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Los agentes biológicos aumentan el rendimiento de las plantas útiles

Minúsculos microbios revolucionan la agricultura

Desde hace millones de años, las plantas y las bacterias forman una sociedad de la cual se benefician ambos. Por ejemplo, los microbios proporcionan valiosos nutrientes como nitrógeno o fósforo en intercambio por el carbono de las plantas. Investigadores de Bayer dirigen sus estudios a la optimización de las bacterias benéficas de manera tal que protejan y estimulen el crecimiento y la producción de los cultivos mejor que nunca.

STORY CHECK

 

Reto:

Muchos campos podrían ser más productivos si tuvieran un suministro óptimo de nutrientes. Las enzimas bacterianas podrían mejorar la situación, pero a menudo son demasiado inestables como para tener un impacto a largo plazo.

 

Solución:

Utilizando bacterias especiales, los investigadores de Bayer estabilizan estas enzimas forzando la producción de esporas.

 

Beneficio:

Nuestros campos son más productivos y la creciente población mundial puede abastecerse de alimentos.

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Actualmente los “biológicos”-productos derivados de materiales naturales tales como plantas, bacterias, hongos o minerales- contribuyen significativamente a una agricultura sustentable. Proporcionan beneficios a los agricultores protegiendo a las plantas de plagas, enfermedades y haciéndolas más productivas. Investigadores de Bayer desarrollan este tipo de soluciones optimizando  a las bacterias benéficas.

“Los agricultores siempre han cultivado en suelos que ofrezcan las mejores condiciones de crecimiento para las plantas. A través de la investigación y el progreso tecnológico, ahora sabemos mucho más sobre la relación entre las bacterias del suelo y las plantas”, explica el doctor Damian Curtis, responsable de Sistemas Genéticos Microbianos en la División Crop Science de Bayer.

 Los investigadores en la sede de West-Sacramento en California, EE.UU., quieren estimular las plantas útiles con bacterias optimizadas y seleccionadas para tener máximos rendimientos. Una manera de llevar estos minúsculos organismos útiles al campo, existe ya desde la siembra en forma del tratamiento de las semillas.

“Existe un número increíblemente grande de bacterias de suelo distintas y los microbios en la raíz tienen una composición altamente compleja”, dice el doctor Bjorn Traag, responsable del grupo de Microbiología. La selección de las cepas correctas - distintos representantes de una especie de bacterias, que pueden tener características muy diferentes - es un paso temprano y decisivo en el trabajo de los genetistas de bacterias. “Para ello observamos las características físicas y bioquímicas de los microbios, el llamado fenotipo, y también sus genes, o sea sus capacidades heredables escritas en el ADN de los organismos vivos”, explica Traag.

El ADN de las bacterias se puede optimizar de manera precisa

Cuando los investigadores han identificado una cepa de bacterias adecuada y eficiente de su colección de bacterias de suelo que existen de forma natural, pueden optimizar su herencia genética y mejorar más las características ventajosas de la cepa. “Hay métodos para optimizar el ADN de una cepa que se basan en variaciones aleatorias del plano de construcción genético en las células. Pero también métodos que nos permiten modificar el ADN de forma muy selectiva”, explica el doctor Traag. Los científicos de Bayer trabajan con ambos métodos, en función de los requisitos agrícolas específicos.

Cómo los microbios aumentan los rendimientos de los cultivos.

En los métodos aleatorios, el equipo utiliza distintas técnicas que generan pequeñas modificaciones del genoma de los microbios. Después hay que analizar miles y miles de descendientes de la cepa original. Algunas de las variantes tienen fenotipos mejorados que los investigadores pueden analizar con un gran número de herramientas analíticas distintas. Este tipo de cribados son utilizados por los científicos ya desde hace muchos años, para optimizar los microbios para distintas aplicaciones.

Atributos mejorados: la Dra. Jennifer Riggs está sosteniendo semillas de maíz con un recubrimiento especial. El color verde se usa para distinguir los productos recubiertos de los no tratados y de otros productos con diferentes atributos.

Sin embargo, en ocasiones puede ser más eficiente e, incluso necesario, utilizar métodos para ajustar selectivamente cepas bacterianas útiles para ventaja de los agricultores. Un ejemplo es el trabajo del doctor Damian Curtis y su equipo. Los científicos emplean esporas microbianas como portadoras de proteínas agrícolamente activas. “Nuestro objetivo es estabilizar estas biomoléculas mediante métodos selectivos”, explica el doctor Curtis.

Las proteínas y enzimas pueden mejorar la salud de las plantas, incrementar las cosechas y proteger las plantas de parásitos o enfermedades. Sin embargo, por lo regular son inestables o se descomponen muy rápidamente en el campo. Bayer junto con su socio de investigación Elemental Enzymes - una empresa emergente estadounidense - buscan un nuevo esquema que proteja las enzimas de los procesos de descomposición.

Elemental Enzymes combina tecnologías patentadas para la estabilización de enzimas con la experiencia de décadas de Bayer en la agricultura, para mejorar genéticamente las bacterias. Para ello, los científicos utilizan bacterias de la especie Bacillus. Ahí introdujeron un gen de dos especies de Bacillus estrechamente vinculadas - el microbio optimizado se designa como híbrido de la especie.

Nuestro objetivo es estabilizar las proteínas a través de herramientas de mejora de cepas específicas.

Dr. Damian Curtis, Jefe del Equipo de Sistemas Genéticos Microbianos

Las enzimas estabilizadas hacen a las plantas útiles todavía más productivas

Los investigadores utilizan las bacterias de dos maneras distintas: Primero, para preparar la enzima que mejora la disponibilidad de nutrientes en el suelo, y segundo como portador en forma de esporas.

“Algunas superficies de esporas pueden imaginarse como un bosque. Entre los árboles más altos hay algunos pequeños escondidos y protegidos. Son nuestras enzimas rodeadas de otras proteínas”, dice el doctor Curtis. Así los investigadores de Bayer estabilizan las enzimas bacterianas que hacen más productivas a las plantas útiles. La mejora selectiva de cepas de bacterias es ya una práctica habitual en muchos ramos de la industria, por ejemplo, en la industria farmacéutica o textil o en la producción de enzimas en la fabricación de vitaminas, productos de lavado, biocombustibles y cosméticos.

En cuanto los científicos y sus socios de Elemental Enzymes encuentran y confirman una proteína interesante, que sea estable sobre una espora y la combinación tenga el efecto biológico deseado, apenas empieza realmente el trabajo, pues ahora inicia el largo camino hacia el producto terminado. La protección del ser humano y del medio ambiente tiene en ello la máxima prioridad. Por ello, todas las cepas pasan por una evaluación de seguridad desde el uso en el laboratorio y en ensayos de campo hasta la producción.

Si se planea utilizar las enzimas junto con las esporas como nuevo producto, se aplican como tratamiento sobre las semillas. Esta forma de uso también se puede combinar con agentes fitosanitarios químicos para repeler nematodos, insectos nocivos y enfermedades fungosas.

El producto debe estar formulado de tal modo, que los principios activos lleguen a la planta y puedan encargarse del mejor “microambiente” posible. Esta combinación de agentes fitosanitarios químicos, proteínas y organismos vivos, como esporas bacterianas, exige mucha habilidad científica. “Los microorganismos y las macromoléculas, al igual que las enzimas, reaccionan de forma claramente más sensible y compleja que los agentes químicos puros”, señala el doctor Milind Singh, científico senior en la División Crop Science de Bayer.

Combinación de biología y química: El doctor Milind Singh busca la composición perfecta de todos los elementos de la formulación, para encontrar el mejor tratamiento de semillas posible.

Hasta que los científicos encuentran la composición óptima de todos los componentes y suministran un producto terminado que sea seguro para el ser humano y el medio ambiente, pueden pasar años. Para los usuarios es importante, además de la eficacia, sobre todo la estabilidad del tratamiento: “Sabemos que actualmente, con algunas formulaciones biológicas, logramos una estabilidad de al menos 18 a 24 meses. En los productos basados en enzimas, que constituyen una tecnología muy nueva, aún nos faltan las experiencias sobre la estabilidad de almacenamiento a largo plazo. Hasta el momento, los productos son estables 12 meses en el embalaje y en las semillas, lo cual es ya un gran éxito”, comenta el doctor Singh.

“En el laboratorio, el invernadero y mediante ensayos de campo, aseguramos que el tratamiento de las semillas sea estable por el mismo tiempo que las semillas mismas”, agrega la doctora Jennifer Riggs, responsable de Product Development en la División Crop Science de Bayer. Solo entonces los científicos hablan de un producto maduro.

Los tratamientos bacterianos de las semillas aportan una

ventaja decisiva

 

En el transcurso de los últimos 10 años, mediante la combinación correcta de productos fitosanitarios y microbios como tratamiento, los científicos observaron claros aumentos en el rendimiento de hasta 10% en sus campos de ensayo con maíz. Se podrían lograr éxitos similares en el cultivo de soya, algodón y cereales. Los novedosos tratamientos bacterianos de las semillas crean para las plantas útiles una ventaja en una ventana de tiempo crítica para la cosecha. Los microbios optimizados podrían ser un factor importante para la alimentación de la creciente población mundial: Los microorganismos correctos pueden ayudar a hacer más productiva nuestra superficie limitada de campo.

“La comunidad de microbios en el suelo puede contribuir a optimizar el rendimiento de las cosechas y su potencial está lejos de haberse agotado”, dice la doctora Riggs. Los esquemas innovadores de los científicos de Bayer para la optimización de bacterias son solo el siguiente paso para proporcionar a los clientes nuevos productos. Para los investigadores, el suelo sigue siendo un depósito fascinante lleno de minúsculos microbios que tienen una enorme influencia en la agricultura sustentable.

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Última Actualización: Enero, 2018

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