El desierto de Atacama es uno de los sitios más áridos del mundo, condición relacionada directamente con la escasez de agua, generada no solo por la falta de lluvias, sino también como consecuencia de la baja humedad del suelo, su permeabilidad y evaporación.
Los altos niveles de radiación ultravioleta, la exposición prolongada a la luz solar, las elevadas temperaturas, la baja humedad atmosférica, las bajas o casi nulas concentraciones de carbono en el suelo y la presencia de fuertes condiciones oxidantes y elementos tóxicos, hacen de este desierto un ambiente extremo. Sin embargo, aún bajo estos rigurosos factores ambientales, se desarrollan microorganismos que poseen una maquinaria celular naturalmente adaptada a condiciones físicas y geoquímicas que pueden ser consideradas perjudiciales para el ser humano.
A la fecha, se han documentado varios registros microbiológicos de este lugar, que muestran la singularidad y riqueza de su biodiversidad. Esta juega un papel fundamental en el correcto funcionamiento del ecosistema. Evidencia microbiológica ha revelado la presencia de bacterias, hongos, arqueas y algas en diferentes áreas de este desierto, demostrando no solo la diversidad y ecología de estos microorganismos, sino también revelando las estrategias de adaptación a los ecosistemas y el prometedor potencial biotecnológico que albergan.
En este contexto, se han realizado diferentes estudios para la detección y caracterización de compuestos con propiedades antimicrobianas, antiinflamatorias, antitumorales, antivirales, insecticidas e inmunosupresoras, de bacterias y hongos aislados. Estos ejemplos revelan que el Desierto de Atacama tiene un grupo importante de compuestos biológicos que pueden ser explotados biotecnológicamente.
EL DESAFÍO DE PRODUCIR
Las condiciones ambientales excepcionales que posee la Región de Arica y Parinacota permiten el cultivo de hortalizas durante todo el año, asegurando el abastecimiento de los mercados de la zona central de Chile en el invierno.
Pero no todo es miel sobre hojuelas y la agricultura en el extremo norte enfrenta a diario el desafío de producir en suelos hostiles. En esta región las precipitaciones anuales en la costa son bajas, fluctuando entre los 0 y 3 mm/ año. Además, la escasez de humedad determina una fuerte amplitud térmica entre el día y la noche, lo que provoca condiciones aún más secas, con una mala composición del suelo y una flora y fauna reducidas. Todo lo anterior, unido a que los recursos hídricos están influenciados por la actividad geotérmica de la Cordillera de los Andes, presentando altas concentraciones de sales, boro y arsénico, lo que reduce la calidad del agua útil para las actividades humanas y agrícolas.
Biocontrol in vitro de S57 contra Fusarium oxysporum, en medios de cultivo diferente
A pesar de sus condiciones limitantes, el extremo norte se caracteriza principalmente por la producción de tomate, maíz y aceitunas, entre otros tipos de cultivos como alfalfa, orégano y frutas subtropicales. Estas plantas están asociadas con comunidades microbianas que viven sobre y dentro de sus tejidos (microbioma vegetal), contribuyendo al crecimiento vegetal, a la tolerancia al estrés y la supresión de enfermedades por fitopatógenos o la degradación de compuestos xenobióticos en el suelo, lo que les permite sobrevivir a las condiciones extremas que prevalecen en esta región.
Si bien se han aislado diferentes microorganismos de distintos lugares del Desierto de Atacama, las bacterias y hongos benéficos asociados a cultivos en esta región han sido pobremente descritos, aunque se estima que existen comunidades microbianas con un alto potencial científico y económico. Éstas podrían ser empleadas para caracterizar la interacción de la planta-microorganismo en condiciones salinobóricas, para identificar los mecanismos de adaptación a este tipo de ambientes y para la explotación de nuevos compuestos naturales con fines biotecnológicos.
USO DE MICROORGANISMOS
Las altas concentraciones de sales y boro, así como los diversos factores ambientales extremos, generan estrés y dificultan la sobrevivencia de los cultivos en la Región de Arica y Parinacota. Como respuesta a esto, los productores han intentado durante años mejorar la calidad de sus suelos y la productividad de sus cultivos. A pesar de estos esfuerzos, el uso indiscriminado de agroquímicos ha generado el desarrollo de plagas resistentes y las plantas se han vuelto susceptibles a enfermedades infecciosas causadas por distintos organismos fitopatógenos agresivos, traducido en una menor producción, con altos niveles de residuos tóxicos para los seres humanos, animales y el medio ambiente.
Es en este contexto que se origina la oportunidad de trabajar en el desarrollo de productos que permitan a los cultivos crecer en condiciones adversas, sin la necesidad del uso de altas cantidades de pesticidas. La alternativa más prometedora para lograrlo es el uso de compuestos de origen biológico o bioproductos.
A pesar de que en el mercado existen bioestimulantes para favorecer el crecimiento de los cultivos, biofertilizantes para aportarles nutrientes y biocontroladores y controlar las distintas enfermedades, estos han sido diseñados para condiciones productivas muy disímiles a la realidad del norte de Chile. De ahí la necesidad de contar con productos desarrollados específicamente para zonas desérticas. Fue así como el equipo de UC Davis Chile, junto a investigadores de la Universidad de Tarapacá, apostaron por microorganismos endémicos del norte del país, adaptados naturalmente a este tipo de ambientes.
En el 2017 el equipo de investigadores comenzó a trabajar en el desarrollo de la Plataforma de Bioproductos de microorganismos del Desierto de Atacama. Durante meses se tomaron muestras de plantas ancestrales, aislándose más de 400 prospectos microbianos, los cuales fueron caracterizados en base a sus propiedades benéficas para plantas.
Más adelante se trabajó en su caracterización a través de ensayos en laboratorio, identificando su funcionalidad, lo que permitió llegar a una lista de alto interés, escogiendo finalmente, en la primera etapa, una bacteria conocida como Pseudomonas lini cepa S57, que a nivel de laboratorio cumplía con todo lo que se estaba buscando inicialmente. Se seleccionó de una colección de cultivos caracterizados funcionalmente, donde cada uno posee propiedades particulares que podrían resultar interesantes de explotar, existiendo un potencial enorme de aplicaciones y nuevos usos para distintas industrias.
PSEUDOMONAS LINI CEPA S57
Como se mencionó anteriormente, la bacteria Pseudomonas lini cepa S57 fue seleccionada desde un grupo importante de microorganismos, que incluyen hongos y bacterias que fueron aislados de diferentes muestras y localidades de la región.
Esta bacteria posee propiedades bioestimulantes, ya que tiene la capacidad de fijar nitrógeno (permite la captación del
nitrógeno gaseoso que se encuentra en el aire y lo hace disponible para la planta), solubiliza fosfato inorgánico (permite absorber el fosfato que se encuentra en el suelo y que la planta no es capaz de absorber por sí sola), produce sideróforos (que permiten captar el hierro del suelo y lo transforman en una forma que la planta pueda absorber), y produce auxinas (fitohormona que se relaciona directamente con un aumento en el desarrollo de la planta). Además, los estudios corroboran que esta cepa aumenta el crecimiento de la parte aérea de plantas de tomate microtom (variedad de tomate enano, no comestible, cuyo ciclo de vida es acotado, lo que permite estudios en periodos de tiempo cortos).
Los estudios in vitro realizados revelaron la actividad biofungicida de la bacteria Pseudomonas lini cepa S57, la cual tiene una amplia gama de acción biocontroladora, inhibiendo el crecimiento de diversos hongos fitopatógenos, que incluyen Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum, Monilinia fructicola, Geotrichum candidum, Alternaria sp. y Macrophomina phaseolina.
Actualmente, las actividades bioestimulante y biofungicida se encuentran en etapa de validación, mientras se trabaja con los resultados del laboratorio en campos de la Región de Arica y Parinacota, donde las condiciones salinobóricas son elevadas. Es importante mencionar que se han desarrollado diversas formulaciones, tanto líquidas como granulares, en las cuales la funcionalidad de la bacteria Pseudomonas lini cepa S57 ha permanecido prácticamente inalterada en el tiempo.
Este bioproducto, debido a sus características y aplicabilidad, podría ser exportable a diversas zonas con condiciones edafo-climáticas similares a las del extremo norte del Desierto de Atacama, como son el sur de Perú o Bolivia, entre otros. Sin embargo, sus proyecciones no terminan ahí, también se espera poder evaluar su funcionalidad en el resto de las zonas agrícolas del país, particularmente en aquellas que por distintos factores presentan tendencia a salinizarse y desertificarse dejando obsoletos los productos tradicionales.
En la etapa más reciente del trabajo mencionado, tanto el equipo de UC Davis Chile como el de la Universidad de Tarapacá evaluaron la conveniencia de solicitar ante el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INAPI) dos patentes de invención para Pseudomonas lini cepa S57, una como bioestimulante y otra como biocontrolador en condiciones salinobóricas.
Con esta gestión se busca poder valorar el desarrollo logrado y facilitar que empresas interesadas en la elaboración de bioproductos puedan acceder a la tecnología y ofrecer al mercado nuevas alternativas, adaptadas a nuevos escenarios. De este modo, el acercamiento con empresas agroquímicas y de bioproductos ya se ha iniciado y se espera que en el corto plazo se pueda contar con un producto comercial que cuente con la funcionalidad deseable en ambientes áridos y semi-áridos, disminuyendo la carga de pesticidas sobre los cultivos de hortalizas y frutas contribuyendo con un ambiente productivo más eficiente y sustentable con el medio ambiente.
Por: Patricio Muñoz, Bioquímico y Doctor en Biotecnología Investigador UC Davis Chile Fuente: MundoAgro