jueves, 18 de mayo de 2017

Las bacterias ”buenas” luchan contra las “malas” en nuestra ensalada ¡¡y ganan!!

Las frutas y verduras son consideradas como uno de los componentes esenciales para una dieta sana. Concretamente el consumo de vegetales en forma de ensalada se está incrementando en la mayor parte del planeta. Sin embargo, en contraste con el inmenso potencial beneficioso de estos alimentos, hay un incremento de la preocupación de organizaciones como la Organización Mundial de la Salud o de la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA, del inglés US Food and Drug Administration) de los riesgos de tomar este tipo de alimentos que están sin cocinar, por la presencia de patógenos difíciles de erradicar sin un tratamiento térmico.
En general, todos los vegetales están poblados por millones de bacterias, tanto beneficiosas como patógenas, que habitualmente son eliminadas cuando las consumimos mediante el cocinado de éstas o el lavado con desinfectantes o simplemente con agua. El problema es que, con este incremento del consumo, la elaboración de las ensaladas preparadas y la generalización de múltiples variedades y formas de conservación que muchas veces no es la más idónea, están apareciendo  algunos brotes que pueden ser preocupantes. Algunos ejemplos son el brote de listeriosis que apareció en enero de 2016 en EEUU, o el de Salmonella en los pepinos de 2015.
Una de las posibles soluciones para este problema es estudiar si se puede luchar contra las bacterias patógenas mediante la lucha biológica con bacterias beneficiosas. Con este objetivo un grupo de investigadores indios estudiaron las poblaciones de bacterias en zanahorias, peino, cebolla y tomate, y su trabajo lo acaban de publicar en el último número de la prestigiosa revista científica BMC Microbiology.


¿Cómo lo han hecho?

Compraron zanahorias, pepinos, cebollas y tomates de dos mercados en la India  (Hosur y Salem) entre abril y octubre de 2015. Aislaron bacterias tanto de dentro (sí, sí, ¡de dentro! ¡aunque le quites la piel a las verduras, sigues teniendo bacterias! Se llaman bacterias endófitas y son muy beneficiosas) como de fuera de la verdura. Identificaron las especies mediante secuenciación genética y caracterización bioquímica. Con toda esta información hicieron un estudio bioinformático y estadístico, especialmente orientado para ver la abundancia de los diferentes tipos de bacterias situados en cada verdura y de cómo se relacionan entre ellas.
Uno de los resultados más interesantes fue que había una gran abundancia de bacterias endofíticas (dentro de la verdura) en pepino y tomate comparado con la zanahoria y la cebolla. Cuando clasificaron estas bacterias en patógenas de humanos, de vegetales, beneficiosas de humanos y beneficiosas para vegetales, observaron que la zanahoria y cebolla tenían más bacterias patógenas humanas,  mientras que en el pepino y el tomate dominaban las bacterias beneficiosa para las plantas. 

Conclusiones

Aunque aún queda mucho que estudiar en el complejo mundo de las interacciones microbianas, estos científicos llegaron a la conclusión que las bacterias beneficiosas de las plantas podían llegar a combatir con las humanas por un mismo nicho (es decir, nuestras ensaladas), y creen que si se fomenta el uso de bacterias beneficiosas para la agricultura, no solamente beneficiarán a los cultivos, sino que además podrían conseguir que nuestras ensaladas sean mucho más seguras y sanas para nosotros.


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miércoles, 10 de mayo de 2017

Los microorganismos del suelo dirigen las migraciones de los árboles

Una de las grandes alteraciones que está provocando el cambio climático es la alteración de los tipos de árboles que existen en los bosques. Por ejemplo, cuando sube la temperatura a lo largo de varios años seguidos  en una montaña, como está ocurriendo por el calentamiento global, los árboles más adaptados a menores temperaturas van "migrando" (es decir, creciendo sus poblaciones) a mayores altitudes para poder mantener su rango de temperatura (aproximadamente, cada 167 metros la temperatura sube un grado de media). Pero se ha visto que no siempre es así, tiene que haber otros factores que afecten a esta “migración” de los árboles.
Por otra parte, los microorganismos del suelo tienen una influencia muy importante en las plantas (como puedes ver en esta otra entrada del blog sobre los microorganismos de la rizosfera). De hecho, los microorganismos que viven en las raíces, y concretamente en la rizosfera, se considera que son el equivalente de la microbiota intestinal  en los humanos, con la importancia en la salud que esto conlleva. Concretamente, se lleva unos años observando que el “Plant-soil feedback” (el proceso en el cual las plantas alteran las características bióticas y abióticas del suelo donde viven) puede ser utilizada por las plantas como un arma para “luchar por un territorio”. Es decir, diferentes tipos de plantas fomentan el crecimiento de bacterias beneficiosas para ellas y patógenas para otras especies con el fin de que ellas puedan sobrevivir mejor. Explicado de otra forma, las plantas de una misma especie utilizan el pequeño ejército del suelo para conquistar otro territorio.

Investigadores estadounidenses acaban de publicar en la prestigiosa revista nature ecology & evolution los resultados  de un estudio a gran escala sobre este fenómeno del “Plant-soil feedback”. En este estudio han descubierto que este fenómeno es mucho más importante de lo que se pensaba, y que es capaz de moldear los bosques. Han observado que la capacidad de las distintas especies de árboles para “conquistar” nuevas zonas depende en gran manera de la capacidad de éstos de manipular los microorganismos del suelo a su favor.

¿Cómo lo han hecho?

Hicieron varios estudios desde muchos puntos de vista. Por una parte, estudiaron una gran cantidad de zonas montañosas en Estados Unidos, analizando el suelo en cada uno de ellos, en diferentes estratos de altitud, contrastándola con la temperatura a lo largo de los años, así como la distribución de varias especies, especialmente el Populus angustifolia, de la familia del álamo o chopo.
En paralelo a esto, tomaron muestras de suelo a diferentes alturas de la montaña, en suelo que había sido modificado por árboles de P. angustifolia (es decir, que había sufrido un proceso de “Plant-soil feedback”), y otro sin modificar. Entonces cultivaron árboles independientes en los dos tipos de suelos, todos a la misma altura en condiciones de invernadero, y vieron que las plantas que eran cultivadas en suelo modificada por su misma especie crecían mejor. Es decir, las plantas crecían mucho mejor en suelo “preparado” por “su gente” que en suelo preparado por otras especies. En paralelo, hicieron estudios microbiológicos del suelo, demostrando que estas modificaciones del suelo eran debidas a los microorganismos del suelo.

Conclusiones

En este artículo se demuestra que los microorganismos afectan a nuestro entorno de las formas más insospechadas, ya que son capaces de “mover” bosques. Por esta razón, es importantísimo que se invierta en la investigación de los microorganismos que nos rodean, ya que puede ser la fuente de soluciones agrícolas, medioambientales o médicas de formas que hoy en día ni siquiera nos imaginamos. 


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martes, 2 de mayo de 2017

El futuro de la Yuca en peligro por la acumulación de mutaciones en su genoma

La yuca, aipim, mandioca, tapioca, guacamota o casava, es un arbusto muy cultivado en Sudamérica, África y el Pacífico. Debido a que en sus raíces contiene almidones de alto valor alimentario es la tercera fuente de carbohidratos más consumida en los países del trópico, después del arroz y el maíz. Aunque fue domesticada en Latinoamérica, se ha extendido también por África, llegando a ser un cultivo básico para la seguridad alimentaria en muchos de los países de este continente.
La mayor amenaza que sufre este cultivo tan importante es que, aunque la especie original se reproducía por semillas, hoy en día la yuca cultivada se reproduce casi exclusivamente mediante clones por estaquillas. Al no existir la mezcla de genes habitual en la reproducción sexual por semillas, a lo largo de muchos años se han acumulando multitud de mutaciones deletéreas en las variedades productivas del cultivo. Estas mutaciones deletéreas son aquellas que no producen la muerte, sino una reducción  de la capacidad de la planta para sobrevivir y/o reproducirse, provocando una pérdida del rendimiento que actualmente se estima en un 60%. Por hacer un símil con humanos, salvando las distancias, sería algo como los problemas que existen en la endogamia en poblaciones muy pequeñas aisladas, que al no haber diversidad acaban acumulándose enfermedades, alteraciones en la estatura o en el estado físico en general.
Un grupo de científicos compuesto por estadounidenses, ugandeses y nigerianos han identificado cuales son estas mutaciones nocivas con el objetivo de conseguir reducir estas mutaciones y mejorar así la productividad de los cultivos, y evitando que llegue a colapsar la especie en un futuro. Los resultados de este trabajo lo pueden leer en el último número de Nature genetics en este link.

¿Cómo lo hicieron?

Secuenciaron el genoma de 241 variedades de yuca con un gran precisión para asegurarse que las mutaciones detectadas no eran la causa de errores en a secuenciación.

Con toda esta información hicieron un complejísimo trabajo bioinformático, uno de estos fue comparar los genomas con el del árbol del caucho, que tiene el mismo origen que la yuca, pero que se diferenció de ella hace unos 27 millones de años.
Además también vieron algunos de los genes que se modificaron por la domesticación, como el aumento del almacenaje de carbohidratos (la yuca tiene entre 5 y 6 veces más almidón que su progenitor), o la eliminación del contenido en alcaloides como el cianuro, muy tóxicos para el hombre.
Una vez identificados la inmensa cantidad de mutaciones dañinas para la yuca, se preguntaron cómo era capaz de sobrevivir un cultivo con esta  inmensa cantidad de mutaciones dañinas (aunque tenga una pérdida de rendimiento tan importante). La respuesta más válida es que una gran cantidad de estas mutaciones en los alelos heterocigóticos. Es decir, aunque hay muchas mutaciones, al tener una segunda copia del mismo gen sin mutar, el daño se controla y el cultivo puede seguir siendo viable. Es decir, es espectacular que el cultivo de la yuca siga existiendo a pesar de la gran cantidad de mutaciones que se han ido acumulando, pero si somos capaces de "limpiar" estas mutaciones deletéreas, el rendimiento del cultivo podría mejorarse muchísimo.

Conclusiones

Este grupo de científicos ha conseguido dar un paso importantísimo para el mantenimiento de un cultivo como el de la yuca al que no se le ha prestado tanta atención en la investigación, entre otras causas debida a que es un cultivo minoritario en los países más ricos. Al conseguir una base de datos de los genomas de este cultivo tan importante se le da una herramienta importantísima a los mejoradores de este cultivo para poder mejorar la yuca, eliminando estas mutaciones, mejorando el rendimiento del cultivo, haciéndolo más sano y completo para las poblaciones cuya base es este alimento. Personalmente quiero destacar que esto es  otro bonito ejemplo sobre como la ingeniería genética y la biotecnología en general es capaz de aportar herramientas para luchar a favor de la seguridad alimentaria en el mundo.



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lunes, 17 de abril de 2017

La importancia del silicio en la resistencia a la sequía en el trigo

El estrés por sequía es una de las grandes preocupaciones del sector agrícola debido a que el cambio climático provocará que grandes regiones del mundo vean reducidas sus precipitaciones anuales de forma drástica.
Una de las soluciones para mitigar este problema (que no solucionarlo) es seleccionar cultivos adaptados a la sequía, estudiar las interacciones de estos cultivos con el suelo así como estudiar el papel de los distintos elementos minerales del suelo para poder manejar los requisitos nutricionales de la forma más óptima posible.
Concretamente el Sílice es el elemento más abundante en la tierra después del oxígeno, y tiene una concentración muy importante en el tallo de la mayoría de las plantas terrestres (entre el 1 y el 10% de su peso seco), especialmente de los cereales. Aunque el sílice no se le considera un nutriente esencial, se considera muy beneficioso para las plantas bajo estrés biótico (provocado por organismos vivos como insectos, bacterias..) o abiótico (sequía, heladas..).

El sílice se acumula en las plantas en forma de los llamados fitolitos, y su concentración varía en función de la disponibilidad de agua o la temperatura. Sin embargo, el efecto beneficioso del sílice en las plantas aún no está claro, se sospecha que influye en el equilibrio hídrico de la planta, el ajuste osmótico, la fotosíntesis, la defensa antioxidante o el balance de nutrientes.
Para indagar en el papel del Sílice en las plantas, concretamente en el trigo, un grupo de científicos franceses han desarrollado una investigación cuyos resultados acaban de publicar en un artículo en la prestigiosa revista New Phytologist, que puedes leer en este link, pero que te explico brevemente a continuación.

¿Cómo lo han hecho?

Han monitorizado el crecimiento y los parámetros fisiológicos de plantas de trigo en cultivo hidropónico con las que han simulado que estaban en condiciones de sequía. Además han determinado dónde y cómo se localizaba el silicio y concretamente los fitolitos. 
Han monitorizado las diferentes formas que tomaban estos fitolitos en las diferentes partes de la planta en las diferentes condiciones de sequía, mediante microscopio óptico convencional y mediante una digestión/extracción ácida.
Además, mediante técnicas más complejas han podido realizar un análisis de los fitolitos in situ mediante técnicas de imágenes con rayos X. Además han conseguido realizar interesantísimos análisis de imágenes combinando espectroscopía de fluorescencia en 2D con imágenes 3D usando tomografía computarizada.
Para simular el estrés a sequía aplicaron Polietilenglicol, también llamado PEG. En estas condiciones de sequía simulada observaron que las plantas a las que se aplicaba sílice resistían mucho mejor la sequía, manteniendo la cantidad de agua en la planta. Observaron además que se reducía la transpiración de las hojas, por lo que se reducía la cantidad de agua que perdía la planta.
Además, observaron que las plantas sometidas a la sequía producían muchos más tricomas (pelitos de las plantas), y en ellas se concentraba parte del silicio (cuya función es endurecerlos). Lo más curioso es que, en condiciones de disponibilidad de silicio, éste se concentraba tanto en estos tricomas como en las venas de las plantas, pero si no tenían suficiente silicio, lo enviaban exclusivamente a las venas. Es decir, en caso de sequía solamente llenaban los tricomas de silicio cuando tenían suficiente, dándole prioridad absoluta a las venas. ¿Pero por qué a las venas?


Conclusión.

La conclusión a las que llegaron estos investigadores es que la planta llena las venas de las plantas de silicio en caso de sequía para mantener a la planta rígida (para reforzar “la arquitectura general de la planta”), es decir, para que cuando faltara agua no se pusieran “mustias” y poder así resistir mejor la sequía.



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domingo, 9 de abril de 2017

Estrigogalactonas, hormonas vitales en la relación planta-microorganismos.

Aunque el objetivo del blog ha sido siempre describir de forma amena artículos científicos sobre un estudio en concreto, en este caso voy a explicar un muy buen artículo de revisión  sobre las estrigogalactonas, una de las hormonas que más están dando que hablar en la actualidad. El artículo en sí (que podéis encontrar en este link) acaba de ser publicado en  la importante revista Trends in Plant Science y ha sido escrita por tres especialistas en el tema (Juan A.López-Ráez, Ken Shirasu y Eloise Foo).  
Las estrigogalactonas son un tipo de sustancia que tiene una doble función, por una parte actúan como hormona vegetal (se ha demostrado que regula la ramificación del tallo y de las raíces de las plantas, el crecimiento secundario, la caída de las hojas y más recientemente que actúa como respuesta al estrés de las plantas). Por otra parte son importantes moléculas “señal” fuera de la planta (de hecho fue la función que se descubrió por primera vez). Las plantas segregan estrigogalactonas por sus raíces para comunicarse con los microorganismos de la “rizosfera” (la parte de suelo en contacto con las raíces de las plantas, con una gran importancia vital en su desarrollo, por la cantidad de microorganismos que viven en ella, en este otro artículo os cuento más sobre ella). Un ejemplo es que el musgo Physcomitrella patents las emite para regular la extensión de sus poblaciones.

La importancia de las estrigogalactonas en las micorrizas.

Las micorrizas son la simbiosis entre unos tipos de hongos y las plantas. En esta simbiosis ambos organismos salen beneficiados, ya que la planta recibe del hongo agua, sales minerales y le ayuda extender el radio de acción de sus raíces además de combatir a otros hongos que podrían producir enfermedades. Por otra parte, el hongo recibe de la planta hidratos de carbono, vitaminas y otras sustancias que no podría sintetizar por sí mismo. Si queréis saber más sobre las micorrizas podéis leer este otro artículo del blog
Se ha demostrado que las estrigogalactonas sirven de atrayente de los hongos micorrícicos, mejorando la germinación de las esporas del hongo y su actividad metabólica, así como la ramificación de las hifas del hongo, lo que aumenta las posibilidades de contacto entre las raíces de la planta y el hongo. Además se ha visto que cuando los hongos perciben estas moléculas, ellos producen una sustancia (oligómeros de cadenas cortas de quitina) que cuando es detectada por la planta, ésta activa unos genes que facilitan la micorrización.
Pero no solo  son importantes con las micorrizas, se ha visto que también son una señal importante en la simbiosis de las bacterias llamadas Rhizobium con las leguminosas. Sin entrar en detalle, gracias a esta simbiosis, las leguminosas (como los frijoles, judías, guisantes, etc.) son capaces de fijar el nitrógeno que hay en la atmósfera, uno de los nutrientes fundamentales para las plantas.
Además se ha visto que las estrigogalactonas tienen una gran influencia en otros microorganismos beneficiosos para las plantas, como los hongos trichoderma o las bacterias beneficiosas de la rizosfera, también llamadas PGPR.

El lado oscuro de las estrigogalactonas.

Pero como todo en la vida, nada es completamente positivo. La primera vez que se descubrieron estas moléculas fue en 1960, como una señal que utilizan las plantas parásitas para encontrar otras plantas y así parasitarlas. Este tipo de plantas de los géneros Striga, Orobanche, and Phelipanche, son plantas parásitas obligadas, es decir, no pueden vivir sin “comer” de otra planta. Aunque parezca algo ocasional, hay zonas de África y del Mediterráneo que puede suponer el 70%  de las pérdidas de producción de los cultivos. Se ha visto que este tipo de moléculas son detectadas por las plantas parásitas para “oler” a sus hospedantes y así asegurarse de germinar donde hay plantas que puedan hospedar y así sobrevivir.
Incluso se han estudiado las estrigogalactonas como una herramienta contra este tipo de plantas, ya sea regando con ellas los campos de cultivo antes de sembrar (y así inducir su crecimiento y matarlas) o aplicando inhibidores de estrigogalactonas y así evitar que las plantas parásitas aparezcan.

Conclusiones

Uno de los retos de la agricultura del siglo XXI es desarrollar herramientas medioambientalmente sostenibles reduciendo el uso de químicos de síntesis. Una de estas herramientas son los microorganismos beneficiosos, como las PGPR, Micorrizas, Rhizobium o Trichoderma. El conocimiento de los factores, como las estrigogalactonas, que afectan a las relaciones de estos microorganismos con las plantas resultarán vitales para su desarrollo biotecnológico a gran escala.

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martes, 28 de marzo de 2017

Las “plantas de la resurrección”, el futuro de los cultivos superresistentes a la sequía

Existen unas 135 especies llamadas “plantas de la resurrección” que producen tanto semillas como tejidos tolerantes a la sequía. Pero, curiosamente, ninguna de estas especies tiene importancia para la alimentación humana. Los cultivos con mayor importancia para la seguridad alimentaria a nivel mundial, como el maíz, el trigo o el arroz, son muy sensibles a la sequía, a pesar de que sus semillas son muy resistentes (soportando una reducción de hasta el 1-5% de su contenido en agua, sin perder viabilidad). Esto hace pensar que estos cultivos tan importantes tienen que tener genes que resistan el bajo contenido en agua, pero que solamente se expresen en la semilla.



El hecho que los principales cultivos que alimentan a la población mundial no sean muy resistentes de la sequía, unidos con el inminente cambio climático que reducirá la disponibilidad de agua a nivel mundial, es uno de los problemas de nuestra generación así como de las generaciones venideras.
Por ello, una parte importante de la comunidad científica y agrícola está investigando nuevas estrategias para adaptarse a la reducción del agua disponible para los cultivos.
En este contexto, un grupo de científicos de universidades sudafricanas, holandesas, alemanas y estadounidenses acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista científica Nature Plants, en el cual exponen el descubrimiento de nuevos genes con una gran potencial de generar resistencia a sequía en la planta Xerophyta viscosa (imagen inferior).


¿Cómo lo han hecho?

Estudiaron una de las plantas de la resurrección que crece en la provincia de Mpumalanga en Sudáfrica llamada Xerophyta viscosa (perteneciente a la familia Velloziaceae). Esta planta tiene la capacidad de sobrevivir después de 25 días deshidratada tras quedarse en menos del 5% de residuo seco. Una vez vuelve a regarse, en solamente 5 días vuelve a estar totalmente verde, tal y como podéis ver en el vídeo de este link.
Una vez seleccionaron las plantas, extrajeron su ADN y lo secuenciaron mediante dos técnicas distintas (Illumina y PacBio). Consiguieron ensamblar el genoma completo combinando la información de ambas técnicas (23 Gigabases mediante Illumina y 17.5 Gigabases mediante PacBio).
Una vez obtuvieron todos los genes existentes en la planta, estudiaron los que podían tener relación con su resistencia a la sequía. Existen clusters o grupos de genes que están muy próximos entre sí y que han demostrado en estudios anteriores que pueden aportar resistencia a sequía. Estos grupos se llaman ARIds (de sus siglas en inglés “islas de genes relacionados con la Anhidrobiosis") o CoDAGs (de sus siglas en inglés "clusters de genes asociados con la desecación"). Los investigadores estudiaron estos tipos de clusters como una fuente de genes para en un futuro cruzarlos con cultivos relacionados con la alimentación y así poder generar cultivos resistentes a la sequía.
Además de estos tipos de genes, estudiaron las proteínas LEA, que se consideran que tienen importancia en la respuesta a la salinidad o las heladas, otros grandes problemas de la agricultura a nivel mundial.
Por otra parte, estudiaron cómo se expresaban estos genes en las diferentes etapas en las cuales la planta empezaba a sufrir la sequía y cuando se rehidrataba. 

Conclusiones 

Gracias al estudio de la planta de la resurrección más resistente a la sequía (según los autores del artículo), se han descubierto una gran cantidad de genes relacionados con la sequía, la salinidad o las heladas. Esto ha supuesto un punto de inflexión en el estudio de genes de resistencia a sequía y con total seguridad hará que en el futuro se desarrollen cultivos que necesiten menos agua o, al menos, que aguanten mejor las temporadas de sequías sin reducción de su productividad.

La imagen de la Xerophyta viscosa ha sido realizada por Marco Schmidt.

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miércoles, 22 de marzo de 2017

Las hormigas, un importante aliado para ahorrar agua en los cultivos

En ambientes semiáridos la evaporación del suelo puede suponer unas pérdidas del 30 % del agua. Uno de los objetivos de la agricultura es reducir estas pérdidas al mínimo, especialmente en los climas en los cuales el agua supone un recurso limitado. Una de las técnicas utilizadas habitualmente es cubrir el suelo con diferentes materiales para reducir el intercambio de vapor de agua entre el suelo y la atmósfera. Estos materiales pueden ser arena, guijarros o incluso materiales orgánicos. Sin embargo puede que la solución haya estado siempre en la naturaleza pero no nos hayamos dado cuenta hasta ahora. 
Las hormigas representan la mitad de la biomasa mundial de insectos, siendo vitales en la mayoría de los ecosistemas del planeta. Como “ingenieros de los ecosistemas” crean colonias organizadas, creando abundantes macroporos, galerías y nidos en el suelo, lo que ayuda a la estructuración de los suelos. Hasta la fecha se conocía la importancia de las hormigas en el movimiento de agua en el suelo, pero investigadores chinos de las Universidades de Beijing y Yangling acaban de descubrir que la importancia de las hormigas va mucho más allá, reduciendo la evaporación del agua del suelo.

¿Cómo lo han hecho?

Han estudiado la influencia de un tipo de hormiga, Camponotus japonicus en la evaporación del suelo y en su temperatura. Este tipo de hormiga  tiene un cuerpo bastante grande (10-12 mm de largo) con unas grandes mandíbulas, lo que las permite formar grandes agregados de suelo (alrededor de 1.6 mm de diámetro) y por tanto movilizar más cantidad de suelo. Concretamente, prestaron especial atención a la capa de mantillo que forman las hormigas alrededor de la entrada del hormiguero (se llama mantillo a la capa superior del suelo formada principalmente por materia orgánica en descomposición y que es muy importante para la fertilidad de los suelos, lo puedes ver en la foto  inferior).

Realizaron una serie de experimentos usando macetas de 20 cm x 20 cm, con unos 7 kilogramos de suelo, con diferentes densidades de población de hormigas y con diferentes materiales. Con varios instrumentos electrónicos midieron la evapotranspiración del suelo así como su temperatura.  En primer lugar observaron que a más densidad poblacional de hormigas, mayor era la capa de mantillo que cubría el suelo. Observaron que cuando esta capa de mantillo era más gruesa, el suelo conservaba mejor el agua, incluso más en los días más soleados. Además se observaron efectos muy beneficiosos en la temperatura del suelo, sirviendo de amortiguador de ésta.  Este efecto beneficioso desapareció cuando este mantillo producido por las hormigas se desintegró.

Conclusiones

En este artículo se destaca el efecto beneficioso de las hormigas en los cultivos, especialmente en su papel como agente mejorador de los suelos. Aunque aún hace falta estudiar más los efectos de las diferentes especies de hormigas en los diferentes cultivos, así como en las diferentes plagas (como en otro estudio muy interesante en manzano que podéis leer en este link), lo que está claro es que no podemos dejar de lado una parte tan importante de los ecosistemas mundiales. Las hormigas no sólo son insectos vitales para la vida en el planeta, sino que, bien gestionadas, llegarán a ser una herramienta importantísima en el camino de una agricultura sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
El artículo completo lo podéis leer en este link.

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miércoles, 15 de marzo de 2017

Plantas electrónicas vivas, o e-Plants, un futuro no tan lejano

Hace mucho tiempo que circula por las redes la bonita frase: “Imagínate que los árboles dieran WiFi, todo el mundo plantaría árboles como locos y acabaríamos con la deforestación. Es una lástima que sólo produzcan el oxígeno que respiramos…”.  Pues puede que esto no sea tan descarado, parece que las plantas electrónicas serán una realidad en un futuro no tan lejano. 

Las plantas electrónicas, o e-Plantas, o e-Plants, se definen como “plataformas bioelectrónicas orgánicas que permiten interactuar electrónicamente con plantas vivas”. Aunque parezca ciencia ficción (más propio de una serie de televisión como Black Mirror), poco a poco se van desarrollando tecnologías que permitirán en un futuro cambiar todos los conceptos de comunicación. La idea es crear dispositivos electrónicos y circuitos vivos, que utilicen las plantas y sus sistemas vasculares como “plantilla”, de esta forma se podría conseguir ventajas inimaginables hasta ahora, como dispositivos electrónicos que crezcan o se reparen solos o que no tengan ningún residuo para el medio ambiente.

En este sentido, un grupo de científicos de Suecia acaban de publicar un artículo en la prestigiosa revista PNAS en el que muestran los avances que han realizado en la materia.
En este artículo demuestran cómo han conseguido un material ( “oligómero”)  que puede ser distribuido y sintetizado por una especie de rosa (Rosa floribunda) formando largos polímeros  a lo largo de todo el tejido vascular de la hoja, es decir “de su cuerpo”. Lo que significa esto es que han conseguido que se forme una especie de circuito electrónico con “cables” a lo largo de todo el “cuerpo de la rosa”.  No solamente esto, sino que además han conseguido que estos “cables” entren en el espacio apoplástico de las hojas (el espacio entre una célula vegetal y otra). Esto supone un avance para conseguir transmitir la energía de la planta a dispositivos electrónicos integrados, haciéndolos así autónomos respecto a  la energía externa.

¿Cómo lo han hecho?

Lo primero que hicieron fue buscar una sustancia soluble en el agua que se distribuyera sin problemas dentro de la planta sin que la hiciera ningún daño.
Después de diseñar varios materiales han utilizado varias sustancias químicas llamada PEDOT-S  ( de la abreviación de alkoxysulfonate-functionalized poly(3,4ethylenedioxythiophene)), por favor, sin bromas sobre la desafortunada abreviatura y otra variación llamada ETE-S .  Esta sustancia  es capaz de organizarse dentro del  Xilema de la planta, lo que sería como las “venas de las pantas”. Gracias a que tiene un muy bajo potencial oxidante para la planta y a su bajo tamaño molecular puede introducirse a lo largo de todos los tejidos de la planta, formando una red de “cables”. La introducción de esta sustancia fue muy simple, simplemente la disolvieron en agua y pusieron las rosas cortadas en esta agua, transportándose de forma natural por toda la planta a las 24 horas.
Mediante diferentes técnicas como microscopía y cromatografía líquida comprobaron la eficacia de esta red de “cables” a lo largo de la planta. Además hicieron un circuito muy sencillo para comprobar el potencial que tendría este sistema para, en un futuro poder alimentar dispositivos autónomos más complejos.  Aunque el dispositivo era muy sencillo, con una longitud de 1.7 centímetros, consiguieron una diferencia en la corriente eléctrica, consiguiendo demostrar que este “cableado” natural podría ser factible en el futuro.

Conclusiones

Aunque aún está lejos de ser una tecnología aplicable a la vida real, este artículo ha demostrado que es posible desarrollar un concepto cómo e-plants. Esto tendría unas aplicaciones inimaginables hoy en día, pero que seguro que algún día veremos, y de las cuales nos beneficiaremos en un futuro próximo.

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lunes, 6 de marzo de 2017

Demostrado que es posible reducir los pesticidas manteniendo el rendimiento de los cultivos


Conseguir alimentar a toda la creciente población mundial con una  agricultura sostenible medioamentalmente es uno de los retos más ambiciosos del siglo XXI. Para conseguirlo, será imprescindible reducir la aplicación de pesticidas peligrosos para el medio ambiente y para la salud humana.  Especialmente preocupante es la situación de los propios agricultores, que son los que están expuestos a dosis más altas de los productos químicos, y los que arriesgan su salud de forma más clara.

Los pesticidas químicos se pueden reducir adoptando nuevas técnicas de producción como la rotación de cultivos, el uso de variedades resistentes o el uso de productos biológicos o ecológicos. Pero mientras que se instauran estas medidas, es necesario resolver el debate sobre si es posible reducir la cantidad de pesticidas utilizados, y la única forma de hacerlo es mediante estudios científicos completos, objetivos y a gran escala, tal y como se ha realizado en el artículo que hablamos en esta entrada del blog.
Un grupo de investigadores franceses acaban de publicar en la prestigiosa revista científica “Nature Plants” un estudio en el que demuestran que un bajo uso de pesticidas casi nunca reduce la productividad y beneficio de los cultivos.

¿Cómo lo han hecho?

Han analizado la posible reducción del beneficio de los agricultores (como pérdidas por plagas, disminución de la producción...) al reducir el uso de pesticidas con datos procedentes de 946 explotaciones agrarias (ninguna era ecológica) en Francia, contrastando un amplio rango de niveles de pesticidas. El uso de pesticidas fue estudiado mediante sistemas informáticos basados en el llamado “índice de frecuencia de tratamientos” ( “TFI”, del inglés treatment frequency index ). Este indicador cuantifica el número de dosis aplicadas por cada unidad de área cultivada, promediado a través de la secuencia de cultivo. El TFI es la suma de cuatro componentes correspondientes al TFI de herbicidas,  TFI de insecticidas, TFI de insecticidas y TFI de otros componentes (molusquicidas, rodenticidas, etc.). 
En el 77% de los casos no existió ninguna reducción de la productividad al realizar un uso reducido de pesticidas.  Estimaron que el uso total de pesticidas podía ser reducido en un 42% sin ningún efecto negativo en la productividad ni sobre el beneficio final en el 59% de las explotaciones de la red francesa. Estos datos corresponden a una reducción del 37% de herbicidas, 47% de fungicidas, y 60% de insecticidas. De hecho, la reducción de pesticidas es más viable en las explotaciones con un mayor uso de químicos.

Conclusiones.

Los resultados demostraron que la reducción de pesticidas ya es posible en la gran mayoría de las situaciones productivas. Estos resultados deberían ayudar a concienciar a los agricultores, asesores agrícolas, a la administración pública y a los productores de fitosanitarios de que se están aplicando más productos fitosanitarios de lo realmente necesario. 
Aunque sea demasiado complicado (si no demasiado idealista) implantar a nivel mundial una agricultura 100% ecológica,   una agricultura sostenible medioambientalmente no solamente es posible sino que es necesaria. Si no lo hacemos por el medio ambiente, al menos hagámoslo por puro egoísmo pensando en nuestra salud y el de nuestros hijos.

El artículo completo lo pueden leer en este link.
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miércoles, 1 de marzo de 2017

Hongos que se alían con bacterias para atacar a los tomates

Todos nosotros estamos rodeados de más bacterias de las que creemos, de hecho se da la curiosidad que en nuestro propio cuerpo tenemos 10 veces más células que no son nuestras de las que son nuestras. Esto es así porque especialmente en nuestro intestino y en nuestra piel tenemos millones y millones de células bacterianas (más de 1.000.000.000.000.000 bacterias), obviamente no lo vemos porque las células humanas son mucho más grandes. Pero las bacterias son capaces  introducirse en “cuerpos” ajenos de todo tipo de seres vivos para aportarles algún tipo de beneficio. Muy conocido es el caso de las bacterias del género “Rhizobium”, que ayuda a las plantas leguminosas a fijar nitrógeno de la atmósfera y “dárselo” a la planta gracias a que se introducen en el interior de las raíces.
Cada día se están descubriendo más y más de estas relaciones entre bacterias y otro ser vivos. Especialmente interesante es el caso de los hongos que “utilizan” bacterias “endosimbiontes” para tener “superpoderes” (es decir, gracias a que las bacterias se introducen en sus micelios, son capaces de adaptarse a ambientes o colonizar otros seres que antes no podían).
Este es el caso de la recientemente descubierta relación entre el hongo patógeno de tomate Rhizoctonia solani y la bacteria Enterobacter sp. Un grupo de científicos de Estados Unidos han descubierto cómo este hongo tan problemático para los productores de tomate (entre otros cultivos) necesita utilizar a la bacteria para provocar esta enfermedad fúngica que puede acabar destruyendo la planta.


En la imagen se puede ver el daño que causa este hongo junto con una imagen del hongo en el microscopio.

¿Cómo lo han hecho?

Este grupo de científicos está especializado en estudiar los hongos del género Rhizoctonia. Concretamente el hongo Rhizoctonia solani es la causa de la enfermedad llamada “marchitamiento fúngico” o “podredumbre” que afecta a muchos tipos de plantas, especialmente al tomate.
En primer lugar observaron que siempre que crecían el hongo in vitro recién aislado de la planta, aparecía un tipo de bacteria alrededor de sus hifas. Sin embargo, cuando pasaba cierto tiempo porque se traspasaba de una placa in vitro a otra, estas bacterias acababan desapareciendo. Por tanto, decidieron identificar esta bacteria y estudiar su importancia para el hongo, mediante la secuenciación de parte de su genoma.
Para ver la influencia que tenía esta bacteria en el poder de infección del hongo, inocularon el hongo con y sin la bacteria, y observaron cuanto enfermaban las plantas. Los resultados fueron realmente asombrosos, ¡los hongos sin la bacteria no era capaz de causar apenas enfermedad en la planta!, es decir, aunque el hongo es el causante directo de la enfermedad, éste no es capaz de superar las defensas de la planta y provocar la enfermedad sin la ayuda de la bacteria.

Conclusiones.

Este artículo abre una nueva forma de enfrentar a las enfermedades fúngicas tanto de las plantas como humanas. Hasta ahora se investigaban los hongos patógenos teniendo en cuenta únicamente el hongo y la planta, pero cada día se está viendo más y más que no podemos aislar del ambiente a las enfermedades, sino que seguramente en la mayoría de las enfermedades hay muchos microorganismos que afectan en mayor o menor medida. Esto nos abre un mundo de posibilidades para desarrollar nuevas estrategias para luchar contra enfermedades, teniendo en cuenta no solamente el microorganismo conocido como causante principal de la enfermedad, sino todos los posibles microorganismos “accesorios” que pueden llegar a ser tan importantes como el principal.

El artículo completo se puede leer en este link

LA imagen es un montaje de dos imágenes realizadas por David B. Langston, University of Georgia, Bugwood.org y Tashkoskip (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons
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martes, 21 de febrero de 2017

Orquídeas que no necesitan la luz para vivir, porque se "alimentan" de hongos


Efectivamente, eso que te enseñaron en el colegio, que todas las plantas son autótrofas (capaces de vivir solo con sustancias inorgánicas y luz) no es verdad… del todo. Algunas plantas no son autótrofas, sino heterótrofas (necesitan alimentarse de sustancias orgánicas, es decir, de otros seres vivos) concretamente mico-heterótrofas.
Existen muchas especies distintas de plantas que no necesitan la luz para vivir porque son capaces de vivir gracias a unos tipos de hongos llamados micorrizas (cuya aplicación en la agricultura está a la orden del día, aunque de esto hablaremos en próximos artículos).
De hecho, una de las familias de plantas cuya relación es más íntima con estos hongos son las Orquídeas (que también es la familia más grande, con 25.000 especies). Las semillas de las orquídeas necesitan a las micorrizas para sobrevivir hasta que las plántulas (estado de la planta "recién nacida") son suficientemente grandes y verdes como para sobrevivir de su propia fotosíntesis... las que llegan a hacerla, porque alrededor del 1% de esta familia no es capaz de hacer la fotosíntesis, y necesitan vivir de las micorrizas toda la vida.

Imagen: Fotomontaje con la orquídea Epipactis helleborine y una vista al microscopio de células de plantas colonizadas con micorrizas.
Un grupo de científicos japoneses ha investigado mucho más en esta interesantísima relación entre orquídeas y micorrizas. Acaban de publicar en el último número de la revista Molecular Ecology un estudio en el que comparan molecularmente y genéticamente una orquídea llamada Epipactis helleborine con su "gemela albina" (es decir, una variedad similar pero sin la clorofila).
Un recordatorio importante: la clorofila que da el color verde a las plantas, es la molécula esencial que permite a las plantas realizar la fotosíntesis. La fotosíntesis es el sistema fundamental de las plantas para vivir, si no puede  hacerla, cualquier planta habitualmente moriría. Lo interesante de este caso es que la planta "albina" es capaz de sobrevivir sin hacer la fotosíntesis ..
Gracias a esto han llegado a conclusiones muy interesantes sobre la evolución de las plantas del autotrofismo al heterotrofismo.
¿Cómo lo han hecho?
A grandes rasgos lo que han hecho ha sido estudiar y comparar desde muchos puntos de vista estas dos especies de orquídeas, para poder descubrir como era capaz de sobrevivir la planta albina sin poder hacer la fotosíntesis.
En primer lugar compararon los hongos que existen en la raíz de la planta albina frente a los que existen en sus "gemelas" verdes.
Posteriormente estudiaron todo el ARN que expresaban ambas planta, para ver cuales eran sus diferencias. El ARN, a grandes rasgos, es la molécula intermediaria entre el  ADN y las proteínas. ¿Por qué estudiaron el ARN en lugar del ADN? El ADN es la molécula de la que está compuesta el genoma que tiene todo organismo vivo (que este caso apenas se diferencia entre la albina y la verde en uno o unos pocos genes), pero el ARN es lo que se expresa en una condiciones determinadas en un tejido determinado (en este caso las plantas albinas han tenido que expresar genes muy distintos para poder sobrevivir sin hacer la fotosíntesis), ¡y eso es lo interesante! Ver que genes (y por tanto mecanismos) ha tenido que desarrollar la planta albina para sobrevivir. Por ejemplo, hay genes que puedes tener toda tu vida, pero que solo se expresen cuando cumples los 65 años, o que no se lleguen a expresar nunca. De esto hablo un poco más en este artículo del blog. 
Esto lo hicieron con una novedosa tecnología llamada RNA-seq, que puede secuenciar, identificar y cuantificar todos los genes que se expresan en un tejido determinado en unas condiciones determinadas.
Todos estos análisis y comparaciones dieron muchos resultados interesantes, por una parte observaron que ambos tipos de plantas (albinas vs verdes) interactúan con los mismos tipos de hongos, micorrizas de género Wilcoxina. Es decir, las Epipactis helleborine verdes se "alimentan" de hongos además de hacer la fotosíntesis, y gracias a eso, cuando tienen un "hijo" albino, este hijo puede sobrevivir sin hacer la fotosíntesis porque pasa de "alimentarse" parcialmente de los hongos a "alimentarse" únicamente de los hongos. Además vieron como muchos genes se expresaban de forma distinta en las plantas verdes respecto de las blancas, especialmente genes relacionados con el estrés. Esto nos indica que las plantas albinas tienen una vida mucho más difícil, tienen que "sufrir" para sobrevivir sin fotosíntesis, pero que gracias a los hongos puede sobrevivir y reproducirse.
Conclusiones
En este artículo podemos ver un ejemplo muy bonito de evolución, donde una pequeña mutación (no poder hacer la fotosíntesis) hace que se de un paso adelante en la evolución de las especies, que ha llevado a la existencia de plantas que no hacen la fotosíntesis.
Además como conclusión personal  me gustaría destacar en este artículo que siempre hay que cuestionarlo todo y demostrarlo desde una perspectiva científica, en este ejemplo se demuestra que lo que pensábamos que todas las plantas hacen la fotosíntesis no es del todo cierto, ya que algunas plantas han podido evolucionar sin tener que hacerla.
El artículo completo lo podéis leer aquí.
El fotomontaje está realizado a partir de dos imágenes con licencias Creative commons, de estos dos links:
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lunes, 13 de febrero de 2017

Resveratrol: un paso hacia una mejora de los pacientes de Alzheimer

En los últimos años, se ha demostrado la multitud de propiedades beneficiosas de los antioxidantes, en particular del resveratrol. Este antioxidante se encuentra en las uvas, los cacahuetes y otras especies de plantas. Ahora, un nuevo estudio clínico ha podido demostrar que el resveratrol atenúa el deterioro de la enfermedad del Alzheimer
El Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa en la que se ha observado que se produce una acumulación de proteínas en forma de agregados tóxicos para las neuronas. Esto provoca una inflamación del cerebro, y hace que este se atrofie. Se cree que una causa del Alzheimer es genética (aunque aún no se tiene clara la causa concreta), influida también por nuestro estilo de vida: alimentación, tensión alta, diabetes, tabaco, etc. 
Recientemente, investigadores del centro médico de la universidad de Georgetown, en Washington DC, han encontrado evidencias que el resveratrol puede prevenir el declive de la enfermedad del Alzheimer.

Figura 1. A la izquierda se encuentra un escáner de una persona con Alzheimer (arriba) y de una persona sana (abajo) La imagen proviene de este artículo. Los puntos iluminados rojos representan la acumulación de proteínas tóxicas relacionadas con el Alzheimer (proteínas beta-amiloides). A la derecha están los alimentos que contienen resveratrol y, en el centro, la molécula de resveratrol.
¿Cómo lo han hecho?
Estos investigadores trataron 119 enfermos de Alzheimer en fase moderada durante 12 meses con diferentes dosis de resveratrol y otros con un placebo (sustancia no terapéutica, utilizada como control en los ensayos clínicos). Todos los resultados de los ensayos clínicos se comparan entre el grupo que recibe el verdadero tratamiento (resveratrol) y el grupo control (el que recibe el placebo).
Después de analizar el fluido cerebroespinal de los sujetos, los investigadores observaron una disminución de las moléculas que producen inflamación. También constataron que había un aumento de un tipo de defensas llamadas microglía, beneficiosas para frenar el avance del Alzheimer. 
Por último, hicieron un test cognitivo a los sujetos tratados con resveratrol y vieron que en estos pacientes se atenuó el declive mental  durante los 12 meses de los ensayos
Conclusiones
Este grupo de investigadores ha logrado demostrar que el tratamiento con resveratrol podría retrasar el empeoramiento de los enfermos de Alzheimer. En concreto, el resveratrol podría retrasar la inflamación del cerebro y aumentar las defensas que combaten el Alzheimer, impidiendo el declive del paciente. 
Aunque el resveratrol parece que puede ser muy beneficioso para estos enfermos (aunque aún hace falta realizar más ensayos a mayor escala), ahora no debemos ir corriendo a la farmacia o herboristería más cercana a buscar suplementos de resveratrol
Basta con llevar un buen estilo de vida, rico en frutas y verduras, ya que estas contienen vitaminas y antioxidantes beneficiosos para salud, y hacer ejercicio. Últimamente, han aparecido en los medios toda clase de artículos acerca de los beneficios del vino, ya que contiene resveratrol. Aquí quisiera aclarar que aunque es cierto, el vino también contiene alcohol que es muy dañino para la salud, y que la cantidad de resveratrol que contiene es muy baja ¡Mejor pasarse a la frutas y verduras!

El artículo completo lo podéis ver en el siguiente link:

Éste artículo ha sido escrito por la colaboradora de este blog Ainoa Figuerola Conchas, Titulada en Bioquimica, Master en Biologia Molecular y Celular. Actualmente está haciendo un doctorado en el Centro Médico Universitario de la Universidad de Ginebra (Suiza).
ainoafiguerola@gmail.com



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