Nueva herramienta basada en compuestos volátiles de bacterias para controlar las enfermedades poscosecha

Se ha demostrado el potencial de compuestos volátiles emitidos por bacterias para el control de hongos patógenos en poscosecha   La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) estima que la poscosecha de frutas y verduras es la mayor entre todos los tipos de pérdidas de alimentos, alcanzando hasta el 40%. Estimaciones recientes indican que las pérdidas a nivel minorista y de consumo en los EE. UU. incluyen 6,7 millones de kg de frutas y 10,6 millones de kg de hortalizas por año, lo que suma una pérdida de ~40.000 millones de dólares. El almacenamiento, el transporte y los residuos domésticos son los puntos de pérdida más críticos en las cadenas de suministro de frutas y verduras, debido en gran medida al uso inadecuado del embalaje y la gestión a granel. Estas condiciones causan estrés abiótico, como temperaturas extremas, desecación, lesiones mecánicas, bajo porcentaje de O2 y alto porcentaje de CO2, que a menudo resultan en la pérdida de alimentos. Además, las frutas y verduras son altamente perecederas porque, una vez cosechadas, también pueden sufrir estreses bióticos como infecciones de patógenos necrotróficos que invaden las heridas que comprometen tanto la cantidad como la calidad.  

Herramientas para reducir las pérdidas poscosecha

Se han utilizado varias herramientas químicas y físicas para reducir las pérdidas poscosecha de frutas y verduras debido a infecciones por hongos patógenos, pero su eficiencia y sus costos económicos y ambientales son intensamente debatidos. Por ejemplo, se ha demostrado que los fungicidas sintéticos proporcionan un control duradero de muchos patógenos vegetales objetivo y aún contribuyen en gran medida al control de enfermedades en la agricultura convencional. Sin embargo, su uso generalizado ha desencadenado graves problemas ambientales debido a su persistencia en el aire, el suelo, el agua y los alimentos, así como al desarrollo de resistencia a patógenos. Como resultado, la Unión Europea (UE), a través del Pacto Verde Europeo, tiene como objetivo reducir el uso de fungicidas químicos a la mitad para 2030, recomendando su aplicación limitada, adoptando medidas de prevención e impulsando métodos de control no químicos. Alternativamente, las tecnologías físicas como las variaciones de temperatura, la irradiación UV-C, la presión o el cambio de la composición atmosférica pueden aumentar la resistencia de las frutas y hortalizas contra el estrés abiótico y biótico después de la cosecha. Aunque estos métodos a menudo se consideran tecnologías emergentes no dañinas y libres de residuos, implican altos costos y aportes de energía. En general, ha habido una necesidad apremiante de desarrollar métodos económicos y respetuosos con el medio ambiente para el manejo de infecciones patógenas en frutas y hortalizas después de la cosecha.  

Herramienta basada en microbios

El uso de herramientas basadas en microbios para el manejo de patógenos puede brindar nuevas alternativas. En este sentido, se han utilizado diversas fitohormonas relacionadas con la defensa, elicitores biológicos y elicitores no orgánicos como biopesticidas contra patógenos vegetales y, por lo tanto, también podrían ser útiles en frutos desprendidos. En particular, los compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por microbios (p. ej., bacterias) están surgiendo como una alternativa a los tratamientos químicos y físicos convencionales, principalmente en circunstancias en las que el contacto directo entre el patógeno y su antagonista no es práctico. Los COV bacterianos podrían aumentar la toxicidad contra hongos patógenos en la fruta poscosecha y/o inducir una respuesta de defensa de la fruta. Desafortunadamente, los mecanismos subyacentes a estos efectos antagónicos aún no se conocen bien. Por lo tanto, se necesitan investigaciones en profundidad para investigar la actividad antifúngica, la eficacia y los efectos preventivos de los COV bacterianos en el control de las infecciones por patógenos en la fruta cosechada. Las industrias procesadoras de uva y vino generan anualmente entre 5 y 9 millones de kg de residuos sólidos en todo el mundo, lo que constituye entre el 20 y el 30% de los materiales procesados. Asimismo, el tomate es la segunda hortaliza más consumida en el mundo y su procesamiento industrial genera una cantidad considerable de residuos (10-30% de su peso crudo). Un problema crítico en estas industrias son las pérdidas y los desechos generados por hongos patógenos poscosecha debido a la falta de infraestructura y métodos de manejo adecuados.  

COV emitidos por Xenorhabdus nematophila y Photorhabdus laumondii subsp. laumondii

Las bacterias entomopatógenas gram negativas Xenorhabdus spp. y Photorhabdus spp. producen una amplia gama de compuestos bioactivos (péptidos, policétidos y toxinas) con propiedades antibacterianas y actividad antifúngicas, insecticida y nematicida. Sin embargo, la aplicación de estos VOC bacterianos para reducir el impacto de los hongos patógenos ha sido poco explorada y su uso práctico se encuentra en una etapa temprana. En este estudio, investigamos los efectos de los COV emitidos por Xenorhabdus nematophila y Photorhabdus laumondii subsp. laumondii sobre la infección y crecimiento del moho patógeno Botrytis cinerea en poscosecha de uvas rojas y tomates. Además, evaluamos los efectos preventivos de estos COV bacterianos contra este patógeno en uvas intactas y heridas poscosecha. En general, este estudio contribuye a una mejor comprensión de los efectos de estos VOC bacterianos en una infección patógena en dos sistemas frutícolas poscosecha, lo que ilustra el potencial de esta nueva herramienta para reducir las pérdidas poscosecha en el contexto de la agricultura y la economía globales actuales.  

Resumen

En este estudio, realizamos tres experimentos de laboratorio para investigar los efectos de los COV emitidos por dos bacterias entomopatógenas gram negativas, Xenorhabdus nematophila y Photorhabdus laumondii subsp. laumondii, sobre la infección y el crecimiento del moho patógeno B. cinerea en uvas rojas y tomates poscosecha. Además, evaluamos los efectos preventivos de estos COV bacterianos contra patógenos en uvas intactas y heridas después de la cosecha. En general, los COV emitidos por X. nematophila y P. laumondii limitaron el área de lesión de B. cinerea al 0,5% y 2,2%, respectivamente, en las uvas. De manera similar, los COV emitidos por X. nematophila y P. laumondii limitaron el área de lesión de B. cinerea al 0,5% y 0,02%, respectivamente, en los tomates. Además, la emisión de COV por parte de ambas bacterias mostró fuertes efectos fúngicos preventivos. En particular, los COV emitidos por P. laumondii redujeron al 13% la incidencia de B. cinerea en uvas dañadas expuestas a COV. Además, las uvas intactas expuestas a los COV emitidos por X. nematophila y P. laumondii redujeron la incidencia de B. cinerea en un 33%. Este estudio proporciona información valiosa sobre una posible nueva herramienta basada en bacterias que puede utilizarse como alternativa en el control integrado de enfermedades poscosecha.   [caption id="attachment_25299" align="aligncenter" width="429"] La figura es la número 2 del artículo original - Efecto antifúngico in vivo de los COV emitidos por Xenorhabdus nematophila y Photorhabdus laumondii subsp. laumondii TSB (Triptone Soya Broth) fermenta contra la pudrición del racimo por Botrytis cinerea en uvas cuatro días después de la infección. a Diagrama esquemático que muestra el enfoque metodológico para probar la actividad antifúngica de los COV emitidos por X. nematophila y P. laumondii subsp. laumondii. b Incidencia de enfermedades. c Área de lesión relativa causada por el crecimiento micelial de B. cinerea.[/caption]    

Fuente

Control of post-harvest gray mold (Botrytis cinerea) on grape (Vitis vinifera) and tomato (Solanum lycopersicum) using volatile organic compounds produced by Xenorhabdus nematophila and Photorhabdus laumondii subsp. laumondii Ignacio Vicente-Díez, Xoaquín Moreira, Victoria Pastor, Mar Vilanova, Alicia Pou & Raquel Campos-Herrera  BioControl (2023). https://doi.org/10.1007/s10526-023-10212-7