COMPRENDAMOS

INTRODUCCIÓN

El ambiente que nos rodea y la forma de vivir que tenemos los seres humanos ha cambiado drásticamente desde el tiempo de nuestros abuelos. La rutina de la vida diaria nos obliga a ser personas mejor preparadas para enfrentar las exigencias del trabajo, la escuela, la casa, la familia, y por si fuera poco los cambios del clima, como el calor, el frío, la lluvia, el viento y hasta el smog (figura 1). Todos estos son factores que han llegado a provocar uno de los padecimientos más frecuentes entre la población mundial: el estrés.

Figura 1. Los factores ambientales generan estrés entre las personas

En los animales, el estrés es un estado de gran tensión nerviosa causado por la ansiedad, y que produce trastornos físicos y psicológicos. Pero este padecimiento no es exclusivo de las personas, ni de los animales, sino de todos los seres vivos, incluyendo las plantas. Sí, las plantas también se estresan, pues ellas están expuestas constantemente a una gran variedad de agresiones ambientales; por ejemplo, el ataque de patógenos (estrés biótico); la sequía, la inundación, el frío, la falta de nutrientes, la salinidad o la contaminación por metales pesados, hidrocarburos y fertilizantes (estrés abiótico); tales agresiones estimulan la producción de etileno, afectando así el desarrollo óptimo de la planta (figura 2). Por tanto, el estrés vegetal es considerado como aquellos cambios morfológicos y fisiológicos desfavorables para las plantas provocado por el etileno en respuesta a tales agresiones ambientales.

Figura 2. Los factores ambientales también provocan estrés entre las plantas.

ETILENO: AMIGO O ENEMIGO, ESTIMULADOR O INHIBIDOR

El etileno es una hormona vegetal (fitohormona) indispensable durante todo el ciclo de vida de las plantas; puede estimular o inhibir procesos fisiológicos como la regulación de la germinación, la elongación y proliferación celular, la maduración de los frutos o la senescencia y la caída de hojas y frutos, y es reconocido, principalmente, como regulador clave en la respuesta de las plantas al estrés biótico o abiótico.

En las plantas superiores el etileno es un gas sintetizado a partir del L-metionina, un aminoácido presente en los componentes celulares vegetales (figura 3). Una vez activado, el L-metionina es transformado, a través de una serie de reacciones catalizadas por enzimas específicas, en el ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) y finalmente en etileno, dióxido de carbono y cianuro de hidrógeno (HCN); este último llega a estar presente en pequeñas cantidades de forma natural en muchas frutas con semilla grande, como el aguacate o el chabacano, e incluso es un compuesto importante que le brinda el olor característico a las almendras amargas.

Figura 3. Biosíntesis (producción biológica) del etileno en plantas.

Una vez formado, el etileno estimula cambios morfológicos y fisiológicos en las células de tejidos como la raíz, el tallo, las hojas o los frutos. Estos cambios son los que finalmente llegamos a observar en las plantas estresadas; por ejemplo, cuando regamos en exceso el suelo de la maceta donde florean coloridas petunias, que bellamente adornan la ventana de nuestra cocina, vemos que los tallos comienzan a doblarse y a pudrirse, y que las raíces se multiplican tanto que casi las vemos emerger del suelo, o al contrario, cuando olvidamos regarlas por más de una semana, observamos que poco a poco sus hojas se debilitan, se enchinan, se quiebran y se caen.

Existen plantas más sensibles al etileno que otras, como el jitomate, la manzana, la pera, el plátano o el melocotón; estos frutos se caracterizan porque maduran rápidamente. Por ejemplo, en los plátanos podemos percibir el etileno fácilmente, cuando al madurar comienzan a formar manchas cafés sobre la cáscara y dejan escapar un olor dulce y penetrante, irresistible para las mosquitas de la fruta.

UN MECANISMO ANTIESTRÉS

Afortunadamente para las plantas, y para nosotros también, existen microorganismos que les ayudan a disminuir las concentraciones de etileno generado por los cambios desfavorables en el ambiente, y de este modo evitar la senescencia y la muerte prematura. Estos microorganismos se encuentran, principalmente, en la rizosfera (el suelo que rodea las raíces). En su mayoría pertenecen a diversos géneros bacterianos. Pero ¿cómo evitan estas bacterias la formación de etileno en las plantas?

Algunas bacterias cuentan con la capacidad de sintetizar una proteína que rompe el compuesto ACC: la enzima desaminasa del ACC o ACC desaminasa (figura 4). Esta enzima evita que el ACC sea transformado en etileno, y en su lugar se libere amonio (NH3) (el mismo presente en el aminoácido L-metionina), y α-cetobutirato (α-CB) (un metabolito común de plantas y animales); ambos compuestos pueden ser metabolizados por la planta o por las bacterias mismas. Se ha señalado que la enzima ACC desaminasa es un mecanismo usado por varias bacterias presentes en la rizosfera para estimular el crecimiento de las plantas, por lo que son consideradas como rizobacterias promotoras del desarrollo vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés).

Figura 4. Mecanismo antiestrés de las plantas. Algunas bacterias cuentan con la capacidad de sintetizar una proteína que rompe el compuesto ACC: la enzima desaminasa del ACC o ACC desaminasa

Este mecanismo antiestrés, consiste en que las PGPR, aprovechan parte del ACC secretado por las plantas para transformarlo a amonio; de esta forma las PGPR obtienen una fuente de nitrógeno y, por otro lado, se abre un canal de desagüe para el ACC, provocando que los niveles de ACC dentro de la planta disminuyan, y por tanto la cantidad de etileno que podría llegar a formarse también se reduzca; finalmente, las plantas aumentan su resistencia a los efectos inhibitorios del etileno producido como consecuencia directa del estrés biótico y abiótico.

Por tanto, esta interacción le brinda a las plantas un valioso modo de protección contra el ataque de patógenos, la sequía, la inundación, el frío, la falta de nutrientes, la salinidad o la contaminación del suelo, promoviendo un mejor desarrollo de la planta entera. Por ejemplo, las plantas de maíz que se cultivan en suelos pobres en nitrógeno, mejoran su desarrollo y su producción de granos cuando son inoculadas con Pseudomonas fluorescens. Estas bacterias también incrementan la producción de frutos de plantas de cacahuate cuando se encuentran en suelos con altas concentraciones de sal.

Sin duda, éste es un claro ejemplo de la cooperación entre dos organismos diferentes que conviven en un mismo hábitat recibiendo beneficio mutuo. Creo que el ser humano debería aprender un poco más de estas interacciones.

PROHIBIDO DEPRIMIRSE

Y mientras se estudia y se perfecciona el modelo, lo cierto es que el uso de rizobacterias capaces de sintetizar la enzima ACC desaminasa ha sido una opción viable para mejorar el crecimiento y desarrollo de las plantas en casi cualquier ambiente. En el área de biotecnología agrícola se han logrado aislar, identificar y propagar un gran número de cepas bacterianas que han servido para inocular semillas o plántulas de cultivos con importancia agrícola, silvícola, hortícola y ornamental (procedimiento conocido como biofertilización).

Uno de los cultivos hortícolas más beneficiado con esta biotecnología es el jitomate (figura 5), ya que se ha demostrado que las plantas al ser inoculadas con estas bacterias incrementan la resistencia al estrés salino, hídrico, anaeróbico, la contaminación por níquel y al ataque de patógenos. Por otro lado, se han manipulado genéticamente plantas de jitomate, a las que se les ha insertado el gen acdS (que codifica para la síntesis de la enzima ACC desaminasa), y con ello se ha logrado retardar la maduración de los frutos.

Figura 5. Plantas de jitomate (Lycopersicon esculentum Mill.) biofertilizadas con bacterias capaces de producir la enzima antiestrés de las plantas: ACC desaminasa

En el área de fitorremediación se ha encontrado una estrategia eficaz para mejorar el desarrollo de algunas plantas capaces de extraer metales pesados de suelos contaminados, en donde además algunas de las bacterias inoculadas, también son capaces de degradar compuestos xenobióticos. Gracias a la ingeniería genética es posible, a partir de un gran número de microorganismos, identificar el gen acdS, aislarlo e insertarlo tanto en bacterias como en plantas; de esta forma se tienen especies microbianas con mayor potencial biofertilizante y plantas con mayor capacidad de resistencia al estrés ambiental.

En este mundo cada vez más agotado, es imprescindible recurrir a herramientas que nos permitan hacer uso de nuestro planeta sin destruirlo (desarrollo sostenible). Los microorganismos han resultado ser una alternativa inagotable e invaluable para contrarrestar los efectos de la contaminación ambiental provocados por la actividad humana. Tal vez el estudio de PGPR con capacidad para sintetizar la enzima ACC desaminasa no resuelva nuestros problemas en el trabajo o en la escuela, pero saber que se está trabajando en diseñar nuevas estrategias para mejorar el mundo en que vivimos puede ofrecernos un motivo menos para estresarnos.

AGRADECIMIENTOS

A la M. en C. Ana María Sánchez Mora (Dirección General de Divulgación Científica, UNAM), por sus sugerencias y revisión del escrito, al Posgrado en Ciencias Biológicas (UNAM) y al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT-181624), por la beca otorgada para la realización de este trabajo como parte de los estudios de doctorado.