Lejos de ser un estudio más sobre el fuego, la aproximación de este trabajo resulta más novedosa puesto que no se habían realizado muchos trabajos del efecto del fuego sobre los microorganismos del suelo, que constituyen un factor clave en el reciclado de nutrientes a nivel edáfico. Este estudio ha revelado que los microorganismos del suelo de un pastizal Mediterráneo se ven más afectados por las variaciones de temperatura y humedad propias de las distintas estaciones que por el fuego y además las comunidades microbianas del suelo no se ven afectadas por el retardante En definitiva, las bacterias de los pastizales Mediterráneos están adaptadas al fuego, al igual que la vegetación. Y parece que el uso de retardantes no tiene efectos secundarios en la salud del suelo.

Estos resultados se han obtenido en el trabajo experimental conducente al DEA de la Dra. Ana García-VIllaraco, en la Universidad San Pablo CEU y ha sido financiado por el proyecto BIO 2001-3709, por la Universidad San Pablo CEU y por el proyecto CM S0505/AMB/0321.

Interesados enviar CV al Dr. Rafael Rivilla Palma ( rafael.rivilla@uam.es ) antes del 25 de Septiembre de 2009.

Link: www.madrimasd.org

a) Desarrollar programas de investigación multidisciplinar e interinstitucional en áreas de especial interés para la Comunidad de Madrid en colaboración con empresas y/o entidades sin ánimo de lucro relacionadas.
b) Incorporar científicos de prestigio y atraer jóvenes investigadores.
c) Impulsar actividades de formación de impacto internacional
d) Favorecer la participación activa en redes y consorcios internacionales.
e) Fortalecer e impulsar la adquisición y la gestión de calidad de infraestructuras científicas accesibles.

El Programa MICROAMBIENTE-CM, continuación del desarrollado con el mismo nombre en el periodo 2006-2009, está formado por cinco grupos de investigación, tres pertenecientes a Universidades públicas, uno perteneciente a una Universidad privada y otro al CSIC. En esta convocatoria 2010-2013, se incorporan al consorcio 8 laboratorios pertenecientes al SIDI de la Universidad Autónoma de Madrid que con su infraestructura colaborará en muchas de las técnicas analíticas necesarias para realizar las actividades científico tecnológicas que se proponen.

El objetivo central del Programa MICROAMBIENTE-CM es la utilización de microorganismos, tanto procarióticos como eucarióticos para evaluar el impacto ambiental y proteger el medio natural, contribuyendo a su restauración.

Las líneas de investigación propuestas en este Programa se enmarcan en una estrategia de uso de microorganismos y sistemas integrados planta-microorganismo:

1) Análisis de biodiversidad microbiana, de genomas y del metagenoma como herramientas básicas de análisis ambiental; 2) Investigación básica en bioindicadores y biosensores; 3) Desarrollo de inoculantes microbianos y de sistemas planta-microorganismo para su aplicación en agricultura sostenible y remediación y recuperación de suelos; 4) biosensores y bioindicadores para analizar la calidad de suelos; 5) técnicas de biorremediación para la eliminación de contaminantes orgánicos y metales pesados y 6) técnicas basadas en el uso de microorganismos para la recuperación de suelos mediante.

Entre las novedades destaca la aplicación de técnicas de genómica y metagenómica al análisis ambiental y a la protección del medio natural, estando prevista la secuenciación completa del genoma y su anotación de varias bacterias relevantes para el medioambiente

El grupo Cianobacterias-UAM fue el primero en describir un mutante en este operón en una bacteria fotosintética, la cianobacteria Anabaena sp. PCC 7120 (Microbiology, 2005, 151: 1671-1682); se descubrió que este operón no sólo estaba implicado en la homeostasis del ión Na+ sobre todo a pHs básicos, sino que estaba implicado en el proceso fotosintético, incluso a pH neutro (pH en el cual este complejo no parece tener ningún papel en las pocas bacterias heterotróficas donde se ha estudiado) y en la aclimatación a limitación de carbono inorgánico. Curiosamente, similar a lo descrito en algunas bacterias heterotróficas, las secuencias de las subunidades MrpA, B y D del posible complejo Mrp cianobacteriano mostraban una alta similitud con las subunidades hidrofóbicas 2, 4, 5 y 6 del complejo respiratorio NADH-deshidrogenasa (complejo I o NADH-1); de hecho, se especula que la parte hidrofóbica del complejo respiratorio puede haber evolucionado a partir de un antiportador catión/protón ancestral que bien podría ser el complejo Mrp, por lo que debería haber algún tipo de conexión entre ambos complejos.

En el segundo artículo recientemente publicado, el grupo Cianobacterias-UAM presenta resultados que sugieren que el complejo Mrp puede tener un papel bioenergético en la cianobacteria que hasta cierto punto sería independiente de su papel como antiportador Na+/H+ ya que se ha observado un papel en la respiración a pHs neutros; además, a pHs básicos se han encontrado en el mutante niveles bajos de ATP, ferredoxina y ferredoxina-NADP+ oxidorreductasa (FNR); la ferredoxina y FNR están directamente implicadas en la producción de NADPH en cianobacterias.

Dado que hasta el momento no se ha encontrado la subunidad catalítica del complejo NAD(P)H-1 en cianobacterias y que desde hace tiempo se postula que la FNR podría tener dicha función deshidrogenasa en cianobacterias y el cloroplasto, el posible papel bioenergético propuesto para el complejo Mrp y su relación con el complejo NAD(P)H-1 y la FNR en cianobacterias apoyaría dicha hipótesis. Recientemente, el complejo Mrp ha sido localizado en las membranas plasmáticas de dos especies de Bacillus, la localización del complejo Mrp en las membranas cianobacterianas (la tilacoidal, la plasmática o en ambas) arrojaría luz para comprender la posible conexión física/funcional de este complejo con el complejo NADH-1 y la FNR.

El grupo de investigación Cianobacterias-UAM, en colaboración con el grupo de investigación del Dr. Roberto Rosal de la UAH integrante del Programa REMTAVARES de la CM, ha publicado un artículo en la revista “Environmental Science and Pollution Research” titulado “Ecotoxicity asessment of lipid regulators in water and biologically treated wastewater using three aquatic organisms”. DOI 10.1007/s11356-009-0137-1. En este trabajo se describe el uso de tres organismos acuáticos para evaluar la toxicidad aguda de cuatro compuestos farmacéuticos de la familia de los fibratos en agua y aguas residuales. Los fibratos son compuestos derivados del ácido fíbrico empleados para controlar el colesterol y son usados de forma generalizada en medicina humana en países desarrollados. Estos compuestos se integran dentro del grupo de los “contaminantes emergentes”, que engloba medicamentos, productos de uso y cuidado cosmético, nanomateriales, etc. La gran concentración poblacional en grandes urbes y los altos niveles de consumo de dichos compuestos hace que estos compuestos vayan a parar a las aguas naturales vía aguas residuales urbanas y depuradoras que en muchos casos no son capaces de degradar, y ya desde hace varios años viene siendo detectados en efluentes de depuradoras, aguas continentales, marinas, subterráneas e incluso en agua de consumo humano.  Por ello, la toxicología humana y ambiental de dichos compuestos ha tomado gran interés para la comunidad científica en los últimos años habiendo sido denominados “contaminación emergente” al ser sustancias diferentes de los clásicos contaminantes ambientales regulados en la normativa ambiental existente y para los cuales suele conocerse bien su aplicación y mecanismo farmacológico pero cuyo posible efecto toxicológico y mecanismos de toxicidad puede ser totalmente desconocido.

En el presente trabajo se analizó la toxicidad en aguas y aguas residuales del ácido clofíbrico, bezafibrato, gemfibrocil y ácido fenofíbrico utilizando 2 organismos empleados en métodos estandart regulados en los métodos internacionales OCDE e ISO: Vibrio fischeri y Daphnia magna  y un test de contaminación ambiental novedoso desarrollado por el grupo Cianobacterias-UAM basado en una cyanobacteria autoluminiscente de agua dulce denominada Anabaena CPB4337. Como medida de toxicidad se emplea la mortalidad en el caso de la “pulga de agua” (Daphnia magna) y la inhibición de la luminiscencia para las bacterias Vibrio fischeri y Anabaena CPB4337. En vistas de hacer una estimación del riesgo ambiental de las sustancias se emplearon las directrices marcadas por EMEA (European Medicine Evaluation Agency) para el análisis de riesgo en aguas.

En el trabajo pudo comprobarse que todos los compuestos análizados presentaron toxicidad para los tres organismos, el más tóxico resultó ser el ácido fenofíbrico con EC50 de 1.72 mg/l para Vibrio fischeri, compuesto que nunca había sido analizado previamente, y el genfibrocil también resultó se tóxico para Anabaena CPB4337 con EC50 de 4.42 mg/l. Anabaena CPB 4337 resultó ser el organismo más sensible a todos los compuestos analizados excepto para el ácido fenofíbrico.

El agua residual procedente del clarificador secundario de la depuradora de Alcalá de Henares resultó ser inocua para los organismos empleados en los test comerciales, pero muy tóxica para Anabaena CPB4337 produciendo una inhibición del 84% de su luminiscencia. Al analizar la toxicidad de los fibratos solubilizados en el agua residual (dopaje del agua residual) pudo observarse que las EC50 de todos los compuestos se incrementaban, disminuyendo su toxicidad para los tres organismos, pero seguían catalogándose como “peligrosas para los organismos acuáticos” según las directrices del método recomendado por EMEA.

Un punto interesante es que basándose en los resultados de los test comerciales sólo el ácido fenofíbrico sería catalogado como “peligroso para los organismos acuáticos” y que el agua residual cumpliría con los requisitos de vertido al no presentar toxicidad en los test standart, pero que la introducción de la cianobacteria como test de toxicidad hace que el gemfibrocil y el bezafibrato pasen a considerarse también “peligrosas para los organismos acuáticos” y que el agua residual se catalogue como “muy tóxica”.

Los resultados obtenidos apoyan la necesidad de desarrollar nuevos y más sensibles test de toxicidad usando especies ecológicamente relevantes para la detección de posibles efectos negativos de contaminantes ambientales que pueden ser infraestimados usando bioensayos convencionales.

Parte de estos resultados se han obtenido en el trabajo experimental que forma parte de la Tesis Doctoral del Ldo Ismael Rodea Palomares, en la Universidad Autónoma de Madrid y ha sido parcialmente financiado por el Programa MICROAMBIENTE-CM  de la Comunidad de Madrid. Ismael Rodea Palomares es beneficiario de un Contrato de Personal Investigador de Apoyo de la Comunidad de Madrid desde enero de 2008.

En este trabajo se describe una aplicación de una cianobacteria recombinante autoluminiscente derivada de la cianobacteria Anabaena sp. PCC 7120, llamada Anabaena CPB4337 como biosensor de toxicidad general en ambientes acuáticos. La cianobacteria en cuestión es capaz de detectar de forma general cualquier tipo de elemento ambiental perjudicial que le suponga un detrimento en su actividad metabólica, dicho detrimento se traduce en una disminución de la emisión de luz de la cianobacteria, lo que se utiliza como indicador de toxicidad ambiental. Dicha propiedad luminiscente se emplea ya de forma rutinaria para la medida rápida de toxicidad de muestras ambientales de toda índole (aguas fluviales, efluentes de depuradoras, aguas marinas, subterráneas, suelos, etc.) mediante ensayos de toxicidad comerciales basados en la bacteria marina naturalmente luminiscente Vibrio fischeri. Dado su origen marino, su uso en muestras continentales ha sido muy cuestionado por distintos autores dado la alteración que supone tratar las muestras con sal para poder desarrollar el ensayo.

En el artículo se explora el posible uso de la cianobacteria Anabaena CPB4337 como biosensor de toxicidad para muestras ambientales continentales. Se estudia la influencia que pueden tener distintos factores ambientales que se encuentran comúnmente en la naturaleza sobre la toxicidad de los metales pesados Hg, Cu, Zn y Cd para la cianobacteria. En el trabajo se evalúa la influencia de los cambios en el pH, la presencia de agentes orgánicos quelantes (simulados por el EDTA), los fosfatos, los carbonatos y la salinidad sobre la toxicidad detectada por la cianobacteria, y se emplea un programa de especiación química, llamado MINTEQA2 para intentar comprender y relacionar los cambios en la señal de luminiscencia de la cianobacteria con las modificaciones en la especiación química de los metales pesados en presencia de los factores ambientales mencionados.

En el trabajo pudo comprobarse que en general la toxicidad de los metales pesados correlaciona con la predicción de ión libre presente en cada tratamiento, sin embargo, los complejos Zn-EDTA y formas complejas de mercurio parecían ser también tóxicas para la cianobacteria. Un resultado interesante fue que pequeñas cantidades de fosfato y carbonato incrementaban significativamente la toxicidad de todos los metales pesados ensayados y que dichos incrementos de toxicidad no podían explicarse por cambios en la especiación química de los metales. Además se realizó un ensayo de toxicidad con la cianobacteria en altas concentraciones de sal (2%, igual que la concentración empleada en los ensayos basados en Vibrio fischeri), comprobando cambios significativos de la toxicidad de los cuatro metales con respecto a la toxicidad mostrada por los mismos en agua destilada, dichos cambios eran atribuibles a cambios en la especiación química de los metales debido a la matriz salina añadida.

Los resultados obtenidos parecen indicar que efectivamente se requieren biosensores de toxicidad más relevantes ecológicamente para conseguir una información toxicológica y de biodisponibilidad de contaminantes más real que permitan mejorar o complementar la información obtenida de ensayos de toxicidad clásicos o biosensores que se usan de forma generalizada.

Estos resultados se han obtenido en el trabajo experimental conducente al DEA del Ldo Ismael Rodea Palomares, en la Universidad Autónoma de Madrid y ha sido parcialmente financiado por Programa MICROAMBIENTE-CM de la Comunidad de Madrid. Ismael Rodea Palomares es beneficiario de un Contrato de Personal Investigador de Apoyo de la Comunidad de Madrid desde enero de 2008.

Con esta cepa se pudo demostrar que distintos estreses ambientales inducían señales de calcio libre intracelular que eran específicas y características para cada uno de esos estreses (“firmas de calcio”); uno de los estreses analizados fue la deficiencia en nitrógeno combinado que en esta cepa en concreto lleva a la diferenciación de heterocistos para poder fijar el N2; los investigadores demostraron por primera vez que una firma de calcio se requiere para el proceso de diferenciación ya que si esta firma se suprime o se modifica, el proceso de diferenciación no tiene lugar. A raíz de estos resultados se planteó la pregunta de si la firma de calcio encontrada se requería sólo en aquellas cianobacterias capaces de diferenciar heterocistos o era un requerimiento más general en respuesta a la deficiencia de un nutriente fundamental como es el nitrógeno; por ello, en el artículo recientemente publicado se ha trabajado con una cianobacteria unicelular, Synechococcus elongatus, que no fija N2 pero desarrolla un complejo proceso de aclimatación a la deficiencia de nitrógeno en el medio.

El estudio con esta especie demuestra que se induce una firma o señal de calcio muy similar a la encontrada en Anabaena en deficiencia de N; lo más interesante es que la misma señal se produce en presencia de nitrógeno combinado cuando se le añade al medio 2-cetoglutarato o análogos no metabolizables de esta molécula; en cianobacterias, el 2-cetoglutarato es el esqueleto carbonado sobre el que se fija el nitrógeno y su concentración intracelular refleja la relación N/C de la célula. Tanto la proteína señalizadora PII (codificada por glnB) como el regulador transcripcional del metabolismo del nitrógeno NtcA responden a cambios en la concentración intracelular de 2-cetoglutarato; de hecho ambas proteínas se precisan para la inducción de la firma de calcio ya que cepas mutantes de PII y NtcA no muestran la señal de calcio en respuesta a deficiencia de N. La supresión de la firma de calcio en Synechococcus inhibe la expresión de genes clave implicados en el proceso de aclimatación a la deficiencia de N y que se regulan por NtcA como glnB, glnN que codifica una glutamina sintetasa específica del proceso de aclimatación y nblA que está implicado en la degradación de la mayor reserva de N en cianobacterias, las ficobiliproteínas.

Los resultados sugieren que la señal de calcio, actuando probablemente en sinergia con los niveles elevados de 2-cetoglutarato que se producen en deficiencia de nitrógeno combinado, puede percibir un desequilibrio en la relación C/N que puede facilitar la activación transcripcional dependiente de NtcA y que es necesaria para que la célula se aclimate a la deficiencia de este nutriente.

La utilización de bacterias beneficiosas no modificadas genéticamente, como biofertilizantes aparece como una alternativa agrícola no contaminante, que disminuiría de forma sustancial el uso de fertilizantes químicos. Las bacterias adecuadas para la formulación de biofertilizantes serían aquellas capaces de movilizar nutrientes del suelo, que normalmente presentan una baja biodisponibilidad. Además de estas características que podríamos denominar “nutricionales”, existen algunas bacterias capaces de estimular el metabolismo defensivo de la planta, de tal forma, que si existe un ataque de patógenos, las plantas pueden sobrevivir con unas tasa de supervivencia mucho mayor que si no estuvieran tratadas con la bacteria. Antes de comprobar esta atractiva hipótesis en campo, es necesario realizar un estudio en planta modelo y condiciones controladas que permita establecer las bases bioquímicas y moleculares del proceso, estudio que se ha publicado en este artículo. El trabajo se ha diseñado con tres bacterias beneficiosas de distintos orígenes, Pseudomonas fluorescens Aur6, Chryseobacterium balustinum Aur9 procedentes de Lupinus (colección USP CEU) y una cepa de Azospirillum brasilense ABsp7 procedente de maíz. Se evaluó el efecto protector de las tres cepas frente al patógeno foliar P. syringae DC3000, resultando Aur9 la más efectiva (70% disminución de la enfermedad) y por tanto, con la que se continúa el estudio. Se complementa con un análisis de la ruta de transducción de la señal mediante marcadores bioquímicos y moleculares, demostrando que la inducción es sistémica y que ocurre mediada por ácido salicílico, lo que suele estar asociado a agentes patógenos. Por último, se demuestra que los lipopolisacáridos (LPS) de Aur9, son capaces de reproducir el efecto protector en concentraciones muy bajas (5 mM). Este hecho resulta especialmente prometedor en agricultura, ya que permitirá formular un agente protector natural biodegradable, disminuyendo el uso de pesticidas químicos.

Estos resultados se han obtenido en el trabajo experimental correspondiente a los proyectos financiados por el Ministerio de Educación y Ciencia AGL 2002-04188-C06-05 y AGL 2005-07923-C05-02, y un proyecto financiado por la Universidad San Pablo CEU

Está demostrado que algunas cepas bacterianas no patógenas son capaces de estimular el metabolismo defensivo de la planta de tal forma que cuando existe el ataque de un patógeno, las plantas se encuentran como “vacunadas” y pueden sobrevivir con una mortalidad mucho menor que si no estuvieran tratadas con la bacteria. Este estado fisiológico de la planta se denomina “priming” y sólo se detecta cuando aparece el agente estresante. En algunos casos, el efecto es muy específico, y solo es efectivo frente a determinados patógenos, mientras que en otros, el efecto es mucho más amplio, siendo incluso efectivo frente a factores abióticos como puede ser un choque salino. En este sentido, la aplicación de bacterias en ciertos cultivos resulta una atractiva alternativa biotecnológica respetuosa con el medioambiente  ya que la bacteria produciría un doble efecto beneficioso, por una parte, estimularía las defensas de planta frente a un patógeno, disminuyendo por tanto el uso de sustancias químicas, y por otra, permitiría obtener mejores rendimientos en condiciones de elevada salinidad, bastante frecuentes en ciertos cultivos como consecuencia de las prácticas agronómicas habituales como es el caso del arroz. Antes de comprobar esta atractiva hipótesis en campo, es necesario realizar un estudio en planta modelo y condiciones controladas que permita establecer las bases bioquímicas y moleculares del proceso, estudio que se ha publicado en este artículo. El estudio se realiza con 4 cepas procedentes de la rizosfera de pino que presentaban potencial beneficioso in vitro. Dos de las cuatro cepas, Arthrobacter oxydans BB1 y Bacillus sp. L81 son capaces de proteger efectivamente a la planta frente al patógeno foliar P. syringae DC3000 (40 y 50% de disminución de la enfermedad respectivamente), y frente a un choque salino (NaCl 60mM)(60 y 70% de disminución de marchitez respectivamente). Mediante plantas mutantes y transgénicas de A. thaliana se demuestra que utilizan la vía de inducción de defensa mediada por ácido salicílico, lo que posteriormente se confirma mediante técnicas moleculares (qRT-PCR).

Estos resultados se han obtenido en el trabajo experimental conducente a la tesis doctoral del Dr. Jorge Barriuso Maicas, en la Universidad San Pablo CEU y ha sido parcialmente financiado por el proyecto S-0505/AMB/000321 de la Comunidad de Madrid. La relevancia de estos resultados es tal que se ha obtenido una patente del uso de la cepa de A. oxydans BB1 como protector frente a condiciones de salinidad