Hongos, rizosfera, transporte de contaminantes y remediación de sitios contaminados

Ya os hemos comentado en diversos post el fascinante aunque casi desconocido mundo asociado a los sistemas radiculares de las plantas (ver también este y este post). Hablamos de la rizosfera (La Rizosfera: Universos Dentro de Universos), así como del impresionante cableado que forman las micorrizas en el seno del suelo. Sin todo este entramado, los ecosistemas terrestres se colapsarían. Por tanto, no debe extrañar que muchas investigaciones recientes descubran fragmentos de un mundo tan complejo y sorprendente. La noticia de la cual vamos a hablar hoy nos informa que las hifas de las micorrizas se asocian con ciertas bacterias que consumen cierto tipo de contaminantes muy frecuentes en el suelo, como lo son los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH). Pero estos microrganismos, por si solos, no podrían degradar tales venenos ya que no son solubles. Sin embargo, al parecer, las mencionadas hifas ayudan a que las bacterias pueden moverse muy rápidamente en el suelo adhiriéndose a su superficie. Por su parte, los PAH son absorbidos y distribuidos por los conductos de estos organismos que cablean densamente el suelo. Finalmente, mediante tales vías de transporte, logran ponerse en contacto las bacterias descomponedoras de los PAH y su venenoso degradándolo. De no existir esta estructura en red generada por los hongos, tales compuestos no podrían ni migrar en profundidad, ni ser degradados. Ahora bien, la especie en la que se ha comprobado tal proceso pertenece a un género mayoritariamente fitopatogénico, es decir que a menudo, puede hacer enfermar a las plantas a las que parasita, por lo que difícilmente podría califcarse de micorrizas benéficas (¿o sí?). En este sentido os añado unos párrafos de Wikipedia al final de la noticia. Pues bien, en otro capítulo de Wikipedia si se nos informa de que la especie en cuestión (Pythium ultimum), efectivamente es patogénica. No obstante, como ya os comenté de los nematodos fitoparásitos, muchas veces no está claro si se trata de patógenos, saprofitos, consumidores de detritus, etc., que en ciertas circunstancias pueden dañar a las plantas y en otras no. Empero Pythium ultimum debe ser utilizado en el laboratorio para otros fines, teniéndose todo su genoma secuenciado. Probablemente las hifas de otros hongos “presuntamente” y “potencialmente” menos dañinos puedan desempeñar la misma función.

Pythium ultimum transportando contaminantes: Fuente Helmholtz Center

Al margen de este hecho, del que no da cuenta la noticia ¿?, existen algunos aspectos que son dignos de consideración. En primer lugar el estudio fue llevado a cabo, en el laboratorio, por lo que no podemos aseverar a “ciencia cierta” si se comporta de la misma manera en la “realidad campo”, en donde una enorme multitud de factores pueden modificar lo que acaece en un ecosistema tan simple como una placa Petri. Finalmente, los traductores  de la nota de prensa original reinciden, como otros plumillas, en “llamar al suelo “subsuelo”, por considera ignorantemente que todo lo que no está en su superficie es telúrico (muy profundo). Se trata de una ignorancia supina de lo que los edafólogos denominamos el medio edáfico.  Sin embargo también cabría preguntarse si las detectadas relaciones entre hifas, bacterias descontaminantes, y los venenos que degradan pueden, así mismo,  favorecer la inyección de los últimos en los sistemas radiculares de las plantas haciéndolas enfermar (…).

Las Raíces y sus micorrizas. Fuente UBC Faculty of Sciences

Tal hecho puede interpretarse desde diversos puntos de vista. Por un lado, si un enclave padece de suelos gravemente contaminados, y son sembrados por especies bioacumuladoras que, a la postre se incineran y extraen del lugar, entender y potenciar “en la medida de nuestros conocimientos” el papel descontaminante de esta asociación hongos-bacterias, efectivamente podría ayudar a la descontaminación del medio edáfico. Sin embargo, si tal contaminación es más difusa que puntual, la siembra de vegetales bioacumuladores no resulta ser viable, corriéndose el riesgo de dañar todo el ecosistema vegetal. Obviamente se trata de conjeturas que aun permanecen por esclarecer. Dese la última perspectiva mentada, las proclamas de los autores podrían entenderse como temerarias y propagandísticas, guiadas por esa concepción maniquea y extremadamente utilitarista de la ciencia que padecemos actualmente. Particularmente, prefiero enfatizar lo que este estudio nos proporciona como novedoso a cerca de la estructura y dinámica del sistema edáfico. Ahora bien se trata de las primeras indagaciones de esta guisa que deben ser corroboradas por otros muchos estudios.

Para terminar, no puedo más que hacerme la siguiente pregunta. Solemos llamar rizosfera al mundo de microrganismos que habitan en contacto con la superficie de las plantas. Sin embargo las micorrizas y este otro tipo de hongos (saprofíticos y/o patógenos) pueden también transportar y relacionarse tanto con ciertas bacterias como con los sistemas radicales de los vegetales.  Por lo tanto, ¿Cuál es la frontera de la rizosfera? ¿Podemos hablar de un cierto tipo de las mismas asociadas a los conductos micorrízicos?. De nuevo la noticia que os mostramos me plantea más interrogantes que respuestas, pero así es la ciencia (….)

Juan José Ibáñez

Micorrizas cableando el suelo y expandiendo la exploración de las raíce en busca de agua y nutrientes. Fuente How Plants Works

Las autopistas fúngicas aliadas en la lucha contra las toxinas

Los hongos desempeñan una función importante en el ecosistema, pero la comunidad científica sigue aún desentrañando hasta qué punto son determinantes en la naturaleza. Algunos hongos son fáciles de reconocer, como las setas, la mayoría de las cuales surgen del suelo.

FUENTE | CORDIS: Servicio de Información en I+D Comunitario 10/09/2012

Sin embargo, hay otros hongos que viven por debajo de la superficie terrestre, en el subsuelo, donde se extienden creando una suerte de filamentos. Estos filamentos cumplen un papel similar al de las redes de carreteras, permitiendo que las bacterias se desplacen por ellos. Científicos del Centro Helmholtz de Investigación sobre el Medio Ambiente (UFZ, Alemania) acaban de descubrir a otros importantes viajeros de estas ‘autopistas fúngicas’: sustancias contaminantes que, de no existir estas vías, quedarían estancadas en la superficie. Estas redes contribuyen, pues, a la remediación de zonas contaminadas.

El estudio ha sido publicado en la revista Environmental Science & Technology y fue financiado en parte por el proyecto Biogrid (Red de información y conocimientos sobre biotecnología), dotado con una financiación de casi 835.000 euros en virtud del área temática Tecnologías de la sociedad de la información (TSI) del Quinto Programa Marco (5PM) de la Unión Europea.

La mayoría de los hongos existe en el entorno manteniendo relaciones simbióticas, unas veces beneficiosas, otras veces antagonistas y otras simplemente sin causar ni daños ni beneficios. Según los autores, los mencionados filamentos fúngicos pueden relacionarse con bacterias consumidoras de contaminantes e incluso favorecerlas. Determinadas bacterias se alimentan de sustancias químicas tóxicas y son capaces de convertirlas en sustancias inocuas, constituyendo así un medio natural de restaurar suelos dañados. Pero estas bacterias no siempre se encuentran en las proximidades para alimentarse de dichas sustancias. «El inconveniente es que en muchos casos los contaminantes no llegan siquiera hasta ellas», explicó el investigador del UFZ Lukas Y. Wick, coordinador del estudio.

A estas bacterias se les resisten aquellas sustancias que son insolubles en agua, como por ejemplo los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH) hallados en el carbón y el petróleo crudo y emitidos prácticamente en todos los procesos de combustión. Las bacterias y los PAH rara vez entran en contacto en el complejo laberinto de poros llenos de agua o bien de aire que se encuentran repartidos por el subsuelo. La razón es que los microorganismos se concentran mayoritariamente en agua y finas películas líquidas.

«Los PAH son prácticamente insolubles en agua, por lo que se suelen adherir a partículas de tierra en los diminutos poros llenos de aire» a los que las bacterias no pueden acceder, según explicó el Dr. Wick. Por consiguiente, existen barreras de aire entre las bacterias y sus fuentes de alimento.

En un estudio anterior, el Dr. Wick y sus colaboradores descubrieron que las bacterias eran capaces de aprovechar la infraestructura proporcionada por estas redes fúngicas. El entramado fúngico sirve a modo de «autopista» por la que los microorganismos pueden desplazarse y propagarse. Se mueven por la superficie de las hifas y logran superar sin dificultad las barreras de aire existentes entre cada par de poros llenos de agua. En su última investigación, en la que han colaborado con científicos de la Universidad de Lancaster (Reino Unido), el equipo del UFZ indagó en la posibilidad de que los contaminantes también pudieran propagarse empleando el mismo entramado fúngico.

Para ello analizaron un pseudohongo llamado Pythium ultimum muy común en el subsuelo. Éste se colocó en una placa central donde había nutrientes, a partir de la cual pudo extender sus hifas a derecha e izquierda para alcanzar otras dos fuentes de nutrientes. Los tres puntos de alimento estaban comunicados por rectángulos de material en los que no había nutrientes. Entre las placas de nutrientes y los rectángulos había varios huecos que tan sólo contenían aire. De este modo se simularon los poros llenos de aire existentes en el subsuelo.

En el borde de un rectángulo, los investigadores del UFZ aplicaron un PAH llamado fenantreno. Seguidamente, comprobaron a intervalos regulares si esta sustancia podía detectarse en otros puntos de la trayectoria estudiada. «Los resultados fueron asombrosos», aseguró el Dr. Wick. En cuestión de horas, el PAH se había desplazado de un extremo del espacio del experimento hasta el otro a una velocidad entre diez y cien veces superior a la que podría haber alcanzado mediante difusión simple. Además fue capaz de sortear los huecos de aire sin trabas, lo cual habría sido imposible siguiendo la misma trayectoria sin valerse de las redes de hifas.

«Así pues, las redes de hifas no sólo sirven como ‘autopistas’ para las bacterias, sino también como conductos para contaminantes«, aseguró Wick. «Una sola hifa es capaz de transportar por hora hasta seiscientas veces el peso de una bacteria individual».

El equipo británico analizó este transporte en profundidad. El contaminante migra atravesando la pared celular y penetrando en el interior de las hifas. Una vez allí, queda rodeado de burbujas diminutas que a continuación Pythium ultimum bombea a lo largo de su extenso entramado. De esta manera, el conducto fúngico no sólo extiende el fenantreno, sino también otras sustancias prácticamente insolubles en agua e inmóviles hasta entonces.

Los investigadores repitieron el experimento con varios PAH distintos y con todos se observó un transporte eficiente. No obstante, cabe matizar que el transporte de moléculas pequeñas fue mejor que el de moléculas grandes en recorridos largos. «Suponemos que las hifas no pueden absorber tan bien las grandes», apuntó Wick.

Los autores confían en que este mecanismo se pueda aprovechar en un futuro para la remediación de suelos contaminados. El empleo dirigido de redes fúngicas podría acelerar la degradación de PAH y quizás también de otras sustancias prácticamente insolubles en agua. «El mecanismo podría funcionar solamente si se combinan determinados hongos con determinadas bacterias«, puntualizó Wick, puesto que algunos tipos de estos organismos son incompatibles o se inhiben mutuamente. En la actualidad los investigadores del UFZ buscan los ‘socios’ más adecuados para su «equipo microbiano de eliminación de contaminantes»

Noticia original en la página Web de la institución aquí

Artículo original: Shoko Furuno, Susan Foss, Ed Wild, Kevin C. Jones, Kirk T. Semple, Hauke Harms and Lukas Y. Wick (2012): Mycelia Promote Active Transport and Spatial Dispersion of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 5463−5470                         http://dx.doi.org/10.1021/es300810b

Resumen

To cope with heterogeneous subsurface environments mycelial microorganisms have developed a unique ramified growth form. By extending hyphae, they can obtain nutrients from remote places and transport them even through air gaps and in small pore spaces, repectively. To date, studies have been focusing on the role that networks play in the distribution of nutrients. Here, we investigated the role of mycelia for the translocation of nonessential substances, using polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) as model compounds. We show that the hyphae of the mycelial soil oomycete Pythium ultimum function as active translocation vectors for a wide range of PAHs. Visualization by two-photon excitation microscopy (TPEM) demonstrated the uptake and accumulation of phenanthrene (PHE) in lipid vesicles and its active transport by cytoplasmic streaming of the hyphae (‘hyphal pipelines’). In mycelial networks, contaminants were translocated over larger distances than by diffusion. Given their transport capacity and ubiquity, hyphae may substantially distribute remote hydrophobic contaminants in soil, thereby improving their bioavailability to bacterial degradation. Hyphal contaminant dispersal may provide an untapped potential for future bioremediation approaches.

De acuerdo a Wikipedia, muchas especies de Pythium, junto con sus parientes cercanos, Phytophthora, son patógenos de plantas de importancia económica en la agricultura. Pythium ocasiona la podredumbre común de las raíces de las plantas. Esta es una enfermedad muy común en el campo y los invernaderos, donde el organismo mata a las plantas en los semilleros recién plantados (Jarvis, 1992). Esta enfermedad por lo general implica relaciones complejas con otros hongos como Phytophthora y Rhizoctonia.

Las distintas especies de Pythium tienden a ser muy inespecíficos y generalistas en su gama de huéspedes. Cada especie puede infectar a una amplia gama de huéspedes (Owen-Going, 2002), mientras que las especies de Phytophthora son generalmente más específicos con respecto al huésped. Por esta razón, las especies de Pythium son más devastadores en las cosechas, puesto que la rotación de cultivos por sí sola a menudo no puede erradicar al agente patógeno. El barbecho tampoco erradica al patógeno puesto que Pythium también es un saprofito y va a sobrevivir mucho tiempo en materia vegetal en descomposición.

Sin embargo, los daños ocasionados por Pythium se limitan a un área de los cultivo. Esto se debe la poca movilidad de las zoosporas, que necesitan una superficie de agua para trasladarse y a la capilaridad de las partículas del suelo, que tienden a actuar como un filtro natural. En los sistemas hidropónicos en invernaderos, donde las plantas de extensos monocultivos se mantienen en solución nutritiva (que contienen nitrógeno, potasio, fosfato y micronutrientes) que se recircula continuamente en los cultivos, Pythium puede causar una extensa y devastadora podredumbre de las raíces (Jarvis, 1992; Owen-Going, 2002, Owen-Going et al., 2003). La podredumbre de las raíces afecta a todo el cultivo (decenas de miles de plantas, en muchos casos) en un plazo de dos a cuatro días (Owen-Going, de 2002, Owen-Going et al., 2003).

Sin embargo, varias especies de Pythium, incluyendo P. Oligandrum, P. Nunn, P. Periplocum y P. acanthicum son micoparásitos de hongos y oomycetes parásitos, por lo que han recibido gran atención como agentes de control biológico