Proyecto H2020 VIROPLANT: VIROME NGS ANÁLISIS DE PLAGAS Y PATÓGENOS PARA LA PROTECCIÓN VEGETAL
- Tipo Proyecto
- Status Completado
- Ejecución 2018 -2021
- Presupuesto asignado 3.331.580,00 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación H2020
- Sitio web del proyecto Proyecto VIROPLANT
La tecnología de secuenciación de nueva generación (NGS) ha demostrado ser fundamental para dilucidar la complejidad y el papel del microbioma asociado con plantas y animales. El papel del "viroma" como subcomponente del microbioma está comenzando a desvelarse gracias a las nuevas formas de analizar los datos y al reconocimiento de su importancia en la configuración de los sistemas biológicos. El objetivo de VIROPLANT es aplicar la tecnología NGS y experimentos biológicos empíricos para desarrollar nuevas estrategias de control basadas en virus, respetuosas con el medio ambiente, para gestionar enfermedades transmitidas por bacterias, hongos e insectos vectores (fitoplasmas y virus), así como plagas de insectos.
Hasta la fecha, la protección de las plantas mediante virus se ha basado en sistemas modelo limitados y eficaces, como los baculovirus para lepidópteros y un micovirus para el control del chancro del castaño; además, los virus que infectan bacterias (fagos) también son herramientas de vanguardia con potencial para hacer frente a cepas bacterianas resistentes a los antibióticos en medicina humana y veterinaria. VIROPLANT creará una base de datos de nuevos virus (y productos biotecnológicos derivados de ellos) para aumentar el arsenal de control de enfermedades vegetales causadas por los principales estreses bióticos. Se aplicarán diferentes enfoques de NGS y bioinformática para explorar la diversidad del viroma, incluyendo infecciones latentes que podrían aprovecharse para nuevas estrategias de biocontrol.
Se implementarán protocolos de evaluación de riesgos para estrategias de control basadas en modelos de viroma. VIROPLANT abordará la percepción social y de género sobre el uso de técnicas basadas en viroma como alternativas a los plaguicidas tradicionales. Se incluirá un plan de negocios para categorías representativas de estrategias de control basadas en viroma. Pequeñas y medianas empresas y partes interesadas participarán en la comercialización de los productos más prometedores. El consorcio estará formado por expertos en viroma de insectos, fagoterapia y micovirus de diferentes sistemas agroecológicos de toda Europa.
VIROPLANT aisló y caracterizó 33 nuevos bacteriófagos que son buenos candidatos para un enfoque de biocontrol fágico para algunas enfermedades bacterianas importantes de las plantas, como el marchitamiento bacteriano de las rosas, el cancro bacteriano de la cereza y la vid de kiwi, y las enfermedades de la raíz loca de las cucurbitáceas. Para algunas de ellas, como el cancro bacteriano de la vid de kiwi, la traducción a una aplicación in vivo específica aún está por determinar debido a problemas para definir un método de administración correcto. Sin embargo, para los patógenos de la cereza y para el sistema de la rosa, los cócteles de fagos están listos para contactar a las empresas interesadas para que los comercialicen. La metodología estandarizada para la evaluación de riesgos ambientales para la terapia con fagos probada en VIROPLANT podría ser explotada aún más por las partes interesadas involucradas en la regulación (por ejemplo, la EFSA). Con respecto al uso de micovirus para limitar las enfermedades fúngicas/oomicetos biotróficas, los principales resultados explotables obtenidos en VIROPLANT son:
- La descripción de los viromas puede ser explotada para nuevas teorías de la evolución de los virus por parte de los científicos. Hemos caracterizado más de 1000 nuevos segmentos virales correspondientes a aproximadamente 600 nuevas especies de micovirus. Sus secuencias están depositadas en repositorios públicos (GenBank) y descritas en publicaciones con revisión por pares, y podrían ser explotadas para aplicaciones específicas de biocontrol. Se identificaron varias cepas hipovirulentas de B. cinerea con potencial de biocontrol y también se caracterizaron algunos candidatos micovirales que inducen hipovirulencia. Se desarrolló con éxito un clon infeccioso del virus Botrytis F, que se explotará para la construcción de un vector de expresión viral y VIGS. Se desarrolló un vector VIGS con potencial para producir dsRNA para su uso en estrategias de ARNi contra hongos. El vector, basado en el clon infeccioso CHV1, demostró su eficacia en el silenciamiento endógeno y puede ser explotado por otros científicos para estrategias de genética inversa. En cuanto a la búsqueda de nuevos virus para el control de plagas y vectores de insectos, los resultados explotables de VIROPLANT son: Un enfoque integral para la identificación y el estudio de virus en agrosistemas. Dos nuevos vectores de virus de insectos VIGS.
- El desarrollo y la reproducción de poblaciones de trips con virus persistentes específicos que pueden interferir con la transmisión de tospovirus (sinergia o antagonismo).
- En el caso de los mitovirus vegetales, la resiliencia asociada al virus al estrés abiótico podría convertirse en una estrategia para mejorar el rendimiento vegetal, es decir, el mejoramiento para la resistencia con virus mitocondriales. VIROPLANT también realizó una investigación sobre el panorama económico y regulatorio para la comercialización de productos fitosanitarios (PPP) basados en virus.
Los resultados potencialmente aprovechables de este análisis son: Los resultados del análisis del sistema tecnoeconómico pueden orientar a las empresas que desean invertir en PPP basadas en virus e inspirar a las agencias de financiación sobre la necesidad y urgencia de apoyar la investigación en este campo. Se han identificado lagunas en la regulación y la investigación para introducir PPP basadas en fagos en el mercado de la UE, las cuales deberían ser consideradas por las agencias reguladoras. Se propone un protocolo preliminar de tres niveles para el impacto ambiental de las PPP basadas en fagos. VIROPLANT también consideró maneras de monitorear, y posiblemente mejorar, la aceptación social de las PPP basadas en virus. Los resultados son de suma importancia para los responsables políticos y quienes participan en la innovación tecnológica en el campo de la biotecnología. Se allana el camino hacia las condiciones para mejorar el "proceso" de aceptabilidad.
Las actividades de difusión implementadas en el proyecto son: 24 publicaciones científicas de acceso abierto arbitradas (que obtuvieron un total de 246 citaciones), 4 artículos publicados en revistas locales para agricultores, 25 participaciones en congresos científicos nacionales e internacionales (9 posters y 16 presentaciones orales), 13 seminarios para académicos y 16 reuniones con partes interesadas.
El objetivo general de VIROPLANT es estudiar y proponer estrategias integradas de biocontrol basadas en virus. Los crecientes conflictos entre agricultores y la sociedad en general sobre el uso de pesticidas en zonas altamente urbanizadas dedicadas al cultivo de la vid y la fruta son motivo de gran preocupación. Es necesario encontrar alternativas más seguras. VIROPLANT tiene los siguientes objetivos específicos:
- Encontrar herramientas de biocontrol para enfermedades bacterianas de plantas que sustituyan al cobre, el único método químico disponible y permitido rutinariamente en Europa contra bacterias.
- Encontrar alternativas al uso de fungicidas químicos para el control de enfermedades vegetales causadas por hongos.
- Reducir el uso de insecticidas para controlar plagas que causan daños directos e indirectos a las plantas.
- Explorar el potencial de la tecnología reciente (ARN de interferencia = ARNi) para limitar el uso de fungicidas y pesticidas en la agricultura.
- Evaluar la posible resiliencia al estrés biótico causado por la presencia de virus encubiertos/crípticos en cultivos modelo (tomate) y en un sistema experimental específico.
- Evaluar el riesgo ambiental de la terapia con fagos contra patógenos bacterianos de plantas.
- Identificación y medición de los factores generacionales y específicos de género para la aceptación social de herramientas basadas en viromas naturales y manipuladas biotecnológicamente.
- Identificación de nuevas oportunidades de negocio y mercado a escala regional y europea para agentes de control biológico basados en virus (ACV).
En resumen, VIROPLANT fue capaz de identificar y caracterizar molecularmente un gran número de nuevos virus que infectan bacterias, hongos e insectos. Algunos de ellos también se caracterizaron biológicamente, y se evaluó su potencial para el biocontrol. Se obtuvieron algunos resultados alentadores específicamente para los bacteriófagos que se utilizarán para el control de enfermedades bacterianas de las plantas. Los enfoques de silenciamiento génico inducido por virus (VIGS) no resultaron en herramientas de biocontrol viables, tanto por razones técnicas como regulatorias.
Se identificó un posible mercado y una estrategia de comunicación para superar la reticencia a adoptar agentes de biocontrol basados en virus. La carga regulatoria, junto con la baja aceptabilidad social, sigue siendo un obstáculo importante para desarrollar pasos adicionales.
La tecnología de secuenciación de próxima generación (NGS) ha demostrado ser fundamental para dilucidar la complejidad y el papel del microbioma asociado con plantas y animales. El papel del "viroma" como subcomponente del microbioma está comenzando a revelarse debido a nuevas formas de analizar los datos y al reconocimiento de su importancia en la configuración de los sistemas biológicos.
El objetivo de VIROPLANT es aplicar la tecnología NGS y experimentos biológicos empíricos para desarrollar nuevas estrategias de control basadas en virus respetuosas con el medio ambiente para gestionar enfermedades transmitidas por vectores bacterianos, fúngicos e insectos (fitoplasmas y virus), así como plagas de insectos. Hasta ahora, la protección de las plantas mediante virus se ha basado en sistemas modelo exitosos limitados, como baculovirus para lepidópteros y un micovirus para el control del tizón del castaño.
Además, los virus que infectan bacterias (fagos) también son herramientas de última generación con potencial para hacer frente a cepas bacterianas resistentes a los antibióticos en medicina humana y veterinaria. VIROPLANT creará una base de datos de nuevos virus (y productos biotecnológicos derivados de virus) para aumentar el arsenal para el control de enfermedades de las plantas causadas por los estreses bióticos más importantes. Se aplicarán diferentes enfoques de NGS y bioinformática para explorar la diversidad del viroma, incluidas las infecciones latentes que pueden explotarse potencialmente para nuevas estrategias de biocontrol. Se implementarán protocolos de evaluación de riesgos para estrategias de control de modelos basados en viromas.
VIROPLANT abordará la percepción social y específica de género sobre el uso de técnicas basadas en viromas como alternativas a los pesticidas tradicionales. Se incluirá un plan de negocios para categorías representativas de estrategias de control basadas en viromas. Las pequeñas y medianas empresas y las partes interesadas participarán en la comercialización de los productos más prometedores. El consorcio incluirá expertos en viromas de insectos, terapia con fagos y micovirus de diferentes sistemas agroecológicos de toda Europa.
Convertir los virus en agentes de biocontrol para combatir las bacterias, hongos e insectos que atacan los cultivos podría reducir nuestra dependencia de los productos químicos y abrir la puerta a los pesticidas de próxima generación. Los virus son vistos por la mayoría de las personas como un peligro absoluto y una amenaza. Después de todo, causan enfermedades y, como hemos visto con COVID-19, pandemias. Sin embargo, la realidad es que la gran mayoría de las especies virales son completamente inofensivas; de hecho, algunas pueden ser beneficiosas y desempeñan un papel esencial en muchos ecosistemas. Un virus, por ejemplo, actúa contra el chancro del castaño , una enfermedad fúngica que ataca a los castaños.
Este virus, que es inofensivo para el árbol, actúa como una especie de biocontrol natural , haciendo que el hongo sea menos capaz de causar enfermedades. "Soy virólogo vegetal de formación y me interesaba ver si había posibilidades de usar virus en la agricultura", explica el coordinador del proyecto VIROPLANT , Massimo Turina, del Consejo Nacional de Investigación en Italia. "El uso de productos químicos en la agricultura es insostenible, especialmente en áreas más urbanizadas, y los antibióticos contra las bacterias no pueden usarse debido a la resistencia a los antimicrobianos. La UE también quiere eliminar gradualmente el uso del cobre. Por lo tanto, es importante que encontremos nuevos enfoques para proteger los cultivos". Análisis de nichos ecológicos Por lo tanto, el objetivo del proyecto VIROPLANT era examinar el potencial de nuevos agentes de biocontrol basados en virus que atacan a bacterias, hongos y plagas de insectos. Turina señala que actualmente solo hay cinco productos de biocontrol basados en virus en el mercado de la UE para controlar insectos. "Ya se ha trabajado mucho en el papel ecológico de los virus en el entorno marino, con la ayuda de nuevas técnicas de secuenciación de alto rendimiento ", dice Turina. "Queríamos trasladar este enfoque a otros nichos ecológicos".
Para ello, Turina y su equipo identificaron lesiones en las hojas, donde las plantas estaban siendo atacadas. Las enfermedades bacterianas que atacan kiwis, judías, tomates y pepinos fueron algunos de los casos de estudio del proyecto. También se incluyeron plagas de insectos que también transmiten virus y fitoplasmas a cultivos importantes como la vid, los pimientos y las cebollas. El equipo también recogió mildiú velloso y polvoriento. Estas muestras se llevaron de vuelta al laboratorio y se analizaron mediante tecnología de secuenciación genética. Esto permitió al equipo caracterizar la composición genética de un nicho ecológico específico y buscar virus que pudieran convertirse en agentes de biocontrol. Los candidatos prometedores se utilizaron posteriormente en ensayos. Nueva era en el biocontrol “Logramos describir en detalle el genoma de miles de nuevos virus mediante el análisis de bacterias, hongos e insectos”, añade Turina. “Encontramos numerosos candidatos que podrían utilizarse contra enfermedades específicas y que, algún día, podrían transformarse en productos”. Los hallazgos también podrían influir en la medicina humana. Existe un creciente interés en estos bacteriófagos (los virus que atacan a las bacterias) como alternativa viable a los antibióticos. “De cara al futuro, será fundamental abordar la aceptación social de los agentes de biocontrol basados en virus”, señala".
También debemos analizar su potencial comercial y trabajar hacia un marco regulatorio más simplificado”. Turina señala que los agentes de biocontrol se enfrentan a las mismas cargas regulatorias que los pesticidas químicos. Considera que esto es algo que debe examinarse. Finalmente, Turina y su equipo lograron identificar tipos de virus no descubiertos previamente. “Encontramos lo que podrían ser eslabones perdidos en la evolución viral”, afirma. “Esto es muy interesante desde el punto de vista de la ciencia fundamental. Con más investigación, esto podría ayudar a los científicos a comprender mejor el origen y la evolución de los virus”.
VIROPLANT dio los primeros pasos para llevar al mercado europeo el primer cóctel de fagos para una enfermedad de los cultivos; estudió la posibilidad de usar micovirus de ssDNA circulares directamente como fungicidas contra Botrytis cinerea; desarrolló el primer vector basado en micovirus para VIGS exitosos en hongos; amplió el arsenal de herramientas basadas en virus disponibles para el biocontrol de plagas de insectos más allá del rango limitado de hospedadores de los baculovirus; analizó los aspectos específicos detrás de la aceptación del sesgo de género/generacional y proporcionó estrategias de comunicación específicas para superar la reticencia a adoptar productos basados en virus. IMPACTOS : VIROPLANT tuvo un gran impacto en la remodelación de la historia evolutiva de los micovirus; VIROPLANT identificó una nueva estrategia basada en virus de insectos para interferir con la transmisión de tospovirus; potencialmente redujo la dependencia de productos fitosanitarios químicos ; introdujo nuevos productos con mayor especificidad y mejor desempeño ambiental.
IMPACTOS EN LA SOCIEDAD : mejoró la conciencia social, es decir, mejoró la aceptación general de la terapia génica basada en virus. - mejorar la percepción de los virus y los productos basados en virus en el proceso de aprendizaje en los programas escolares.
- CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE (CNR)
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