Revisión sobre el control biológico en poscosecha centrado en levaduras

Revisión a cargo de investigadores de varios países, Bilal Agirman et al., publicada en Yeast, sobre los antecedentes de los procedimientos de biocontrol poscosecha con levaduras  

Destacados

• Los fungicidas sintéticos son el enfoque de manejo de enfermedades poscosecha más utilizado
• La literatura ha demostrado el potencial biocontrolador comercial de las levaduras
• Se han descubierto varios mecanismos entre los antagonistas de la levadura y moho
• Comprender las interacciones entre la levadura antagonista y la levadura/bacteria deteriorante es crucial
• Debido a problemas de comercialización, este tipo de productos antifúngicos rara vez se comercializan.

 

Introducción

Las frutas y hortalizas frescas constituyen una gran parte de la dieta humana; son ricos en nutrientes esenciales como vitaminas, minerales, fibra dietética y antioxidantes que son importantes para mantener una buena salud (Hossain et al., 2017). Cuanto más aprenden los consumidores sobre la conexión entre nutrición y salud, más probabilidades hay de que consuman frutas y verduras frescas. Según los datos más recientes de la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO) (2021), 58,03 millones de hectáreas produjeron 1,15 mil millones de toneladas de hortalizas frescas y 66,48 millones de hectáreas produjeron 909,64 millones de toneladas de fruta fresca, para un total de más de 2 mil millones de toneladas de frutas y verduras frescas producidas a nivel mundial en 2021 (FAO, 2021).

Pérdidas poscosecha

Sin embargo, después de la cosecha, las frutas y verduras frescas están sujetas a diversos procesos de deterioro que pueden provocar pérdidas económicas. La mayor parte del deterioro de los alimentos es causado por hongos. Las pérdidas poscosecha pueden representar hasta el 25% de la producción total de frutas y hortalizas en los países desarrollados, pero son incluso superiores al 50% en los países en desarrollo (Agirman & Erten, 2020; Spadaro & Droby, 2016).

Infecciones por hongos

Las infecciones por hongos provocan un grave deterioro de la calidad de las frutas y hortalizas y su vida útil se acorta considerablemente. La proporción de pérdidas poscosecha de frutas y verduras está aumentando debido a un transporte, procesamiento y almacenamiento inadecuados en condiciones subóptimas (Liu et al., 2013). Las especies de hongos pertenecientes a los géneros Alternaria, Aspergillus, Botrytis, Colletotrichum, Fusarium, Geotrichum, Gloeosporium, Monilinia, Mucor, Penicillium y Rhizopus son responsables de la mayoría de las enfermedades poscosecha (Leyva Salas et al., 2017; Oufensou et al., 2023). ). Además de las cuestiones económicas, los alimentos infectados representan un riesgo potencial para la salud porque varios hongos, incluidos Alternaria, Penicillium y Fusarium, generan micotoxinas, metabolitos secundarios dañinos para la salud humana. Por ejemplo, Penicillium expansum es responsable del moho azul poscosecha que afecta a una gran variedad de frutas como pera, manzana y melocotón, y produce una amplia gama de micotoxinas, incluidas citrinina, patulina y quetoglobosinas, todas las cuales muestran potencial para causar cáncer. (Liu et al., 2013). El moho verde, causado por Penicillium digitatum, es la enfermedad poscosecha más común en los cítricos. Este agente ha sido reconocido como causa de neumonía mortal (Moraes Bazioli et al., 2019; Oshikata et al., 2013). Durante sus fases de crecimiento, Aspergillus (A.) niger, A. carbonarius y A. tubingensis también son capaces de producir micotoxinas como la ocratoxina A (OTA) y la fumonisina B2. Entre estas micotoxinas, la OTA es la toxina más común en la uva y sus productos derivados (vino, jugo de uva, pasas, etc.) (Pantelides et al., 2015).

Manejo de patógenos poscosecha

Uno de los desafíos más importantes del sector de frutas y hortalizas frescas es la gestión eficaz de patógenos poscosecha. El uso de fungicidas químicos para el manejo y control de enfermedades poscosecha es una práctica extendida y eficaz en todo el mundo. Debido a sus efectos agudos, acumulativos y sinérgicos, el uso de fungicidas químicos está estrictamente regulado por ley (de Paiva et al., 2017). Según la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), se encontraron residuos de componentes sintéticos en aproximadamente el 45% de las muestras de alimentos analizadas en 2014, y el 1,9% de esas muestras tenían residuos que excedían los límites legales; algunos de los alimentos analizados también dieron positivo por la presencia de pesticidas que no están aprobados por la Unión Europea (EFSA, 2014).

La necesidad de otras herramientas

Los efectos ambientales negativos de los productos químicos sintéticos, combinados con la preocupación por la aparición de biotipos de patógenos humanos resistentes a los fungicidas y un fuerte deseo de los consumidores de alimentos libres de residuos de pesticidas, microorganismos dañinos y toxinas, así como restricciones legales estrictas sobre el uso de productos químicos sintéticos. fungicidas, han llevado a una búsqueda global de métodos de biocontrol alternativos más seguros, más eficientes, con bajos residuos, no tóxicos, ambiental y económicamente amigables (Romanazzi et al., 2017; Spadaro & Droby, 2016). El uso de levaduras principalmente, pero también de mohos, bacterias del ácido láctico y bacterias Gram positivas y Gram negativas como agentes de biocontrol microbiano (BCA, por sus siglas en inglés) ha surgido como un enfoque prometedor entre varios métodos para prevenir enfermedades poscosecha de frutas y verduras (Lamont et al. otros, 2017).

Biocontrol, antagonistas, ...

"Biocontrol", "control biológico" o "bioconservación" se refiere al uso de organismos autóctonos o añadidos o sus metabolitos con efectos antimicrobianos capaces de prolongar la vida útil  de los alimentos (Leyva Salas et al., 2017). Smith (1919) fue el primer autor en utilizar el término “control biológico” para describir la acción de los enemigos naturales de los insectos exóticos para la supresión permanente de las plagas de insectos (Di Canito et al., 2021). El objetivo de una estrategia de control biológico es limitar la propagación o proliferación de una especie invasora mediante el uso de enemigos naturales (Kang et al., 2017). En este contexto, el término “enemigo natural” se refiere a microorganismos que actúan como antagonistas. La palabra antagonista proviene de la palabra griega “antagonistēs” (competidor, oponente, enemigo, rival) que se deriva de anti (contra) y agonizesthai (luchar por un premio). El microorganismo antagonista es el enemigo opuesto que bloquea al personaje principal. El antagonismo es una de las formas en que los microorganismos establecen el equilibrio biológico en la naturaleza. En esta relación, uno de los dos microorganismos que coexisten daña directa o indirectamente al otro perjudicando su desarrollo y reproducción, y limita o elimina su supervivencia.

Estrategias

Según Sharma et al. (2009), existen dos estrategias principales para utilizar antagonistas microbianos para reducir las infecciones poscosecha de frutas y verduras. La primera es utilizar microorganismos que ya están presentes en un producto de forma natural y que pueden fomentarse y gestionarse. El segundo enfoque es la introducción artificial de agentes microbianos contra los patógenos poscosecha.

Objetivos de la revisión

Esta revisión tiene como objetivo proporcionar información sobre los antecedentes de los procedimientos de biocontrol poscosecha centrados en levaduras mediante el examen de los desarrollos recientes en la literatura actual. El manuscrito se divide en las siguientes subsecciones:

1. La importancia de las levaduras en las aplicaciones de biocontrol y las características de un antagonista ideal poscosecha
2. Interacciones microbianas dentro de los BCA
3. Mecanismos de acción definidos en los sistemas de biocontrol
4. Mejorar la bioeficacia de los antagonistas microbianos
5. Aplicaciones comerciales
6. Limitaciones y perspectivas futuras

 

Más contenidos

2 | IMPORTANCIA DE LAS LEVADURAS EN EL BIOCONTROL Y CARACTERÍSTICAS DE UN ANTAGONISTA IDEAL POSCOSECHA 3 | INTERACCIONES MICROBIANAS DENTRO DE BCA (agentes de biocontrol) TABLA 1 Algunas levaduras antagonistas efectivas en el control de enfermedades poscosecha de frutas y verduras reportadas en la literatura 4 | MECANISMOS DE ACCIÓN DE ANTAGONISTAS MICROBIANOS 4.1 | Competencia por nutrientes y espacio. 4.2 | Agotamiento del hierro 4.3 | Parasitismo y producción de enzimas líticas. 4.4 | Papel de las ROS (especies reactivas de oxígeno) en la respuesta de defensa 4.5 | Formación de biopelículas y QS (quorum sensing) 4.6 | Secreción de compuestos antimicrobianos difusibles y volátiles (COV, compuestos orgánicos volátiles) 4.7 | Inducción de resistencia 5 | MEJORA DE LA BIEFICACIA DE LOS ANTAGONISTAS MICROBIANOS 6 | APLICACIONES COMERCIALES Y DESAFÍOS 7 | PERSPECTIVAS DE FUTURO Y SUGERENCIAS  

Bioprotectores disponibles comercialmente

En la TABLA 2 del trabajo original se recogen productos bioprotectores disponibles comercialmente desarrollados para controlar enfermedades poscosecha en frutas y hortalizas (Agirman et al., 2019; Kowalska et al., 2022; Leyva Salas et al., 2017; Spadaro & Droby, 2016). El orden a continuación es por país fabricante, nombre comercial del producto y microorganismo, patógenos objetivo y campo de aplicación.

Alemania

BoniProtectTM, Aureobasidium pullulans Botrytis cinerea, Penicillium expansum, Monilinia fructigena Frutas de pepita

Austria

Blossom ProtectTM. Aureobasidium pullulans Erwinia amylovora, Botrytis cinerea, Colletotrichum gloeosporioides Frutas de pepita (manzanas, peras, membrillos) BotectorTM, Aureobasidium pullulans Botritis cinerea Manzanas, peras, fresas, vides y otras frutas.

Canadá

YieldPlus™, Cryptococcus albidus Botrytis spp., Penicillium spp., Mucor spp. Frutas de pepita, Cítricos, Pera, Manzana

España

CandifruitTM, sake Candida Penicillium expansum, Botrytis cinerea, Rhizopus stolonifer frutas de pepita PantovitalTM, Pantoea aglomerans Botrytis cinerea, Penicillium digitatum, Penicillium expansum, Rhizopus stolonifer, Monilinia spp. Cítricos, Frutas de pepita

EE.UU

AspireTM, Candida oleophila Penicillium expansum, Botrytis cinerea, Rhizopus stolonifer Cítricos, Frutas de pepita, Manzana, Melocotón BioSaveTM, Pseudomonas syringae Penicillium expansum, Botrytis cinerea, Mucor piriformis, Fusarium sambucinum, Geotrichum candidum Frutas de pepita, Cítricos, Pera, Patatas, Cerezas, Manzana SerenadeTM, Bacillus subtilus Monilinia fructicola, Erwinia amylovora, Phytophthora infestans Uva, manzana, pera, legumbres, maní

Francia

NexyTM. Candida oleófila Botrytis cinerea, Penicillium expansum Frutas de pepita, cítricos, plátano RomeoTM. Saccharomyces cerevisiae (paredes celulares) Botrytis cinerea, Erisifales Lechuga, tomate, fresa, pepino y vid

Países Bajos

ShemerTM, Metschnikowia fructicola Aspergillus niger, Botrytis cinerea, Penicillium digitatum, Penicillium italicum, Rhizopus stolonifer Uva, zanahoria, fresa, batatas, albaricoque, melocotón, pimiento, cítricos NoliTM, Metschnikowia fructicola Botrytis cinerea, Monilinia spp. Frutas rojas, Fresas, Frutas de hueso, Uvas de mesa/de vino

Sudáfrica

AvogreenTM, Bacillus subtilus Cercospora spp., Colletotrichum spp. Palta  

Resumen

Frutas y hortalizas frescas son susceptibles a una gran variedad de agentes de descomposición antes y después de la cosecha. Entre ellos, los hongos son los principales responsables de los deterioros microbiológicos que provocan pérdidas económicamente significativas de materia fresca.  Hoy en día, los fungicidas sintéticos representan el primer enfoque para controlar el deterioro poscosecha de frutas y verduras en todo el mundo. Sin embargo, la aparición de biotipos de patógenos resistentes a los fungicidas y la creciente conciencia de los consumidores sobre las implicaciones para la salud de los productos químicos peligrosos impusieron una necesidad urgente de reducir el uso de fungicidas sintéticos en el suministro de alimentos; Este fenómeno fortaleció la búsqueda de estrategias alternativas de control biológico que sean más efectivas, seguras, no tóxicas, con bajos residuos, respetuosas con el medio ambiente y rentables. En la última década, el biocontrol con levaduras antagonistas se convirtió en una estrategia prometedora para reducir los compuestos químicos durante la poscosecha de frutas y hortalizas, y se han comercializado varios productos de biocontrol a base de levaduras. El biocontrol es un sistema multipartito que incluye diferentes grupos microbianos (moho de descomposición, levaduras, bacterias y microorganismos residentes que no se deterioran), frutas, verduras o plantas hospedantes y el medio ambiente. La mayoría de los estudios de biocontrol se centraron en los mecanismos de las levadura y los mohos, con poca consideración para las interacciones levadura-bacteria y levadura-levadura. La revisión actual se centró principalmente en las interacciones inexploradas basadas en levaduras y los mecanismos de acción en los sistemas de biocontrol, así como en la importancia y las ventajas del uso de levaduras como agentes de biocontrol, la mejora de la eficiencia de los antagonistas, el proceso de comercialización y los desafíos asociados, y las perspectivas.  

Fuentes

Exploring yeast‐based microbial interactions: The next frontier in postharvest biocontrol Bilal Agirman, Erdem Carsanba, Luca Settanni & Huseyin Erten Yeast, Wiley, 2023 DOI: 10.1002/yea.3895 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/yea.3895 Picture, IRTA, Nueva estrategia de control biológico de la podredumbre de la uva, https://www.irta.cat/es/nueva-estrategia-de-control-biologico-de-la-podredumbre-de-la-uva/