Proxecto H2020 BacBio: Estudos mecanísticos e funcionais da ensamblaxe de biopelículas de Bacillus en plantas e o seu impacto na agricultura sostible e a seguridade alimentaria
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2015 -2021
- Orzamento asignado 1.453.562,5 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto BACBIO
Para garantir un medio ambiente saudable, a rendibilidade económica e a equidade socioeconómica, é crucial 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, á vez que mitiga o risco de contaminación por patóxenos humanos.
BacBio empregará diversas estratexias para estudar a viabilidade de empregar microbios beneficiosos para a protección das plantas. Centrarase en dous organismos estreitamente relacionados con funcións contrastantes: o *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 nosa 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 atopamos unha diversificación das funcións da matriz extracelular (MEC) na súa interacción co ambiente. Esta interacción, xa sexa química (sinalización) ou estrutural, permite o establecemento de comunidades bacterianas estables nas plantas ou a 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 biofilme. Estas dúas funcións afectan á persistencia e á interacción antagónica cos 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 cos biofilmes.
- 6. A capacidade de B. cereus para inducir danos intestinais baséase, alternativamente, na persistencia de células vexetativas nas plantas.
Isto contribúe ao mantemento doutras propiedades ecolóxicas, como a formación de biopelículas. Estes achados representan un gran avance no verdadeiro papel dos biofilmes 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 achados pódense traducir facilmente nunha mellora da implementación de microbios e moléculas derivadas dentro de programas de produción sostible de produtos para a protección de cultivos.
O estudo de B. cereus revelou que, máis alá das esporas e as toxinas, é importante prestar atención ás células vexetativas, que poden causar unha ampla variedade de síntomas nos humanos, desde diarrea 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 a través de 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 desta estratexia ameaza a saúde ambiental. Ademais, a presenza e prevalencia de microbios en froitas e verduras, que son axentes causantes de enfermidades humanas, constitúe un problema significativo que non só impacta negativamente na saúde pública, senón que tamén contamina a industria alimentaria.
Todos estes problemas contradín o concepto de sustentabilidade, que guía as políticas na agricultura e na industria alimentaria, e requiren priorizar o desenvolvemento de estratexias innovadoras e exitosas que reduzan os danos ambientais e á saúde pública, mantendo ao mesmo tempo a calidade e os beneficios do produto. No noso proxecto, traballamos coa bacteria beneficiosa Bacillus subtilis e a especie filoxeneticamente relacionada Bacillus cereus, que inclúe cepas patóxenas. Ambos os microbios son capaces de formar biopelículas que serven para protexer as células bacterianas de agresións externas, entre outras funcións.
Para propoñer estratexias viables destinadas a promover a formación de biopelículas e, polo tanto, un efecto positivo das bacterias beneficiosas, á vez que se frea ou se impide o establecemento de patóxenos, é importante comprender os factores bacterianos implicados neste programa de desenvolvemento e buscar obxectivos específicos.
No noso proxecto interésanos os seguintes obxectivos específicos: 1.- Comprender o proceso da amiloidoxénese. Para abarcar este estudo, propoñemos alternar entre condicións in vitro e en plantas, empregando unha variedade de técnicas, incluíndo química, biofísica e bioloxía celular. 2.- Comprender como a planta modula a formación de biopelículas, con especial énfase no efecto sobre os amiloides, e reciprocamente, cal é a resposta da planta ao establecemento destas comunidades. 3.- Investigar 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 e minimizar os efectos secundarios. Por que é tan variable a eficacia dun axente de biocontrol? Como se poden combinar e combinar diferentes terapias de xeito eficiente para combater as enfermidades microbianas? Trátase de cuestións que requiren unha investigación que se aborde empregando criterios de sustentabilidade.
O que presento é unha proposta exhaustiva que ten como obxectivo estudar a ecoloxía microbiana e, especificamente, os biofilmes bacterianos como eixo central de dous escenarios diferenciais pero probablemente interconectados en saúde 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.
Comezarei a traballar con B. subtilis, e as razóns son: 1) Diferentes illamentos son BCA prometedores e comercialízanse para ese propósito, 2) Existe 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 biopelículas.
En paralelo, propoño estudar o xeito en que B. cereus, unha bacteria patóxena transmitida polos alimentos, interactúa coas plantas. Planeo desenvolver unha abordaxe 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 leva á formación de biopelículas.
Tamén me interesa saber se os compoñentes estruturais da matriz extracelular bacteriana (exopolisacáridos ou proteínas amiloides) son importantes para a aptitude bacteriana. Se este é o caso, tamén investigarei que factores externos afectan á súa expresión e ensamblaxe en biofilmes funcionais. O coñecemento obtido nestes estudos está comprometido co avance da nosa comprensión da ecoloxía microbiana e a súa aplicabilidade biotecnolóxica á agricultura sostible e á seguridade alimentaria.
O noso proxecto baséase no principio da fusión de disciplinas, que ten como obxectivo ampliar exponencialmente o noso coñecemento das preguntas que buscamos responder. Un dos elementos máis atractivos implicados no ensamblaxe de biopelículas son as proteínas amiloides, amplamente distribuídas na natureza e con diversas funcións. 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 a biomedicina. Pudemos validar o coñecemento acumulado en estudos in vitro de biofilmes vexetais, contribuíndo decisivamente aos fundamentos da ecoloxía microbiana.
Está claro que as bacterias empregan unha variedade de factores para vivir e comunicarse coas plantas, e ampliamos o noso coñecemento neste eido. Ademais, a nosa investigación tamén demostra a relevancia da planta hospedadora non só inmunolóxicamente, senón tamén metabolicamente e estruturalmente (topolóxicamente). Do mesmo xeito que os humanos, as plantas teñen un sistema inmunitario que responde a agresións ou cambios externos, un dos cales son as comunidades bacterianas coas que viven asociadas.
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 contribuíu decisivamente ao éxito destes estudos e proporcionou conclusións interesantes e hipóteses novidosas.
En todos estes estudos, pasamos 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 proporcionou respostas a preguntas básicas sobre a bioloxía e a fisioloxía das células microbianas, co fin de comprender verdadeiramente nunha perspectiva máis holística como se coordinan para xerar unha resposta no contexto da interacción coas plantas, coñecemento que se proporcionaría para: 1) o desenvolvemento de estratexias de control biolóxico máis robustas e viables destinadas a reducir o uso de produtos químicos, xa sexa sós ou en combinación con outras estratexias de xestión no contexto de prácticas sostibles e 2) contribuír a erradicar ou previr o establecemento de comunidades de patóxenos humanos en froitas ou verduras listas para o consumo e responsables de enfermidades humanas.
- UNIVERSIDAD DE MALAGA (UMA)
Proxectos relacionados
