El Sistema Inmune de las Plantas se Encuentra en los Suelos

La noticia que comentamos hoy, no por menos esperada, deja de ser hermosa. De hecho, ratifica las tesis que reiteradamente hemos mantenido en nuestra bitácora. En la naturaleza, los seres multicelulares complejos no pueden vivir sin la asistencia de una enorme plétora de microorganismos, ya hablemos de plantas o animales. Somos pues “Individuos y Ecosistemas o Individuos-Ecosistemas”. Se trata del fascinante  aunque “Perverso Encanto de la Naturaleza” (me refiero a la dificultad que entraña su estudio para esos aprendices de brujo que nos denominamos científicos). Se sabía que existen suelos en los que los microorganismos patógenos son neutralizados ya sea por el ambiente, ya por otros bichitos canijos que habitan en el medio edáfico. Hablamos de los denominados “Suelos Supresivos”. También mostramos que en nuestra epidermis y orificios (boca, nariz, estómago, etc.) habitan comunidades microbianas que nos defienden de los perversos patógenos (ver post Metabolismo del Suelo, Metabolismo Humano y Resistencia a los Antibióticos. Una Bioprospección Urgente).Me atrevería a postular (conjetura) que la ecología de las mentadas biocenosis denominadas microbioma humano y la rizosfera que albergan los bichitos supresivos guardan un sorprendente parentesco en lo que respecta a sus patrones o regularidades. ¡Tiempo al tiempo! En este sentido los fitopatólogos podrían dar lecciones a los profesionales de las ciencias biomédicas, y no al contrario. La noticia que os ofrecemos hoy esclarece que tal defensa, en los suelos inmunes a las enfermedades de las plantas (alguna o varias, aunque sospecho que no todas) es llevada a cabo en conjunción y sinérgicamente por varias especies que habitan en la rizosfera y no por una sola. Si no recuerdo mal, fue Patrick Marie Lavelle el primero, o uno de los primeros, descubridores de estos suelos denominados supresivos. Tuve el gusto de conocerle en Perú, ya que se trasladó a vivir allí hace algunos años. Eso sí, ya es la segunda vez que topo en esta materia con otro hecho que me gusta bastante menos, del tipo que ya os señalé en el post  “Suelos Supresivos, Comunidades Microbianas del Suelo y Algo más Oscuro” y tal penumbra deriva de no saber con exactitud hasta que punto la noticia es importante por si sola o consiste fundamentalmente en publicidad encubierta.

Experimentando con la rizosfera Fuente WSL

Y uso el vocablo “encubierto” pos ser respetuoso, ya que en realidad se me antoja un marketing puro y duro, con vistas a comercializar el denominado PhyloChip, que en ningún caso, puede dar cuenta de todas las especies bacterianas que se encuentran en el suelo ya que: (i) la mayor parte son desconocidas, especialmente debido a que (ii) el concepto de especie en el mundo procariota es de dudosa utilidad y finalmente (iii) a que las diferentes secuencias de códigos genéticos que incluye tal instrumento no deben ser consideradas como tales “especies virtuales”. Cuando una buena noticia científica queda empañada por estos problemas conceptuales y metodológicos, da lugar a reflexiones más profundas, por desgracia. Es palmario que se encuentran locos por vender el aparatito de marras. No dudo que “quizás sea útil”, empero cuando se encubren sus limitaciones y se vende como el Santo Grial que resuelve un enigma (la biodiversidad del suelo) (…) que los propios científicos reconocen desconocer (…).

En realidad la noticia de marras ya la traté no hace mucho tiempo en el post, Suelos Supresivos, Comunidades Microbianas del Suelo y Algo más Oscuro. Ósea que me repito en cierta medida. Ahora bien, en aquella ocasión arremetí contra el marketing soslayando, o al menos relegué  a un segundo plano, lo que más puede interesar a la mayoría de nosotros.

Y reitero de nuevo que el suelo es un reactor que me metaboliza todo la biomasa muerta (necromasa) del ecosistema, es decir que, en cierta medida, se comporta como nuestros aparatos digestivos ante lo que ingerimos, no debe extrañarnos que encontremos sorprendentes similitudes entre ambas comunidades cuando se estudien bajo las mismas perspectivas y procedimientos.

Del mismo modo, también debemos entender que cuando se alteran tales “aparatos metabólicos” tanto plantas como humanos seamos más susceptibles de sufrir enfermedades infecciosas (u de otra índole). Tanto los plaguicidas y fertilizantes químicos, como las dietas mal equilibradas que solemos adoptar (soslayando el inevitable daño de los fármacos) cambian tras tales impactos, generando un hueco por el que hurgan los patógenos.  Sería así como si se deterioraran los cortafuegos (firewall) que atesoran nuestros ingenios informáticos ante los ataques del mundo exterior. Y una vez  abierto el hueco de seguridad (…). De ahí que los plaguicidas y fertilizantes (al margen de contaminar) siempre puedan generar problemas a medio plazo, por alterar seriamente la ecología del suelo.

Quizás la medicina contemporánea se ofusque en demasía en nuestro denominado sistema inmune, y soslaye este sistema ancestral que atesoramos en nuestro seno, como animales, desde los albores de los tiempos. Por ejemplo, supongamos que una persona sufre de obesidad, si tras detectar que una determinada dieta no ha dado resultados, recomendamos otra y después otra, lo único que hacemos consiste en someter nuestros aparatos digestivos a bombazos que alteran una y otra vez, diezman, modifican y disminuyen la biodiversidad de nuestro microbioma digestivo, lo cual puede repercutir muy negativamente en la salud del paciente. Lo mismo podemos alegar en el caso de los suelos.

Reitero que si la naturaleza de la ciencia deviene de su búsqueda de leyes cada vez más generales, no estaría de más evitar ofuscarse en nuestra materia de estudio relegando las aportaciones de todas las demás. Ya expusimos un caso semejante al hablar de la mente fractal. A tal fin resulta imperativo quitarnos la boina de paletos súper-especialistas con vistas a detectar patrones comunes de comunidades microbianas asociadas a organismos tan disipares pero especialmente a disciplinas científicas “aparentemente” muy  separadas como la ecología del suelo, la fitología, la fisiología humana y la epidemiología.

Juan José Ibáñez 

It Takes a Community of Soil Microbes to Protect Plants from Disease

ScienceDaily (May 5, 2011) — Those vegetables you had for dinner may have once been protected by an immune system akin to the one that helps you fight disease. Scientists from the U.S. Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) and the Netherland’s Wageningen University found that plants rely on a complex community of soil microbes to defend themselves against pathogens, much the way mammals harbor a raft of microbes to avoid infections.

The scientists deciphered, for the first time, the group of microbes that enables a patch of soil to suppress a plant-killing pathogen. Previous research on the phenomenon of disease-suppressive soil had identified one or two pathogen-fighting microbes at work.

But the Berkeley Lab-led team found a complex microbial network. After analyzing soil from a sugar beet field that had become resistant to a pathogen that causes root fungus, the scientists found 17 soil microbes fighting to suppress the pathogen. They also determined that all of the microbes work together to reduce the incidence of fungal infection. Their discovery that plants use a tight-knit army of soil microbes for defense could help scientists develop ways to better protect the world’s food crops from devastating diseases.

«Individual organisms have been associated with disease-suppressive soil before, but we demonstrated that many organisms in combination are associated with this phenomenon,» says Gary Andersen of Berkeley Lab’s Earth Sciences Division. He conducted the research with fellow Berkeley Lab scientists Todd DeSantis and Yvette Piceno as well as several scientists from the Netherlands including Wageningen University’s Jos Raaijmakers. Their research is published in the May 5 issue of Science Express.

The Berkeley Lab and Dutch scientists analyzed soil from a sugar beet field in the Netherlands. Something in the soil suppressed the presence of the pathogen Rhizoctonia solani, which causes root fungus in beets, potato, and rice.

The sugar beets’ health followed the typical arc of plants in disease-suppressive soil: they enjoyed a few good years, then they succumbed to disease, followed by healthy beets again as pathogen-fighting microbes were activated and the soil became hostile to R. solani. To return the favor, the sugar beets funnel about a fifth of their photosynthetically captured carbon through their roots into the soil to fuel the microbes.

Disease-suppressive soils are quite common, and scientists have identified some of the microbes involved in this underground immune system. But they don’t know all of the microbes that participate.

To find out, the scientists used the PhyloChip, which is a credit-card sized chip that can detect the presence of 59,000 species of bacteria and archaea in samples of air, water, and soil without the need of culturing. It was developed at Berkeley Lab to rapidly identify not only the most common and abundant organisms in an environmental sample, but also very rare types that are present in extremely small numbers. It does this by comparing a DNA sequences unique to each bacterial species with over one million reference DNA targets on the chip. The PhyloChip has shed light on many environmental mysteries, such as what’s killing coral reefs near Puerto Rico and what degraded much of the oil from the Gulf of Mexico’s Deepwater Horizon spill.

In this case, soil samples from the sugar beet field were modified to exhibit six levels of disease suppression. DNA was isolated from the samples and sent to Berkeley Lab for analysis. The PhyloChip detected more than 33,000 bacterial and archaeal species in the samples, with all six having more or less the same types of bacteria.

But when the scientists looked at the abundance of bacteria in each sample, they found that each had a unique fingerprint. All of the samples in which disease was suppressed had a greater abundance of 17 unique types of bacteria. These included well-known fungal fighters such as Psuedomonas, Burkholderia, Xanthomonas and Actinobacteria. In addition, other types of bacteria that have no demonstrated ability to fight pathogens on their own were found to act synergistically to suppress plant disease.

Based on this, the scientists believe that an uptick in several bacterial types is a more important indicator of disease suppression than the presence of one or two bacteria that are especially good at killing pathogens.

«We now see that the complex phenomenon of disease suppression in soils cannot simply be attributed to a single bacterial group, but is most likely controlled by a community of organisms,» says Andersen.

Their research will help scientists pursue unanswered questions about disease-suppressive soil: Do plants actively recruit beneficial soil microorganisms for protection against infection? And if so, how do they do it? It will also help scientists elucidate the mechanisms by which groups of soil microbes work together to reduce the incidence of plant disease.

The research was supported in part by the California Environmental Protection Agency’s State Water Resources Control Board and the Rathmann Family Foundation.

Story Source: The above story is reprinted from materials provided by DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory.

Note: Materials may be edited for content and length. For further information, please contact the source cited above.

Journal Reference: Rodrigo Mendes, Marco Kruijt, Irene De Bruijn, Ester Dekkers, Menno Van Der Voort, Johannes H. M. Schneider, Yvette M. Piceno, Todd Z. Desantis, Gary L. Andersen, Peter A. H. M. Bakker, and Jos M. Raaijmakers. Deciphering the Rhizosphere Microbiome for Disease-Suppressive Bacteria. Science, 2011; DOI: 10.1126/science.1203980