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Optimización de fermentaciones con Bacillus subtilis para la producción de metabolitos de interés agrícola
En la búsqueda de soluciones sostenibles y eficaces para el control de enfermedades agrícolas, los microorganismos con capacidad de producir metabolitos bioactivos han cobrado especial relevancia. En este contexto, Bacillus subtilis, un bacilo Gram-positivo, aeróbico y formador de esporas, ha demostrado un enorme potencial por su capacidad de sintetizar una amplia variedad de compuestos antimicrobianos y enzimas hidrolíticas que pueden actuar como agentes bioprotectores. En el laboratorio de Zellag, estamos llevando a cabo experimentos basados en la optimización de fermentaciones utilizando esta cepa, con el fin de maximizar la producción de metabolitos de interés.
El diseño experimental contempla la evaluación y ajuste de diversas variables: temperatura, pH, tiempo de incubación, composición del medio de cultivo y condiciones de agitación. La interacción entre estos factores es crítica para la activación de las rutas metabólicas secundarias responsables de la producción de enzimas y compuestos bioactivos. Posteriormente, utilizamos el sobrenadante de dichas fermentaciones, el cual contiene los metabolitos extracelulares, incluyendo enzimas hidrolíticas relevantes.
Para verificar la presencia y actividad de estas enzimas, se han realizado ensayos en distintos medios diferenciales:
Figura 1. Imagen izquierda: control negativo. Imagen derecha: Muestra sobrenadante de interés.
2. Agar-quitina:
La quitina es un componente esencial de la pared celular de los hongos, por lo que la producción de quitinasas es un marcador fundamental en la bioprotección contra patógenos fúngicos. En nuestras pruebas, el desarrollo de zonas claras alrededor de las gotas de sobrenadante indica actividad quitinolítica. Este resultado es particularmente prometedor en el enfrentamiento a patógenos fitopatógenos, ya que la degradación de la pared celular del hongo puede frenar su desarrollo e incluso destruir estructuras clave como esporas y micelio.
Figura 2. Imagen izquierda: control negativo. Imagen derecha: Muestra sobrenadante de interés.
3. Agar-leche:
El agar-leche es utilizado para determinar la producción de proteasas, enzimas que hidrolizan proteínas y que pueden tener múltiples aplicaciones: desde la degradación de compuestos orgánicos hasta la inhibición del crecimiento de patógenos a través de la destrucción de proteínas estructurales o señales de comunicación (quorum sensing). En nuestras pruebas, se han observado zonas de aclaramiento alrededor del sobrenadante, indicando actividad proteolítica significativa. La capacidad de producir proteasas es una característica adicional que potencia el efecto bioprotector, sumándose a las demás enzimas hidrolíticas detectadas
Figura 3. Los tres puntos de inoculación centrales reflejan la actividad proteolítica del sobrenadante de interés. A ambos lados del halo central, se aplicó agua estéril como control negativo. En dichos puntos no se observa halo.
La suma de estos resultados refuerza la hipótesis de que Bacillus subtilis es un candidato ideal para el desarrollo de productos bioprotectores aplicables en la agricultura, contribuyendo a reducir el uso de fungicidas sintéticos y promoviendo prácticas más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.
En la actualidad, nos encontramos buscando maximizar la producción de estos metabolitos de interés. Las pruebas realizadas en Zellag nos están permitiendo identificar las condiciones óptimas para el crecimiento bacteriano y la expresión de las rutas metabólicas secundarias. Asimismo, estamos ampliando los ensayos de antagonismo para incluir otros patógenos de interés agrícola y evaluar la estabilidad y aplicabilidad del producto en condiciones de campo.
Sin duda, estos hallazgos abren la puerta a la obtención de un bioproducto innovador con gran potencial comercial y un papel clave en la protección de cultivos frente a enfermedades fúngicas, marcando un paso más hacia una agricultura más sostenible y respetuosa con el medio ambiente.