Opciones para controlar la propagación de bacterias en cultivos de tomate

Gabriel Marcelino Pérez, graduado del Programa en Nanociencias y Nanotecnología del Cinvestav.

Uno de los cultivos más importantes a nivel mundial es el tomate, cuya producción en 2019 superó las 180 millones de toneladas. Sin embargo, condiciones ambientales, estrés, plagas y enfermedades son una amenaza constante para este cultivo, tal es el caso del cancro bacteriano, causado por Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis.

La enfermedad provoca daños en el tallo y fruto, pero también en el sistema radicular de la planta lo que, en caso de presentarse en esta, significa grandes pérdidas económicas para las y los agricultores.

Con el fin de inhibir el desarrollo de microorganismos fitopatógenos que pongan en riesgo estos cultivos, Gabriel Marcelino Pérez, graduado del Programa en Nanociencias y Nanotecnología del Cinvestav, evaluó la actividad antimicrobiana de nanopartículas de sílice mesoporosa cargadas con beta-defensina 2 humana y dos mutantes (TRX-hβD2-M y hβD2-M) contra la bacteria Cmm, trabajo que fue reconocido con el Premio Arturo Rosenblueth 2021, en el área de Tecnología y Ciencias de la Ingeniería, galardón otorgado en 2022 por este Centro a las mejores tesis de doctorado.

En la actualidad, el control de Clavibacter michiganensis se basa principalmente en la aplicación de agroquímicos suplementados con antibióticos, cuyo uso indiscriminado ha mostrado efectos secundarios como reducción de la calidad de los frutos, erosión del suelo, desarrollo de resistencia por parte de los patógenos y peligros para la salud humana y ambiental

Por ello, se han propuesto otras alternativas más ecoamigables para el control de la bacteria, entre las que destacan la aplicación de nanomateriales inorgánicos, como nanopartículas y biomoléculas (péptidos antimicrobianos) con actividad antimicrobiana.

Las defensinas son miembros de una gran familia de péptidos antimicrobianos que protegen a su huésped de una amplia variedad de bacterias, hongos y virus. Se subdividen en tres subfamilias: alfa-defensinas, beta-defensinas y teta-defensinas.

A pesar de sus propiedades, estas biomoléculas presentan diferentes inconvenientes como: la susceptibilidad a las proteasas, reducción de su actividad por altas concentraciones de sal, cambios de pH, temperatura y tienden a producir efectos proinflamatorios en moléculas revisadas in vitro por los investigadores tras aplicar altas concentraciones de los péptidos.

Para evitar estos efectos, la investigación de Marcelino Pérez propuso encapsularlas, por lo que sintetizó nanopartículas de sílice mesoporosa, cuyas ventajas son que al adsorber biomoléculas pueden protegerlas de diferentes factores adversos, los cuales provocan su degradación y cuando se liberan lo hacen de forma controlada en sitios específicos. Después, encapsuló los péptidos antimicrobianos, para evaluar su actividad antimicrobiana contra la bacteria fitopatógena.

Los resultados del trabajo indican que las nanopartículas de sílice mesoporosa cargadas con los péptidos antimicrobianos inhibieron el crecimiento de la bacteria. También se determinó que protegen a los péptidos de la degradación enzimática cuando los complejos se exponen a un tratamiento con pepsina. Por lo tanto, son excelentes candidatos para el manejo potencial del cancro bacteriano del tomate, así como otras enfermedades causadas por el género Clavibacter.

Además, los datos obtenidos de la tesis “Encapsulación de β-defensina-2 humana y dos mutantes recombinantes en nanopartículas de sílice mesoporosa y su efecto antimicrobiano contra Clavicbacter subsp. michiganensis” dirigida por Salvador Gallardo Hernández, investigador del Departamento de Física del Cinvestav, podrían ampliar las aplicaciones de las nanopartículas cargadas con péptidos antimicrobianos como control biológico y brindar nuevas herramientas para el manejo integrado de microorganismos fitopatógenos.