Metabolitos con actividad antifúngica producidos por el Género Bacillus

Abstract

Bacterias pertenecientes al género Bacillus son importantes agentes de control biológico, es decir actúan en el suelo liberando metabolitos que impiden el desarrollo de otros microorganismos que son patógenos para el desarrollo de las plantas, por lo tanto estas bacterias se convierten en una alternativa a la aplicación de agroquímicos. Entre los distintos mecanismos de biocontrol utilizados por Bacillus subtilis se encuentran la producción de enzimas extracelulares, la estimulación de las capacidades defensivas de la planta y fundamentalmente la producción de metabolitos secundarios que son en su mayoría lipopéptidos de bajo peso molecular. Estos metabolitos, en base a sus propiedades biológicas y fisicoquímicas, se los clasifica en tres familias: Surfactinas, Fengycinas e Iturinas. Las surfactinas son poderosos biosurfactantes y estas propiedades estructurales las capacita para actuar como fuertes desestabilizantes de membranas biológicas. Por otra parte, Bacillus subtilis bajo ciertas condiciones de cultivo posee la capacidad de formar un biofilm que la protege frente a condiciones ambientales adversas. El objetivo de este trabajo fue vincular la producción de metabolitos antifúngicos con la formación de biofilm y el crecimiento, modificando las condiciones de cultivo a través de la variación de la concentración del monómero de ácido L–glutámico y utilizando diferentes fuentes de carbono. Se realizaron ensayos de antibiosis y se seleccionaron fracciones activas contra los hongos Fusarium solani y Pythium sp., con los sobrenadantes bacterianos activos se realizó un barrido espectral. Se estudio la presencia de biosurfactantes mediante la detección de actividad hemolítica e índice de emulsificación. Se optimizó la concentración de la fuente nitrogenada para la obtención de un biofilm. Conclusiones: B. subtilis subsp. spizizenii mostró actividad antifúngica contra los fitopatógenos Fusarium solani y Pythium sp.. Esta actividad se encontró en los extractos acuosos de cultivos en su fase estacionaria tardía de crecimiento y alguno de los metabolitos activos implicados absorben a 300nm. La mayor actividad antifúngica se obtuvo cuando la concentración de ácido L-glutámico fue 34mM y la fuente carbonada utilizada fue glicerol 1%. Esto sugiere que la síntesis de estos metabolitos fue mayor cuando la bacteria desarrolló en condiciones nutricionales deficitarias utilizando una fuente carbonada de tres carbonos como el glicerol. Bajo esas condiciones nutricionales la bacteria pudo desarrollar un biofilm, esta matriz propiciaría un ambiente protegido para el crecimiento de la bacteria y para que desarrolle su acción de biocontrol contra los microorganismos patógenos. B. subtilis subsp. spizizenii liberó al medio extracelular sustancias biosurfactantes, la liberación de estas moléculas sería un mecanismos por el cual la bacteria podría ejercer su actividad antifúngica desestabilizando las membranas celulares de los fitopatógenos.

Bacteria belonging to the Genus Bacillus are important biological control agents, that is, they act on soil releasing metabolites that prevent the development of other microorganisms that are pathogens for plant growth, so these bacteria become an alternative for agrochemical use. Among the different biocontrol mechanisms used by Bacillus subtilis there is the production of extracellular enzymes, the estimulation of plants defensive capabilities and fundamentally the production of secondary metabolites that are in most cases low molecular weight lipopeptides. These metabolites, based on their biological and physiochemical properties are classified in three groups: Surfactants, Fengycins and Iturins. Surfactants are powerful biosurfactants, their structural properties enable them to perform as a strong biological membrane destabilizer. Furthermore, Bacillus subtilis under certain culture conditions has the ability to form a matrix (biofilm) that protects itself against environmental conditions. The aim of this work was to link the production of anti-fungal metabolites with the formation of biofilm and growth, modifying culture conditions through the variation of acid monomers L-glutamic concentration and the use of different carbon sources. Conclutions: Bacillus subtilis showed antifungal activity against the phytopathogenics Fusarium solani and Pythium sp. This activity was found in the aqueous culture extracts in its late stationary growth and some of the active metabolites involved absorb 300 nm. The highest antifungal activity was obtained when the concentration of L-glutamic acid was 34mM and the carbon source used was glycerol 1%. This suggests that the synthesis of these metabolites was greater when the bacteria developed under deficit nutritional conditions using a three-carbon carbon source such as glycerol. Under these nutritional conditions the bacteria could develop a biofilm, this matrix would propitiate a protected environment for the growth of the bacteria and to develop its biocontrol action against the pathogenic microorganisms. B. subtilis subsp. spizizenii released extracellular substances biosurfactantes, the release of these molecules would be a mechanism by which the bacterium could exert its antifungal activity by destabilizing the cell membranes of phytopathogens.