Este desarrollo de investigadores del Conicet y de Chile permitirá estudiar bacterias beneficiosas que ayudan a las leguminosas a fijar nitrógeno del ambiente.
Equipos del Conicet y de Chile diseñaron micro-laboratorios en chips que permiten entender mejor cómo actúan los microorganismos que ayudan a las leguminosas a fijar nitrógeno del ambiente. Este conocimiento podría servir para optimizar el desarrollo de biofertilizantes.
Un equipo multidisciplinario de científicos del Conicet y de Chile desarrolló micro-dispositivos transparentes que recrean, con una precisión sin precedentes, las condiciones de suelos agrícolas reales. El objetivo es observar y estudiar la actividad de bacterias que, al asociarse con las raíces de las plantas, promueven el crecimiento vegetal.
Estos “micro-laboratorios”, de composición plástica y diseñados para permitir el paso del oxígeno, fueron bautizados como “suelos en un chip” (SOCs, por sus siglas en inglés). Tienen el tamaño de la yema de un dedo y están compuestos por granos y poros que imitan los suelos arenosos o limosos predominantes en la agricultura argentina.
Los granos, como en los suelos reales, están rodeados de canales ultrafinos repletos de líquido con nutrientes, en los que se pueden introducir distintos tipos de microorganismos. En un estudio publicado en Communications Biology (del grupo Nature), los SOCs permitieron obtener nueva información sobre la movilidad de un grupo de bacterias del suelo utilizadas en el desarrollo de biofertilizantes.
Participaron del estudio el grupo de la investigadora del Conicet Verónica I. Marconi en el Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG, Conicet-UNC), responsable del diseño y modelado in silico de los micro-laboratorios; el laboratorio de microfluídica de María Luisa Cordero en la Universidad de Chile, que fabricó los SOCs; y el laboratorio del investigador del Conicet Aníbal Lodeiro en el Instituto de Biotecnología y Biología Molecular (IBBM, Conicet-UNLP), que estudia microorganismos del suelo benéficos para las plantas.
Bacterias del suelo y su desplazamiento
“En un gramo de suelo viven alrededor de 10 mil millones de microorganismos. Los SOCs ofrecen a investigadores la posibilidad de observar, mediante microscopio, cómo viven y se reproducen en condiciones simplificadas pero realistas en cuanto a su confinamiento micrométrico. Nos permitieron estudiar cómo se desplazan en microcanales un grupo de bacterias del suelo beneficiosas para el crecimiento de leguminosas como la soja y el maní, denominadas Bradyrhizobium diazoefficiens”, explica Marconi, también profesora de la FaMAF (UNC).
B. diazoefficiens es un rizobio, es decir, una bacteria del suelo que establece un vínculo simbiótico con las leguminosas para que estas puedan fijar el nitrógeno atmosférico. Transforma ese nitrógeno —que las plantas no pueden tomar directamente— en amoníaco, una forma que sí pueden absorber. A cambio, la planta le aporta azúcares como fuente de energía.
Este proceso puede potenciarse con biofertilizantes que contengan estas bacterias, modificadas o no. Pero para que estos productos compitan en eficiencia con los fertilizantes químicos, es necesario conocer mejor cómo actúan los rizobios. “Es importante estudiar la capacidad de nado de cada tipo de bacteria para saber cuáles llegan más rápido a la raíz y forman nódulos más eficientemente”, detalla Marconi.
Las bacterias se desplazan mediante sistemas flagelares. B. diazoefficiens posee dos tipos: uno subpolar, grueso y trasero; y otros laterales, más finos y numerosos. Una de las preguntas clave es por qué evolucionaron con ambos tipos, cuando la mayoría de las bacterias solo tiene uno.
Según Marconi, el grupo de Lodeiro ha avanzado mucho en comprender estos sistemas, pero hasta hace poco no se había observado directamente el nado de estas bacterias. Gracias al trabajo conjunto con grupos de física en Córdoba y Chile, primero lo modelaron por computadora y luego lo visualizaron directamente con los SOCs, bajo microscopio.
“Observar de manera directa estas bacterias nos ayuda a entender la funcionalidad de sus flagelos. Estudiamos versiones genéticamente modificadas con diferentes flagelos para ver cuáles se mueven mejor y nodulan con más eficiencia según la porosidad del suelo. A largo plazo, esto puede mejorar los biofertilizantes y definir la mejor manera de aplicarlos en los cultivos, ya sea en el surco o con la semilla. Aunque falta mucho, creemos que este es un buen punto de partida”, afirma la investigadora.
Primeros hallazgos y futuro
Entre los resultados del estudio, se comprobó que cuando los canales son muy pequeños, del tamaño del microorganismo, tener ambos flagelos no ofrece ventajas respecto a tener solo el subpolar.
“Este aporte es solo un punto de partida. Los SOCs son muy prometedores para estudiar todo tipo de microorganismos del suelo, beneficiosos o no. Pueden ser útiles tanto en ciencias básicas, como biología o física de suelos, como en desarrollos agroindustriales, biotecnológicos, ambientales o de bioremediación”, concluye Marconi.
Además de Marconi, Cordero y Lodeiro, participaron del estudio Moniellen Pires Monteiro y Juan Pablo Carrillo-Mora (Universidad de Chile), y Nahuel Gutiérrez y Sofía Montagna (FaMAF, UNC).
