Pais: Brasil

Fecha: 02 de Septiembre del 2020

Tecnologías de microbioma para transformar la agroindustria por UNICAMP, Brasil

Los cócteles de microorganismos son apostados por investigadores para hacer la agricultura más sostenible y competitiva.

La actual pandemia de Covid-19 ha reforzado el carácter negativo de los microorganismos en la imaginación social. No todos los seres invisibles a simple vista, sin embargo, causan enfermedades o son sinónimos de suciedad. De hecho, la mayoría de ellos, incluidos virus, bacterias, hongos y protozoos, son esenciales para mantener la vida en la tierra. La ciencia ha avanzado en la exploración del potencial biotecnológico de estos seres en diversas áreas, como la medicina, la ingeniería alimentaria y la agricultura.

Ya se sabe, por ejemplo, que los microorganismos actúan directamente en el acceso de las plantas a nutrientes como el nitrógeno. Sin ellos, la supervivencia y el crecimiento de las plantas no serían posibles. Y muchos investigadores están apostando por este potencial para desarrollar tecnologías que mejoren la sostenibilidad y la eficiencia de la industria agrícola.

El conjunto de microorganismos y el papel que desempeñan en un entorno se denomina microbioma. El concepto fue explicado en un artículo publicado a principios de julio en la revista Microbiome por científicos de 28 instituciones de investigación de todo el mundo. El estudiante de posdoctorado Rafael Soares de Souza es el único brasileño que firma el trabajo. Su investigación se lleva a cabo en el Centro de Investigación de Genómica Aplicada al Cambio Climático (GCCRC), una asociación entre Unicamp y Embrapa con el apoyo de Fapesp.

La iniciativa fue concebida por el programa Microbiome Support , financiado por Horizonte 2020, plataforma de la Unión Europea que promueve el desarrollo científico de problemas considerados prioritarios en la agenda del bloque. Este es el caso de la producción alimentaria sostenible, considerando los casi 200 mil millones de personas que habitarán el planeta en 2050, según proyecciones de la ONU. En ese sentido, las tecnologías basadas en microbiomas están atrayendo la atención de los científicos y la industria.

Los productos desarrollados a partir de tecnologías de microbiomas para la agricultura se denominan inoculantes. Los inoculantes son una especie de cóctel de microorganismos que se aplica a la semilla, al suelo o directamente sobre la planta y se benefician de su resistencia o desarrollo. Souza explica que este tipo de producto se viene utilizando en la agricultura desde la década de 1960, pero que, en general, se basan en microorganismos aislados, como las bacterias fijadoras de nitrógeno. “Hoy, con la investigación del microbioma, pudimos comprobar que hay un efecto sinérgico, que existen combinaciones específicas de microorganismos que dan una mejor característica a la planta que los inoculantes con un solo microorganismo”, dice Souza.

En su línea de investigación en GCCRC, Souza y sus colegas desarrollaron un inoculante que recolecta el microbioma presente en la caña de azúcar y lo aplicaron a las plantas de maíz. Según el estudiante de posgrado , las plantas con el inóculo mostraron una productividad de biomasa entre un 20 y un 30% mayor que las que no habían sido inoculadas con los microorganismos. El experimento se llevó a cabo en Luiz Eduardo Magalhães, en Bahía, una región elegida por los investigadores debido a la historia de la sequía. La idea era probar la capacidad del inoculante para proporcionar resistencia al maíz en condiciones de escasez de agua.

Durante el experimento, los investigadores las plantas también se vieron afectadas por una enfermedad llamada retraso del crecimiento causada por la saltahojas del maíz. “ Para nuestra sorpresa, después de haber sido afectados por la enfermedad, las plantas inoculadas eran mejores que las plantas sin inocular. El inóculo ayudó a la planta a tolerar la enfermedad ”, dijo. Los investigadores aún están investigando las razones de este tipo de resistencia.

Biocombustibles

El desarrollo de tecnologías basadas en microbiomas en la agricultura no solo afecta la producción de alimentos. El uso efectivo de estas tecnologías tiene el potencial de disminuir la necesidad de recursos hídricos, fertilizantes, aumentar su producción y también hacer que las plantas sean más resistentes a las condiciones de escasez, incluidos los efectos causados ??por el cambio climático. En el caso de los biocombustibles, esto significa hacer que la fabricación sea más sostenible y más barata, según analiza Marcelo Falsarella Carazzolle, técnico e investigador del Laboratorio de Genómica y BioEnergía (LGE) de la Unicamp. “Lo mejor de todo es que existe la posibilidad de cultivar estas plantas en regiones con tierras más pobres en nutrientes. Esto reduce los costos del proceso y hace que el combustible sea más competitivo. La producción de etanol de maíz, que ha crecido en Brasil,

El investigador destaca el llamado etanol de segunda generación, un biocombustible producido a partir de la biomasa de una planta y no solo a partir de azúcar o aceite vegetal, como en el método de producción tradicional. El avance de la tecnología ha permitido el uso de toda la biomasa, incluidos los tallos y las hojas, para la producción de etanol, mediante un proceso de conversión de fibras en azúcares. Según Carazzolle, las nuevas tecnologías basadas en microbiomas, combinadas con el desarrollo de esta nueva industria, tienen el potencial de hacer que la producción de etanol sea mucho más barata y sostenible.

Como ejemplo, cita el cultivo de sisal ( Agave sisalana ). Brasil es el mayor productor mundial de la planta, siendo Bahía responsable de cerca del 90% de esta producción, según datos de Embrapa. La fibra extraída de las hojas se utiliza para la fabricación de hilos y cuerdas, que a su vez se utilizan en la industria textil. Sin embargo, gran parte de la biomasa de la planta se descarta y podría servir como materia prima para la producción de etanol de segunda generación. “ Ya existe toda una cadena de productores, gente que planta, cosecha y procesa esta planta para producir fibra de sisal. Solo el 4% de la hoja se utiliza para fibra, el resto, una gran cantidad de biomasa, se descarta. Podemos utilizar este material para producir etanol ”, explica el investigador.

Algunas plantas ya están apostando fuertemente por el desarrollo de tecnologías para la producción de etanol de segunda generación. En Brasil, solo hay dos en operación ya capaces de producir este tipo de biocombustible: Raízen y GranBio. El segundo tiene una instalación en Alagoas con capacidad para producir alrededor de 100 mil litros de etanol diarios a partir de diferentes tipos de biomasa. GranBio ahora invierte en la concesión de licencias de tecnología a instituciones de todo el mundo.

Del microbioma al inoculante

Para encontrar microorganismos presentes en plantas que sean una materia prima potencial para la construcción de inoculantes, los científicos están investigando la propia biodiversidad brasileña. Una de las líneas de investigación del Centro de Investigación en Genómica Aplicada al Cambio Climático (GCCRC) es el análisis del microbioma de plantas presentes en los campos rupestres, ubicados principalmente en Minas Gerais.

La región, a pesar de representar solo el 1% del territorio nacional y tener un suelo pobre en nutrientes, cuenta con unas 5.000 plantas nativas descritas hasta el momento. Esto indica una gran resistencia a los estreses ambientales inherentes a estas especies, lo que puede explicarse, en parte, por los microorganismos, la mayoría de ellos completamente desconocidos, presentes en las plantas. “Es como la punta de un iceberg. La mayor parte está bajo el agua, todavía no lo sabemos ”, dice Souza.

Después de encontrar el microbioma potencial, se conserva una muestra de la planta y se lleva al laboratorio. Entonces comienza el trabajo de la bioinformática. Ya existen tecnologías que son capaces de mapear el genoma de todos los organismos presentes en la planta y el suelo. “Resulta como un caldo que contiene diferentes moléculas de ADN”, compara Carazzolle, quien tiene experiencia como bioinformato en LGE. El trabajo de la bioinformática es “separar este caldo”, reconstruir el ADN de los microorganismos y diferenciar cuáles están presentes y en qué proporción. De esta forma, es posible dirigir el desarrollo de inoculantes a partir de los microorganismos más esenciales para el desarrollo de la planta o que afecten su resistencia a la adversidad. Una vez que se forman los inoculantes, los científicos los prueban en invernaderos y en el campo,

“ El producto final de todo este trabajo es un conjunto de microorganismos que se pueden probar por separado y juntos en forma de cóctel. Sabes exactamente lo que hace cada uno y en qué condiciones funcionan o no. Básicamente, queremos crear cócteles de microorganismos que puedan mejorar la agricultura en su conjunto ”, concluye Carazzolle.

Traducido del portugués.

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