Bacterias que causan enfermedades en plantas colaboran para derrotar al sistema inmunológico vegetal

Un equipo del Instituto de Hortofruticultura Subtropical y Mediterránea La Mayora (IHSM-CSIC-UMA) ha descubierto un mecanismo de cooperación entre ciertas bacterias patógenas que les permite colonizar el tejido vegetal de forma eficiente y propagarse tras la infección. Publicado en la revista Nature Microbiology, este estudio se centra en Pseudomonas syringae, un patógeno vegetal muy extendido, que afecta a cultivos tan diferentes cómo el tomate, la judía o el kiwi, y es responsable de importantes pérdidas agrícolas a nivel mundial.

Este estudio, dirigido por la catedrática de la Universidad de Málaga Carmen R. Beuzón, y que incluye a los investigadores Nieves López-Pagán, José S. Rufián y Javier Ruiz-Albert, del IHSM La Mayora, se ha realizado en colaboración con investigadores de la Aix-Marseille Université (Francia) y de las Universidades de Lausana (Suiza) y Sevilla.

En el interior de la hoja, un grupo de bacterias (en verde) en contacto con la célula vegetal suprime las defensas de la planta, mientras que otro grupo de bacterias (en rojo) utilizan el flagelo para escapar al exterior y propagar la infección/ Antonio García.

Gracias a este trabajo de más de cinco años, que ha formado parte de la tesis doctoral de López-Pagán, los investigadores han averiguado que células bacterianas genéticamente idénticas adoptan roles distintos durante la infección. Esta división de tareas —mientras algunas bacterias se encargan de suprimir el sistema inmunitario de la planta, otras abandonan el tejido infectado para colonizar nuevos nichos—permite la proliferación del patógeno y su propagación a otras plantas.

“Pseudomonas syringae afecta a más de 500 especies de plantas, incluyendo numerosos cultivos de relevancia económica, algunos tan relevantes en nuestro país como el tomate. Pero hasta ahora, se conocía muy poco del mecanismo que le permite propagarse de una planta a otra con gran eficiencia”, señala Beuzón, que ha destacado que, gracias a este estudio, “ahora sabemos que estas bacterias se organizan en subpoblaciones funcionales, cada una asumiendo tareas específicas para facilitar la infección y diseminación. Conocimiento que abre las puertas para poder combatir su estrategia”.

Una estrategia coordinada

Mediante microscopía avanzada usando moléculas fluorescentes, el equipo ha rastreado bacterias individuales dentro de hojas infectadas de plantas de judía (Phaseolus vulgaris) en tiempo real. Los resultados revelan que las bacterias siguen una estrategia coordinada, y que el establecimiento de infección requiere la perfecta coordinación entre dos grupos bacterianos con roles definidos.

Por un lado, un grupo de bacterias actúa como supresoras de defensas, creando un entorno seguro al neutralizar las respuestas inmunitarias de la planta, y por otro, bacterias que están protegidas por las anteriores, ensamblan su flagelo (un apéndice móvil que les permite desplazarse) y escapan antes de que el tejido vegetal colapse migrando a zonas circundantes de la planta o de otras plantas.

Estas dos funciones complementarias reflejan lo que en ecología se conoce como división del trabajo, un fenómeno más comúnmente estudiado en sociedades animales o en organismos multicelulares. La división de tareas representa un delicado equilibrio evolutivo entre dos estrategias que son energéticamente costosas para las bacterias: invertir recursos en bloquear las defensas vegetales o priorizar la movilidad para dispersarse. Este trabajo proporciona las primeras imágenes de este proceso dinámico, donde las bacterias cambian de función según su posición en el tejido vegetal, formando así comunidades cooperativas estructuradas comparables a las de los insectos sociales como las abejas.

Este trabajo -del grupo del IHSM La Mayora Evasión de defensas en la interacción planta-bacteria, coliderado por Beuzón y Ruiz-Albert- permite «entender cómo estas bacterias coordinan comportamientos complejos, mostrándonos una nueva perspectiva sobre cómo evolucionan las enfermedades vegetales, y puntos vulnerables de la estrategia de infección bacteriana”, comenta Beuzón.

Los métodos tradicionales para manejar enfermedades bacterianas en plantas suelen depender de antibióticos o agentes químicos, lo que puede generar resistencia. Sin embargo, alterar el comportamiento cooperativo de las bacterias —interfiriendo en su capacidad para dividir tareas— podría ofrecer una alternativa más sostenible. Aunque mecanismos de infección similares ya han sido observados en bacterias que infectan a seres humanos, esta es la primera vez que se ve en enfermedades vegetales.

En un contexto de cambio climático, crecimiento demográfico global y creciente presión sobre los sistemas alimentarios, comprender y mitigar las enfermedades de los cultivos es más crucial que nunca. El descubrimiento del comportamiento cooperativo en patógenos vegetales no solo profundiza nuestro entendimiento de la vida microbiana, sino que también abre nuevas vías para proteger recursos alimentarios vitales.

«Nuestros hallazgos nos recuerdan que incluso las formas de vida microscópicas pueden exhibir estrategias extraordinarias. Al descubrir sus secretos, nos acercamos un paso más a proteger los cultivos que nos sustentan”, concluye Beuzón.

Este trabajo ha sido realizado con fondos del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades del Gobierno de España (RTI2018-095069-B-100 y PID2021-127245OB- I00), Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), COST, EMBO, FEMS, y del Plan Andaluz de Investigación, Desarrollo e Innovación (PAIDI).

Referencia:

López-Pagán N, Rufián JS, Luneau J, Sánchez-Romero MA, Aussel L, van Vliet S, Ruiz-Albert J, Beuzón CR. ‘Pseudomonas syringae subpopulations cooperate by coordinating flagellar and type III secretion spatiotemporal dynamics to facilitate plant infection’. Nat Microbiol.