IMPI: 341145, “Ciclodipéptidos con actividad auxínica reguladores del crecimiento vegetal"
Al escuchar la palabra bacteria, de inmediato hacemos referencia a que las bacterias son agentes causantes de numerosas infecciones en seres humanos, animales y plantas. Aunque esta información es cierta también es limitada, ya que por las capacidades de algunas de ellas es que se les puede utilizar en procesos benéficos como la producción de antibióticos, biocombustibles, bioplásticos, incluso para controlar patógenos y plagas de plantas, o bien en biorremediación de contaminación ambiental.
Con el objetivo de aprovechar las capacidades de los microorganismos, se profundiza en el conocimiento de la Pseudomonas aeruginosa, una bacteria patógena oportunista la cual posee alta voracidad, gran versatilidad metabólica y resistencia al ambiente, características que pueden ser utilizadas en beneficio para el ser humano, como en la transformación de materiales de desecho.
La bacteria de P. aeruginosa es un microorganismo ubicua, pertenece a la familia Pseudomonadaceae y es un bacilo gram negativo aerobio y móvil. Cuando se cultiva en medios adecuados produce piocianina, un pigmento azul o bien el pigmento verde fluorescente, pioverdina. Al igual que otras pseudomonas fluorescentes produce enzimas como la catalasa y la oxidasa; y en particular, la especie de P. aeruginosa puede utilizar una gran variedad de compuestos orgánicos (carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos orgánicos) como única fuente de carbono y energía, dándole ventajas adaptativas y/o de infectividad hacia sus huéspedes.
Jesús Campos García, investigador del Departamento de Biotecnología Microbiana del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas en la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, ha investigado en los últimos 20 años la caracterización de rutas metabólicas presentes en P. aeruginosa. Ha incursionado en el estudio de rutas catabólicas con potencial utilización en la remediación de detergentes y derrames petroleros, en la producción de bioplásticos; recientemente, también ha incursionado en la utilización de bacterias del género Pseudomonas en la agricultura, ya que es posible utilizarlas en formulaciones de biofertilizantes. En la actualidad, las tecnologías limpias y sustentables promueven la utilización de biofertilizantes en la agricultura, por ejemplo: Rhizobium y Azospirillum, utilizados para hacer más eficiente el cultivo de plantas de interés agronómico, ya que se disminuye la cantidad de fertilizantes químicos usados en su cultivo, y es aquí cuando se incursiona en la generación de conocimiento de las bacterias tales como P. aeruginosa, en la que estudió el papel de los compuestos producidos por esta bacteria en el control biológico y la promoción del desarrollo de las plantas.
Pseudomonas aeruginosa además de ser considerada un patógeno oportunista de animales y plantas, (incluyendo al humano), se encontró que es una bacteria promotora de crecimiento vegetal (PGPR). La investigación inició con la evaluación de una variante genética de P. aeruginosa, afectada en algunos de los sistemas de control de la producción de factores de virulencia (quorum sensing), haciendo a esta variante no-patógena para la planta modelo de Arabidopsis thaliana. Profundizando en el mecanismo de interacción planta-microorganismo se encontró que la bacteria ahora se comportaba como una bacteria 100% PGPR, mostrando que el mecanismo involucrado en la promoción benéfica hacia la planta estaba dado por la producción de moléculas orgánicas de bajo peso molecular conocidas como ciclodipéptidos (CDPs), constituidos por dos aminoácidos unidos y ciclados, que a nivel molecular son capaces de interactuar con receptores de la planta involucrados en el control de la estimulación hormonal y/o del control del desarrollo vegetal. Estos CDPs producidos por la bacteria poseen semejanza estructural con las hormonas vegetales, por lo que el efecto que se observó en la planta se consideró semejante. En este caso la hipótesis indicó que la bacteria proporciona hormonas para el crecimiento de las plantas y con esto se ve favorecida, incrementando la superficie de la estructura de la raíz y el follaje de la planta.
Al adentrarse en el estudio del mecanismo de biosíntesis por el cual la bacteria de P. aeruginosa produce estas moléculas (ciclodipétidos) y de los mecanismos moleculares involucrados en otras líneas celulares, es en lo que continuaron los estudios de los doctores Jesús Campos García, José López Bucio y Randy Ortiz Castro, este último tesista de doctorado y ganador del Premio Weizmann-2015 por la AMC. Al respecto, el miembro de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) comentó que los resultados obtenidos de estas investigaciones se prepararon para someter una Patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI). Solicitud que fue sometida el 10 de abril del 2012 (MX/a/2012/004547), y que finalmente el título de esta fue otorgado el 7 de agosto de 2016.
El investigador de la UMSNH y miembro de la AMC, Dr. Jesús Campos García y los co-inventores Dr. José López Bucio y Dr. Randy Ortiz Castro, reciben el título de la patente por el IMPI con No. MX/a/2012/004547/3411455. El título de la patente denominado “Ciclodipéptidos con actividad auxínica reguladores del crecimiento vegetal” versa sobre la invención de utilizar moléculas cíclicas conformadas por dos aminoácidos unidos covalentemente, conocidos como ciclodipéptidos (CDPs), como compuestos promotores del crecimiento vegetal, tal como lo hacen las fitohormonas. En la presente invención se describe la identificación de los CDPs ciclo(L-Pro-L-Tyr), ciclo(L-Pro-L-Val) y ciclo(L-Pro-L-Phe) por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS) y su estructura confirmada por resonancia magnética nuclear de hidrógeno y carbono (1H-NMR y 13C-NMR, respectivamente). Los CDPs mostraron un incremento del 135% y de la raíz de alrededor del 60% cuando las plantas son co-inoculadas con la cepa silvestre, comparado con las plantas no co-inoculadas. Sorprendentemente, cuando las plantas son co-inoculadas con cepas mutantes las cuales producen niveles superiores de CDPs, el incremento en la biomasa del follaje es de alrededor del 235 % y el de raíz es de alrededor del 650 % . Estos incrementos en la biomasa se correlacionan con una alterada arquitectura del sistema radicular de A. thaliana que al parecer favorece la captura de agua y nutrientes.
La actividad de los CDPs fue relacionada directamente con la respuesta a auxinas.
El efecto de los CDPs fue evaluado en plantas de maíz (Zea mays), con aplicaciones en concentraciones micromolares. Se observó un significante incremento en la producción de biomasa en follaje y raíz, lo cual se correlacionó con una alterada arquitectura del sistema radicular.
Los CDPs de P. aeruginosa producidos bajo esta patente, son capaces de incrementar el crecimiento vegetal en otras plantas como cebada y pasto forrajero, efecto que propone a estos compuestos de origen bacteriano con un alto potencial de uso en la agricultura limpia y orgánica, de gran utilidad en cultivos de importancia nacional.
Saber mas
Campos-García J., J. López Bucio, y R. Ortíz Castro. 2016. Título de Patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI): “Ciclo dipétidos con actividad auxínica reguladores del crecimiento vegetal”. No. Patente: MX/a/2012/004547. http://siga.impi.gob.mx/newSIGA/content/common/ficha.jsf?idFicha=6505548