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Dual exploitation of natural plant strategies in agriculture and public health: enhancing nitrogen-fixation and surmounting microbial infections

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Péptidos para la simbiosis: un arma al servicio de la humanidad

El crecimiento continuo de la población trae consigo ciertas preocupaciones como la necesidad de producir más alimentos, aumentar la seguridad alimentaria y reducir la farmacorresistencia bacteriana. En la continua búsqueda de soluciones, unos científicos europeos observaron el mutualismo entre el género Medicago de angiospermas y las bacterias fijadoras de nitrógeno.

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La fijación de nitrógeno a gran escala podría limitar los efectos del uso indiscriminado de fertilizantes. Además, la capacidad de manipular la diferenciación celular en las bacterias podría resultar útil para el diseño de nuevos antibióticos sin correr el riesgo de aparición de cepas bacterianas farmacorresistentes. En el proyecto SYM-BIOTICS, financiado con fondos europeos, se estudió el proceso biológico de fijación de nitrógeno con el propósito de identificar tecnologías ecológicas destinadas a incrementar la producción agrícola y generar antibióticos novedosos. La fijación de nitrógeno en las leguminosas del clado carente de repetición invertida (IRLC) depende de unos péptidos localizados en los nódulos y ricos en cisteína (NRC) que modifican las propiedades de las bacterias endosimbiontes del género Rhizobium. Esta diferenciación de la bacteria inducida por el huésped constituye un proceso de varias etapas que finaliza con la formación de bacteroides poliploides fijadores de nitrógeno y no cultivables. Las grandes ventajas de los péptidos NCR Se elaboraron protocolos avanzados y se estudió el papel de la poliploidía y la diferenciación irreversible en los bacteroides fijadores de nitrógeno a fin de determinar la función de los NCR en este proceso. En diez leguminosas seleccionadas, se identificaron los genes de NCR cuyo número oscilaba entre unos cuantos hasta varias centenas y se detectó una relación entre la morfología del bacteroide y la complejidad de las familias de péptidos NCR. De los más de setecientos péptidos NCR en Medicago truncatula se identificaron unos ciento cincuenta péptidos en estos bacteroides, lo cual indica su elevada estabilidad. Algunos de ellos, como NCR247 y NCR169, eran esenciales para obtener una simbiosis adecuada, por lo que se demuestra su carácter único e insustituible. «Los setecientos NCR proceden de episodios de duplicación génica. Algunos de ellos presentan la misma actividad mientras que otros son esenciales. Entre estos últimos, algunos son específicos de las especies del género Medicago, como es el caso de NCR169, y otros desempeñan un papel clave en el proceso de diferenciación de la bacteria», explica la Dra. Eva Kondorosi, investigadora principal del proyecto. Un hallazgo interesante fue que algunos de estos péptidos NCR, en concreto los catiónicos, presentan propiedades antimicrobianas. Según señala la profesora Kondorosi: «Por ejemplo, NCR247 inhibe la división celular en la bacteria y su interacción con numerosas proteínas bacterianas altera la fisiología de este microorganismo a través de diversos mecanismos. In vitro, este péptido elimina de forma eficaz muchas bacterias y hongos patógenos sin causar daño alguno a las células humanas. Además, el ataque contra los microorganismos se dirige hacia diferentes dianas y mediante distintas vías, lo que reduce el riesgo de aparición de resistencias. De esto se concluye que estas propiedades son idóneas para el desarrollo de nuevos antibióticos». Se obtuvieron resultados positivos en el análisis de unos cuarenta péptidos NCR sintéticos en bacterias gramnegativas y grampositivas así como en hongos. Además de la ausencia de toxicidad en células humanas y animales, la eficacia de estos péptidos fue similar al antifúngico comercializado anfotericina B. Otra de sus ventajas es que gracias a su mecanismo dirigido a varias dianas se minimiza la farmacorresistencia. Los recursos vegetales, un regalo para el ser humano Este estudio sin precedentes sobre el uso de los péptidos NCR por parte de organismos huésped como las plantas con el objeto de modificar microorganismos ha ofrecido nuevos datos con numerosas aplicaciones. Además de mejorar la fijación de nitrógeno, esta información podría utilizarse en el desarrollo de recursos para el tratamiento de aguas residuales, la producción de hidrógeno y la rehabilitación medioambiental. «Hemos identificado candidatos prometedores para el diseño de antibióticos formados por péptidos NCR. No obstante, el trabajo aún no ha terminado. Debido al coste de la síntesis química de péptidos, es necesario reducir el tamaño de dichas moléculas. El análisis de la actuación combinada de péptidos antibióticos podría ser la clave para reducir su concentración mínima inhibidora», concluye la Dra. Kondorosi. Por último, se ha solicitado una patente en relación a los efectos antibióticos de los péptidos NCR. Gracias al trabajo desarrollado en SYM-BIOTICS es posible que se disponga en breve de antibióticos rentables y eficaces formados por estos péptidos.

Palabras clave

SYM-BIOTICS, simbiosis, antibióticos, seguridad alimentaria, péptidos NCR

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