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REVISTA CON-CIENCIA N°1/VOL. 2 (2014) 47-54
Potencial de cepas fúngicas aisladas en el área de Biotecnología Fúngica.
Segunda parte: Biocontroladores fúngicos
CORRESPONDENCIA: GEORGINA CHÁVEZ LIZÁRRAGA
FECHA DE RECEPCIÓN: 16 DE ABRIL DE 2014 FECHA DE ACEPTACIÓN 30 DE JULIO DE 2014
Abstract
One of the most interesting character- istics of some fungi strains is their antago- nist action which avoid the growth of other microorganisms, which is particularly im- portant in the control of pathogens. Fun- gi plagues are one of the most difficult to
control, and the infection whit them causes enormous looses in the cultivations. In the Institute of Biochemical and Pharmaceu- tical Research the biocontroller activity of several fungi strains have been studied, be- ing Trichoderma inhamatum strain 12 QD one of the most outstanding. The produc- tion of ferment of Trichoderma inhamatum have been studied optimized and used in the biocontrol of Alternaria solani, Botrytis cinerea and Phytopthora infenstans in cul- tivations of potato, faba beans and tomato, respectively.
1 Área de Biotecnología Fúngica. Instituto de Investigaciones Fármaco Bioquímicas. Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas. Universidad Mayor de San Andrés, Av. Saavedra 2224. La Paz, Bolivia.
Biocontrol, Trichoderma inhamatum cepa 12 QD, fermento.
KEY WORDS
Biocontrol, Trichoderma inhamatum cepa 12 QD, ferment.
Nuestro país cuenta con una variedad de ámbitos geográficos que con sus diferentes climas permiten el cultivo de diversos granos, frutas y hortalizas. Estos cultivos son afectados por factores climáticos y por plagas de animales, insectos y microorganismos. Probablemente una de las plagas más difíciles de controlar son las enfermedades causadas por hongos. Las esporas de los hon- gos fitopatógenos pueden diseminarse con rapidez y facilidad afectando de esta manera cultivos vecinos, debido principalmente a que sus esporas pue- den ser transportadas por insectos y/o el viento, afectando así diferentes ór- ganos en la planta.
Un alto porcentaje de la producción agrícola es afectado por plagas fún- gicas, teniéndose pérdidas económicas que suelen ser cuantiosas en algunos casos, estas pérdida, sin duda alguna, tienen mayor impacto en los cultivos de los pequeños productores. Considerando que en nuestro país existen alre- dedor de 600.000 agricultores dedicados al cultivo de alimentos (BID, 2013) y que la agricultura familiar es la que produce la mayor parte de los alimentos de la canasta familiar, el problema de la contaminación fúngica es un proble- ma que debe ser tratado como prioridad nacional.
Conocedores de esta problemática en el Instituto de Investigaciones Fár- maco Bioquímicas (IIFB) Luis Enrique Terrazas Siles a finales de los 90´s se em- pezaron a estudiar tanto extractos vegetales (Figueroa, 1996; Mercado, 1997) como microorganismos para determinar su actividad antifúngica (Peña et al, 1998). Trás años de investigación se lograron aislar diferentes hongos con ca- pacidad biocontroladora contra hongos patógenos de cultivos de importan- cia en Bolivia, siendo uno de los más representativos Trichoderma inhamatum cepa 12 QD. Los fermentos de esta cepa fueron utilizados exitosamente en el control de patógenos fúngicos de cultivos de papa y haba en la zona del Al- tiplano. En la actualidad en el laboratorio de Biotecnología Fúngica del IIFB y en el Instituto de Investigaciones en Productos Naturales (IIPN) se continúan realizan estudios del fermento de la cepa 12 QD, los mismos se centran en la identificación de metabolitos secundarios del fermento y en las enzimas pre- sentes en el mismo; por otro lado se continúan los estudios de su acción en biocontroladora en otros cultivos como su acción contra fitopatógenos de la quinua y mango.
El paso inicial en el desarrollo de biocontroladores fúngicos es el conoci- miento de los patógenos fúngicos, para lo cual es necesario el aislamiento y la identificación macro y microscópica de los microorganismos causantes de enfermedades en los diferentes cultivos. Esto generalmente se hace colocan- do una porción de la planta dañada previamente lavada con alcohol y agua en placas agar papa dextrosa (PDA), posteriormente se somete a incubación entre 25-30°C, después de un tiempo, lo más probable es que crezcan un nú- mero de hongos, por lo cual se requiere hacer repiques hasta obtener cepas puras. Posteriormente se describen las características macroscópicas del hon- go. Luego las cepas son teñidas con colorantes e identificadas al microscopio. Es importante identificar que cepas fúngicas son saprofitas y cuales patóge- nas para lo cual, una vez aislado e identificado el patógeno sospechoso, es im- portante también la comprobación de los postulados de Koch para verificar que el microorganismos aislado es el causante de la enfermedad en la planta.
El IIFB ha realizado en el transcurso de los años varios viajes de colecta a dife- rentes áreas de nuestro país, con el fin de conocer que áreas se encuentran más susceptibles al ataque de hongos . Estos viajes han permitido no solo colectar, sino aislar e identificar una variedad de fitopatógenos. Los hongos fitopatóge- nos encontrados en los diferentes viajes se encuentran detallados en la Tabla 1.
Tabla 1
Fitopatógenos fúngicos aislados e identificados en el IIFB
Cultivo | Hongo fitopatógeno | Referencia |
Papa | Phytophtora infestans | Pelaez y Giménez 2001 |
Haba | Botrytis fabae, Botrytis cinerea, Alternaria solani, Uromyces sp. | Espinal et al, 2010; Espinal, 2009; Astorga et al, 2005; Astorga, 2005Ciancas, 2006; Ciancas et al., 2005; Quiroga et al, 2003; Quiroga 2002; Pelaez y Giménez 2001 |
Maiz | Aspergillus sp. | Quiroga, 2002 |
Rábano | Cercospora | Pelaez y Giménez 2001 |
Garbanzo | Acochita rabie | Pelaez y Giménez 2001 |
Col | Alternaria sp. | Pelaez y Giménez 2001 |
Lechuga | Alternaria sp. | Pelaez y Giménez 2001 |
Huacataya | Puccina | Pelaez y Giménez 2001 |
Limón | Fusarium sp. | Pelaez y Giménez 2001 |
Banano | Mycosphaerella | Pelaez y Giménez 2001 |
Quinua | Peronospora farinosa, Phoma sp., Phoma exigua var fobeata, Achomycota hyalapospor | Tenorio et al., 2010 |
Tuna | Cercospora sp., Phytophthora sp. | Tenorio et al., 2010 |
Tomate | Phytophthora infestans | Puño et al., 2011 |
Mango | Colletotrichum sp. | Mamani et al, 2014 (datos no publicados) |
¿Cómo sabemos si una cepa tiene actividad biocontroladora? Pues al igual que para encontrar el fitopatógeno el primer paso es el aislamiento de la cepa, puesto que sólo con cepas puras podemos proceder a los enfrentamientos duales. Este método consiste en sembrar ambos el antagonista y el fitopató- geno en cajas petri con PDA, una vez crecidos los hongos, en una nueva caja petri con PDA se coloca un disco micelial del posible biocontrolador y en el otro extremo un disco micelial del patógeno, se incuba a condiciones prede- terminadas y se va evaluando la inhibición de crecimiento del fitopatógeno en función del tiempo. Este enfrentamiento hongo vs hongo tiene sin embargo sus desventajas, por ejemplo hay que estar seguros que ambos hongos crez- can a condiciones similares, y en la práctica se ha visto que a veces este es un factor muy díficil de controlar, por lo que una estrategia mucho más certe- ra consiste en el uso de fermentos producidos por el hongo biocontrolador.
El género Trichoderma fue identificado en 1871, es un hongo anaerobio facultativo que se encuentra de manera natural en suelos agrícolas y otros ti- pos de medios. Las especies de Trichoderma son conocidas por su capacidad de inhibir diferentes patógenos de plantas mediante la producción de meta- bolitos secundarios como antibióticos (Sivasithamparam & Ghisaberti, 1998) y enzimas degradadoras de la pared como quitinasas (Benhamou et al, 1994), β 1-3 glucanasas (Lorito et al., 1994), celulasas (Kovacs et al, 2009; de Castro et al, 2010), proteasas (Haran et al, 1996) y otras hidrolasas (Prasad et al, 2002).
En la actualidad existen varios fungicidas de origen biológico como el Tri- chobiot, el Tricobio y el Tricodamp (www.senasag.gob.bo) que se comercia- lizan en nuestro país, que son concentrados de esporas de Trichoderma. No obstante, el enfoque del IIFB desde el principio fue el usar los fermentos del hongo, y no el microroganismo per se. Los diferentes tamizajes para la acción biocontroladora de hongos del cepario del IIFB dieron como resultado que la cepa 12 QD tenía una fuerte actividad biocontroladora en los enfrentamien- tos duales. Esta cepa fue caracterizada micro y macroscópicamente y final- mente se confirmo su género y especie con técnicas de biología molecular, identificándola como Trichoderma inhamatum.
Los primeros indicios de que la cepa de Trichoderma inhmatum 12 QD presentaba una interesante actividad biocontroladora se reportaron por la inhibición de crecimiento de fitopatógenos de la papa y el haba como Alter- naria solani y Botrytis cinerea (Astorga, 2005). Un trabajo un poco más pro- fundo determinó que el porcentaje de inhibición en enfrentamientos de Tri- choderma inhamatum cepa 12 QD contra Alternaria solani y Botrytis cinerea alcanzaba el 61% y 80% respectivamente (Ciancas 2006). Los fermentos de Trichoderma inhamatum cepa 12 QD, mostraron ser efectivos también en la
inhibición de crecimiento de Phytoptora infenstans un fitopatógeno de im- portancia en los cultivos de tomate, lográndose una inhibición del 81 % cuan- do se usaba una dilución de 1/8 del fermento (Puño et al, 2011).
Para la producción de un fermento es imprescindible que se optimicen las condiciones físicas químicas y biológicas para que se pueda maximizar la pro- ducción de metabolitos secundarios (Apaza, 2008). Estos factores incluyen: temperatura, aereración, variaciones de la fuente de carbono y nitrógeno, ta- maño de inóculo inicial, uso de filtros e inductores, entre otros. Una vez op- timizados los parámetros físicos, químicos y biológicos en cultivos en frascos erlenmeyer, es entonces posible el escalado a biorreactores de mayor capa- cidad (Figura 1). Con condiciones optimizadas para la producción de meta- bolitos secundarios se procedió a la producción de fermentos en un volumen de 20 Litros, los mismos serían empelados en una dilución 1/3 para el control efectivo de Botrytis fabae en cultivos de haba de la localidad de Chua en el departamento de La Paz (Espinal et al, 2010; Espinal, 2009).
Una característica sobresaliente de Trichoderma inhamatum cepa 12 QD es que ha demostrado ser útil en el control de larvas de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) (Vallejos, 2011). No obstante en esta investigación se usaron las esporas y no el fermento.
En la actualidad el área de Biotecnología Fúngica del IIFB está trabajando en conjunto con el IIPN en la identificación de los metabolitos secundarios produ- cidos por Trichoderma inhamatum cepa 12 Q y se está optimizando la produc- ción de quitinasas de este interesante microorganismo (datos no publicados).
Figura 1
Producción de fermentos de Trichoderma inhamatum cepa 12 QD en el laboratorio de Biotecnología Fúngica del IIFB.
Como se puede evidenciar en el presente minireview se han logrado gran- des avances en el biocontrol con la identificación fitopatógenos que afectan cultivos nacionales, pero queda pendiente la realización de nuevos tamiza- jes de los hongos del cepario en los que se podrían encontrar microorganis- mos igual o aún más eficaces que Trichoderma inhamatum cepa 12 QD. Es ne- cesario realizar más viajes de colecta que permitan la identificación de otros fitopatógenos causantes de enfermedades emergentes en las distintas áreas de nuestro país y el fermento de Trichoderma inhamatum cepa 12 QD debe ser probado en ellos no sólo a nivel laboratorio sino a nivel campo. Aún se debe pensar en el escalado del sistema ya que para grandes cultivos un fer- mento de 20 Litros resultará insuficiente, a su vez se debe establecer. con ayu- da de expertos en Agronomía y/o Biología, el tiempo exacto en el que se de- bería aplicar el fermento para obtener el máximo beneficio. Se deben hacer estudios toxicológicos del fermento a fin de garantizar su inocuidad para el humano, la planta y el medio ambiente en general. Finalmente es necesario considerar la formulación del producto que permita su acceso a bajo precio a las comunidades campesinas de nuestro país y ese debe ser el motor que nos impulse especialmente este 2014 que se ha declarado año de la Agricul- tura Familiar.
Este minireview está dedicado a los pasados y presentes miembros del IIFB que trabajaron y trabajan actualmente en el área biocontrol por su valio- sa contribución en el desarrollo de fungicidas biológicos.
