Cómo los mecanismos compartidos de defensa entre bacterias y plantas son clave para la seguridad alimentaria global

Tras revelar cómo funciona la defensa TIR en bacterias, los investigadores demostraron que las moléculas señalizadoras generadas por TIR en bacterias y plantas son similares (Instituto Weizmann)

* Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

Una mancha marrón en la hoja de una planta puede ser señal de que sus defensas están trabajando arduamente: cuando una planta se infecta con un virus, hongo o bacteria, su respuesta inmunitaria impide que la enfermedad se propague eliminando la célula infectada y algunas células circundantes.

Un estudio del Instituto de Ciencias Weizmann publicado en 2021 señaló los orígenes evolutivos de este mecanismo inmunitario vegetal. El estudio podría ayudar a explicar cómo funcionan las principales defensas de las plantas y cómo podrían fortalecerse para aumentar su resiliencia contra las enfermedades que cada año causan miles de millones de dólares en pérdidas de cultivos en todo el mundo.

Hacia 2019, científicos de Estados Unidos y Australia descubrieron que cuando el sistema inmunitario de una planta destruye las células infectadas para contener la enfermedad, esta acción implica una proteína con un segmento llamado TIR que produce una molécula señal específica. En un estudio israelí dirigido por el Prof. Rotem Sorek, del Departamento de Genética Molecular de Weizmann, y el Dr. Gal Ofir, entonces estudiante de posgrado, el equipo de Sorek ha revelado que las bacterias también utilizan la TIR como mecanismo inmunitario, y que esta genera inmunidad en plantas y bacterias de forma similar.

Una placa de laboratorio que contiene bacterias, algunas de las cuales (puntos oscuros) han sido infectadas y eliminadas por fagos. Las bacterias combaten la infección mediante mecanismos de defensa similares a los de las plantas infectadas (Instituto Weizmann)

Las bacterias libran una batalla constante contra virus llamados fagos (pequeños virus similares al módulo de alunizaje), que insertan sus propios genomas en la célula bacteriana, provocando que esta produzca nuevas copias del fago hasta que explota y muere. Ofir y sus colegas descubrieron que, en cuanto una bacteria es infectada por un fago, la proteína que contiene TIR detecta la invasión y genera una señal que alerta a una segunda proteína. Esta segunda proteína destruye una molécula vital en el metabolismo bacteriano. Al carecer de esta molécula, la bacteria muere antes de que el fago tenga la oportunidad de multiplicarse, suprimiendo así la infección.

Tras revelar cómo funciona la defensa TIR en bacterias, los investigadores demostraron que las moléculas señalizadoras generadas por TIR en bacterias y plantas son similares. De hecho, cuando los científicos de Weizmann transfirieron esta molécula señalizadora de una planta a una bacteria, provocó la muerte bacteriana. El papel de la molécula señalizadora producida por TIR en plantas aún no se ha revelado por completo, pero probablemente funciona de forma similar a como lo hace en bacterias. En ambos casos, el mecanismo inmunitario se desarrolla de la siguiente manera: la proteína que contiene TIR detecta la invasión, genera una molécula señalizadora y provoca la autodestrucción de la célula infectada: la bacteria completa en un caso, una célula vegetal en el otro.

«Nuestros hallazgos han establecido un vínculo evolutivo directo entre la inmunidad de las plantas y la de las bacterias», afirma Sorek. «Además, sientan las bases para investigar cómo funciona en las plantas un importante sistema de defensa, que involucra a la TIR».

(de izq. a der.) Prof. Rotem Sorek y Dr. Gal Ofir. Resistencia a las infecciones. plantas y bacterias (Instituto Weizmann)

Estas investigaciones podrían conducir a nuevas formas de fortalecer el sistema inmunitario de las plantas para hacerlas más resistentes a las infecciones. Se trata de un problema urgente, considerando la magnitud de las pérdidas en los cultivos agrícolas y la escasez de soluciones eficaces. Un ejemplo conmovedor es el enverdecimiento de los cítricos, una infección bacteriana que está matando naranjos en todo el mundo, incluso en Florida, donde se ha reducido a la mitad la producción de cítricos. Nuevos conocimientos sobre la inmunidad vegetal podrían, en el futuro, ayudar a desarrollar formas de proteger los huertos frutales del mundo de esta amenaza.

Se estima que cada año se pierden alrededor de 220.000.000.000 de dólares en cultivos agrícolas debido a enfermedades de las plantas en todo el mundo.

Entre los participantes del estudio se incluyeron el Dr. Ehud Herbst, Maya Baroz, Daniel Cohen, Adi Millman, el Dr. Shany Doron, Nitzan Tal y el Dr. Gil Amitai del Departamento de Genética Molecular de Weizmann; Daniel BA Malheiro de MS-Omics, Dinamarca; y el Dr. Sergey Malitsky del Departamento de Instalaciones Centrales de Ciencias de la Vida de Weizmann.

La investigación del profesor Rotem Sorek cuenta con el apoyo del Centro Familiar Knell de Microbiología; el Instituto de Liderazgo Familiar Willner del Instituto de Ciencias Weizmann; el Instituto Dr. Barry Sherman de Química Medicinal; el Programa Puente Sagol Weizmann-MIT; el Programa de Ciencia Colaborativa Schwartz/Reisman; la Fundación Ben B. y Joyce E. Eisenberg; Miel de Botton; y el Premio Andre Deloro.