weigh, KV, Batista, BD y Dennis, PG (2021). Un ensayo de cebo-trampa para caracterizar microbios del suelo que exhiben quimiotaxis hacia exudados radiculares. En Methods in Molecular Biology (Vol. 2232, pp. 283–289). Humana Press Inc. https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1040-4_21
