Proxecto H2020 BacBio: estudos mecanicistas e funcionais do ensamblaxe de biofilm de Bacillus en plantas e o seu impacto na agricultura sostible e na seguridade alimentaria
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2015 -2021
- Orzamento asignado 1.453.562,5 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto BACBIO
Para garantir un ambiente saudable, rendibilidade económica e equidade socioeconómica, é fundamental promover e implementar métodos agrícolas máis sostibles. Isto implica explorar enfoques innovadores. Financiado polo Consello Europeo de Investigación, o proxecto BacBio busca investigar o potencial dos microbios beneficiosos (biopelículas) como substituto parcial dos pesticidas, ao tempo que mitiga o risco de contaminación por patóxenos humanos.
BacBio empregará varias estratexias para estudar a viabilidade do uso de microbios beneficiosos para a protección das plantas. Centrarase en dous organismos moi relacionados con funcións contrastadas: Bacillus subtilis, que protexe as plantas; e Bacillus cereus, que é patóxeno para os humanos. Ao analizar as diferenzas químicas nas súas matrices extracelulares, BacBio busca avanzar na comprensión das interaccións entre bacterias e plantas.
- 1. Puidemos describir a nivel atómico as principais diferenzas entre a proteína amiloide de dous bacilos relacionados (B. subtilis e B. cereus), o que parece determinar a súa funcionalidade na ecoloxía vexetal.
- 2. Tamén constatamos unha diversificación das funcións da matriz extracelular (ECM) na súa interacción co medio. Esta interacción, xa sexa química (sinalización) ou estrutural, permite o establecemento de comunidades bacterianas estables nas plantas ou unha comunicación beneficiosa entre reinos.
- 3. Descubrimos que a función principal do amiloide de B. subtilis é proporcionar integridade á membrana celular cando as células entran na fase estacionaria de crecemento, ademais do seu papel na ensamblaxe do biofilm. Estas dúas funcións afectan á persistencia e á interacción antagónica con fungos patóxenos.
- 5. As diferentes superficies vexetais posúen características morfolóxicas e químicas distintivas que modulan a ecoloxía dos bacilos e a expresión de xenes relacionados co biofilm.
- 6. A capacidade de B. cereus para inducir danos intestinais baséase, alternativamente, na persistencia das células vexetativas nas plantas.
Isto contribúe ao mantemento doutras propiedades ecolóxicas, como a formación de biopelículas. Estes achados representan un avance no verdadeiro papel dos biofilms bacterianos na ecoloxía bacteriana das plantas e na súa xestión para mellorar a súa contribución beneficiosa á saúde dos cultivos. Polo tanto, desde unha perspectiva aplicada, os nosos descubrimentos pódense traducir facilmente nunha mellora da implementación de microbios e moléculas derivadas dentro dos programas de produción de produtos fitosanitarios sostibles.
O estudo de B. cereus revelou que, máis aló de esporas e toxinas, é importante prestar atención ás células vexetativas, que poden provocar no ser humano unha gran variedade de síntomas, desde diarreas ou vómitos ata a morte, polo que é necesario revisar o procedemento empregado para a súa detección. Estes achados foron difundidos entre a comunidade científica mediante artigos de investigación ou presentacións en seminarios e congresos.
Unha das principais preocupacións da agrobiotecnoloxía é o manexo das enfermidades microbianas nas plantas. O tratamento destas enfermidades implica o uso de pesticidas (funxicidas, bactericidas, nematicidas); Non obstante, o abuso deste enfoque ameaza a saúde ambiental. Ademais, a presenza e prevalencia de microbios nas froitas e verduras, que son axentes causantes de enfermidades humanas, constitúe un problema importante que non só afecta negativamente á saúde pública senón que tamén contamina a industria alimentaria.
Todos estes problemas contradín o concepto de sustentabilidade, que orienta as políticas na agricultura e na industria alimentaria, e esixen priorizar o desenvolvemento de estratexias innovadoras e exitosas que reduzan o dano ambiental e a saúde pública mantendo a calidade e os beneficios do produto. No noso proxecto, traballamos coa bacteria beneficiosa Bacillus subtilis e coa especie filoxenéticamente relacionada Bacillus cereus, que inclúe cepas patóxenas. Ambos microbios son capaces de formar biopelículas que serven para protexer as células bacterianas das agresións externas, entre outras funcións.
Para propoñer estratexias viables dirixidas a favorecer a formación de biopelículas e, polo tanto, un efecto positivo das bacterias beneficiosas, ao tempo que ralentiza ou evita o establecemento de patóxenos, é importante comprender os factores bacterianos implicados neste programa de desenvolvemento e buscar dianas específicas.
No noso proxecto interésanos os seguintes obxectivos específicos: 1.- Comprender o proceso da amiloidoxénese. Para cubrir este estudo, propoñemos alternar entre condicións in vitro e vexetais, utilizando diversas técnicas, incluíndo química, biofísica e bioloxía celular. 2.- Coñecer como modula a planta a formación de biopelículas, facendo especial fincapé no efecto sobre os amiloides, e recíprocamente, cal é a resposta da planta ao establecemento destas comunidades. 3.- Investiga como se comunican as dúas especies bacterianas entre si ou mesmo con outras especies que poidan coexistir no mesmo hábitat.
A agricultura sostible é un concepto ambicioso deseñado para mellorar a produtividade minimizando os efectos secundarios. Por que a eficiencia dun axente de biocontrol é tan variable? Como se poden combinar e eficientemente diferentes terapias para combater as enfermidades microbianas? Son cuestións que requiren que a investigación se aborde utilizando criterios de sustentabilidade.
O que presento é unha proposta ampla que pretende estudar a ecoloxía microbiana e concretamente as biopelículas bacterianas como eixo central de dous escenarios diferenciais pero probablemente interconectados en sanidade vexetal: i) a interacción beneficiosa do axente de biocontrol (BCA) Bacillus subtilis, e ii) a interacción non convencional do patóxeno transmitido por alimentos Bacillus cereus.
Empezarei a traballar con B. subtilis, e as razóns son: 1) Diferentes illados son BCA prometedores e comercialízanse para tal fin, 2) Existe unha ampla información sobre os circuítos xenéticos que rexen aspectos importantes da fisioloxía de B. subtilis como a produción de antibióticos, a diferenciación celular e a formación de biofilmes.
Paralelamente, propoño estudar a forma en que B. cereus, unha bacteria patóxena transmitida por alimentos, interactúa coas plantas. Planeo desenvolver un enfoque multidisciplinar que combine xenética, bioquímica, proteómica, bioloxía celular e bioloxía molecular para visualizar como esta poboación bacteriana interactúa e se comunica coas plantas e outros microorganismos, ou como todos estes factores desencadean ou inhiben o programa de desenvolvemento que conduce á formación de biofilmes.
Tamén estou interesado en saber se os compoñentes estruturais da matriz extracelular bacteriana (exopolisacáridos ou proteínas amiloides) son importantes para a aptitude bacteriana. Se este é o caso, investigarei tamén que factores externos afectan á súa expresión e ensamblaxe en biopelículas funcionais. O coñecemento adquirido nestes estudos comprométese a avanzar na comprensión da ecoloxía microbiana e da súa aplicabilidade biotecnolóxica á agricultura sostible e á seguridade alimentaria.
O noso proxecto baséase no principio de fusión de disciplinas, que pretende ampliar exponencialmente o noso coñecemento das preguntas que pretendemos responder. Un dos elementos máis atractivos que interveñen na ensamblaxe do biofilm son as proteínas amiloides, amplamente distribuídas na natureza e con funcións diversas. A combinación da química orgánica e analítica coa biofísica ou a bioquímica permitiu atopar diferenzas na formación de fibras. Cremos que a nosa investigación ten un impacto significativo na bioloxía celular e estrutural, así como na biotecnoloxía agrícola e na biomedicina. Puidemos validar o coñecemento acumulado nos estudos in vitro de biopelículas vexetais, contribuíndo decisivamente aos fundamentos da ecoloxía microbiana.
Está claro que as bacterias usan unha variedade de factores para vivir e comunicarse coas plantas, e ampliamos o noso coñecemento nesta área. Ademais, a nosa investigación tamén demostra a relevancia da planta hóspede non só inmunolóxica, senón tamén metabólica e estruturalmente (topolóxica). Do mesmo xeito que os humanos, as plantas teñen un sistema inmunitario que responde ás agresións ou cambios externos, unha delas son as comunidades bacterianas coas que conviven en asociación.
O resultado final, o desenvolvemento da enfermidade ou o establecemento do patóxeno, será o resultado dunha complexa rede de interaccións e diálogos entre todos os actores: patóxenos vexetais, patóxenos beneficiosos e patóxenos humanos. A combinación, unha vez máis, de disciplinas como a microbioloxía e a fisioloxía vexetal con técnicas de química analítica de vangarda e diversas OMICS contribuíron de xeito decisivo ao éxito destes estudos e aportou conclusións interesantes e hipóteses novedosas.
En todos estes estudos, estamos pasando do comportamento das poboacións bacterianas á visualización real dos cambios, para logo embarcarnos en estudos máis detallados e específicos a nivel celular ou individual. En resumo, o noso proxecto deu respostas a preguntas básicas sobre a bioloxía e fisioloxía celular microbiana, co fin de comprender verdadeiramente nunha perspectiva máis holística como se coordinan para xerar unha resposta no contexto da interacción coas plantas, coñecementos que se proporcionarían para: 1) o desenvolvemento de estratexias de control biolóxico máis robustas e factibles destinadas a reducir o uso de produtos químicos, xa sexa só ou en combinación con outras estratexias de xestión sostible ou sostible2 en prácticas de xestión sostible2) contribuír a erradicar ou previr o establecemento de comunidades de patóxenos humanos en froitas ou hortalizas listas para o consumo e responsables de enfermidades humanas.
- UNIVERSIDAD DE MALAGA (UMA)
Proxectos relacionados
