Mejora genética en lechuga para aumentar la seguridad alimentaria

Los patógenos entéricos humanos tienen la capacidad de sobrevivir en el hábitat de las plantas y representan un desafío importante para la horticultura. Los brotes de enfermedades entéricas asociadas con el consumo de frutas y verduras se han vuelto más predominantes que las enfermedades asociadas con productos alimenticios de origen animal y continúan sobrecargando los sistemas de salud pública y seguridad alimentaria con un gran impacto en la industria agrícola. 

La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) y la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) reconocen el riesgo para la salud pública causado por los brotes de Escherichia coli patógena asociados con los productos agrícolas. Los análisis demostraron que la E. coli patógena y las verduras de hojas verdes constituyen un alto riesgo.

Particularmente preocupante es la recurrencia de brotes de E. coli productora de toxina “Shiga” (STEC), el agente causante del síndrome urémico hemolítico (SHU), asociado con la lechuga a pesar de los intensos esfuerzos para controlar la contaminación de los cultivos con patógenos.

Fitomejoramiento para mejorar la seguridad alimentaria

Por lo tanto, STEC y la lechuga han sido considerados con un nuevo enfoque para mejorar la seguridad de los productos: la investigación del fitomejoramiento como estrategia para prevenir y mitigar la contaminación de los cultivos.

Las plantas pueden generar una respuesta de defensa contra una amplia gama de patógenos y plagas de insectos a través de la inmunidad basal. Estas respuestas se rigen por vías complejas e interconectadas reguladas por moléculas de señal como etileno, ácido salicílico y ácido jasmónico.

La activación de estas vías conduce a cambios en la pared celular de la planta junto con la producción de enzimas y compuestos que en conjunto brindan una defensa contra los organismos invasores.

Cada vez hay más evidencia de que las plantas también pueden reconocer y responder a la presencia de patógenos entéricos humanos, lo que resulta en el cierre de estomas, una mayor expresión de genes relacionados con patógenos, explosión de reactivas de oxígeno (ROS y modificaciones de la pared celular.

Capacidad para bloquear la colonización por patógenos humanos

Se sabe que estas respuestas de defensa a los patógenos humanos varían según el cultivar de planta, lo que apoya el uso de la genética vegetal como una nueva herramienta en la prevención de brotes de enfermedades transmitidas por alimentos, en ese caso, asociados a la lechuga.

De particular interés para la seguridad son las diferencias entre cultivares en su capacidad para el bloqueo de la colonización epífita y endofítica por patógenos humanos.

La lechuga ha sido implicada en brotes recurrentes de infección por STEC. La respuesta de defensa de las plantas al daño mecánico, incluida la herbivoría de insectos, y la inmunidad basal a los patógenos necrotróficos de las plantas se regulan en gran medida a través de la vía de señalización del ácido jasmónico.

La activación de esta vía tras una lesión, provoca defensas de las plantas como la lignificación y el depósito de callosa en el sitio de la herida, y la producción de enzimas proteinasas, ROS y compuestos fenólicos y polifenólicos, algunos de los cuales se sabe que antagonizan los patógenos humanos. 

Estos diversos compuestos fenólicos se generan a través de la vía de los fenilpropanoides mediante la transformación de la fenilalanina en ácidos hidroxicinámicos a través de la enzima fenilalanina amoniaco-liasa. La herida induce la expresión de esta enzima, lo que conduce a la producción de antocianinas y flavonoides.

Después de una herida, la pérdida de la integridad de la pared celular genera un estallido oxidativo debido a un influjo de oxígeno en las células dañadas que produce ROS. Las enzimas polifenol oxidasa y peroxidasa que también forman parte de la vía de los fenilpropanoides, generan adicionalmente ROS durante la decoloración oxidativa. En particular, las peroxidasas de la pared celular generan ROS en respuesta al ataque de patógenos y contribuyen al estallido oxidativo apoplásico durante la herida.

La oxidación de compuestos fenólicos por enzima polifenol oxidasa conduce a la generación de quinonas. Las quinonas participan de los ciclos redox, lo que resulta en una mayor generación de ROS. En conjunto, la producción de estas especies y la actividad de las enzimas polifenol oxidasa y peroxidasa son marcadores útiles para evaluar la fuerza de la respuesta a la herida en las plantas.

Compuestos fenólicos que disminuyen la población de patógenos humanos

Recientemente se evaluó la supervivencia del serovar O157:H7 (EcO157) de STEC en condiciones de almacenamiento en frío de hojas intactas y cortadas de varios cultivares de lechuga (Lactuca spp.). Los cultivares se clasificaron previamente también según fenotipos como resistencia a otros fitopatógenos y rasgos fisiológicos. 

Se determinaron los compuestos fenólicos como antocianinas totales y ROS en las hojas, y se cuantificó la actividad de fenilalanina liasa, peroxidasa y polifenol oxidasa en cada cultivar. Se observó una disminución de la población de EcO157 de hasta 42 veces en hojas cortadas almacenadas, en elación a las hojas intactas almacenadas en frío. 

La alta actividad de las enzimas fenilalanina amoniaco-liasa y  peroxidasa, y contenido de fenólicos y antocianinas, se asociaron con una alta disminución de la población de EcO157. 

La inmunidad basal de la planta y las vías asociadas con una fuerte respuesta a la herida pueden informar sobre la supervivencia de patógenos entéricos en lechuga poscosecha procesada. Los rasgos relacionados identificados en este estudio pueden servir para generar nuevos genotipos con seguridad microbiana intrínsecamente mejorada.

Fuente

George, A. S.; Simko, I.; Brandl, M. T. (2024). Identification and characterization of lettuce cultivars with high inhibitory activity against the human pathogen Escherichia coli O157:H7: Toward a plant-intrinsic hurdle approach to microbial safety. Postharvest Biology and Technology, 211:112816.

Imagen
https://dfinnova.com/2022/08/05/la-lechuga-el-imprescindible-del-huerto/  Acceso el 22/05/2024.