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A otras especies les gusta lo que cultivamos
La humanidad depende de la producción agrícola para su subsistencia, ya que proporciona alimentos básicos para el consumo diario. A su vez, la producción agrícola tiene que protegerse de diferentes amenazas biológicas que pueden impedir obtener la cosecha, o dañarla cuando ya está almacenada. Pensemos en insectos, roedores, aves y otros animales cuyo alimento favorito son los frutos, los tallos, las hojas o las raíces de las plantas cultivadas. Otras especies de plantas no deseadas que pueden crecer en el área de cultivo, también constituyen un problema para el agricultor. Por último, tenemos a los microorganismos que causan enfermedades a los cultivos, entre los que se encuentran los hongos, los oomicetos y las bacterias. A estos microorganismos que ocasionan enfermedades en las plantas se les denomina fitopatógenos, y son el principal interés de este artículo. Aunque los virus también son agentes patógenos que enferman a las plantas provocando grandes pérdidas en los cultivos, no los comentaremos aquí.
La agricultura debe ser amiga de los bosques y sus habitantes
Decíamos que la producción agrícola es una actividad económica primaria de la que depende la humanidad; sin embargo, algunas prácticas agrícolas también pueden ocasionar efectos no deseados en las especies silvestres y en los ecosistemas naturales. En la actualidad, existe un debate sobre cómo mantener la producción agrícola para asegurar la alimentación sin ocasionar daños a la salud de los ecosistemas, la salud animal y la salud humana. Uno de los factores relevantes para el incremento en los rendimientos de las cosechas desde mediados del siglo pasado, fue el uso de sustancias químicas para combatir a las plagas y a los microorganismos fitopatógenos, o bien para promover el crecimiento vegetal. Estas sustancias son denominadas agroquímicos; los que se utilizan para combatir a los microorganismos fitopatógenos reciben nombres específicos de acuerdo con el tipo de microorganismo que atacan. Por ejemplo, a los agroquímicos que se emplean para atacar a los hongos fitopatógenos se les denomina fungicidas.
Con el paso del tiempo se descubrió que varios agroquímicos se dispersan a los ecosistemas circundantes al cultivo, acumulándose en las plantas silvestres y pasando de ahí a los animales que las consumen, causándoles enfermedades y, eventualmente, la muerte. Los animales de granja que consumen plantas tratadas con algunos agroquímicos también acumulan estas sustancias en sus tejidos, y pasan a nosotros cuando consumimos su carne o su leche. Una vez en nuestro cuerpo, los agroquímicos pueden provocar diversas enfermedades. Aunque distintos especialistas difieren sobre la relevancia o no de continuar empleando agroquímicos para el sostenimiento o para el incremento de la producción agrícola, se han desarrollado alternativas al uso de estos compuestos químicos. Aquí es donde entra el control biológico.
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Entonces, ¿qué es el control biológico?
El concepto de control biológico, también referido de manera abreviada como biocontrol, tiene diferentes acepciones, de acuerdo con el área de investigación. Hemos mencionado que en la agricultura es importante controlar roedores, plantas e insectos, así como microorganismos fitopatógenos, todos los cuales pueden afectar el rendimiento de las cosechas. Los investigadores que se encargan de abordar cada uno de los grupos de organismos que es necesario controlar, suelen emplear diferentes definiciones de control biológico o biocontrol. Así que, siempre habrá alguien que no esté de acuerdo con la definición empleada.
El control biológico o biocontrol puede considerarse como el uso de un agente vivo para el combate directo o indirecto de organismos considerados pestes o patógenos, con un beneficio humano. El control biológico siempre debe involucrar tres componentes: el agente de biocontrol (un organismo vivo), un organismo patógeno y un componente humano que se beneficia del servicio proporcionado por el agente de biocontrol. El agente de control biológico puede ser otro microorganismo del mismo grupo del patógeno que se desea combatir, particularmente un hongo, un oomicete o una bacteria. Cada uno de estos agentes de biocontrol utilizan mecanismos que no son excluyentes, un agente de control biológico puede utilizar más de un mecanismo, o inclusive todos de manera simultánea.
Los mecanismos de control biológico
La competencia
El agente de control biológico compite eficientemente por los recursos disponibles en el área del cultivo, ya que posee una mayor capacidad que el fitopatógeno para adquirir nutrientes orgánicos o inorgánicos del entorno. El fitopatógeno y el agente de biocontrol presentan necesidades nutrimentales similares, requiriendo ambos carbohidratos y otras sustancias orgánicas, al igual que iones complejos como el fosfato o simples como el hierro. Algunos de estos nutrientes son escasos en el suelo del cultivo, o en las superficies de los tejidos vegetales, por lo que cuando el agente de biocontrol puede acceder a ellos antes que el fitopatógeno y los agota, reduce sus posibilidades de crecimiento y colonización. La competencia puede darse también por el espacio para crecer o el agua disponible. Agentes de biocontrol como los hongos crecen formando células tubulares alargadas denominadas hifas, que ramifican continuamente mientras se expanden formando colonias de micelio. Al desarrollarse la colonia del biocontrolador, no permite que los microorganismos fitopatógenos se establezcan en ese espacio.
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La antibiosis
Los microorganismos producen una gran variedad de moléculas orgánicas de tamaño pequeño que expulsan al entorno, denominadas metabolitos secundarios. Muchas de estas moléculas son tóxicas para otros microorganismos, inhibiendo su crecimiento o definitivamente eliminándolos. A esta acción se le denomina antibiosis. La palabra seguramente suena familiar, ya que está relacionada con el término antibióticos, medicamentos que nos receta el médico para combatir enfermedades causadas por bacterias.
La depredación y el parasitismo
Mediante estos mecanismos el agente de biocontrol literalmente caza y mata al fitopatógeno para aprovecharlo como alimento. A los hongos usados en biocontrol que emplean este mecanismo se les denomina micoparásitos, y eliminan al fitopatógeno mediante el proceso de micoparasitismo. Es decir, hongos que atacan a otros hongos para su alimentación. Un ejemplo que a nosotros nos gusta mucho porque es el que estudiamos, es el del hongo Trichoderma atroviride, un agente de biocontrol empleado desde hace muchos años y que tiene la capacidad de localizar a su presa a la distancia, detectando moléculas que el fitopatógeno emite y orientando el crecimiento en su dirección. Hace contacto con las hifas del fitopatógeno y se enreda en ellas, expulsando enzimas que van degradando las células del fitopatógeno para emplear como alimento los productos de esta degradación.
Alerta a los mecanismos de defensa de las plantas
En este caso los microorganismos de biocontrol emiten señales químicas o de daño al tejido vegetal, que son un aviso temprano al que la planta reacciona generando una respuesta inmune o de defensa particular. A estos mecanismos de «diálogo químico» entre el microorganismo de biocontrol y la planta que «despiertan» un sistema de defensa específico en esta, se la ha identificado con distintos términos como cebado, inducción, inmunización o «vacunación». Una vez que la planta genera la respuesta de defensa, es más difícil que el fitopatógeno pueda infectarla y causarle una enfermedad.
¿Qué microorganismos se utilizan como agentes de control biológico en la agricultura?
Como lo comentamos anteriormente, nuestro interés es el biocontrol de microorganismos fitopatógenos por otros microorganismos. Dentro de este grupo, las bacterias, los oomicetos y los hongos destacan por las investigaciones para encontrar y estudiar especies que puedan ser utilizadas como agentes de biocontrol, así como por los productos comerciales que ya se aplican en varios países.
Las especies bacterianas que más se estudian y se emplean en el biocontrol agrícola incluyen a los géneros Bacillus, Pseudomonas y Azospirillum. Entre los oomicetes destacan las especies del género Pythium. Con aproximadamente 300 especies biocontroladoras evaluadas, los hongos son el grupo en el que mayor número de especies se han estudiado e incluido en formulaciones comerciales para el biocontrol. Los géneros con especies que se han estudiado al respecto incluyen a Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Talaromyces y Verticillium, entre otros.
Reflexiones sobre el control biológico
El control biológico en agricultura no es la única solución para la protección de los cultivos de los que depende la alimentación humana. Un producto de biocontrol no es un «producto milagro» como los que se anuncian en medicina humana para remediar todo mal. Un microorganismo biocontrolador no es igual de eficaz contra todas las especies de fitopatógenos. O bien, un agente de biocontrol puede ser eficaz contra una especie de fitopatógeno en un cultivo, pero no contra el mismo fitopatógeno en otro cultivo. Esto se debe a la gran diversidad de especies de fitopatógenos y a la variación entre individuos de una misma especie. También, la capacidad o no del agente de biocontrol para desarrollar los mecanismos antes mencionados, varía en distintas condiciones ambientales de temperatura, humedad, luz y otros factores.
El biocontrol debe ser parte de una estrategia más amplia del manejo de cultivos que debe incluir prácticas de conservación de suelo, procesos mecánicos de preparación del sitio de cultivo, así como la selección adecuada de variedad de granos y de semillas, entre otras. Es mediante esta estrategia de combinación de prácticas de cultivo que se puede disminuir el riesgo de enfermedades, asegurar la producción y disminuir los efectos no deseados hacia los ecosistemas y la salud tanto animal como humana.
GRUPOS DE ORGANISMOS UTILIZADOS EN BIOCONTROL AGRÍCOLA Y SUS MECANISMOS DE ACCIÓN
Para Saber Más:
Carreón L. S. y Fentanes E. G. (2007). Control biológico de organismos fitopatógenos: Un reto multidisciplinario. Revista de la Academia Mexicana de Ciencias, 77-88. https://amc.edu.mx/revistaciencia/images/revista/58_1/PDF/controlBiologico.pdf
Infante D., Martínez B., González N. y Reyes Y. (2009). Mecanismos de acción de Trichoderma frente a hongos fitopatógenos. Revista de Protección Vegetal, 24(1), 14-21. http://scielo.sld.cu/pdf/rpv/v24n1/rpv02109.pdf
Guzmán-Guzmán P., Kumar A., De los Santos-Villalobos S., Parra-Cota F. I., Orozco-Mosqueda M. D. C., Fadiji A. E., Hyder S., Babalola O. O. y Santoyo G. (2023). Trichoderma species: our best fungal allies in the biocontrol of plant diseases—a review. Plants, 12(432). https://www.mdpi.com/2223-7747/12/3/432
Para Saber Más:
Karla Ivonne González-Martínez. Estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas, Opción en Biotecnología Molecular, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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Gerardo Vázquez-Marrufo. Profesor e Investigador del Centro Multidisciplinario de Estudios en Biotecnología, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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