Aplicaciones biotecnológicas de bacterias del género Streptomyces

El género Streptomyces se encuentra ampliamente distribuido a través de ecosistemas terrestres y acuáticos, como saprófitos de vida libre como así también formando simbiosis con organismos eucariotas superiores. Esta diversidad ecológica se refleja en su potencial metabólico, ya que las actinobacterias son productores extremadamente versátiles de compuestos naturales con diferentes actividades de suma importancia para la salud humana, la agricultura y la industria biotecnológica. Es por eso, que en este trabajo nos propusimos caracterizar diferentes cepas de Streptomyces, y sus metabolitos bioactivos, con el fin de hallar y/o optimizar potenciales aplicaciones biotecnológicas de las mismas. En el primer capítulo de esta tesis, realizamos una búsqueda bioguiada partir de sobrenadantes de cultivos de actinobacterias que repriman la actividad del sistema de dos componentes PhoP/PhoQ de Salmonella enterica serovar typhimurium. Este patógeno oportunista infecta múltiples hospedadores y causa gastroenteritis, siendo la causa más prevalente de enfermedades transmitidas por los alimentos en todo el mundo. Ante la rápida propagación de la resistencia a los antibióticos que la combaten, existe la necesidad de encontrar compuestos con mecanismos y modos de acción alternativos. El SDC PhoP/PhoQ de S. typhimurium controla la expresión de los genes no esenciales que le permiten a este patógeno internalizarse, sobrevivir y multiplicarse dentro de las células huésped. El hecho de que homólogos al SDC estén ausentes en mamíferos, han colocado a dicho sistema como objetivo clave en la búsqueda de compuestos con efecto de anti- virulencia. Mediante el uso de cepas reporteras de genes dependientes de SDC PhoP/PhoQ en un principio se obtuvieron al menos 7 sobrenadantes de actinobacterias que reprimían la actividad transcripcional de genes controlados por el PhoP. Luego, estudios con diferentes cepas reporteras permitieron seleccionar el sobrenadante de la cepa Streptomyces eurocidicus e identificarla azomicina como el compuesto bioactivo, responsable de la capacidad inhibitoria del SDC PhoP/PhoQ. Mediante estudios transcripcionales en diferentes cepas reporteras y mutantes se pudo determinar que dicho metabolito actúa de manera reversible y específica, a través de dos posibles mecanismos: uno, generando un estado periplasmático oxidante e involucrando a MgrB como inhibidora de la proteína sensora PhoQ; y otro, actuando directamente o indirectamente sobre PhoP, reprimiendo su capacidad como regulador de respuesta, de una manera independiente de PhoQ. Por otro lado, estudios celulares con cultivos de macrófagos RAW264.7 en presencia de azomicina mostrsaron la efectividad de este compuesto para inhibir la replicación intravacuolar de Salmonella dentro de estas células fagocíticas. Frenar este paso es indispensable para evitar la dispersión del patógeno bacteriano y alcanzar órganos vitales provocando infecciones sistémicas. Estos resultados reposicionan a la azomicina secretada por S. eurocidicus para diseñar una nueva terapia que trate las infecciones por Salmonella. Por otro lado, se ha demostrado que el género Streptomyces interacciona con organismos eucariotas superiores como es el caso de las plantas, formando parte de su rizósfera o endofíticamente. Esta interacción, puede promover y proteger su desarrollo a través de compuestos antimicrobianos (antibióticos, antifúngicos, insecticidas y/o antihelmínticos), hormonas vegetales, sideróforos que ayudan en la captación de Fe o facilitando la solubilización de fosfato, entre otras. El contacto de las bacterias con las plantas también puede proporcionar protección a las mismas a través de la activación de las vías de resistencia, induciéndole una capacidad defensiva mejorada frente a próximos ataques de patógenos. En este sentido, en el segundo capítulo analizamos las cepas Streptomyces eurocidicus y Streptomyces filipinensis, y sus productos naturales, como promotoras de crecimiento de plantas de soja (Glycine max (L.) Merr.) y como protectoras frente a diferentes hongos fitopatógenos que afectan dicho cultivo vegetal. Buscando ser una alternativa ecológica y superadora a los antifúngicos químicos comerciales utilizados, que resultan dañinos para el medio ambiente y para la salud. En este trabajo pudimos demostrar in vitro la producción de AIA y de sideróforos y la capacidad de solubilizar fosfato por parte de S. eurocidicus y S. filipinensis que pueden contribuir en el crecimiento y desarrollo de las plantas de soja. A su vez, determinamos que el agregado de estas cepas de Streptomyces genera efectos positivos en la germinación, emergencia y la nodulación primaria en maceta. Por otro lado, pudimos corroborar la promoción del crecimiento y desarrollo del cultivo de soja en invernadero, en estado vegetativo y reproductivo; que se vio traducido tanto en un incremento en el rendimiento del grano con respecto a las plantas sin tratar y a aquellas pre-tratadas con el antifúngico comercial, como en una mejora transgeneracional en la germinación y estado sanitario de las semillas obtenidas en la madurez de las plantas de soja pre-tratadas con S. eurocidicus. Asimismo, también se demostró la actividad antifúngica in vitro de los polienos eurocidina y filipina producidos por S. eurocidicus y S. filipinensis, respectivamente, frente a los patógenos fúngicos M. phaseolina, D. phaseolorum, F. tucumaniae, F. verticillioides, R. solani y C. graminícola. Luego se determino la protección de los cultivos de soja en tres patosistemas diferentesde las enfermedades de Podredumbre Carbonosa, Cancro de Tallo y Síndrome de Muerte Súbita. En todos los casos se obtuvo una reducción significativa de síntomas de dichas enfermedades al tratar las semillas con S. eurocidicus o S. filipinensis en comparación con los obtenidos para los tratamientos con la mezcla de antifúngicos comerciales utilizados como referencia o los controles sin tratar. Curiosamente, en estos ensayos de biocontrol se obtuvo la misma protección con el tratamiento de las cepas salvajes que con las cepas mutantes no productoras de los polienos. Por tanto, estos resultados sugieren que podrían estar implicados otros mecanismos más allá de la producción del compuesto antifúngico poliénico. Teniendo en cuenta la separación espacial y temporal de los tratamientos de Streptomyces y la infección por patógenos dada en el sistema soja-D. phaseolorum, este efecto de protección podría explicarse a través de un mecanismo de resistencia sistémica inducida en las plantas, aunque esta hipótesis debe ser confirmada. En conjunto, estos resultados sugieren que la promoción y el biocontrol ejercido por S. eurocidicus y S. filipinensis reducirían las pérdidas en cantidad y calidad de semillas por infecciones fúngicas en el cultivo de soja. Por tanto, la aplicación de este tratamiento ecológico y sustentable, podría ser una alternativa en el manejo de control integrado contra diversos patógenos. Si bien estos resultados, no pudieron replicarse por completo en el ensayo a campo realizado, queda pendiente la reiteración en otras campañas, región/es y/o con otra/s línea/s de semillas de soja.