Un equipo de investigación de la Estación Experimental del Zaidín (Granada-CSIC) ha confirmado que el cobre mejora la capacidad de bacterias asociadas a la soja para mitigar un gas de efecto invernadero. Se trata de la primera vez que se analiza en un contexto de cambio climático cómo la presencia de este mineral en los suelos afecta a la actividad biológica de un microorganismo del suelo. Con esta información, se podrían diseñar estrategias de fertilización que reduzcan uno de los problemas de la agricultura: la contaminación de entornos acuáticos, terrestres y de la atmósfera.

La bacteria en la que se centran los investigadores, Bradyrhizobium diazoefficiens, puede vivir entre las raíces de la planta de soja y en simbiosis con ella, esto es, una relación de convivencia entre ambos seres vivos. Este microorganismo ejerce de manera natural una función similar a la de los fertilizantes que se emplean tradicionalmente en las prácticas agrícolas, no contamina y, además, reduce los nitratos derivados de los abonos. Éstos son compuestos beneficiosos que alimentan a la planta pero que, en exceso, producen emisiones de gases de efecto invernadero y contaminan entornos acuáticos y terrestres.

El uso de bacterias como Bradyrhizobium diazoefficiens es beneficioso porque reduce la dependencia de fertilizantes en la agricultura y disminuye la emisión de gases de efecto invernadero. Foto: Pixabay.

Además, la bacteria Bradyrhizobium diazoefficiens posee la capacidad de absorber los nitratos y transformarlos en nitrógeno molecular, también conocido como ‘verde’, un gas que no produce daño a la atmósfera.

Los investigadores confirman por primera vez que estos microorganismos requieren la presencia de cobre en los suelos, elemento que, de igual modo que los humanos asimilan compuestos nutricionales como el fósforo o el calcio, emplean para realizar sus procesos vitales.

Suelos agrícolas

El conocimiento que aportan los investigadores del grupo ‘Metabolismo del Nitrógeno en Bacterias Rizosféricas’ persigue combatir la contaminación producida por los fertilizantes que se aplican habitualmente en suelos agrícolas. Muchos de ellos contienen compuestos químicos -difíciles de obtener en grandes cantidades en estado natural-, también llamados nitratos, como el nitrógeno, fósforo y potasio, que favorecen el crecimiento y salud de las plantas. No obstante, éstos también suponen un riesgo para el medioambiente porque, en exceso, contaminan entornos acuáticos como lagos o acuíferos (acumulaciones de aguas subterráneas), entre otros.

Ciclo de los nitratos en este proceso.

Además, estos fertilizantes poseen otra desventaja: cuando pasan a las capas más profundas del suelo y se reducen las concentraciones de oxígeno, las bacterias como Bradyrhizobium diazoefficiens respiran los nitratos y producen gases como el óxido nitroso, que contribuye al cambio climático.

Compuestos beneficiosos

Tal y como explican los expertos en ‘Effect of copper on expression of functional genes and proteins associated with Bradyrhizobium diazoefficiens denitrification’ publicado en International Journal of Molecular Sciences, los científicos analizan un proceso metabólico que realiza Bradyrhizobium diazoefficiens en simbiosis con la planta de soja, denominado desnitrificación. Éste permite que las bacterias respiren nitrato, produzcan nitrógeno verde y, por último, los microorganismos puedan puedan asimilar de nuevo este gas para producir amonio, un compuesto beneficioso para los vegetales que favorece su salud y crecimiento. “Se trata de un proceso similar al de la digestión, en la que el tracto digestivo asimila los alimentos y los transforma en compuestos nutricionales para que los absorba el organismo”, explica a la Fundación Descubre la investigadora de la Estación Experimental del Zaidín María Jesús Delgado.

Grupo del Metabolismo del Nitrógeno en Bacterias Rizosféricas de la Estación Experimental del Zaidín, CSIC, Granada.

Para comprobar cómo esta bacteria realiza exactamente la desnitrificación, los investigadores efectuaron una revisión bibliográfica, es decir, analizaron otros trabajos científicos relacionados con su campo de estudio para identificar qué faltaba por estudiar. De este modo, detectaron que sí se habían confirmado los efectos del cobre sobre otros microorganismos, pero no en las bacterias como Bradyrhizobium, que viven en simbiosis con legumbres.

Luego, emplearon técnicas para realizar análisis químicos y métodos de biología molecular para determinar la estructura y las funciones vitales de esta bacteria. Entre estos últimos, efectuaron el aislamiento de su ARN con el objetivo de identificar aquellos genes con una función biológica y por qué de la misma.

Sustituir los abonos tradicionales

De este modo, determinaron que cuando hay ausencia de cobre en los suelos estas bacterias no producen compuestos beneficiosos para las plantas; sino óxido nitroso, dañino para el entorno. “Para desarrollar biofertilizantes que contengan Bradyrhizobium diazoefficiens tenemos que descubrir qué cantidades de cobre necesitamos para que, por un lado, no sea tóxico para el medioambiente y, por otro lado, las bacterias sean capaces de sustituir la función de los abonos tradicionales”, explica María Jesús Delgado.

Los expertos emplearon técnicas para realizar análisis químicos y métodos de biología molecular para determinar la estructura y las funciones vitales de esta bacteria. Foto: Pixabay.

Como siguiente paso, los científicos continuarán con otros análisis químicos y de genómica funcional, cuyo objetivo es relacionar las secuencias de un gen con una función biológica. De este modo, los expertos pretenden profundizar a nivel molecular en los mecanismos biológicos que hacen que las bacterias produzcan compuestos beneficiosos para las plantas y reduzcan los niveles de óxido nitroso, nocivo para la atmósfera. Con este conocimiento, se podrán desarrollar estrategias específicas para mejorar las prácticas agrícolas, mitigar la producción de emisiones nocivas y proteger el medioambiente.

Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el programa ‘A Way Of Making Europe’ del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (proyectos AGL2017-85676-R, AGL2015-63651-P y PID2020-114330GB-100). Asimismo, ha recibido apoyo de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía.

Referencias

Pacheco, P. J.; Cabrera, J. J.; Jiménez-Leiva, A.; Bedmar, E. J.; Mesa, S.; Tortosa, G. & Delgado, M. J. (2022). ‘Effect of Copper on Expression of Functional Genes and Proteins Associated with Bradyrhizobium diazoefficiens Denitrification’. International journal of molecular sciences, 23(6), 3386..

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