Crean “suelos en un chip” para estudiar bacterias que promueven el crecimiento vegetal

Un equipo de científicos del CONICET y de Chile diseñó pequeños dispositivos transparentes que simulan con gran precisión las condiciones físicas de suelos agrícolas reales.

El desarrollo, ublicado en la revista Communications Biology, del grupo Nature, implica crear “suelos en un chip” (SOCs, por sus siglas en inglés) que permiten observar el comportamiento de bacterias que se asocian con las raíces de las plantas y estimulan su crecimiento.

Cómo funcionan estos chips

Se trata de micro-laboratorios plásticos, del tamaño de una yema de dedo, que permiten el paso de oxígeno y están constituidos por estructuras que imitan los poros y granos de suelos arenosos o limosos, comunes en la agricultura argentina. A través de canales microscópicos con nutrientes, se introducen diferentes microorganismos para analizar su comportamiento.

La investigación fue liderada por el grupo de la investigadora del CONICET Verónica I. Marconi, en el Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG, CONICET-UNC), en colaboración con el laboratorio de microfluídica de María Luisa Cordero (Universidad de Chile) y el grupo del también investigador del CONICET Aníbal Lodeiro en el Instituto de Biotecnología y Biología Molecular (IBBM, CONICET-UNLP).

“En un gramo de suelo viven alrededor de 10 mil millones de microorganismos. Los SOCs ofrecen a investigadores de diferentes disciplinas la posibilidad de observar, a través de un microscopio, cómo viven y se reproducen estos organismos en condiciones muy simplificadas, pero similares a las reales en lo que respecta a su confinamiento micrométrico. Entre sus potenciales aplicaciones, nos han permitido estudiar cómo se desplazan a través de los microcanales y poros un grupo de bacterias del suelo benéficas para el crecimiento de las leguminosas (como la soja y el maní), denominadas B. diazoefficiens”, explicó Marconi.

Estas bacterias del tipo rizobios permiten a las leguminosas fijar el nitrógeno atmosférico en el suelo. Este proceso, además de beneficiar a las plantas al facilitar la absorción de nitrógeno, favorece a los microorganismos que obtienen azúcares de las raíces para reproducirse.

Por qué es una avance «clave»

El avance representa un paso clave para mejorar el uso de biofertilizantes en reemplazo de productos químicos. “Entre otros aspectos, es importante estudiar la capacidad de ‘nado’ de cada tipo de bacteria, para saber cuáles pueden llegar más rápido o más eficientemente a la raíz y nodular mejor”, indicó la investigadora.

El estudio se enfocó en la bacteria Bradyrhizobium diazoefficiens, que presenta dos sistemas flagelares: uno subpolar, grueso y trasero, y otros laterales, múltiples y más finos. “Una de las preguntas que se hacen los especialistas que estudian este grupo de microrganismos del suelo es por qué evolucionaron con dos sistemas flagelares tan distintos, que, además, la mayoría de las bacterias no poseen”, explicó Marconi.

Gracias al trabajo interdisciplinario entre física y biología, primero modelaron por computadora el desplazamiento de estas bacterias, y luego lo observaron directamente mediante los SOCs.

“Observar de manera directa estas bacterias del suelo implica poder contribuir a un mejor conocimiento de la funcionalidad de sus sistemas flagelares; porque nosotros estudiamos también versiones genéticamente modificadas de las mismas. Es decir, analizamos bacterias con un flagelo o con varios para poder saber cuál tiene mejor movilidad, y cuáles son más eficientes para nodular de acuerdo con el tipo de porosidad de los suelos. A largo plazo, esto puede ayudar a mejorar biofertilizantes y saber cuál es el mejor modo de inocularlos en los cultivos de siembra, si, por ejemplo, en los surcos o junto con las semillas. Aunque aún falta mucho, creemos que este puede ser un buen punto de partida”, agregó.

Entre los resultados más relevantes del estudio se observó que cuando los poros del suelo son extremadamente pequeños, contar con los dos tipos de flagelos no mejora el desplazamiento, y que el sistema subpolar resulta suficiente.

“Quiero resaltar que este aporte es solo un punto de partida. Creemos que los SOCs son muy prometedores para el estudio de todo tipo de microorganismos de suelo, benéficos o no. En este sentido, apostamos a que puedan ser de mucha utilidad tanto para el avance de ciencias básicas, como la biología o la física de suelos, como para el futuro desarrollo de aplicaciones agroindustriales, biotecnológicas, ambientales o de bioremediación”, concluyó Marconi.

También participaron del estudio Moniellen Pires Monteiro y Juan Pablo Carrillo-Mora (Universidad de Chile); y Nahuel Gutiérrez y Sofía Montagna (FaMAF, UNC). En una publicación previa de enero, el equipo ya había revelado datos sobre el tiempo de recuperación de los flagelos tras rupturas, hallando que los más finos tardan unos 40 minutos, mientras que los subpolares pueden demorar hasta cinco horas.