Episodio 27 Endosimbiosis rizobio leguminosa

En este episodio, hablamos con el investigador Luis Rey sobre fijación biológica del nitrógeno y, en particular, sobre la asociación endosimbiótica rizobio-leguminosa, del cual el Dr. Rey, (Profesor titular en la ETSI Agronómica Alimentaria y de Biosistemas-UPM, e investigador del grupo “Asociaciones de Bacterias Simbióticas con Plantas” del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas), es experto.
El nitrógeno es uno de los nutrientes más escasos, y, sin embargo, su importancia es capital. Este elemento forma parte de biomoléculas tales como aminoácidos (los bloques estructurales con los que se construyen las proteínas) o ácidos nucleicos (de entre los que se encuentra el ADN). Sin embargo, solamente un pequeño grupo de microorganismos es capaz de captar el nitrógeno atmosférico (N2) y convertirlo en una forma aprovechable del nitrógeno por los seres vivos como es el amonio. Algunos de estos microorganismos -que reciben el nombre de diazótrofos- son de vida de libre, pero otros como los rizobios, donde se incluyen diversos géneros dentro de las α- y β-proteobacterias, se asocian selectivamente con plantas, específicamente con leguminosas.
Esta asociación simbiótica se materializa en la formación de unas estructuras en la raíz de la planta conocidas como nódulos, que es donde viven las bacterias. Ahí, las millones de células de rizobio producen amonio, que es aprovechado por la planta, la cual cede cambio parte de los azúcares que fabrican por fotosíntesis.
El porqué esta relación mutualista solo afecta a leguminosas es una de las preguntas cuya respuesta no está del todo clara, aunque parece ser que la explicación recae en los receptores que reconocen las bacterias y que van a ser importantes para la respuesta que la planta produzca tras el intercambio de señales entre la planta y la bacteria. De esta forma, las leguminosas son capaces de atenuar la respuesta inmunitaria de defensa para favorecer la colonización de la bacteria y la formación de nódulos. A pesar de ello, es interesante ver cómo las plantas no adoptan una actitud pasiva una vez se asocian con los rizobios, ya que son capaces de evitar un exceso de nódulos o incluso, relegar de aquellas bacterias menos eficientes fijando nitrógeno.
Hablamos también de los sistemas de secreción de tipo III y tipo VI, unas «nanojeringas» que emplean las bacterias para translocar efectores y tema de investigación en el que se desempeña Luis Rey. Se ha observado que la nodulación no es eficiente en aquellas bacterias que tienen mutado los genes que codifican para las nanojeringas de tipo VI, aunque todavía no somos capaces de dilucidar completamente las razones de ello. Para ello, habrá que caracterizar con más detalle qué efectores están involucrados, aunque se ha visto que muchos de ellos tienen una función antimicrobiana y podrían estar involucradas en la eliminación de competidoras.
La nitrogenasa, la enzima empleada por los diazótrofos para convertir en nitrógeno atmosférico en amonio, es muy sensible al oxígeno y eso ha requerido de distintas estrategias -en función del microorganismo- para sortear la inhibición del enzima, que también comentamos en el episodio.
La reacción química catalizada por la nitrogenasa es muy compleja y en ella se genera también hidrógeno como subproducto. Recientes investigaciones buscan estudiar si ese hidrógeno liberado puede actuar como una fuente de energía para los microorganismos del entorno.
Gracias a esta asociación simbiótica, las leguminosas son alimentos ricos en proteína vegetal, lo que podría ayudar a equilibrar la dieta al moderar el consumo de carne. Algo que, por otra parte, no es nuevo, ya que la milenaria dieta mediterránea se basa en un consumo elevado de vegetales (incluidas legumbres) y moderado para el caso de la carne.
Por último, mencionamos algunas estrategias biotecnológicas para expandir la fijación biológica del nitrógeno a nuevos cultivos. Destacamos el ambicioso proyecto de expresar la nitrogenasa en cereales, cuyo estudio y desarrollo lleva a cabo el laboratorio del Dr. Luis Rubio en el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas.
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