Los hongos dañinos causan enormes pérdidas en la agricultura y las técnicas tradicionales para su control implican el uso de fungicidas altamente tóxicos. Para evitar esto y en el marco del proyecto DialogProTec, investigadores del alemán Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), en colaboración con socios de Alemania, Francia y Suiza, han desarrollado alternativas que actúan engañando la comunicación química de los patógenos con las plantas.
Este programa comenzó buscando controlar la infección fúngica “esca”, la cual es considerada una amenaza para la producción de vino en Europa, causando pérdidas millonarias a los viticultores cada año. La esca hace que las hojas se vuelvan de color marrón, tras lo cual la vid muere.
“Esta enfermedad se conoce en el sur de Europa desde la Edad Media, pero nunca tuvo un papel importante”, explica la Dra. Alexandra Wolf, del Instituto Botánico del KIT, en Alemania, que coordina el proyecto DialogProTec. “Debido al cambio climático, el hongo se encuentra ahora con muchas plantas debilitadas por el estrés climático”.
El enfoque nuevo e innovador de los investigadores de DialogProTec, funciona sin ninguna toxina peligrosa para el medio ambiente. “En la naturaleza, los organismos interactúan mediante señales químicas. Hemos sido capaces de identificar algunas de las señales entre el huésped y el patógeno, y de manipularlas”, dice Wolf, que asegura que este “biohack” es preciso y eficaz y tiene una huella ecológica mínima.
Para desarrollar este método, el proyecto dirigido por el KIT fundó una red de investigación interdisciplinar con especialistas en botánica, genética de hongos, tecnología de microsistemas, química orgánica y ciencias agrícolas. La red utilizó unas 20.000 cepas de hongos de la colección del Instituto de Biotecnología e Investigación de Medicamentos (IBFW) de Kaiserslautern en Alemania y unas 6.000 especies vegetales del KIT.
Los investigadores trabajaron solo con células individuales para identificar y aprovechar las señales adecuadas, evitando trabajar así con plantas y hongos completos. Un chip de microfluidos desarrollado conjuntamente con el Instituto de Tecnología de Microestructuras del KIT sirvió de base para crear un ecosistema en miniatura.
Primero pusieron células de plantas y hongos en chips de unos pocos centímetros cuadrados para que no puedan entrar en contacto físico, pero sí interactuar químicamente gracias a una corriente de microfluidos. Christian Metzger del Instituto Botánico del KIT, explica que “para hacer visible esta interacción, equipamos el material genético de las células vegetales con un interruptor genético y un gen de fluorescencia. Cuando una señal química activa el sistema inmunitario, podemos medir la fluorescencia verde”. Los interruptores genéticos proceden de vides silvestres, en las que los investigadores habían detectado previamente una respuesta inmunitaria especialmente activa.
Durante sus investigaciones, los científicos descifraron primero la comunicación química entre el hongo y la planta que acompaña a un ataque fúngico y una de las cosas que identificaron, fueron las sustancias de señalización que el hongo utiliza para suprimir la respuesta inmunitaria de la planta. “Forman parte de una interacción química conformada por un largo proceso evolutivo y se producen en cuanto el hongo detecta señales de estrés específicas de la planta”, explica el profesor Peter Nick, que dirige el proyecto y el Instituto Botánico. El equipo identificó moléculas que podrían ser utilizadas para reactivar la respuesta inmunitaria, ya que como explica el profesor, cuando las usaron para la protección de cultivos, vieron que a menudo pueden protegerse del hongo. “Se puede pensar en ello como una vacuna para las plantas”, ejemplifica Nick.
La nueva tecnología de DialogProTec ya está en marcha y pronto se probará en el campo. Además de su trabajo sobre una alternativa a los fungicidas, el equipo del proyecto también ha desarrollado nuevos enfoques para promover el crecimiento de las plantas o el control de malezas, donde las sustancias de señalización también podrían ser sustitutos a los herbicidas químicamente tóxicos en el futuro.
