En la actualidad, la importancia del par hospedero-microbiota (convivencia entre un hospedero, y un conjunto de microorganismos vivos -microbiota-) se reconoce en diferentes procesos fisiológicos esenciales para la salud de animales y plantas. En particular, diversos organismos han desarrollado órganos de absorción de nutrientes que albergan comunidades de microorganismos de alta abundancia y complejidad. Sin embargo, la información aún es limitada sobre cómo los cambios en la disponibilidad de nutrientes en el hospedero afecta la estructura de su microbiota y cuáles son sus consecuencias funcionales de esta relación con su hospedero.
La estudiante Constanza Aguado, candidata a Doctor del programa de Doctorado en Nutrición y Alimentos, lidera un proyecto que propone evaluar cómo un incremento en la disponibilidad de hierro modifica la cantidad y tipo de bacterias que forman la microbiota asociadas a las raíces de plantas. Su tesis de doctorado se fundamenta en dos premisas biológicas: 1) la mayor parte de la maquinaria molecular asociada al metabolismo celular de hierro es conservada desde bacterias a humanos y 2) el hierro es un nutriente esencial para todos los seres vivos.
Esta investigación aprovecha las ventajas que ofrecen las raíces de plantas para acceder fácilmente a su microbiota y generar, en forma controlada, un incremento en la disponibilidad de hierro, intervención que puede ser evaluada: 1) identificando la cantidad y tipo de bacterias presentes en el epitelio de absorción de las raíces con y sin suplementación de hierro, y 2) midiendo directamente el contenido de hierro disponible en el compartimento extracelular (suelo), en el tejido de absorción (raíces) y en los demás tejidos de la planta. De esta forma, tanto el nivel de suplementación como el cambio de contenido de hierro se pueden correlacionar con el tipo y magnitud de cambio de estructura de la microbiota asociada a las raíces de las plantas.
Como modelo biológico se seleccionó a Pappostipa frigida, un pasto de la familia de las poaceas que se distribuye ampliamente sobre los 3.600 metros sobre el nivel del mar en la cordillera de Los Andes, región de Atacama. Esta planta crece en suelos nutricionalmente pobres, con baja disponibilidad de micronutrientes tales como, cobre, zinc y hierro.
La comparación del suelo asociado a la raíz (rizosfera) con y sin la suplementación con sulfato de hierro (5 mM) por 48 horas, mostró un incremento del contenido de este micronutriente de 2,2 veces, esto nos indica que el tratamiento con hierro en las concentraciones y tiempos utilizados fue efectivo en aumentar la concentración de hierro en los suelos sin afectar la viabilidad de la planta, la cual aumentó el contenido de hierro en la raíz en 4 veces.
A la fecha, hemos detectado 15.000 especies de bacterias asociadas a las raíces de Pappostipa frigida. Una parte importante (35%) puede ser detectada solamente cuando se suplementan las plantas con el metal. De las 9.000 especies restantes, menos de 200 incrementan o disminuyen su abundancia relativa en respuesta a la suplementación por hierro, mayoritariamente estas especies pertenecen a los phyla Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria y Bacteroidota.
Los resultados de este estudio entregarán información sobre los factores que determinan el ensamblaje de las comunidades bacterianas asociadas al epitelio de absorción radicular y de las potenciales relaciones ecológicas de las bacterias que responde a la suplementación con hierro.
La información recopilada puede ser comparada con cualquier otro sistema microbiota-hospedero en tejidos que absorben nutrientes. Conocer patrones conservados de interacción es un paso clave para diseñar estrategias que permitan intervenir racionalmente estas comunidades hacia estados beneficiosos para su hospedero.
Además, ayudaremos a entender cómo las plantas pueden crecer en suelos nutricionalmente pobres (especialmente en micronutrientes) en zonas áridas y semiáridas. Esta información es de interés agronómico para ampliar la disponibilidad de suelos útiles para la agricultura e incrementar la producción de alimento.
¿Qué significa para la planta que cambie la microbiota? Entender los potenciales mecanismos para modificar la microbiota asociada a las raíces de las plantas tiene el potencial de aumentar la adquisición de nutrientes del suelo, así como también la tolerancia de la planta a estrés abióticos y bióticos, y en general a la promoción del crecimiento vegetal y a la aptitud ecológica.
¿Qué importancia, productiva o de otro tipo, podría tener ser capaz de modificar la microbiota de una planta? Debido a que es sabido que la comunidad bacteriana tiene un enorme potencial en el mejoramiento de la eficiencia de la producción vegetal y al mismo tiempo en reducir los insumos químicos, es que cobra especial interés descubrir las variables que actúan en la modulación de la relación planta-microbiota.
Si se pone atención a que la demanda de alimentos aumentará un 70% en 2050, es importante abarcar estrategias más sustentables, debido a que además el agricultor en muchas zonas del mundo se encontrará con condiciones climáticas adversas, ya sea con suelos contaminados o agotados desde el punto de vista nutricional debido a los mono cultivos. Utilizar los recursos naturales disponibles como la comunidad microbiológica podría ser de gran utilidad, una vez que se hayan esclarecido los factores claves que modulan la estructura y la composición de la microbiota para así poder modelar el microbioma.
